Das Kennzeichen üb-licher Druck- und Zug-federn ist die „Hook’sche Gerade“ als Federkenn-linie, d. h. die Federkraft nimmt proportional zur Einfederung zu. Es gibt jedoch auch Anwendungsfälle, bei welchen ein „Gleichkraftverhalten“ erforderlich ist, d. h. für eine definierte Federkraft wird eine möglichst flache Federkennlinie oder sogar eine horizontale Federkennlinie verlangt. Die nachfolgend beschriebenen Gleichkraft-Federn beruhen auf dem Knickstab-Prinzip. Die Gleichkraftkennlinie wird erzeugt, indem der Hebelarm x bei zunehmender Verformung größer wird und somit die steigende Federkraft kompensiert.
Die Autoren, Alwin Geisel- und Konrad Künzli sind Mitarbeiter der Bauman Federn AG, CH-Rüti
Gerade stabförmige Knickfeder
Die Enden dieser Feder sind entweder fest eingespannt, drehgelagert oder kombiniert eingespannt/drehgelagert, Bild 1.
Bei Krafteinleitung in Richtung der Stabachse ergeben sich je nach Enden-Aufnahme etwa parabel- oder sinusförmige Biege-linien. Es ist auch möglich, während der Einfederung die feste Einspannung definiert zu drehen.
Gebogene drehende Knickfeder
Eine Abart der geraden stabförmigen Knickfeder ist die gebogene, passiv drehende Knick-feder. Die zur Stabachse geneigten Aufnahmezapfen der Feder sind in Bohrungen der Aufnahmevorrichtung drehbar gelagert.
Bei Krafteinleitung in Richtung der Stabachse beginnt sich die Feder in den Bohrungen passiv zu drehen, wobei der Mittelteil gleichzeitig elastisch gebogen wird, Bild 2.
Federring aus geraden Knick-feder-Elementen
Auch für die Radialkraft ei-nes ringförmigen Federelementes kann eine Gleichkraft-Funktion erreicht werden, wenn dieser Federring aus geraden Knickfeder-Elementen gebildet wird, entweder als geschlossener oder offener Vieleckring oder unterteilt in Winkelstücke oder gerade Knickfedern.
Federring aus gebogenen Knickfeder-Elementen
Sinngemäß kann der Federring auch aus gebogenen Knickfeder-Elementen gebildet werden. Hier wird üblicherweise die geschlossene oder offene Ringform gewählt. Um die Drehbewegung zu ermöglichen, wird dieser Ring ausschließlich aus Draht erstellt. Die Federungsrichtung ist schräg aus der Ringebene heraus. Dieser Federring (wie auch der Vieleckring aus geraden Elementen) wird z. B. von BMW, Opel und VW zur Befestigung von Kunststoff-Radblenden auf den Radfelgen eingesetzt. Gegenüber dem einfachen runden Federring (mit stetig steigender Kennlinie Radialkraft F/Radialweg s) kann auch bei unterschiedlichen Felgendurchmessern eine konstante Abzugskraft erreicht werden.
Berechnung und Dimensionierung
Für gerade stabförmige Knick-federn erfolgt die Berechnung des Gleichkraftniveaus mit der Formel von Euler für die Knickkraft, wobei der Schlankheitsgrad > 200 sein sollte. Der max. Federweg kann über die Form-änderungsarbeit (Castigliano) aus Hebelarm x, Drehmoment, Biegespannung und zulässiger Krümmung berechnet werden.
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