Kapitel 17
Zugfeder nach DIN EN 13906-2, Ausgabe 2002

    17.1   Berechnungsmodul starten
    17.2   Allgemein
    17.3   Eingabemöglichkeiten
    17.4   Auswahl des Federwerkstoffes
    17.5   Auswahl der Federenden
    17.6   Einheitenumschaltung
    17.7   Button „Vorwärts“und „Zurück“
    17.8   Meldungsfenster
    17.9   Kurzhilfe
    17.10   Ergebnisse
    17.11   Diagramme
    17.12   Dokumentation: Protokoll
    17.13   Berechnung speichern
    17.14   Einstellungen

17.1 Berechnungsmodul starten

Melden Sie sich auf der Startseite www.eAssistant.eu mit Ihrem Benutzernamen und Ihrem Passwort an. Öffnen Sie das Berechnungsmodul aus dem Listenfenster „Berechnungstyp“ im Project Manager.

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Abbildung 17.1: Allgemeiner Überblick

17.2 Allgemein

Die Feder ist ein mechanisches Teil, das bei Verformung Energie speichert und bei Entspannung die Energie wieder abgibt.

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Abbildung 17.2: Zugfeder

17.3 Eingabemöglichkeiten

17.3.1 Eingabe der Federkräfte und Wege

Die Berechnung von Zugfedern erfolgt nach DIN 13906-2. Für die Berechnung können die Federkräfte oder Wege oder eine Kombination aus beiden Größen vorgegeben werden. Dabei werden je nach vorgegebenen Eingabewert die von diesem Wert abhängigen Daten automatisch berechnet.

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Abbildung 17.3: Eingabefelder für Federkräfte/Wege

Für die Eingabe der Kräfte und Wege bestehen die folgenden Möglichkeiten:

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Eingabe der Kräfte

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Eingabe der Wege

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Eingabe von Kraft und Weg

Zur besseren Orientierung der Größen, die in Abhängigkeit zueinander stehen, sind die jeweiligen Eingabefelder farblich gekennzeichnet. Das jeweils dazugehörige Eingabefeld wird gelb gekennzeichnet. Somit ist sofort erkennbar, wie sich die Werte zueinander verhalten und wie sie sich verändern.

17.3.2 Drahtdurchmesser und Federrate

Geben Sie hier entweder einen Drahtdurchmesser d oder die Federrate R ein. Beide Größen werden automatisch in Abhängigkeit voneinander berechnet.

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Abbildung 17.4: Drahtdurchmesser und Federrate

Hinweis: Wenn Sie auf den Button „Einstellungen“ in der oberen Zeile des Berechnungsmoduls klicken, dann haben Sie die Möglichlichkeit, die Toleranzen für den Federdrahtdurchmesser zu berücksichtigen. Wählen Sie über eine Listbox DIN 2076 B/C oder DIN 2077.

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Abbildung 17.5: Toleranzen

17.3.3 Eingabe der Durchmesser und Längen

Die Größen für die Beschreibung der Zugfedergeometrie wie Längen, Durchmesser und Windungen können manuell eingegeben werden. Dabei werden je nach vorgegebenen Eingabewert die von diesem Wert abhängigen Daten automatisch berechnet.

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Abbildung 17.6: Eingabe der Durchmesser und Längen

17.3.4 Windungsabstand und Vorspannkraft

Die innere Vorspannkraft ist die zum Öffnen der aneinanderliegenden Windungen erforderliche Federkraft. Die innere Vorspannkraft entsteht dadurch, dass die Windungen mit einer gewissen Pressung aneinander gewickelt werden.

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Abbildung 17.7: Windungsabstand und Vorspannkraft

Die erreichbare innere Vorspannkraft richtet sich in erster Linie nach dem Werkstoff, dem Draht- oder Stabdurchmesser d
 1  , dem Wickelverhältnis ω und dem Herstellverfahren. Außerdem ist die innere Vorspannkraft von der höchsten Schubspannung τ
 n  abhängig. Warmgeformte Zugfedern haben keine innere Vorspannung und werden z.T. mit einem Abstand zwischen den Windungen erzeugt. Bei Federn mit innerer Vorspannkraft liegen die Windungen fest aneinander. Bei Federn, bei denen die Windungen ohne innere Vorspannkraft lose aneinander liegen sollen, muss eine geringe Vorspannkraft in Kauf genommen werden, da eine gleichmäßig spannungslose Wicklung nicht möglich ist. Die Anzahl der Windungen n können Sie in das dafür vorgesehende Eingabefeld eintragen.

Warmgeformte Federn lassen sich nicht mit innerer Vorspannkraft herstellen. Durch die Wärmebehandlung entsteht zwischen den Windungen ein Luftspalt, dessen Größe vom Wickelverhältnis ω und von der Höhe der Beanspruchung abhängt. Für warmgeformte Federn bis 25 mm Stabdurchmesser gelten folgende Richtwerte:

Hinweis: Über den Button „Werkstoff“ gelangen Sie in die Werkstoffdatenbank, in der Sie verschiedene Werkstoffe auswählen können. Hier erhalten Sie auch die Informationen zum jeweiligen Herstellverfahren (siehe dazu auch Kapitel 17.4 „Auswahl des Federwerkstoffes“).

17.3.5 Auswahl der Beanspruchungsart

Vor einer Berechnung sollte geklärt werden, ob es sich bei der vorgesehenen Beanspruchungsart um statische bzw. quasistatische oder um dynamische Beanspruchung handelt. Die Berechnungsdurchführung in diesem Modul ist sowohl für eine dynamische als auch für eine statisch/quasistatische Beanspruchung möglich. Als statische Beanspruchung bei Federn gilt:

Als quasistatische Beanspruchungen bei Federn gelten:

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Abbildung 17.8: Beanspruchung

Als dynamische Beanspruchungen bei Federn gelten zeitlich veränderliche Beanspruchungen mit Lastspielzahlen über 104  und Hubspannungen über 0,1 × Dauerhubfestigkeit bei:

Je nach der verlangten Lastspielzahl N ohne Bruch unterscheidet man:

17.4 Auswahl des Federwerkstoffes

Klicken Sie auf den Button „Werkstoff“, dann können Sie Federwerkstoffe direkt aus der Werkstoffdatenbank auswählen. Sie können Werkstoffe manuell eingeben und somit einen eigenen Federwerkstoff definieren. Somit besteht für Sie die Möglichkeit, Sonderwerkstoffe in die Berechnung einzubeziehen.

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Abbildung 17.9: Button „Werkstoff“

Wählen Sie aus der Listbox einen Werkstoff aus. Hier erhalten Sie außerdem alle weiteren Informationen zum jeweiligen Werkstoff. Mit den Pfeiltasten „nach oben“ und „nach unten“ Ihrer Tastatur können Sie die unterschiedlichen Werkstoffe und deren Eigenschaften durchsuchen und so schnell und übersichtlich miteinander vergleichen.

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Abbildung 17.10: Werkstoffdatenbank

17.4.1 Eigenen Federwerkstoff definieren

Befindet sich Ihr gewünschter Werkstoff nicht in der Liste, wählen Sie in aus Listbox den Eintrag „Benutzerdefiniert“. Hier können Sie anschließend Ihre individuellen Eingaben definieren sowie einen Kommentar hinzufügen.

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Abbildung 17.11: Benutzerdefinierter Werkstoff

Um diese Eingaben zu bestätigen, klicken Sie auf den Button „OK“. Klicken Sie jetzt wieder auf den Button „Schmierstoff“, dann öffnen sich Ihre benutzerdefinierten Eingaben. Wählen Sie allerdings im Modul einen anderen Werkstoff aus der Listbox aus, gehen Ihre definierten Angaben verloren. Diese müssen Sie anschließend erneut eingeben.

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Abbildung 17.12: Eigene Eingaben hinzufügen

Je nach Herstellverfahren des gewählten Werkstoffes, also warmgewalzt oder kaltgeformt, erfolgt die Berechnung der Toleranzen gemäß DIN 2096 oder DIN 2097. Als weiterer Zusatz erfolgt die Berechnung der Eigenfrequenz der Feder.

Hinweis: Der Button „Federgeometrie Datenbank“ neben dem Button „Werkstoff“ ist deaktiviert, da es keine DIN-Norm gibt, anhand der die Geometrien für Zugfedern in einer Datenbank hinterlegt werden können. Falls Sie jedoch Geometrien benötigen, wenden Sie sich bitte an den jeweiligen Federhersteller.

17.5 Auswahl der Federenden

Zur Überleitung der Federkraft dienen die unterschiedliche Ösenformen und Anschlusselemente. Wählen Sie diese nun aus einer Listbox aus:

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Abbildung 17.13: Auswahl der Federenden

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Halbe deutsche Öse


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Ganze deutsche Öse

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Doppelte deutsche Öse


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Ganze deutsche Öse seitlich hochgestellt


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Doppelte deutsche Öse seitlich hochgestellt


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Hakenöse


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Hakenöse seitlich hochgestellt


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Englische Öse


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Haken eingerollt


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Gewindebolzen eingerollt


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Gewindestopfen eingeschraubt


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Schraublasche eingeschraubt


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Ganze deutsche Öse schräg hochgestellt

Sie können für jedes Federende eine beliebige Ösenform oder Anschlusselement kombinieren. Um bei einer Zugfeder die gleichen Federenden auszuwählen, haben Sie auch die Möglichkeit, die Option „Gleiche Federenden“ zu aktivieren. Bleibt diese Option aktiviert, werden automatisch immer die gleichen Federenden in der Listbox angezeigt.

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Abbildung 17.14: Option „Gleiche Federenden“

17.5.1 Eigene Eingabe des Abstandes zwischen Ösen-Innenkante und Federkörper

Ihnen werden automatisch der Abstand der Ösen-Innenkante vom Federkörper L
 H  sowie die ungefederten Windungen angezeigt. Das Berechnungsmodul bietet Ihnen hier aber auch die Möglichkeit, einen eigenen Abstand festzulegen und somit Sonderzugfedern zu berechnen. Aktivieren Sie dazu das jeweilige Eingabefeld.

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Abbildung 17.15: Eigene Eingabe aktivieren

17.6 Einheitenumschaltung

Diese Funktion ermöglicht es, einfach und schnell Einheiten umzuschalten.

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Abbildung 17.16: Einheitenumschaltung

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das entsprechende Eingabefeld, in dem Sie die Einheit umschalten möchten.

Ein Kontextmenü öffnet sich. Dort werden Ihnen sämtliche Einheiten angezeigt, die Ihnen zur Verfügung stehen. Die beiden Pfeile kennzeichnen die aktuelle Einstellung.

Wählen Sie die gewünschte Einheit aus.

Die Änderung der Maßeinheit sehen Sie sofort in der Bezeichnung des Eingabefeldes. Der aktuelle Feldwert wird dabei in die entsprechende Einheit umgerechnet.

17.7 Button „Vorwärts“ und „Zurück“

Mit dem Button „Zurück“ können Sie vorhergegangene Eingaben zurücksetzen. Wenn Sie eine rückgängiggemachte Eingabe wiederherstellen möchten, dann klicken Sie auf den Button „Vorwärts“.

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Abbildung 17.17: Button „Vorwärts“ und „Zurück“

17.8 Meldungsfenster

Das Berechnungsmodul enthält ein Meldungsfenster, in denen Informationen, Hinweise oder Warnungen aufgelistet werden. Der eAssistant erkennt bereits während der Dateneingabe auftretende Fehler und zeigt Ihnen sogleich Lösungsvorschläge im Meldungsfenster an. Wenn Sie die verschiedenen Hinweise und Warnungen beachten und befolgen, lassen sich schnell Fehler in Ihrer Berechnung beheben.

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Abbildung 17.18: Meldungsfenster

17.9 Kurzhilfe

Bewegen Sie den Mauszeiger über ein Eingabefeld oder über einen Button, so erhalten Sie zusätzliche Informationen, die Ihnen in der Kurzhilfe angezeigt werden.

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Abbildung 17.19: Kurzhilfe

17.10 Ergebnisse

Die Ergebnisse werden bereits während jeder Eingabe berechnet und immer aktuell im Ergebnisfeld angezeigt. Es wird nach jeder abgeschlossenen Eingabe neu durchgerechnet. Dadurch werden jegliche Veränderungen der Eingabewerte auf die Ergebnisse schnell sichtbar. Werden die Mindestsicherheiten nicht erfüllt, so wird das Ergebnis mit einer roten Markierung angezeigt. Grundsätzlich können Sie jede Eingabe mit der Enter-Taste oder mit einem Klick in ein neues Eingabefeld abschließen. Alternativ können Sie mit der Tab-Taste durch die Eingabemaske springen oder nach jeder Eingabe auf den Button „Berechnen“ klicken. Auch hierbei werden die Werte entsprechend übernommen und die Ergebnisse sofort in der Übersicht angezeigt.

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Abbildung 17.20: Ergebnisse

17.11 Diagramme

Neben den Ergebnissen stehen Ihnen auch das Kraft-Weg- und das Goodman-Diagramm zur Verfügung. Das Goodman-Diagramm wird nur bei einer dynamischen Belastung dargestellt.

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Abbildung 17.21: Kraft-Weg- und Goodman-Diagramm

Mit einem Mausklick auf die Diagrammfläche lassen sich die Diagramme vergrößert darstellen.

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Abbildung 17.22: Diagramm vergrößert

17.12 Dokumentation: Protokoll

Nach Abschluss Ihrer Berechnungen haben Sie die Möglichkeit, ein Protokoll zu generieren. Klicken Sie dazu auf den Button „Protokoll“, um das Protokoll zu öffnen.

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Abbildung 17.23: Button „Protokoll“

Das Protokoll enthält ein Inhaltsverzeichnis. Hierüber lassen sich die gewünschten Ergebnisse schnell aufrufen. Es werden Ihnen alle Eingaben sowie Ergebnisse aufgeführt. Das Protokoll steht Ihnen im HTML- und im PDF-Format zur Verfügung. Sie können das erzeugte Protokoll zum Beispiel im HTML-Format abspeichern, um es später in einem Web-Browser wieder oder im Word für Windows zu öffnen.

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Abbildung 17.24: Protokoll

Das Berechnungsprotokoll lässt sich drucken oder speichern:

17.13 Berechnung speichern

Nach der Durchführung Ihrer Berechnung können Sie diese speichern. Sie haben dabei die Möglichkeit, entweder auf dem eAsisstant-Server oder auf Ihrem Rechner zu speichern. Klicken Sie auf den Button „Speichern“ in der obersten Zeile des Berechnungsmoduls.

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Abbildung 17.25: Button „Speichern“

Um die Berechnung lokal auf Ihrem Rechner zu speichern, müssen Sie die Option „Lokales Speichern von Dateien ermöglichen“ im Project Manager sowie die Option „lokal“ im Berechnungsmodul aktivieren.

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Abbildung 17.26: Windows-Dialog zum Speichern

Haben Sie diese Option nicht aktiviert, so öffnet sich ein neues Fenster und Sie können Ihre Berechnung auf dem eAssistant-Server speichern. Geben Sie unter „Dateiname“ den Namen Ihrer Berechnung ein und klicken Sie auf den Button „Speichern“. Klicken Sie anschließend im Project Manager auf den Button „Aktualisieren“, Ihre gespeicherte Berechnung wird in dem Listenfenster „Dateien“ angezeigt.

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Abbildung 17.27: Berechnung speichern

17.14 Einstellungen

Klicken Sie auf den Button „Einstellungen“ in der oberen Zeile des Berechnungsmoduls.

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Abbildung 17.28: Button „Einstellungen“

Hier finden Sie verschiedene Standardeinstellungen, die Sie individuell anpassen können:

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Abbildung 17.29: Einstellungen