Die Berechnung von Zugfedern, eine kurze Anleitung

AUSWAHL DES MATERIALS

Der erste Schritt zur korrekten Berechnung einer Zugfeder besteht darin, die Arbeitsumgebung zu kennen und insbesondere die folgenden Parameter: Betriebstemperatur, Exposition gegenüber korrosiven Stoffen, Anzahl der geplanten Zyklen und Frequenz.

Diese Faktoren bestimmen die Wahl des richtigen Materials.

TEMPERATUR

Nicht alle Materialien können bei allen Temperaturen korrekt arbeiten. Zum Beispiel ist der Draht EN 10270-1 für einen Betriebstemperaturbereich von -20 bis +80 °C geeignet, INOX AISI 302 hat einen Bereich von -200 bis +250 °C; für höhere Temperaturen sind Nickel-Superlegierungen wie Inconel oder Nimonic erforderlich.

EXPOSITION GEGENÜBER KORROSIVEN STOFFEN

Bei einer sehr aggressiven Arbeitsumgebung (zum Beispiel in Kontakt mit Meerwasser, Säuren, Methan…), könnten die Oberflächenschutzmittel nicht mehr ausreichend sein, und es ist ein Material erforderlich, das in dieser Umgebung beständig ist.

VORGESEHENE ZYKLUSZAHL UND FREQUENZ

Soll eine Feder eine Lebensdauer von Millionen von Arbeitszyklen haben, muss dies bereits in der Planungsphase bekannt sein: Eine Feder, die im statischen Zustand gut funktioniert, könnte eine geringe Lebensdauer bei Belastung haben. Auch in diesem Fall gibt es Materialien, die besser für lange Zeiträume geeignet sind (EN 10270-2). Auch die Frequenz ist wichtig: 10 Zyklen pro Minute sind etwas anderes als 10 pro Sekunde oder 10 pro Stunde. Ist die Frequenz bekannt, kann eine Resonanzanalyse durchgeführt werden.

VERFÜGBARER RAUM und ARBEITSPUNKTE DER ZUGFEDER

Nach Auswahl des Materials können wir den verfügbaren Raum für die Feder berücksichtigen, im Besonderen den maximalen Durchmesser, den die Feder haben kann, um keine Überschneidungen mit anderen Teilen der Vorrichtung aufzuweisen, an der sie montiert werden soll.

Wir müssen auch die vorgesehenen Arbeitspunkte und die Kraft kennen, die die Feder an diesen Punkten liefern muss.

Die erste Kraft F1 ist die an der ersten Arbeitslänge L1, die an einer montierten und leicht zusammengedrückten Feder besteht: Die freie Feder wird kürzer als diese Abmessung sein. Die zweite Arbeitslänge L2 ist die der Feder unter ihrer maximalen Belastung F2. Die Feder wird so berechnet, dass die maximal erreichbare Länge vor der Elastizitätsgrenze größer als L2 ist. Der Weg der Feder S ergibt sich aus L2 – L1. Alternativ können nur L2 und F2 sowie die gewünschte elastische Konstante angegeben werden. L2 muss die längste Höhe sein, die die Feder auch nur gelegentlich erreicht werden kann: Wenn sie auch nur einmal das elastische Feld verlässt, wird die Feder nicht mehr auf die freie Höhe zurückkehren, sondern weist offene Wicklungen auf und ist irreparabel beschädigt.

Es könnte unmöglich sein, alle genannten Beschränkungen einzuhalten: oft sind die geforderten Lasten mit den verfügbaren Räumen und geforderten Wegen unvereinbar. In diesem Fall berechnen wir zwei Zugfedern. Die erste Feder bietet die maximal mögliche Last unter Berücksichtigung des verfügbaren Platzes, die zweite hat das minimal mögliche Volumen unter Berücksichtigung der geforderten Lasten.

Wir produzieren verschiedene Arten von Zugfedern her

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