Berechne Federrate, Kräfte, Federungsarbeit und Schubspannungen einer kaltgeformten zylindrischen Zugfeder einschließlich innerer Vorspannkraft.
Eingaben festlegen und Berechnung starten.
Berechne Kraft-Weg-Kennlinie und Körperbeanspruchung einer zylindrischen Zugfeder.
Draht d, mittlerer Durchmesser D, aktive Windungen, innere Vorspannkraft und Arbeitswege beschreiben den Federkörper; Ösengeometrie ist separat.
Die innere Vorspannkraft muss zuerst überwunden werden, bevor die Feder Last aufnimmt. Sie wird durch Haken und Fertigung stark beeinflusst; der Federkörper kann korrekt sein, obwohl die Öse versagt.
Die Zugkraft besteht aus Vorspannkraft plus Federkraft aus dem Arbeitsweg. Federindex und Schubspannung werden wie bei der Druckfeder bewertet.
Eine höhere innere Vorspannkraft verschiebt die Kennlinie nach oben, ohne die Federrate des Körpers zu ändern.
Quellen und Grenzen: EN 13906-2; Ösen, Dauerfestigkeit und Fertigungstoleranzen separat nachweisen.
Berechne Kraft-Weg-Kennlinie und Körperbeanspruchung einer zylindrischen Zugfeder.
Drahtdurchmesser d, mittlerer Windungsdurchmesser D und federnde Windungszahl n bestimmen die Federrate des eng gewickelten Federkörpers. Die innere Vorspannkraft F₀ ist die Kraft, die zum Öffnen der aneinanderliegenden Windungen erforderlich ist. Erst oberhalb von F₀ verläuft die idealisierte Kennlinie mit F = F₀ + R·s. Ösen, Haken und andere Anschlüsse gehören nicht zum Körpermodell und müssen gesondert betrachtet werden.
Die Zugkraft besteht aus Vorspannkraft plus Federkraft aus dem Arbeitsweg. Federindex und Schubspannung werden wie bei der Druckfeder bewertet.
| Symbol / Eingabe | Bedeutung |
|---|---|
| d, D | Drahtdurchmesser und mittlerer Windungsdurchmesser des Federkörpers; D wird von Drahtmitte zu Drahtmitte gemessen. |
| n | Anzahl der federnd wirksamen Körperwindungen; Anschlusswindungen und Ösen sind davon zu unterscheiden. |
| F₀ | Innere Vorspannkraft, die zuerst überwunden werden muss, damit sich die anliegenden Windungen öffnen. |
| s₁, s₂ | Arbeitswege des geöffneten Federkörpers, denen die gesamten Kräfte F₁ und F₂ zugeordnet sind. |
| R | Federrate in N/mm, also der Kraftzuwachs je Millimeter Weg nach Überwindung von F₀. |
Draht d, mittlerer Durchmesser D, aktive Windungen, innere Vorspannkraft und Arbeitswege beschreiben den Federkörper; Ösengeometrie ist separat. Die innere Vorspannkraft muss zuerst überwunden werden, bevor die Feder Last aufnimmt. Sie wird durch Haken und Fertigung stark beeinflusst; der Federkörper kann korrekt sein, obwohl die Öse versagt.
Trage Drahtdurchmesser, mittleren Windungsdurchmesser, aktive Windungen und die innere Vorspannkraft der Zugfeder ein. Gib zusätzlich zwei Arbeitswege an, um die resultierende Zugkraft im genutzten Bereich zu ermitteln.
Eine höhere innere Vorspannkraft verschiebt die Kennlinie nach oben, ohne die Federrate des Körpers zu ändern.
F₁ und F₂ sind die gesamten Federkräfte an den Wegen s₁ und s₂ – F₀ ist darin bereits enthalten und darf nicht noch einmal addiert werden. Die Federrate R beschreibt nur die Steigung nach dem Öffnen der Windungen. Die korrigierte Körperspannung bewertet den gewickelten Draht; sie sagt nichts über lokale Biege- und Torsionsspannungen der Öse aus. DIN EN 13906-2 weist außerdem darauf hin, dass innere Vorspannung durch Relaxation mit der Zeit abnehmen kann.
Durchmesser in Millimeter, Kraft in N, Weg in Millimeter, Spannung in MPa.
Auslegen einer Zugfeder für einen bekannten Kraft-Weg-Bereich, etwa bei Rückzugfedern, Spannmechanismen oder Türschließern.
EN 13906-2; Ösen, Dauerfestigkeit und Fertigungstoleranzen separat nachweisen.
Typischer Fehler: Die innere Vorspannkraft nicht vergessen – anders als bei der Druckfeder beginnt die Zugfeder erst zu dehnen, nachdem diese Vorspannung überschritten ist; eine reine Federratenrechnung ohne Vorspannung unterschätzt die nötige Kraft am Anfang des Wegs. Die Ösen- oder Hakengeometrie wird von diesem Körperrechner nicht mit erfasst und ist oft die tatsächlich versagenskritische Stelle.
Sie entsteht beim Wickeln der Zugfeder, da die Windungen bereits im unbelasteten Zustand aneinander anliegen; erst eine äußere Kraft oberhalb dieser Vorspannung öffnet die Windungen und erzeugt Weg.
Die Ösen- oder Hakengeometrie erzeugt lokale Spannungsüberhöhungen, die von der reinen Körperspannungsrechnung nach EN 13906-2 nicht erfasst werden und häufig die tatsächliche Lebensdauergrenze bestimmen.
Kaum ohne Neufertigung – sie wird beim Wickelprozess festgelegt und lässt sich am fertigen Bauteil praktisch nicht mehr gezielt anpassen.
Ja. Für einen Arbeitsweg s gilt im Modell F = F₀ + R·s. F₀ darf deshalb nicht ein zweites Mal zur Ergebnisgröße F₁ oder F₂ addiert werden.
Nicht zwingend. DIN EN 13906-2 beschreibt, dass die Federkräfte mit der Zeit kleiner werden können, wenn die innere Vorspannung durch Relaxation nachlässt; Temperatur und Werkstoffzustand sind dabei wichtig.
Aus Drahtdurchmesser, mittlerem Windungsdurchmesser, federnden Windungen, Vorspannkraft und zwei Arbeitswegen entsteht die lineare Körperkennlinie. Das hilft beispielsweise bei Rückstellfedern für Klappen oder Betätigungsmechanismen.
Die Federösen sind häufig kritischer als der Federkörper. Ihre Geometrie und Spannung sind hier nicht nachgewiesen. Für dynamische Belastung sind zusätzlich Ösenübergänge, Hubspannung, Werkstoffdiagramm und Fertigungseinflüsse zu bewerten.