Kegeldruckfedern

Erstellen der Federdaten:

- Üblicherweise wird für den Einsatz einer Druckfeder eine Federkraft
   Fi , mit ( i = 1 , 2 ) vorgegeben.
- Bedingt durch den festgelegten Federhub ergibt sich ein zweiter Wert

   für die Federkraft ( F[i±1] ), deren Größe von der Federrate  R ,

   also der Kraftzunahme je Millimeter Federweg, abhängt.
- Eine eventuell zu beachtende Stangenführung oder der konstruktiv

   mögliche Durchmesser einer Aufnahmebohrung  begrenzen

   den Innen- bzw. Außendurchmesser der Druckfeder  Dio bzw. Deu .
- Der nun zu ermittelnde Federdrahtdurchmesser  d  ist aghängig vom

   ausgewählten Federwerkstoff mit seiner zulässigen Beanspruchung

   Tau_zul.
- Mit dem Federdrahtdurchmesser und dem werkstoffeigenen

   Gleitmodul  G , ergeben sich im Zusammenhang mit der Federrate

   rechnerisch die Anzahl federnder Windungen  n .
- Mit einer zusätzlichen Windung je Seite, angelegt oder geschliffen
   = nt , ist die Blocklänge  Lc  - alle Windungen liegen aneinander -

   als kleinste Federlänge definiert.
   Durch die Eigenheit der Kegelfeder kann die Blocklänge wesentlich

   kleiner ausfallen als bei einer vergleichbaren, zylinderförmigen

   Schraubendruckfeder. Bei spiralig angeordneten Endwindungen

   sogar bis zum Durchmesser des Federdrahts.
- Die kleinste Funktionslänge  Ln , bis zu der die Druckfeder noch eine

   lineare Kennlinie zeigt, setzt sich aus der Blocklänge und einem

   theoretisch ermittelten Mindestabstand zwischen den federnden

   Windungen zusammen.
- Die nun zu wählende kleinste Funktionslänge  L2 , die Stelle der

   Federendkraft ( F2 ), ergänzt mit dem geforderten Hub  sh , ergibt die
  Funktionslänge  L1 für die Anfangskraft  F1 .
- Die Länge der unbelasteten Feder  L0 , die größte Baulänge der

   Druckfeder, ist durch die Federrate vorgegeben.

Die ermittelten Kenngrößen sind konstruktiv zu überprüfen.

- Prinzipiell ist eine Kegeldruckfeder knicksicher wenn der

   kleine Außendurchmesser <= dem großen Innendurchmesser ist.

- Wird mit den errechneten Krafttoleranzen die Funktion erfüllt?

- Das Diagramm der Spannungsfestigkeit dient zur Beurteilung der zu

   erwartenden mechanischen Lebensdauer. Der darin angezeigte

   Spannungshub - die Differenz zwischen maximaler und minimaler

   Spannungsbeanspruchung -  soll innerhalb der Grenzlinien des

   werkstoffeigenen Goodman-Diagramms liegen.

- Bei nicht geschliffenen, nur angelegten Endwindungen, sollte die

   Anzahl der Gesamwindungen auf eine halbe Windung gerundet werden.
   Damit wird erreicht, daß die Belastungsachse bei diesen Federn

   symmetrisch zum Federkörper wirkt.
   Dies wird programmmäßig für nur angelegte Endwindungen immer so

   vorgegeben.
   Wird es dennoch erforderlich davon abzuweichen, wird die

   asymmetrische Belastung mit einem Faktor "Ksi" berücksichtigt.
   Dieser Faktor "Ksi" wird dem bekannten Spannungsbeiwert "k"

   zugeschlagen ( nach Siegfried Gross: Metallfedern ).
   Das Maximum dieser asymmetrischen Spannungsbelastung liegt bei

   ganzzahliger Gesamtwindung.
  Dabei kann die Spannung bis über 10% höher liegen als bei

  Gesamtwindungen die auf eine halbe Windung gerundet sind.

- Der Einfluß einer einsatzbedingten Umgebungstemperatur auf die

   dadurch veränderten Federkräfte kann über die Vorgabe einer

   Betriebstemperatur, bei Beibehaltung der Federlänge und

   Windungszahl, berrechnet werden.
   Für die Herstellung der Feder gelten jedoch immer die Werte bei 20°C.

Ergänzung der Zeichnungsangaben.

Im Tabellenblatt zu den Zeichnungsangaben sind alle rechnerisch ermittelten Parameter und Werkstoffdaten eingetragen.

Bemerkungen zur Verwendung der Kegeldruckfeder und Name des Erstellers der Zeichnungsangaben sind im Tabellenblatt oben rechts angegeben.

Die Vorgabe in den folgenden Abschnitten kann variiert werden:
[ 2 ] Windungsrichtung
[ 3 ] Entgraten
[ 5 ] Lastspielfrequenz
[ 6 ] Arbeitstemperatur

[ 8 ] Oberflächenschutz

[ 11 ] Fertigungsausgleich   ---> Drahtdurchmesser "d"

                                                           bei kritischer Lebensdaueranforderung

                                                           nicht freigeben !
[ 12 ] Setzlänge

[ 13 ] In diesem Abschnitt können wie bisher zusätzliche Angaben

           eingetragen werden.
           z.B.: Wärmebehandlung,

           zulässige Relaxation, Lebensdauerprüfung,

           erforderliches Prüfzeugnis usw.

           Für eine lineare Kennlinie:

           Angabe der Windungssteigung am großen Windungsdurchmesser

           und die Windungssteigung am kleinen Windungsdurchmesser.

Anwendungsbereich

Die Berechnung und Konstruktion von kaltgeformten kegelförmigen Druckfedern erfolgt nach

Siegfried Gross sowie M.Meissner/H-J Schorcht VDI: METALLFEDERN

Diese Kegeldruckfedern aus runden Drähten werden in Richtung Federachse beansprucht. Eine lineare Kennlinie wird gegebenenfalls durch eine unterschiedliche Steigung der federnden Windungen erreicht.

In Anlehnung an EN 13906-1:2002 (D) gilt für den

Drahtdurchmesser                                   d <= 17 mm
Windungsdurchmesser                           D <= 200 mm
Länge der unbelasteten Feder              Lo <= 630 mm
Anzahl der federnden Windungen         n >= 2

Wickelverhältnis                                        4 <= w <= 20

 
Windungsabstand für Kugelstrahlen:

  >= d  und einem Drahtdurchmesser d >= 1 mm

Drahtdurchmesser für geschliffene Endwindungen:

  >= 0,5 mm bei einem Wickelverhltnis w <= 15