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DER KONSTRUKTEUR 5/2016

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KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Auf der sicheren Seite Auslegung von Metallfedern für den Extremfall Ob in korrosiven Flüssigkeiten, bei Hochtemperaturanwendungen oder bei tiefsten Temperaturen, mit dynamischer oder statischer Belastung, auf Druck-, Zug- oder Biegebeanspruchung: Bei der Auslegung der Metallfeder für den Extremfall ist mehr zu tun als die Bestimmung des passenden Federnwerkstoffs. Nur eine anwendungsspezifische Kombination aus Federnart, Federnbauform, Federnwerkstoff, Windungsausführung, Oberflächenbehandlung und der Federnauslegung nach Funktions- und Festigkeitsnachweis führt zur optimalen Feder. Gutekunst Federn ist auf die Entwicklung und Fertigung von Metallfedern sowie Drahtbiegeteilen aus jedem gewünschten Federstahldraht spezialisiert. Neben dem umfangreichen Lagerprogramm mit 12603 Federbaugrößen, fertigt Gutekunst jede gewünschte individuelle Metallfeder bis 12 mm Drahtstärke in Kleinmengen und Großserien. Federnarten und Bauformen Die mit 70 % am häufigsten eingesetzte Federnart ist die Druckfeder. Sie besitzt die größte Widerstandskraft. Bei der Zugfeder muss bei extremen Anwendungen die Ösenanbindung überprüft werden. Bei einer einfachen 1/1 deutschen Öse ist der Ösenübergang vom Federkörper zur Öse besonders empfindlich. Zugfedern können daher bei hoher Belastung, mit häufigen Lastwechseln, an beiden Federenden mit Einschraubstücken ausgestattet werden. Die Belastungsgrenze von Schenkelfedern hängt von der Belastungsrichtung und der Schenkelform ab. Darum gilt bei Schenkelfedern: Belastung grundsätzlich nur in Windungsrichtung und je kürzer der Schenkel, desto höher die Belastungsgrenze. Neben der Unterscheidung nach Druck-, Zug- und Schenkelfedern können Metallfedern in verschiedenen Bauformen hergestellt werden. Die häufigste Federnbauform ist die zylindrische Bauform, die mit einer linearen Federkennlinie die Kraft gleichmäßig abliefert. Daneben gibt es aber noch unzählige andere Bauformen wie beispielsweise die Bienenkorbfeder und die konische oder tonnenförmige Federnform, welche mit variablen Federkennlinien für die unterschiedlichsten Spezialaufgaben eingesetzt werden. So werden Bienenkorbfedern mit einer nach oben verjüngten Windung gerne für anspruchsvolle dynamische Anwendungen verwendet. Werkstoff Auch die Auswahl des passenden Werkstoffs ist im Extremeinsatz existenziell. Neben der Werkstoffauswahl nach korrosiven, elektrisch leitenden oder unmagnetischen sowie Hochund Niedrigtemperatureigenschaften sind es vor allem Werkstoffeigenschaften im Elastizitätsmodul (E) bzw. im Gleitmodul (G), nach der die Feder die gewünschte Kraft bereitstellt und nach Wegnahme der Belastung wieder ihre ursprüngliche Gestalt erreicht. Hierfür sind hohe Elastizitätsgrenzen für einen großen elastischen Bereich, geringe Relaxationseigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen, eine hohe Dauerschwingfestigkeit, ein ausreichendes Verformungsvermögen und eine gleitfähige Oberfläche zwingend notwendig. Sollten die gewünschten Werkstoff- eigenschaften jedoch nicht mit den benötigten Belastungsdaten vereinbar sein, oder sollte die Feder zusätzliche Eigenschaften benötigen, sind dafür diverse ergänzende Ober flächenbehandlungen verfügbar: erhöhter Korrosionsschutz, Festigkeitser höhung, leitend, unmagnetisch und viele mehr. Welche Oberflächenbehandlung zu welchen Federeigenschaften passt, wird, wie viele andere Zusatzinformationen, auf unserer Informationsseite näher beschrieben: http://qr.de/98v. Federnauslegung Letztendlich wird die Metallfeder für die vorhandene Aufgabe optimal für den zur Verfügung stehenden Bauraum ausgelegt. Nachdem die Belastungsart statisch oder dynamisch, die Gesamt-Lebensdauer, die Einsatztemperatur, das Umgebungsmedium, die benötigten Kräfte und Federwege, der vorhandene Einbauraum, die Toleranzen, der Werkstoff und die Einsatztemperatur bestimmt worden sind, besteht die Federnauslegung aus zwei Stufen: Erstens dem Funktionsnachweis, mit der Überprüfung der Dimensionen, Federrate, Kräfte, Federwege und des Schwingungsverhaltens; zweitens dem Festigkeitsnachweis, mit der Überprüfung der zulässigen Spannung bzw. der Dauerfestigkeit. Dazu ist eine iterative Vorgehensweise erforderlich, bei der am Ende die Beanspruchungsgrenze für die Federdimensionierung mit einem Sicherheitsfaktor festgelegt wird. Je nach Anwendungsfall und abhängig davon, wie extrem die Anforderungen sind, wird die Beanspruchungsgrenze angepasst. So ist die Metallfeder für jeden Einsatz bestens gerüstet. www.federnshop.com 32 Der Konstrukteur 5/2016

Flexibles Spannsystem Dort, wo Werkstücke unterschiedlicher Größen und Geometrien bearbeitet werden, erschließen flexible Spannsysteme große Vorteile. Deswegen bietet die Erwin Halder KG mit dem Multi-Schraubstock vom Typ MS 125 Anwendern, vor allem aus der Kleinserienfertigung, vielfältige Möglichkeiten zum Positionieren und Spannen von diversen Bauteilen auf einem Grundkörper. Der Schraubstock ist individuell anpassbar, sodass sich selbst komplex geformte Werkstücke einfach bearbeiten lassen – auch von fünf Seiten. 70JAHRE ERFAHRUNG www.halder.de Elektro-Scheibenbremse: hohe Klemmkräfte in kompaktem Format Das Unternehmen Ringspann hat sein Angebot an kompakten und leichten Elektro- Scheibenbremsen mit Klemmkräften bis 24 kN erweitert. Einsatzgebiete für die Baureihen EV und EH sind die Turbinen-, Ventilatoren- und Lüfterindustrie, der Werkzeugmaschinenbau, die Winden- und Wickeltechnik, die Windkraftindustrie oder die allgemeine Antriebstechnik. Während der kompletten Haltephase kommen die Bremsen mit einer geringen Leistungsaufnahme aus, bei den kleinen Größen sind es z. B. 10 W. Die Bremszangen lassen sich als aktive oder passive Bremskonzepte nutzen, da sie in federbetätigter/elektromagnetisch gelüfteter Ausführung und als elektromagnetisch betätigte/federgelüftete Variante verfügbar sind. Mit dem Blick auf Industrie-4.0-Anwendungen lassen sich zudem alle sensortechnischen Überwachungsfunktionen in übergeordnete Sicherheits- und Steuerungssysteme integrieren. DAS ORIGINAL JETZT DIREKT ERHÄLTLICH • Breitestes Sortiment an Industrie- Scheibenbremsen • 800 N – 800.000 N Bremskraft • Globales Netzwerk zur Unterstützung • Zuverlässigkeit durch bewährtes Design • Fortschrittliche Bremstechnologie seit 70 Jahren www.ringspann.de Gleit- und Distanzscheiben Die selbstschmierenden Gleit- und Distanzscheiben der Produktfamilie Oiles 83-30 von Oiles Deutschland sind im Spritzguss gefertigte Polyamidlager. Erhältlich sind die Einheiten in vielen marktgängigen Dimensionen ab Lager. Sie verfügen über eingebettete Füllstoffe (u. a. PTFE) und überzeugen durch ihr geringes Gewicht sowie ihre geräuschdämmende Wirkung. Vor allem unter aggressiven und abrasiven Umgebungseinflüssen punkten die Gleit- und Distanzscheiben vom Typ Oiles 83-30 mit einer guten Verschleißfestigkeit – sie erfüllen selbst dann ihre Aufgabe, wenn das Gegenmaterial zur Rostbildung neigt. www.oiles.de Vertrieben durch: Stieber GmbH, Abt. Twiflex, Hatschekstraße 36, 69126 Heidelberg Telefon: +49 (0) 6221 304719 E-Mail: twiflex-sales@stieber.de www.twiflex.de Twiflex - Ihr Partner für Industriebremsen

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