Federrechner zur ein­fachen Feder­aus­legung

Mit diesem Online-Rechner können Sie ver­schiedene Berechnungen für Schrauben­federn und Dreh­federn durch­führen. Es müssen zwei der folgenden vier Werte gegeben sein: Feder­konstante, die Feder­kraft, die gespeicherte Feder­arbeit oder der Feder­weg (= Aus­lenkung). Zudem können die Feder­konstante - oft alter­nativ als Feder­rate bezeichnet - und die vor­handene Spannung für sowohl statisch als auch dynamisch bean­spruchte Federn berechnet werden. Die Feder­abmessungen und der Schub­modul müssen dabei für Zug­federn oder Druck­federn bzw. der E-Modul für Dreh­federn (Schenkel­federn) bekannt sein.

 

Mit diesem Rechner ist auch die Berechnung der Ersatz­feder­konstante für Serien­schaltung oder Parallel­schaltung möglich. Der Feder­weg ist die Differenz zwischen Länge der gespannten Feder und Länge der unge­spannten Feder. Auch diese Länge kann mit dem Feder­rechner berechnet werden. Die zulässigen Spannungen, einige weitere Infos und viele Bilder findet man etwas weiter unten auf der Seite.

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Rechner für Feder­weg, Kraft, Feder­kon­stante & Arbeit

Mit der Vorein­stellung können Sie mit diesem Rechner die Feder­kraft, die Feder­arbeit und den Feder­weg berechnen, wobei die Feder­rate R und die Längen der gespannten und der unge­spannten Feder gegeben sind.

 

Bitte in zwei (bzw. drei) der weißen Felder einen Wert eintragen!

Das Feld "Vorspannung" muss stets ausgefüllt sein.

Federkonstante R * N/mm
Federkraft F N
Federarbeit W kJ
Vorspannung F0 N
Länge entspannt l0 mm
Länge gespannt l1 mm
Federweg Δl mm


  

Zusatzfunktion I: Berechnung der Spannung und der Feder­rate R *

Bei der Berechnung der Feder­konstante (Federrate) ist auf die richtige Wahl der Feder beim oberen Rechner zu achten! Ihre Auswahl: Die Berechnung gilt für Zug- bzw. Druck­federn. Bei dynamischer Belastung wird die vor­handene Spannung mit einem Korrektur­faktor k multi­pliziert und ist daher etwas höher.


Durchmesser D ** mm
Durchmesser Draht d mm
Zahl Windungen n
Schubmodul G N/mm2
Federkonstante R N/mm
τFeder - statisch N/mm2
τFeder - dynamisch N/mm2
Korrekturfaktor k



** D ist der mittlere Windungsdurch­messer der Feder; D = Außen­durch­messer der Feder - Durch­messer d des Drahtes.

Zusatzfunktion II: Berechnung der Ersatz­feder­rate R *

Wählen Sie zwischen Serien­schaltung oder Parallel­schaltung, die aus maximal 5 Federn bestehen kann. Tragen Sie für die Federrate 0 ein, wenn es eine Feder nicht gibt.

Federrate R1 N/mm
Federrate R2 N/mm
Federrate R3 N/mm
Federrate R4 N/mm
Federrate R5 N/mm
Ersatzfederkonstante R   N/mm

 

Hinweise für die Verwendung des Rechners

  • Alle Berechnungen gelten übrigens nur für lineare Federn - das sind zum Bei­spiel die klassischen, zylindrischen Schrauben­federn aus Metall. Andere Feder­kenn­linien erhält man mit konisch ausge­führten Federn oder mittels Teller­federn. Solche Federn können jedoch nicht mit diesem Rechner ausgelegt werden.
  • Die entspannte Länge l0 entspricht bei einer Zug­feder nicht direkt der ent­spannten Länge, da bei dieser Feder­bau­art eigent­lich immer eine Vor­spannung vor­handen ist, selbst wenn sie komplett zusammen gezogen ist. Die Länge l0 stellt also die Länge zwischen den beiden Ösen im "Ruhe­zustand" dar.
  • Bei Schraubenzug­federn ist zu beachten, dass die durch die Belastung mit der Kraft F erreichte Länge l1 die maximal zulässige Länge laut Her­steller­angabe nicht über­schreitet. Außder­dem ist es günstig, wenn nicht der gesamte Federweg ausgenützt wird. Schraubendruck­federn dürfen nicht ganz zusammen gedrückt werden, zwischen den Windungen muss immer etwas Platz beiben. Ein mögliches Knicken ist zu berück­sichtigen! Bei Dreh­federn ist der maximal mögliche Winkel Δα zu beachten.
  • Beim maximal zulässigen Feder­weg muss zwischen sta­tischer Bean­spruchung - insgesamt weniger als 10000 Last­wechsel - und dyna­mischer Bean­spruchung unter­schieden werden.
  • Berechnung der Feder­konstante: Nach­dem Sie unter "Feder­auswahl" die gewünschte Feder ausge­wählt haben, geben Sie bei Bedarf den Schub- bzw. E-Modul ein und drücken Sie danach auf "Berechnen der Feder­rate". Die auf diese Weise berechnete Feder­konstante wird auto­matisch in das ent­sprechende Feld im oberen Rechner einge­tragen. Ähnliches gilt für die Berechnung der Ersatz­feder­konstante.
  • Für die richtige Funktion kann keine Gewähr über­nommen werden - für Berichtigungen und Ver­besserungs­vor­schläge bitte um Nach­richt mittels Kontakt­formular.

Werkstoffkennwerte Federstahldraht

Für einen typischen Federstahl­draht gelten die folgenden Werk­stoff­kenn­werte, die im Feder­rechner vor­ein­gestellt sind:

  • Schubmodul G = 81500 N/mm²
  • Elastizitätsmodul E = 206000 N/mm²

 

Bei der Verwendung von anderen Werk­stoffen können diese Werte natür­lich bei Bedarf geändert werden. Auf dem Blog von Gute­kunst Federn finden Sie eine Auflistung der wich­tigsten Federstähle mit den jeweiligen Material­eigen­schaften.

Formeln für zulässige Spannungen

Es stehen Zug­federn, Druck­federn und Dreh­federn, die als Schenkel­federn ausge­führt sein müssen, zur Auswahl. Zug- und Druck­federn dürfen bei diesem Rechner nur zylindrische Schrauben­federn sein. Druck­federn müssen zudem auf Knicken kontrolliert werden. Die Formeln für die zulässigen Spannungen finden Sie in der folgenden Tabelle:

Schraubenzugfeder

Schraubenzugfeder mit Ösen
Schraubenzugfeder mit Ösen

Zulässige Spannungen:

τzulässig = 0.45 · Rm

τc

 

Längen:

Zugfeder-Längen

 d.l = l.1 - l.0

 

Bezeichnungen im Rechner:

Δl = l1 - l0

 

Schraubendruckfeder

Schraubendruckfeder Enden angelegt und geschliffen
Schraubendruckfeder

Zulässige Spannungen:

τzulässig = 0.5 · Rm

τc.zulässig = 0.56 · Rm

 

Längen:

Druckfeder-Längen

 d.l = l.0 - l.1

 

Bezeichnungen im Rechner:

Δl = l0 - l1

 

Drehfeder

Drehfeder Schenkelfeder
Drehfeder (Schenkelfeder)

Zulässige Spannungen:

σzulässig = 0.7 · Rm

 

τc

Winkel:

Drehfeder-Längen

d.a = a.1 - a.0

 

Bezeichnungen im Rechner:

Δα = α1 - α0

 


Quelle für die zulässigen Spannungen: Roloff/Matek, Maschinen­elementeo bzw. Blog von Gutekunst Federn

 

  • Rm ist die Zugfestigkeit des Feder­werk­stoffs und wird durch Ver­suche ermittelt. Passende Werte findet man hier: https://blog.federnshop.com/zugfestigkeit-federwerkstoffe/
  • Druckfedern müssen in der Regel auf die sogenannte Block­länge (Windungen berühren sich direkt) zusammen­gedrückt werden können, weshalb auch τc.zulässig einzu­halten ist.

Federsysteme - Kombination von mehreren Federn

Oft werden mehrere Federn hinter­ein­ander (Serien- oder Reihen­schaltung) oder neben­ein­ander (Parallel­schaltung) ver­wendet. Auch eine Kombination aus diesen beiden Schaltungen ist möglich (Misch­schaltung). Für solche Feder­systeme kann mit den folgenden Formeln eine sogenannte Ersatz­feder­rate berechnet werden:

Parallelschaltung

Parallelschaltung Federn
Parallelschaltung
Formel Feder Parallelschaltung

Serienschaltung

Serienschaltung Federn
Serienschaltung
Formel Feder Serienschaltung
Formel Feder Serienschaltung umgeformt

Mischschaltung

Mischschaltung Federn
Mischschaltung
Formel Feder Mischschaltung

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Seite erstellt am 07.08.2020. Zuletzt geändert am 15.10.2020.