AUSWAHL DES MATERIALS
Der erste Schritt zur korrekten Berechnung einer Torsionsfeder 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 TORSIONSFEDER
Nach Auswahl des Materials können wir den verfügbaren Raum für die Feder berücksichtigen, im Besonderen den Durchmesser des Bolzens, der oft als Sitz für eine Torsionsfeder dient: Der Innendurchmesser der Feder muss, sogar im maximalen Arbeitswinkel, größer sein als der Durchmesser des Bolzens.
Wir müssen auch die vorgesehenen Arbeitspunkte und die Kraft kennen, die die Feder an diesen Punkten liefern muss.
Das erste Paar F1 befindet sich am ersten Arbeitswinkel A1 und weist eine montierte und leicht vorgespannte Feder auf: die freie Feder wird einen Winkel zwischen den Stäben haben, der leicht größer ist als A1, da die Torsionsfedern, um gut zu arbeiten, sich in der Richtung der Wicklung „schließen“ müssen. Das zweite Paar A2 ist das der Feder bei ihrer maximalen Belastung F2.
Die Feder wird so berechnet, dass der maximal erreichbare Winkel vor der Streckung größer als A2 ist. Der Weg der Feder S ergibt sich aus A2 – A1. Alternativ können nur A2 und F2 sowie die gewünschte elastische Konstante angegeben werden. A2 muss der maximale Torsionswinkel sein, der von der 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 Winkeln unvereinbar. In diesem Fall berechnen wir zwei Federn. 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.
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