6. Federn Flashcards
Welche Teilfunktionen können Federn im Sinne der Konstruktionssystematik erfüllen?
- Kräfte elastisch leiten
- Speichern von potentieller Energie
- Wandeln von kinetischer Energie in Wärmeenergie: Dämpfen)
Nenne praktische Anwendungen von Federn
- Erzeugung definierter Kräfte durch Vorspannen
- Speicherung von Arbeit
- Aufnahme und Wandlung von Stoßenergie
Als physikalische Wirkprinzipien zur Erfüllung der Teilfunktionen: “Kräfte elastisch leiten” und “Speicherung von potentieller Energie” können genannt werden:
- mechanisch: Hook’sches Gesetz sigma=E*Epsilon
- Hydraulisch/pneumatisch: Ausnutzung der Kompressibilität p*v^n=const
- Magnetisch/Elektromagnetisch: Nutzung von Feldkräften in Abhängigkeit vom Weg
Für die Teilfunktion “Wandlung von kinetischer Energie” ergeben sich bei gleicher Einteilung der Wirkprinzipien folgende Effekte:
- mechanisch: Coulomb’scher oder viskoser Reibungseffekt
- Hydraulisch/pneumatisch: Flüssigkeits- und Gasreibungseffekte wie Strömung durch enge Spalte und Blenden
- elektromagnetisch: Induktionseffekt, Wirbelstromeffekt
Was gibt die Federkennlinie an?
Abhängigkeit zwischen Belastung (Kraft, Moment) und Verformung.
Sie kann
-linear (Schraubenfeder)
-progressiv (Gummi-Druck-Feder)
-degressiv (Tellerfeder)
sein
Was entspricht dem Steigungsmaß der Federkennlinie?
Die Federsteifigkeit c
- linear: c=F/S bzw.: c=M/phi
- progressiv und degressiv: c= dF/dS bzw.: c=dM/dphi
Was gibt die Formnutzahl etaA an?
- für die Gestalt der Feder charakteristischer Wert
- er gibt an, wie gleichmäßig das Werkstoffvolumen der Feder durch innere Kräfte oder Spannungen beansprucht wird
Wodurch büßen Federn an Spannkraft ein?
Setzverhalten
- Kriechen
- Relaxation
Definiere Relaxation
Bei der auf eine konstante Länge zusammengedrückten Feder macht sich im Laufe der Zeit ein Kraftabfall delta F bemerkbar.
Definiere Kriechen
Die mit einer konstanten Kraft belastete Feder erleidet im Laufe der Zeit eine zusätzlicher Längenänderung delta l
Nenne zwei Schaltungen von Federn
- Parallelschaltung
- Reihenschaltung
Berechnung von Parallelschaltungen
F=F1+F2
s=s1=s2
F/s=F1/s1+F2/s2
c(ges)=c1+c2
Berechnung von Reihenschaltungen
F=F1=F2
s=s1+s2
s/F=s1/F1+s2/F2
1/c(ges)=1/c1+1/c2
Was ist bei der Paarung zweier wirksamer Kegelflächen (entspricht einem Federlelement) einer Ringfeder für die Wahl des Kegelwinkels alpha in Abhängigkeit vom Reibungswinkel phi zu beachten?
Der Kegelwinkel alpha ist in Abhängigkeit vom Reibungswinkel phi so zu wählen, dass keine Selbsthemmung auftritt (alpha > phi)
Welche konstruktive Maßnahme kann für das Erreichen eines weichen Anhubes (Knick in der Federkennlinie) bei Ringfedern durchgeführt werden?
Innenringe durch eine geschlitzte Ausführung ersetzen
Die Berechnung welcher Größe muss bei schnell aufeinanderfolgenden Belastungswechseln von Ringfedern mit berücksichtigt werden?
Es ist eine Erwärmungsberechnung nötig
Welche beiden Möglichkeiten gibt es, um mit mehreren Tellerfedern eine Kennlinie mit progressivem Gesamtverlauf zu erzeugen?
- Die Anordnung von Federpaketen mit steigender Tellerzahl
2. Den Einsatz von Einzeltellerfedern mit wachsender Tellerdicke in einer Federsäule
Welche Querschnittstellen einer Tellerfeder sind für die Berechnung der Spannungen entscheidend bei Gefahr von Schwingungsbruch?
Stellen 2 und 3 auf der Unterseite der Tellerfeder
Nennen Sie übliche Ausführungsformen der formschlüssigen Einspannenden einer runden Drehstabfeder
- abgeflachter Zylinder
- Sechskantkopf
- Vierkantkopf
- Kerbverzahnung
Woraus bestehen Ringfedern?
Ringfedern bestehen aus mehreren hintereinandergeschalteten, doppelkegelig geformten Innen-und Außenringen, die sich in den Kegelflächen berühren.
Warum besitzen Ringfedern große Formnutzahlen?
Wegen der vorteilhaften Spannungsverteilung und der Reibung an den Kontaktstellen.
Wie sieht die Federkennlinie einer Ringfeder aus bzw. zwischen welchen Lastfällen unterscheidet man?
Man unterscheidet zwischen der Vorlaufkraft F1 (Belastung) und der Rücklaufkraft F2 (Entlastung), die jeweils um die Reibungskraft Fr1 bzw, Fr2 größer bzw. kleiner sind als die elstische Federkraft Fl
Mit wie viel Prozent des Federweges sind Reibungsfedern vorzuspannen?
5-10%
Wodurch wird die Lebendauer einer Ringfeder bestimmt?
Durch die Auslastung des Federwerkstoffs.
Pufferfedern sollten deshalb nicht bis zur maximalen Endkraft belastet werden.
Anwendungsgebiet von Blattfedern und Grund dafür
- Radführung in Land, Schienen und Straßenfahrzeugbau
- günstiges Einbauvolumen
zwischen welchen Werten liegt die Formnutzahl bei gewundenen Biegefedern?
zwischen 1/3 (recheckig) und 1/4 (kreisförmig)
An welcher Stelle tritt die maximale Spannung bei Tellerfedern auf?
Stelle 1
–> erhöhtes Setzen
Was bedeutet der Ausdruck “auf Block liegen” bezüglich Tellerfedern?
Bei erreichen seiner Maximallast schaltet ein Federelement “auf Block” und wird unwirksam hinsichtlich weiterer Verformungen. Dies ist durch eine geknickte Federkennlinie erkennbar
Wo werden Tellerfedern eingesetzt?
Wenn bei kleinen Wegen relativ große Kräfte gefordert sind.
Was kann durch Vorsetzen einer Drehstabfeder erzeugt werden?
Ein günstiger Eigenspannungszustand
Was kann man bezüglich der Windungszahl einer Schraubenfeder aussagen?
Je weniger Windungen, desto stärker ist die Feder bzw. desto weniger Einfederung gibt es.
Bei n auf halbe Windungen abrunden.
Auf was muss bei druckbelasteten Schraubenfedern geachtet werden?
Knicksicherheit
Was ist bei schwingender Belastung (Lastspielzahl N> 10E4) durchzuführen?
Ein Zeit- oder Dauerfestigkeitsnachweis
Wann empfiehlt es sich (Schrauben-)Zugfedern nicht einzusetzen?
Unter schwingender Belastung
Vorteile von Gummifedern gegenüber Metallfedern
- geringe Steifigkeit
- Beeinflussbarkeit der elastischen Eigenschaften je nach Mischung und Füllstoffanteil
- Reversible Verfombarkeit bis weit in den nichtlinearen Bereich
- gute elektrische und thermische Isolierfähigkeit
Nachteile von Gummifedern gegenüber Metallfedern
- Steifigkeit ist abhängig von der Schwingungsamplitude, der Frequenz und der Betriebstemperatur
- Alterungsempfindlichkeit durch atmosphärische Einflüsse (Gase, Licht, Strahlung, Öl, Benzin)
- Kriechneigung bei andauernder statische Belastung, Setzerscheinungen bei schwingender Belastung
- ab ca. 80°C droht die Versprödung des Gummis und damit die Schädigung der Gummifeder
Definiere die Shore-Härte
Widerstand, den ein genormter Kegelstumpf beim Eindringen in den Gummiwerkstoff erfährt.
Definiere Dämmung
Behinderung der Schwinungsausbreitung
aktive Entstörung
Man schützt die Umgebung vor den Störungen, welche von einer Maschine ausgehen (z.B. Dieselmotor steht mit Gummifüßen auf dem Hallenboden)
passive Entstörung
Man schützt empfindliche Geräte vor Störungen, welche von der Umgebung ausgehen (z.B. Plattenspieler-Teller elastisch im Gehäuse gelagert)
Von welchen Faktoren sind die Dämpfungswerte einer Gummifeder abhängig?
- Shorehärte
- Temperatur
- Verformungsgeschwindigkeit und -beschleunigung
- Beanspruchungsart
- Geometrie
Konstruktive Maßnahmen, die das Ausknicken einer Schraubenfeder verhindern
Führung durch
- Dorn
- Hülse
- Bohrung
max. zul. Schubspannung einer Schraubendruckfeder
960 MPa
Nenne jeweils eine Lagerungsmöglichkeit für knicksicher/nicht knicksicher
knicksicher: an beiden Seiten Festlager
nicht knicksicher: so gelagert, dass ein rotatorischer Freiheitsgrad existiert
