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.
Werbung
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.
Erklärung der Abkürzungen
| σFeder | vorhandene Biegespannung in der Feder |
| τFeder | vorhandene Schubspannung in der Feder |
| D | mittlerer Windungsdurchmesser der Feder; D = Außendurchmesser der Feder – Durchmesser d des Drahtes. |
Die zulässigen Spannungen finden Sie etwas weiter unten auf dieser Seite:
Hinweise für die Verwendung des Rechners
- Alle Berechnungen gelten 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 & Längen
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 und auch die Einhaltung von τc.zulässig ist sicherzustellen, siehe Anmerkungen. Die Formeln für die zulässigen Spannungen finden Sie in der folgenden Tabelle:
Schraubenzugfeder
Zulässige Schubspannungen:
$$\tau_{zulässig}= 0.45 · R_m$$
$$tau_t$$
Längen:
$$d.l = l.1 – l.0$$
Bezeichnungen im Rechner:
$$Δl = l_1-l_0$$
Schraubendruckfeder
Zulässige Schubspannungen:
$$\tau_{zulässig}= 0.5 · R_m$$
$$\tau_{c.zulässig}= 0.56 · R_m$$
Längen:
$$d.l = l.0 – l.1$$
Bezeichnungen im Rechner:
$$Δl = l_0-l_1$$
Drehfeder
Zulässige Biegespannungen:
$$\sigma_{zulässig}= 0.7 · R_m$$
$$tau_t$$
Winkel:
$$d.a = a.1 – a.0$$
Bezeichnungen im Rechner:
$$Δα = α_1- α _0$$
Anmerkungen
- 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.
- Quelle für die zulässigen Spannungen: Roloff/Matek Maschinenelementeo bzw. Blog von Gutekunst Federn
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 R berechnet werden:
Serienschaltung
$$\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$$
$$\Rightarrow R=\frac{1}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}$$
Werbung
Seite erstellt am 07.08.2020. Zuletzt geändert am 23.09.2022.