136 Konstruktion smalley.com/de • +49 800 18 18687 Sonderanfertigung leicht gemacht Kostenlose Muster Aspekte der Federkonstruktion Betriebsumgebung Bei der Wahl des angemessenen Werkstoffs für Ihre Anwendung sind eine Reihe wichtiger Faktoren zu berücksichtigen, wie z.B. die Betriebsumgebung. Extreme Temperaturen, korrosive Medien, dynamische Belastung (Ermüdung), Spannung und andere Betriebsbedingungen sind für eine optimale Federleistung zu beachten. Spannung Spannung unter Last Beim Komprimieren einer Wellenfeder treten Biege- beanspruchungen auf, wie sie auch bei der Biegung eines beidseitig gelagerten Balkens auftreten. Diese Druck- und Zugkräfte beschränken den Weg, den die Feder komprimiert werden kann, bevor sie gestreckt wird oder sich dauerhaft verformt. Obwohl eine permanente Verformung einer Feder normalerweise nicht akzeptabel ist, ergibt sich manchmal aus den Anwendungsanforderungen, dass eine gewisse Verformung toleriert wird, um die gewünschte Kombination aus Kraft und Federweg zu erreichen. Maximale Konstruktionsspannung Smalley verwendet die minimale Zugfestigkeit (siehe Werkstoff-Tabelle auf Seite 128) als Richtwert, um die Streckgrenze des gehärteten Flachdrahts zu ermitteln. Spannung in statischen Anwendungen In statischen Anwendungen sollte die berechnete Spannung im Betrieb nicht größer als 100 % der minimalen Zugfestigkeit sein. Unter Berücksichtigung von Faktoren wie permanenter Verformung, Entspan- nung, Verlust der Federkraft und/oder Verlust der freien Höhe sind auch größere Spannungen erlaubt. Spannung in dynamischen Anwendungen In dynamischen Anwendungen sollte die berechnete Spannung im Betrieb nicht größer als 80 % der minimalen Zugfestigkeit sein. Für weitere Angaben und Richtwerte zur Ermüdung siehe Abschnitt „Lebensdauer und Ermüdung“ rechts sowie Tabelle 2. Eigenspannungen – Pre-set Eine Erhöhung der Belastbarkeit und/oder Lebensdauer kann durch die Komprimierung einer Feder über ihre Streckgrenze hinaus erreicht werden, was als "Presetting" (Vorspannen) bezeichnet wird. Diese „Pre-set“-Federn werden mit einer größeren freien Höhe und Federkraft gefertigt als erforderlich und anschließend über die Belastungsgrenze des Werkstoffs hinaus komprimiert. Sowohl die freie Höhe als auch die Federkraft werden dabei reduziert und Restspannungen an der Materialoberfläche verbessern die Federleistung. Lebensdauer und Ermüdung Die Lebensdauer oder Materialermüdung drückt aus, wie oft eine Feder komprimiert werden kann, bevor sie sich dauerhaft verformt oder bricht. Materialermüdung ist ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Wellenfedern. Es ist zu prüfen, ob die Feder beim Komprimieren den ganzen Federweg oder nur einen Teil pro Zyklus nutzt – bzw. eine Kombination aus beiden, bedingt z.B. durch Verschleiß und/oder Temperaturänderungen. Die Ermüdungsrichtwerte in Tabelle 2 bieten einen konservativen Ansatz zur Berechnung der Lebensdauer zwischen zwei Arbeitshöhen. Auch wenn sich diese Ermüdungsanalyse bewährt hat, ist bei wichtigen Berechnungen der Lebensdauer eine Testreihe in der Anwendung zu empfehlen. Richtwerte zur Ermüdung X Geschätzte Lebensdauer in Zyklen < 0,40 Unter 30.000 0,40 - 0,49 30.000 - 50.000 0,50 - 0,55 50.000 - 75.000 0,56 - 0,60 75.000 - 100.000 0,61 - 0,67 100.000 - 200.000 0,68 - 0,70 200.000 - 1.000.000 > 0,70 Über 1.000.000 Tabelle 2 Wobei: σ = Zugfestigkeit des Werkstoffs S1 = Berechnete Spannung unter Last bei niedriger Arbeitshöhe (muss kleiner sein als σ ) S2 = Berechnete Spannung unter Last bei hoher Arbeitshöhe Formel: Spannungsverhältnis = X = (σ-S1) (σ-S2)
