RoloffMatek Maschinenelemente Elastische Federn Was ist eine Feder

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Was ist eine Feder ? • Beispiele – – – – Vogelfeder Schreibfeder Maschinenfeder Luftfeder Nut und Feder Bandscheiben Seismische Masse Sportgeräte Johann Lodewyks 1

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Was ist eine Feder ? • Eigenschaften – – – • Gestaltungsparameter –Werkstoff –Form –Medium „federleicht“ biegsam geschmeidig, elastisch Energiespeicher schnelle Energieabgabe Johann Lodewyks 2

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Was ist eine Feder ? • Eigenschaften – – – • Gestaltungsparameter –Werkstoff –Form –Medium „federleicht“ biegsam geschmeidig, elastisch Energiespeicher schnelle Energieabgabe Federn sind Medien, die sich unter Krafteinfluss elastisch verformen und die, die dabei gespeicherte potentielle Energie bei Entlastung zumindest teilweise wieder abgeben. Johann Lodewyks 3

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Aufgaben technischer Feder Beispiele • Kraftschluss – Kraftfluss gewährleisten Kupplung, Bremse, Kontaktfeder Johann Lodewyks 4

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Aufgaben technischer Feder Beispiele • Kraftschluss – Kraftfluss gewährleisten Kupplung, Bremse, Kontaktfeder • Energiespeicher – gesteuerte Rückfederung Federmotor, Ventiltrieb Johann Lodewyks 5

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Aufgaben technischer Feder Beispiele • Kraftschluss – Kraftfluss gewährleisten Kupplung, Bremse, Kontaktfeder • Energiespeicher – gesteuerte Rückfederung Federmotor, Ventiltrieb • Spielausgleich – Wärmeausdehnung – Verschleiß Lager, Kupplung Johann Lodewyks 6

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Aufgaben technischer Feder Beispiele • Kraftschluss – Kraftfluss gewährleisten Kupplung, Bremse, Kontaktfeder • Energiespeicher – gesteuerte Rückfederung Federmotor, Ventiltrieb • Spielausgleich – Wärmeausdehnung – Verschleiß • Dämpfung, Lagerung – Reibungsarbeit Lager, Kupplung Radaufhängung, Motoraufhängung Johann Lodewyks 7

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Aufgaben technischer Feder Beispiele • Kraftschluss – Kraftfluss gewährleisten Kupplung, Bremse, Kontaktfeder • Energiespeicher – gesteuerte Rückfederung Federmotor, Ventiltrieb • Spielausgleich – Wärmeausdehnung – Verschleiß Lager, Kupplung • Dämpfung, Lagerung Radaufhängung, Motoraufhängung – Reibungsarbeit • Schwingungssystem – dynamische Kraftanregung Schwingtisch Johann Lodewyks 8

Roloff/Matek Maschinenelemente Kraft - Weg - Kennlinie Elastische Federn Bild 10 -01 • Federkennlinie – linear • reibungsfrei, Hookesche Feder – progressiv • härter bei steigender Last – Fahrzeugfederung – degressiv • weicher bei steigender Last – Spielausgleich, Regler – Gummifeder (Zug), spezielle Tellerfeder Johann Lodewyks 9

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Berechnung der Weg - Kraft - Kennlinie Johann Lodewyks Bild 10 -01 10

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Berechnung der Weg - Kraft - Kennlinie Johann Lodewyks Bild 10 -01 11

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Berechnung der Weg - Kraft - Kennlinie Johann Lodewyks Bild 10 -01 12

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Bild 10 -01 Berechnung der Winkel - Momenten - Kennlinie Johann Lodewyks 13

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Bild 10 -01 Berechnung der Winkel - Momenten - Kennlinie Johann Lodewyks 14

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Bild 10 -01 Berechnung der Winkel - Momenten - Kennlinie Johann Lodewyks 15

Roloff/Matek Maschinenelemente Parallelschaltung von Federn Elastische Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – gleicher Weg (s) aller Federn • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 Johann Lodewyks 16

Roloff/Matek Maschinenelemente Parallelschaltung von Federn Elastische Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – gleicher Weg (s) aller Federn • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 • Berechnung Johann Lodewyks 17

Roloff/Matek Maschinenelemente Serienschaltung von Federn Elastische Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – gleiche Kraft (F) in allen Federn • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 Johann Lodewyks 18

Roloff/Matek Maschinenelemente Serienschaltung von Federn Elastische Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – gleiche Kraft (F) in allen Federn • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 • Berechnung Johann Lodewyks 19

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Gemischte Schaltung von Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – Kombination von Parallel- und Reihenschaltung • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 Johann Lodewyks 20

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Gemischte Schaltung von Federn Bild 10 -02 • Eigenschaft – Kombination von Parallel- und Reihenschaltung • Voraussetzung – Parallelbewegung ohne Drehung • Summe der Momente = 0 • Berechnung Johann Lodewyks 21

Roloff/Matek Maschinenelemente Einmassenschwinger Elastische Federn Bild 10 -03 • Längs- und Drehschwinger – Eigenfrequenz unabhängig von der Auslenkung – gedämpfte Schwingung bei Reibungsverlust Johann Lodewyks 22

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Reibungs - Hysterese Bild 10 -04 – Federwirkungsgrad • Energiespeicher ~ 1 • Dämpfer << 1 – Dämpfungswert • Metallfedern 0. . . 0, 4 • Gummifedern ~ 1 s [ m ] Federweg F [ N ] Federkraft Johann Lodewyks 23

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Bild 10 -05 Johann Lodewyks 24

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Optimierung von Federn • Faktoren der Werkstoffauswahl – – – – • Optimierungsziele Festigkeit Kennlinienverlauf Formgebung Platzbedarf Gewicht Korrosionsbeständigkeit magnetische Eigenschaften – Wärmebeständigkeit – – – Johann Lodewyks Funktion Masse Einbauraum Federarbeit Werkstoffausnutzung Kosten 25

Roloff/Matek Maschinenelemente Elastische Federn Optimierung von Federn • Werkstoffe, Medien – – – hochfester Federstahl Nichteisen - Metalle Gummi Gase Flüssigkeiten • Beurteilungsfaktoren – – Federarbeit / Federvolumen Federarbeit / Einbauvolumen Federrate / Federvolumen Federrate / Einbauvolumen Johann Lodewyks 26