Auslegung von Druckfedern durch neu entwickelte Festigkeitsschaubilder verbessert
Bild 1: Spannungszyklus bei konstanter Mittelspannung. Grafik: Verfasser
DOI 10.37544/0720-5953-2023-03-68
Inhalt Für die Auslegung von zyklisch beanspruchten Schraubendruckfedern enthält die Norm DIN EN 13906–1 Goodman-Diagramme mit zulässigen Spannungen. Deren Ermittlung liegt Jahrzehnte zurück, weshalb die Norm im Vergleich zum heutigen Stand der Technik zu Ungenauigkeiten in der Federauslegung führt, die je nach Material größtenteils konservativ, teilweise aber auch kritisch im Betrieb sind. Um diese Unzulänglichkeiten zu überwinden, wurden die zulässigen Spannungen in einem Forschungsvorhaben mithilfe der 2020 erstmals erschienenen FKM-Richtlinie für Federn neu ermittelt, mit Schwingversuchen validiert und anschließend neue Schwingfestigkeitsdiagramme erstellt. Weiterhin wurde eine Übertragung der zulässigen Spannungen in den neuen Diagrammen auf andere, ähnliche Schraubendruckfedern entwickelt. Der Beitrag soll die Ergebnisse des Vorhabens zusammenfassen und einen Eindruck vermitteln, welche Einflüsse auf die Schwingfestigkeit nun berücksichtigt werden können, um mit besser passenden Schaubildern konkurrenzfähige Federn in kürzerer Zeit und mit weniger Versuchsaufwand nach dem aktuellen Stand der Forschung auszulegen.
Design of compression springs improved by newly developed strength diagrams
Abstract The DIN EN 13906–1 standard contains Goodman diagrams with permissible stresses for the design of cyclically loaded helical compression springs. They were determined decades ago, which is why the standard leads to inaccuracies in the spring design compared to the current state of the art. Depending on the material, the permissible fatigue limits are mostly conservative, but sometimes also critical in operation. In order to overcome these uncertainties, the permissible stresses were redetermined in a research project using the new FKM guideline for springs, which was published in 2020, validated with fatigue tests and then new fatigue strength diagrams were created. Furthermore, a transfer of the permissible stresses in the new diagrams to other, similar helical compression springs was developed.
The article is intended to summarize the results of the project and give an impression of which influences on the fatigue strength can now be taken into account in order to design competitive springs in a shorter time and with less testing effort according to the current state of research.
KONSTRUKTION (2023) NR. 03
