Publikationen (gesamt)

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.

In einem Ende 2018 abgeschlossenen Forschungsprojekt (IGF 1899BR) wurden mathematische Zusammenhänge für das Kriech- und Relaxationsverhalten von Federstahldrähten und daraus gefertigten Schraubendruckfedern auf Basis von zweitägigen bis maximal zweiwöchigen Versuchen erarbeitet. Darauf aufbauend wurde im Nachgang exemplarisch das Langzeitkriechverhalten (etwa ein Jahr) von Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung untersucht.

Die Einsatzgebiete von Drähten sind heute sehr breit gefächert. und eines der wich-tigsten davon sind Stahlseile. Diese Seile werden in vielen verschiedenen Bereichen wie Minen, Ölquellen, Brücken, Kranseile, Turmdrehkrane, Aufzug, Schiffsseile, Angelseile eingesetzt. Es gibt bestimmte Werte, die bei der Herstellung dieser Drähte eingehalten werden müssen. Die Mindestbiegezahl aus diesen Werten ist in DIN EN 10264 - 1...4 angegeben. Die in DIN ISO 7801 angegebenen Biegeradius-Werte variieren je nach Durchmesser des Drahtes, und diese Biegeradius-Durchmesseränderungen wirken sich auf die Dehnung und damit auf die Biegezahl aus. Das Ziel dieser Studie ist es, ein System zu entwerfen, das die Dehnung von Drähten beim Biegeversuch mit unterschiedlichen Durchmessern (0,8-2 (4) mm) konstant hält. Vor Beginn der Konstruktion wurde eine Anforderungsliste für Teilaufgaben erstellt sowie eine Marktforschung durchgeführt. Dann wurden verschiedene Lösungen für Teilaufgaben gefunden. Diese Lösungen wurden mit den Lösungen in früheren Studien verglichen und verschiedene Kombinationen erstellt. Diese Kombinationen wurden untereinander bewertet und das System mit der höchsten Punktzahl wurde ausgewählt. Im letzten Schritt wurden alle Systemdetails gezeichnet. Zu kaufende Teile und alle zu verwendenden Teile sind aufgelistet.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Fertigungsschritt Vorsetzen bei der Herstellung von Schraubendruckfeder und der Vorhersage des Vorsetzbetrages. Für die Berechnung wurde ein vorhandenes Berechnungsmodell in Form eines Excel-basierten Tools verwendet. Dieses Model wurde zum einen um Effekte der Geometrieänderung erweitert. Unter Geometrieänderungen versteht man Effekte des Windungsanlegens und der Federdurchmesseraufweitung. Weiter wurde das Excel-Tool für die Werkstoffklasse der nichtrostenden Stähle erweitert. Eine Besonderheit dieser Klasse ist ein nichtlinear-elastisches Materialverhalten. Um dieses Merkmal abzubilden, wurden zwei konkrete Materialien dieser Werkstoffklasse (1.4310 und 1.4568) untersucht. Für diese Materialien wurden Torsionsprüfungen mit ausführlicher Analyse der Spannungs-Schiebungs-Diagramme des Entlastungsvorgans durchgeführt. Aus diesen Diagrammen wurde ein Zusammenhang zwischen der maximalen Schiebung, bis zu der das Drahtstück belastet wurde, und der Form der Rücklaufkurven abgeleitet. Für die Berechnung werden wahre Spannungen anstatt Ingenieursspannungen verwendet. Die wahre Spannungs-Schiebungs-Kennlinie wird mit Hilfe der Ramberg-Osgood-Gleichung beschrieben. Das Berechnungsmodell wurde sowohl für Materialien mit als linear angenommenem Rücklauf als auch mit nichtlinear-elastischem Werkstoffverhalten ergänzt. Das Excel-Tool wurde sowohl durch einen Vergleich von Vorsetzbeträge auf Basis von FEM-Simulationen als auch über Versuchsergebnisse aus Vorsetzversuchen verifiziert.