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DER KONSTRUKTEUR 6/2019

DER KONSTRUKTEUR 6/2019

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE zwischen „L1“ und „L2“ beschreibt. Je kleiner der Federhub ist, umso besser ist die dynamische Belastbarkeit der Metallfeder. VORHANDENER EINBAURAUM Welche Dimensionen hat der Einbauraum, in der die Feder eingesetzt werden soll? Welchen Durchmesser und welche Länge darf bzw. muss die Metallfeder besitzen, damit sie eingebaut werden kann? Diese Baumaße sind Voraussetzung für die Auslegung der passenden Federn. Dabei müssen auch die Toleranzwerte der jeweiligen Maße im ruhenden und belasteten Zustand berücksichtigt werden. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Federkennlinien: a – konische Feder, b – zylindrische Feder, c – Tellerfeder Und der dynamischen Belastung mit einer zeitlich veränderlichen Belastung mit mehr als 10 000 Lastwechseln insgesamt und Hubspannungen über 0,1× Dauerhubfestigkeit. Hierbei wird die Metallfeder meist vorgespannt eingebaut und einer periodischen Schwellbelas tung mit sinusförmigem Verlauf ausgesetzt, die zu fällig erfolgt, wie zum Beispiel bei Kfz-Federungen. Dabei kann es auch zu schlag artigen Kräfteveränderungen kommen. Bei dynamischen Belastungen eignen sich vorwiegend Druckfedern und vereinzelt Zugfedern mit eingeschraubten Federenden. EINSATZTEMPERATUR Die Einsatztemperatur beeinflusst entscheidend die Auswahl des passenden Werkstoffs. Aus diesem Grund gibt es bevorzugte Federstähle für Niedrigtemperatur- und für Hochtemperaturanwendungen. Besonders bei Hochtemperaturanwendungen muss die Relaxation des Federwerkstoffs bei der Kräfteauslegung berücksichtigt werden. Dabei tritt unter permanenter Spannung und höheren Temperaturen ein Kraftverlust auf, der mit steigender Temperatur und Belastungsdauer zunimmt. UMGEBUNGSMEDIUM In welcher Umgebung wird die Metallfeder eingesetzt? Muss die Feder korrosionsbeständig sein oder gegen aggressive Säuren bestehen? Wird sie in der Lebensmittelbranche eingesetzt oder muss sie medizinisch rein sein? Alle diese Fragen beeinflussen die Auswahl des Federstahldrahts und einer möglichen abschließenden Oberflächenbehandlung. BENÖTIGTE FEDERKRÄFTE UND FEDERWEGE Welche Federkräfte soll die Metallfeder bei bestimmten Federwegen erzeugen? Meistens werden die Federn vorgespannt eingebaut, d. h. die Feder erzeugt bereits eine bestimmte Vorspannkraft im Ruhezustand. Diese Kraft wird als „F1“ – vorgespannte Federkraft beschrieben. Dazu muss die benötigte Federkraft benannt werden, welche die Feder im gespannten Zustand erreichen soll. Diese Federkraft wird als „F2“ – gespannte Federkraft beschrieben. Zu diesen beiden Federkräften müssen noch die jeweiligen Federwege „s1“ und „s2“ oder Federlängen „L1“ und „L2“ bestimmt werden. Besonders bei dynamischen Belastungen kommt es auf den Federhub „sh“ an, der den Federweg zwischen „s1“ und „s2“, bzw. EINBAUSITUATION Außerdem muss, je nach Art der Feder, die Einbausituation überprüft werden. Wird z. B. die Druckfeder durch einen Dorn oder innerhalb einer Hülse geführt, muss die Reibung während der Federarbeit in einer Hystereseschleife berücksichtigt werden. Wird die Druckfeder ohne Führung eingebaut, müssen die unterschiedlichen Knickgrenzen für die verschiedenen Federendlagerungen berücksichtigt werden. Bei Zugfedern ist dagegen wichtig, an welcher Position die Ösen eingehängt werden. So ist die optimale Krafteinwirkung bei Zugfedern zentrisch an beiden Ösen entlang der Federlängsachse. Sehr häufig werden Ösen auch seitlich ausgelegt. Das muss entsprechend bei der Federauslegung berücksichtigt werden. Und bei der Schenkelfeder müssen die Schenkelform und die Windungsrichtung der Einbausituation angepasst werden. Zudem ist es bei Schenkelfedern wichtig, dass diese immer nur in Windungsrichtung belastet werden. TOLERANZFELD Abschließend ist das Toleranzfeld der jeweiligen Federnart zu berücksichtigen. Denn jede Metallfeder wird bei der Produktion innerhalb eines bestimmten Toleranzfeldes gefertigt, sodass die Feder optimal für den Einsatzfall hergestellt wird. Dieses Toleranzfeld wird bei Metallfedern in Gütegrad 1, 2 und 3 ausgewiesen. Normalerweise werden Metallfedern in Gütegrad 2 gefertigt, was vor allem bei kleineren Federabmessungen einem Toleranzfeld von bis zu 10 % entspricht. Bei Gütegrad 1, mit höheren Herstellungskosten, ist das Toleranzfeld am kleinsten und bei Gütegrad 3, mit geringeren Herstellungskosten, am größten. WEITERFÜHRENDE INFORMATIONEN Zusätzliche nützliche Informationen rundum Federnauswahl und Federauslegung stehen auf https://info.federnshop.com. Bei Bedarf an Metallfedern mit einer linearen Federkennlinie, in den Federwerkstoffen Normalstahl EN 10270 1 und rostfrei EN 10270 3 1.4310, bietet der Gutekunst Federnkatalog unter www.federnshop.com über 12 600 Federbaugrößen ab Lager zur Auswahl. Zur Unterstützung bei der Auswahl der passenden Metallfeder oder bei Bedarf an individuellen Metallfedern einfach die geforderten Federparameter an technik@gutekunst-co.com senden. Bilder: Gutekunst Federn www.gutekunst-federn.de www.federnshop.com 18 DER KONSTRUKTEUR 6/2019

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