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2015 | Buch

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Metallfedern

Grundlagen, Werkstoffe, Berechnung, Gestaltung und Rechnereinsatz

verfasst von: Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : VDI-Buch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Behandelt werden die Berechnungsgrundlagen für den Einsatz von Federn aus metallischen Werkstoffen. Das Buch umfasst Wärme- sowie Oberflächenbehandlung, Eigenspannungen und Dauerfestigkeiten, die entscheidend für die Qualität sind. Die Autoren beschreiben auch grundsätzliche Verfahren und Probleme der Federnherstellung. Zahlreiche Anwendungs- und Berechnungsbeispiele ergänzen die Ausführungen.

Aktualisiert wurde diese Auflage hinsichtlich der EU- bzw. DIN-Normen sowie der Ausführungen zur Anwendung moderner Berechnungssoftware für den Federentwurf und die Simulation des Betriebsverhaltens von Federn und Federanordnungen. Ebenso werden Ansätze zur FEM-Simulation der Herstellung von Schraubendruckfedern und Ergebnisse zum damit einhergehenden Eigenspannungsaufbau behandelt. Neue und bisher nicht erfasste Federnarten und deren Werkstoffe werden beschrieben. Ergänzt wurde ein Kapitel zu tribologischen Beanspruchungen von Federn.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Elastizität fester Stoffe wurde schon in frühen Zeiten der Menschheitsgeschichte vor allem für Werkzeuge und Hilfsmittel des Nahrungserwerbs (Fallen, Pfeil und Bogen) genutzt. Holz war hierfür der hauptsächlich eingesetzte Werkstoff. Später wurde über Jahrhunderte hinweg die Federntechnik in ihrer Entwicklung durch die Anwendung in der Waffentechnik bestimmt.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
2. Grundlagen
Zusammenfassung
Ziel des Federentwurfs ist das Festlegen der Federgestalt mit allen für die Fertigung und den Einsatz erforderlichen Einzelheiten unter Beachtung funktioneller, werkstoff- und fertigungstechnischer Bedingungen. Die Lösung technischer Aufgaben durch Einsatz von Federn erfordert innerhalb eines Federentwurfs Entscheidungen über die geeignete Federart und Federform, die Größe der Parameter, die die Federgestalt beschreiben, Form und Art der Federanschlüsse (Koppelstellen mit anderen Bauteilen), die Wahl des richtigen Werkstoffs, notwendige Wärme- und Oberflächenbehandlungen, Maßnahmen zur Qualitätssicherung und Überlegungen zu einer wirtschaftlichen Fertigung. Innerhalb des Federentwurfs nimmt die Dimensionierung (Auslegung) einen bedeutenden Anteil ein. Grundlagen dazu behandeln die folgenden Abschnitte.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
3. Werkstoffe
Zusammenfassung
Federn müssen aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt und so ausgelegt und gestaltet werden, dass sie nach Wegnahme einer aufgebrachten Belastung wieder ihre ursprüngliche Gestalt bzw. Lage einnehmen. Die dafür verantwortliche Eigenschaft des Werkstoffes ist seine Elastizität. Sie wird durch den Elastizitätsmodul oder Gleitmodul als Verhältnis zwischen Werkstoffbeanspruchung (Spannung) und Verformung (Dehnung bzw. Schiebung) ausgedrückt und sollte einen möglichst hohen Wert aufweisen.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
4. Berechnungsgrundlagen für Einzelfedern
Zusammenfassung
Hauptsächliche Formen von Federn, in denen durch die Krafteinleitung Zug- bzw. Druckspannungen entstehen, sind Zugstab- und Ringfedern. Die Realisierung größerer Federwege erfordert bei Zugstabfedern einen großen Raumbedarf. Daher ist die Verwendung dieser Federart auf wenige Einsatzfälle beschränkt.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
5. Entwurf von Federanordnungen
Zusammenfassung
Federn werden zwar als Einzelfedern berechnet und gestaltet, aber stets im Verbund mit Bauteilen betrieben. Derartige Anordnungen mit Bauteilen stellen immer schwingungsfähige Systeme dar. Dieser Umstand sowie die Anforderungen an die Gestaltung der Koppelstellen mit den Bauteilen haben Auswirkungen auf den Federentwurf.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
6. Konstruktionen mit Federn
Zusammenfassung
Heutige Erkenntnisse der Konstruktionsmethodik gehen davon aus, dass in technischen Systemen funktionelle, physikalische und gestalterische Zusammenhänge vorhanden sind. Diese Zusammenhänge erfordern ein konstruktives Vorgehen beim Lösen bestimmter Probleme in der Reihenfolge Funktion – Wirkprinzip – Gestalten. Dabei erfolgt zunächst im Zuge einer Präzisierung der Aufgabenstellung die Klärung und Ermittlung von Forderungen und Gegebenheiten, in einer nächsten Phase das Ermitteln von Funktionen und Strukturen und in einer weiteren das Suchen, Auswählen und Bewerten von prinzipiellen Lösungen hinsichtlich der Zielstellung. Dieser Vorgang wiederholt sich auf den verschiedenen Konkretisierungsebenen des Konzipierens, Entwerfens und Ausarbeitens. Im Folgenden soll speziell auf das Entwerfen von Baugruppen mit Federn eingegangen werden.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
7. Schwingungsverhalten von Schraubenfedern
Zusammenfassung
Alle in technischen Erzeugnissen für Konstruktionsteile verwendeten Werkstoffe, die ein elastisches Verhalten bei Krafteinwirkungen zeigen (Vorhandensein eines Elastizitätsmoduls) und somit dem Hookeschen Gesetz gehorchen, befähigen diese Bauteile, bei Anregungen Schwingungen auszuführen. Es werden periodische und nicht-periodische Schwingungen unterschieden. Bedeutsam sind erstere. Man versteht darunter Bewegungserscheinungen von Massen, die eine Pendelbewegung um ihre Null-Lage (statische Gleichgewichtslage) vollführen. Die Periodizität kommt dadurch zum Ausdruck, dass sich der Vorgang unter gleichen Bedingungen innerhalb eines Zeitabschnitts T wiederholt (T = Δt = t 2 − t 1). Ein solcher Vorgang ist in Abb. 7.1 schematisch dargestellt.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
8. Tribologische Beanspruchungen von Federn
Zusammenfassung
Tribologische Beanspruchungen entstehen an Kontaktoberflächen von Bauteilen, wenn diese relativ zueinander bewegt und durch Kontaktnormalkräfte (F N) aneinander gedrückt werden. Derartige Bauteilkontaktstellen werden allgemein als Reibstellen bezeichnet. Zu den tribologischen Beanspruchungen zählen aber auch solche, die an den Kontaktstellen durch Schlageinwirkung oder andere Einflüsse entstehen. In der Folge dieser Beanspruchungen kommt es zum Verschleiß an den Kontaktoberflächen.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
9. Rechnereinsatz zum Federentwurf
Zusammenfassung
Nachdem in den vorangegangenen Kapiteln die Grundlagen für den Entwurf von Federn und Federanordnungen dargelegt sowie Beispiele für Federanwendungen in ausgewählten Industriebereichen behandelt worden sind und auch die für den Maschinen- und Baugruppenentwurf bedeutsame Schwingungsanalyse von Schraubenfedern erläutert wurde, soll abschließend auf den rechnerunterstützten Federentwurf eingegangen werden.
Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin, Klaus Wanke
Backmatter
Metadaten
Titel
Metallfedern
verfasst von
Manfred Meissner
Hans-Jürgen Schorcht
Ulf Kletzin
Copyright-Jahr
2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-39123-1
Print ISBN
978-3-642-39122-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-39123-1

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