Berechne Geometrie, Kräfte und Spannungen einer zylindrischen Schraubendruckfeder nach EN 13906-1.
Berechne Federkennlinie, Spannungen und Geometrie einer kaltgeformten Schraubendruckfeder.
Drahtdurchmesser d, mittlerer Windungsdurchmesser D, aktive Windungen n, freie Länge L₀, Endenform und Werkstoffkennwerte bestimmen die Feder. Zwei Arbeitswege oder Kräfte zeigen den nutzbaren Bereich.
Der Federindex D/d beeinflusst Herstellbarkeit und Krümmungsspannung. Freie Länge und Blocklänge begrenzen den nutzbaren Hub; Werkstoff und Oberflächenzustand bestimmen, ob die Spannung statisch oder dynamisch zulässig ist.
Die Federrate folgt aus Schubmodul, Drahtdurchmesser, Windungsdurchmesser und aktiven Windungen. Der Federindex w = D/d bewertet die Herstellbarkeit; die Schubspannung wird mit Wahl- und Krümmungseinfluss angesetzt.
d = 2 mm, D = 20 mm und n = 8 ergeben w = 10, einen üblichen Startwert. Die Blocklänge muss aus Drahtdurchmesser und Gesamtwindungen kleiner als die kleinste Arbeitslänge bleiben.
Quellen und Grenzen: EN 13906-1 beschreibt Berechnung und Nachweise für zylindrische Druckfedern; Werkstoffdaten stammen typischerweise aus EN 10270. Dynamik, Knicken und Setzen separat prüfen.
Berechne Federkennlinie, Spannungen und Geometrie einer kaltgeformten Schraubendruckfeder.
Der Drahtdurchmesser d und der mittlere Windungsdurchmesser D beschreiben den Federkörper; ihre Verhältniszahl w = D/d beeinflusst Krümmungskorrektur und Herstellbarkeit. Nur die federnden Windungen n gehen in die Federrate ein. Die freie Länge L₀ beschreibt dagegen den unbelasteten Bauraum und begrenzt zusammen mit der Blocklänge Lc den verfügbaren Federweg. DIN EN 13906-1 behandelt diese Größen getrennt, weil gleiche Außenabmessungen nicht automatisch gleiche Kraft, Spannung oder Knicksicherheit bedeuten.
Die Federrate folgt aus Schubmodul, Drahtdurchmesser, Windungsdurchmesser und aktiven Windungen. Der Federindex w = D/d bewertet die Herstellbarkeit; die Schubspannung wird mit Wahl- und Krümmungseinfluss angesetzt.
| Symbol / Eingabe | Bedeutung |
|---|---|
| d | Drahtdurchmesser; er beeinflusst die Federrate mit der vierten Potenz und die Spannung mit der dritten Potenz. |
| D | Mittlerer Windungsdurchmesser, gemessen von Drahtmitte zu Drahtmitte; nicht mit Außen- oder Innendurchmesser verwechseln. |
| n | Anzahl der federnd wirksamen Windungen; angelegte Endwindungen zählen nicht vollständig zur elastischen Verformung. |
| L₀, Lc | Freie Länge im unbelasteten Zustand und Blocklänge bei anliegenden Windungen; ihre Differenz begrenzt den geometrischen Gesamtweg. |
| s₁, s₂ | Arbeitswege ab der freien Länge, denen die berechneten Kräfte F₁ und F₂ zugeordnet sind. |
| R | Federrate in N/mm, also zusätzliche Federkraft je Millimeter Weg im linearen Bereich. |
Drahtdurchmesser d, mittlerer Windungsdurchmesser D, aktive Windungen n, freie Länge L₀, Endenform und Werkstoffkennwerte bestimmen die Feder. Zwei Arbeitswege oder Kräfte zeigen den nutzbaren Bereich. Der Federindex D/d beeinflusst Herstellbarkeit und Krümmungsspannung. Freie Länge und Blocklänge begrenzen den nutzbaren Hub; Werkstoff und Oberflächenzustand bestimmen, ob die Spannung statisch oder dynamisch zulässig ist.
Trage Drahtdurchmesser d, mittleren Windungsdurchmesser D, Anzahl aktiver Windungen, freie Länge und Werkstoffkennwerte ein. Gib zusätzlich zwei Arbeitswege oder -kräfte an, um Federrate und Spannung im tatsächlich genutzten Bereich zu prüfen.
d = 2 mm, D = 20 mm und n = 8 ergeben w = 10, einen üblichen Startwert. Die Blocklänge muss aus Drahtdurchmesser und Gesamtwindungen kleiner als die kleinste Arbeitslänge bleiben.
Die Federrate R ist die Steigung der idealisierten linearen Kraft-Weg-Kennlinie; F₁ und F₂ sind die Kräfte an den eingegebenen Arbeitswegen s₁ und s₂. Die korrigierte Schubspannung berücksichtigt die erhöhte Beanspruchung an der Innenseite des gekrümmten Drahtes. Der Abstand zur Blocklage zeigt nur die geometrische Wegreserve. Eine lange, schlanke Feder kann vorher ausknicken; DIN EN 13906-1 behandelt Knickung deshalb als eigenen Nachweis und verlangt gegebenenfalls Führung durch Dorn oder Hülse.
Durchmesser in Millimeter, Federrate in N/mm, Kraft in N, Spannung in MPa.
Auslegen einer neuen Druckfeder für einen bekannten Kraft-Weg-Bereich, oder Nachrechnen, ob eine vorhandene Feder mit gegebener Geometrie die geforderte Kraft bei zulässiger Spannung liefert.
EN 13906-1 beschreibt Berechnung und Nachweise für zylindrische Druckfedern; Werkstoffdaten stammen typischerweise aus EN 10270. Dynamik, Knicken und Setzen separat prüfen.
Typischer Fehler: Den Federindex D/d nicht ignorieren – Werte unter etwa 4 gelten als schwer fertigbar und über etwa 20 als knick- und führungsanfällig. Die Blocklänge (alle Windungen auf Block) muss unterhalb der kürzesten vorgesehenen Einbaulänge bleiben, sonst blockiert die Feder vor Erreichen des vorgesehenen Wegs.
Werte zwischen etwa 4 und 12 gelten als gut herstellbar und verhalten sich mechanisch günstig; kleinere Werte erschweren das Wickeln, größere Werte begünstigen Knicken und ungleichmäßige Spannungsverteilung.
Die reale Schubspannung ist wegen Drahtkrümmung und Querkraft an der Drahtinnenseite höher als der ideale Wert; Wahl- oder Krümmungsfaktoren korrigieren dies und sind besonders bei kleinem Federindex wichtig.
Sobald sich alle Windungen berühren, kann die Feder keinen weiteren Weg mehr aufnehmen und die Kraft steigt schlagartig an; die Blocklänge muss deshalb unterhalb der kürzesten Betriebslänge liegen.
Nein. Für die Federrate zählt die Zahl der federnden Windungen. Angelegte oder geschliffene Endwindungen dienen der Krafteinleitung und erhöhen die Gesamtwindungszahl beziehungsweise Blocklänge, wirken aber nicht vollständig federnd.
Nein. Die Kraft- und Spannungsrechnung ersetzt den separaten Knicknachweis nach DIN EN 13906-1, insbesondere bei großer freier Länge im Verhältnis zum Durchmesser. Nicht knicksichere Federn benötigen eine geeignete Führung.
Aus Draht-, Wicklungs- und Längenmaßen sowie zwei Federwegen entstehen Federkräfte, Spannungen, Federarbeit und Stabilitätskennwerte.
Der Rechner bildet kaltgeformte zylindrische Druckfedern aus Runddraht ab. Für eine robuste Konstruktion gehören Stabilität, Dynamik und Relaxation neben die Kennlinie.
Schlanke Federn benötigen je nach Einbaulänge eine Innen- oder Außenführung.
Bei schnellen Hüben reichen zwei statische Arbeitspunkte nicht; Eigenfrequenz und Stoßbeanspruchung prüfen.
Kraftverlust über Zeit hängt stark von Werkstoff, Spannung und Betriebstemperatur ab.
Werkstoff- und Lieferanforderungen für verbreitete Federdrähte.
Für dynamische Anwendungen die weiterführenden Nachweise zu Spannung, Knickung und Relaxation heranziehen.
Anforderungen an kugelgestrahlte Schraubendruckfedern, wenn Dauerfestigkeit relevant ist.