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BERECHNUNG DER DRUCKFEDER IM KALTUMFORMUNGSPROZESS AUS RUNDSCHNITTDRAHT

01

Federn speichern Energie. Bei Druckfedern, in der Elastizitaetszone des Materials bleibend, in Richtung der Federnachse wirkt eine F Druckkraft, die zur Stauchung von Energie führt, die spaeter wieder freigegeben wird.
Terminologie der Druckfeder:
d : Drahtdurchmesser(mm)
Di : Innerer Windungsdurchmesser (mm)
Dm = Di + d : Durchschnittlicher Durchmesser der Feder (mm)
Dd = Di + 2*d : Aeusserer Windungsdurchmesser (mm)
p : Feder Spiralstufe (mm)
a= Federnwindungs Winkel : alpha (Grad)

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a = Arctan ( p / p*Dm) ( p : pi Zahl = 3.1416 )
w = Dm / d : Feder Index
( Allgemein werden 4 = < w < = 20 empfohlen.)
Bei dicht gewundenen Federn, wo der a Winkel kleiner als 12 Grad ist/bleibt, wird angenommen, dass die F Druckkraft auf dem Draht, den Biegemoment (Mbur), demnach entstandene Biegespannung (Kbur) und direkte Biegespannung (Kkes) veranlasst. Die maximal wirkende Biegespannung (K) auf den Drahtquerschnitt bei irgendeiner Beladung ist die Gesamtanzahl der oben angegebenen beiden Biegespannungen.

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Mbur = F * Dm / 2 (Nmm)
Kbur = Mbur / ( p*d3 / 16 ) (N/mm2 )
Kkes = F / (p* d / 4)2(N/mm2 )
Bei der Berechnung der maximalen Biegespannung (K) gibt es zwei verschiedene Vorgehensweisen.
Statische Beanspruchung: Wenn die Feder nicht mehr als 10000 Drehungen machen wird, oder wenn die F Druckkraft stabil bleibt
Spannungskorrektur Faktor (k) : k = 1 + 0.5 * w
Dynamische Beanspruchung : Wenn die Feder bei schweren Umstaenden arbeitet ( 10 000 000 Drehungen Lebensdauer)
Spannungskorrektur Faktor (k): k = ( 4 * w - 1 ) / ( 4 * w - 4 ) + 0.615 / w
Je nachdem welcher Arbeitsvorgang gewaehlt wird, wird die unter dem F Druckkraft entstehende maximale Biegespannung (K) auf dem Draht gefunden.
K = k * Kbur (N/mm )2
Allgemein werden bei Druckfedern F1 und F2 Biegespannungen ( N = Newton ) und hierzu gehörige
f1 und f2 Hubspannungen (mm) gegeben.
Es werden dann F1 kleine Spannung, F2 grosse Spannung ( F2 = Fmax ) ,
f1 kleine Hubspannung , f2 grosse Hubspannung. Manchmal werden h = f2 – f1 (mm) als Hub Differenz angegeben.
Es kommt vor, dass bei statischer Beanspruchung F1 = 0 gegeben wird.
Jedoch wird bei dynamischer Beanspruchung, vor allem bei hohen Geschwindigkeiten F2 / F1 = < 3 vorgeschlagen.
Wenn auf der Feder keine Kraft ist (ungespannte Feder), dann wird die Laenge als L0 angegeben.
Die Laenge der Feder wird L1 bei einer F1 Spannung, die eine f1 Hubspannung erzeugt;.
Die Laenge der Feder wird L2 bei einer F2 Spannung, die eine f2 Hubspannung erzeugt.
Demnach wird der Feder spezifisch c Steifigkeit ( N / mm ) zugeteilt.
F : ist eine Kraft, die zwischen F1 und F2 entsteht;
f : ist eine Hubspannung, die zwischen f1 und f2 entsteht, so ist
c = F1 / f1 c = F2 / f2 c = F / f oder c = ( F2 – F1 ) / h gültig.

04

Der naechste Schritt ist, ausgehend vom ausgesuchtem Material mit d Drahtdurchmesser und mit einem Dm Durchschnittsdurchmesser ergibt eine Federwindung unter der F2 Spannung die Hubspannung (fbirsarim).
G : Schubmodul ( N / mm2 ) des Materials wird als fbirsarim = ( 8 * F2 * Dm )3 / ( G * d )4 berechnet.
Da in diesem Grad die f2 Hubspannung gegeben wurde, und bereits ausgesuchter Material und ausgehend vom Drahtdurchmesser unter der F2 Spannung die Hubspannung (fbirsarim) bekannt ist, kann die aktive Windung ( na ) berechnet werden.
na = f2 / fbirsarım
Am Ende kann berechnet werden, wie viele na aktive Windungen unter der F2 Spannung gemacht werden müssen, um f2 Hubspannung zu erzeugen. Aktive Windungen sind Kraftspeicher. Druckfeder werden niemals so gequetscht, dass die Windungen unter der Kraft einander reiben. Theoretisch werden bei Druckfedern, die Windungen, die zueinander angrenzend gequetscht werden, und gemessen als Blocklaenge der Feder genannt ( Lbl ). Zwischen der unter F2 Spannungskraft erreichten L2 Laenge und Lbl Laenge wird ein Sicherheitsabstand sa (mm) vorgesehen. Somit wird die c Steifigkeit vom negativem Einfluss der sich berührenden Windungen, vor allem bei der Dynamischen Beanspruchung, vorgebeugt.
Statisch : sa = na*(0.0015*Dm2 /d + 0.1*d)
Dynamisch : sa = 1.5*na*(0.0015*Dm2 /d + 0.1*d)
Die Druckfeder übt, die notwendige Fbl Druckkraft aus, um die Feder ganz zu drücken fbl = f2 + sa sHubspannung Es kann als.
Fbl = c * xbl xbl berechnet werden.

05

Obwohl die Druckfeder maximal unter der F2 Druckkraft zu arbeiten vorgesehen wird, wird Sicherheitshalber, vor allem bei der Dynamischen Beanspruchung, unter der vorgesehenen Drahtdurchmesser Fbl Druckkraft entstehende max. Biegespannung ( Kbl ) standzuhalten gewünscht. Die Zugfestigkeit der standart Draht Materialien und Durchmesser werden auf Tabellen als ( Rm = N / mm 2 ) angegeben. Da Federn im elastischem Verformungs Bereich arbeiten müssen, ist es für uns wichtig, dass das Material stets unter der Biege- Fliess-Spannung ( Kakma ) bleibt.
Praktisch gesehen:
Kakma = 0.56 * Rm Demnach wird
Der Drahtdurchmesser und Material ausgesucht.
Kbl < Kakma
Der Drahtdurchmesser und Material ausgesucht.
Am Ende sollte:
d = ( ( 8 * k * Fbl * Dm ) / (p * Kakma ) )1/3
erreicht werden.Wenn vorgesehener Draht die Erwartungen nicht erfüllt, wird zum naechsten Durchmesser gegangen, und wiederholend wird der richtige Drahtdurchmesser gefunden. Somit wird der richtige standart Drahtdurchmesser, dass unter der Fbl Spannung arbeiten wird, gefunden. Bei Druckfedern können auch je nach dem Federende Design, passive Windungen ( np ) verwendet werden. Die gesamte Windungsanzahl wird dann nt = na + np.

YUKARI