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Maschinengestaltung > 6. Federn > Flashcards

6. Federn Flashcards

1
Q

Welche Teilfunktionen können Federn im Sinne der Konstruktionssystematik erfüllen?

A
  • Kräfte elastisch leiten
  • Speichern von potentieller Energie
  • Wandeln von kinetischer Energie in Wärmeenergie: Dämpfen)
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Q

Nenne praktische Anwendungen von Federn

A
  • Erzeugung definierter Kräfte durch Vorspannen
  • Speicherung von Arbeit
  • Aufnahme und Wandlung von Stoßenergie
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3
Q

Als physikalische Wirkprinzipien zur Erfüllung der Teilfunktionen: “Kräfte elastisch leiten” und “Speicherung von potentieller Energie” können genannt werden:

A
  • 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
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4
Q

Für die Teilfunktion “Wandlung von kinetischer Energie” ergeben sich bei gleicher Einteilung der Wirkprinzipien folgende Effekte:

A
  • mechanisch: Coulomb’scher oder viskoser Reibungseffekt
  • Hydraulisch/pneumatisch: Flüssigkeits- und Gasreibungseffekte wie Strömung durch enge Spalte und Blenden
  • elektromagnetisch: Induktionseffekt, Wirbelstromeffekt
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5
Q

Was gibt die Federkennlinie an?

A

Abhängigkeit zwischen Belastung (Kraft, Moment) und Verformung.
Sie kann

-linear (Schraubenfeder)
-progressiv (Gummi-Druck-Feder)
-degressiv (Tellerfeder)
sein

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6
Q

Was entspricht dem Steigungsmaß der Federkennlinie?

A

Die Federsteifigkeit c

  • linear: c=F/S bzw.: c=M/phi
  • progressiv und degressiv: c= dF/dS bzw.: c=dM/dphi
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7
Q

Was gibt die Formnutzahl etaA an?

A
  • für die Gestalt der Feder charakteristischer Wert

- er gibt an, wie gleichmäßig das Werkstoffvolumen der Feder durch innere Kräfte oder Spannungen beansprucht wird

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8
Q

Wodurch büßen Federn an Spannkraft ein?

A

Setzverhalten

  • Kriechen
  • Relaxation
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9
Q

Definiere Relaxation

A

Bei der auf eine konstante Länge zusammengedrückten Feder macht sich im Laufe der Zeit ein Kraftabfall delta F bemerkbar.

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10
Q

Definiere Kriechen

A

Die mit einer konstanten Kraft belastete Feder erleidet im Laufe der Zeit eine zusätzlicher Längenänderung delta l

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11
Q

Nenne zwei Schaltungen von Federn

A
  • Parallelschaltung

- Reihenschaltung

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12
Q

Berechnung von Parallelschaltungen

A

F=F1+F2
s=s1=s2
F/s=F1/s1+F2/s2
c(ges)=c1+c2

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13
Q

Berechnung von Reihenschaltungen

A

F=F1=F2
s=s1+s2
s/F=s1/F1+s2/F2
1/c(ges)=1/c1+1/c2

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14
Q

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?

A

Der Kegelwinkel alpha ist in Abhängigkeit vom Reibungswinkel phi so zu wählen, dass keine Selbsthemmung auftritt (alpha > phi)

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15
Q

Welche konstruktive Maßnahme kann für das Erreichen eines weichen Anhubes (Knick in der Federkennlinie) bei Ringfedern durchgeführt werden?

A

Innenringe durch eine geschlitzte Ausführung ersetzen

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16
Q

Die Berechnung welcher Größe muss bei schnell aufeinanderfolgenden Belastungswechseln von Ringfedern mit berücksichtigt werden?

A

Es ist eine Erwärmungsberechnung nötig

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17
Q

Welche beiden Möglichkeiten gibt es, um mit mehreren Tellerfedern eine Kennlinie mit progressivem Gesamtverlauf zu erzeugen?

A
  1. Die Anordnung von Federpaketen mit steigender Tellerzahl

2. Den Einsatz von Einzeltellerfedern mit wachsender Tellerdicke in einer Federsäule

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18
Q

Welche Querschnittstellen einer Tellerfeder sind für die Berechnung der Spannungen entscheidend bei Gefahr von Schwingungsbruch?

A

Stellen 2 und 3 auf der Unterseite der Tellerfeder

19
Q

Nennen Sie übliche Ausführungsformen der formschlüssigen Einspannenden einer runden Drehstabfeder

A
  • abgeflachter Zylinder
  • Sechskantkopf
  • Vierkantkopf
  • Kerbverzahnung
20
Q

Woraus bestehen Ringfedern?

A

Ringfedern bestehen aus mehreren hintereinandergeschalteten, doppelkegelig geformten Innen-und Außenringen, die sich in den Kegelflächen berühren.

21
Q

Warum besitzen Ringfedern große Formnutzahlen?

A

Wegen der vorteilhaften Spannungsverteilung und der Reibung an den Kontaktstellen.

22
Q

Wie sieht die Federkennlinie einer Ringfeder aus bzw. zwischen welchen Lastfällen unterscheidet man?

A

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

23
Q

Mit wie viel Prozent des Federweges sind Reibungsfedern vorzuspannen?

A

5-10%

24
Q

Wodurch wird die Lebendauer einer Ringfeder bestimmt?

A

Durch die Auslastung des Federwerkstoffs.

Pufferfedern sollten deshalb nicht bis zur maximalen Endkraft belastet werden.

25
Q

Anwendungsgebiet von Blattfedern und Grund dafür

A
  • Radführung in Land, Schienen und Straßenfahrzeugbau

- günstiges Einbauvolumen

26
Q

zwischen welchen Werten liegt die Formnutzahl bei gewundenen Biegefedern?

A

zwischen 1/3 (recheckig) und 1/4 (kreisförmig)

27
Q

An welcher Stelle tritt die maximale Spannung bei Tellerfedern auf?

A

Stelle 1

–> erhöhtes Setzen

28
Q

Was bedeutet der Ausdruck “auf Block liegen” bezüglich Tellerfedern?

A

Bei erreichen seiner Maximallast schaltet ein Federelement “auf Block” und wird unwirksam hinsichtlich weiterer Verformungen. Dies ist durch eine geknickte Federkennlinie erkennbar

29
Q

Wo werden Tellerfedern eingesetzt?

A

Wenn bei kleinen Wegen relativ große Kräfte gefordert sind.

30
Q

Was kann durch Vorsetzen einer Drehstabfeder erzeugt werden?

A

Ein günstiger Eigenspannungszustand

31
Q

Was kann man bezüglich der Windungszahl einer Schraubenfeder aussagen?

A

Je weniger Windungen, desto stärker ist die Feder bzw. desto weniger Einfederung gibt es.
Bei n auf halbe Windungen abrunden.

32
Q

Auf was muss bei druckbelasteten Schraubenfedern geachtet werden?

A

Knicksicherheit

33
Q

Was ist bei schwingender Belastung (Lastspielzahl N> 10E4) durchzuführen?

A

Ein Zeit- oder Dauerfestigkeitsnachweis

34
Q

Wann empfiehlt es sich (Schrauben-)Zugfedern nicht einzusetzen?

A

Unter schwingender Belastung

35
Q

Vorteile von Gummifedern gegenüber Metallfedern

A
  • geringe Steifigkeit
  • Beeinflussbarkeit der elastischen Eigenschaften je nach Mischung und Füllstoffanteil
  • Reversible Verfombarkeit bis weit in den nichtlinearen Bereich
  • gute elektrische und thermische Isolierfähigkeit
36
Q

Nachteile von Gummifedern gegenüber Metallfedern

A
  • 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
37
Q

Definiere die Shore-Härte

A

Widerstand, den ein genormter Kegelstumpf beim Eindringen in den Gummiwerkstoff erfährt.

38
Q

Definiere Dämmung

A

Behinderung der Schwinungsausbreitung

39
Q

aktive Entstörung

A

Man schützt die Umgebung vor den Störungen, welche von einer Maschine ausgehen (z.B. Dieselmotor steht mit Gummifüßen auf dem Hallenboden)

40
Q

passive Entstörung

A

Man schützt empfindliche Geräte vor Störungen, welche von der Umgebung ausgehen (z.B. Plattenspieler-Teller elastisch im Gehäuse gelagert)

41
Q

Von welchen Faktoren sind die Dämpfungswerte einer Gummifeder abhängig?

A
  • Shorehärte
  • Temperatur
  • Verformungsgeschwindigkeit und -beschleunigung
  • Beanspruchungsart
  • Geometrie
42
Q

Konstruktive Maßnahmen, die das Ausknicken einer Schraubenfeder verhindern

A

Führung durch

  • Dorn
  • Hülse
  • Bohrung
43
Q

max. zul. Schubspannung einer Schraubendruckfeder

A

960 MPa

44
Q

Nenne jeweils eine Lagerungsmöglichkeit für knicksicher/nicht knicksicher

A

knicksicher: an beiden Seiten Festlager

nicht knicksicher: so gelagert, dass ein rotatorischer Freiheitsgrad existiert

Maschinengestaltung (13 decks)

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