Logo - springer
Slogan - springer

Springer Vieweg - Maschinenbau - Roloff Matek | Roloff Matek Maschinenelemente Journals, Academic Books & Online Media

Fragen zum Kapitel 10

Frage 10.1 

Die verschiedenen Federn sind für folgende drei unterschiedliche Ordnungskriterien zu nennen: (1) Die Beanspruchung des Federwerkstoffs, (2) die Beanspruchung des Federkörpers bzw. (3) das Einsatzgebiet. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.1 und 10.2.

Antwort zur Frage 10.1 

(1) Zug-/Druckbeanspruchung: Stabfeder, Ringfeder, Biegebeanspruchung: Blattfeder, Spiralfeder, Drehfeder, Tellerfeder, Torsionsbeanspruchung: Torsionsstab, Schraubendruckfeder, Schraubenzugfeder, Schubbeanspruchung: Gummielement. - (2) Zugbeanspruchung: Schraubenzugfeder, Druckbeanspruchung: Schraubendruckfeder, Tellerfeder, Gummielement, Biegebeanspruchung: Blattfeder. - (3) Feder als Energiespeicher, Dämpfer, Kraftverteiler.

Frage 10.2 

Der Begriff der Federrate ist zu erläutern, die mathematischen Beziehungen anzugeben und die Kennlinien schematisch für eine Blattfeder, eine Drehfeder und eine Tellerfeder in jeweils einem Diagramm (mit Bezeichnung der Achsen) darzustellen. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.1.

Antwort zur Frage 10.2 

Die Federrate R ist als das Verhältnis aus Federkraft F und Federwes s bzw. als das Verhältnis aus Federmoment M(T) und Verdrehwinkel φ definiert. Allgemein gilt bei linearer Kennlinie: R = F/s bzw. Rφ = M(T)/φ. Schematische Darstellung s. Lehrbuch Bild 10-1 (Blattfeder, Drehfeder; jeweils gerade Kennlinie) und Bild 10-14 (Tellerfeder).

Frage 10.3 

Die Federrate für ein Federsystem, bestehend aus zwei Einzelfedern mit den Federraten R1 und R2, ist in der Form Rges = f(R1, R2) herzuleiten. Die Lösung ist sowohl für eine Anordung der Federn in Reihe (hintereinander) als auch parallel (nebeneinander) anzugeben. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.1.1-3.

Antwort zur Frage 10.3 

Bei der Reihenschaltung wird jede Feder mit der Kraft F belastet. Damit ergibt sich für die Feder 1 der Federweg s1 = F/R1 und für die Feder 2 s2 = F/R2. Die Federwege addieren sich zu sges = s1 + s2 = F/R1 + F/R2, d.h. sges/F = 1/Rges = 1/R1 + 1/R2. - Bei Parallelschaltung ist für beide Federn der Federweg gleich, s1 = F1/R1 = s2 = F2/R2 = sges und die Kraft teilt sich auf in F = F1 + F2 = Fges. Daraus ergeben sich folgende Beziehungen: Fges = sges · R1 + sges · R2 = sges(R1 + R2) und Fges/sges = Rges = R1 + R2.

Frage 10.4 

Das Federverhalten der biegebeanspruchten Blattfedern ist für die Rechteck-, Dreieck-, Trapez- und Parabelfeder durch eine schematische Darstellung der Kennlinie anzugeben (bei gleichen Abmessungen an der Einspannstelle, gleicher Länge und gleicher Belastung). - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.2-1.

Antwort zur Frage 10.4 

Für alle drei Federn verläuft die Federkennlinie linear, mit jeweils unterschiedlicher Steigung der Geraden. Der Federweg ist für die Dreieckfeder am größten (Federkennlinie mit der kleinsten Steigung), gefolgt von der Trapezfeder und der Dreieckfeder (Federkennlinie mit der größten Steigung).

Frage 10.5 

Die Vorteile der Tellerfedern gegenüber den Schraubenfedern sind anzugeben. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.2-5 und 10.3.3-2.

Antwort zur Frage 10.5 

Tellerfedern sind in ihren Abmessungen und ihrer Beschaffenheit genormt. Durch Zusammensetzen der einzelnen Teller zu Federpaketen und zu Federsäulen lassen sich mit den genormten „Bausteinen“ Druckfedern mit den unterschiedlichsten Federungseigenschaften herstellen. Gegenüber den zylindrischen Druckfedern zeichnen sich die Tellerfedern bei großen Federkräften und kleinen Federnwegen durch eine wesentlich günstigere Raumausnutzung aus.

Frage 10.6 

Es sind Möglichkeiten aufzuzeigen, wie bei Tellerfedern, bestehend aus Paketen mit unterschiedlicher Telleranzahl, das Durchfedern auf Planlage vermieden werden kann. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.2-5 mit Bild 10-15d und 10-15e.

Antwort zur Frage 10.6 

Bei Tellerfedern sollte das Durchfedern auf Planlage vermieden werden, da sich andernfalls die Kennlinie verändert (wird steiler, da die Feder auf der Unterlage „abrollt). Erreicht werden kann dies durch entsprechende Hubbegrenzung, s. auch Lehr-buch Bild 10-15d und 10-15.e.

Frage 10.7 

Es ist anzugeben, weshalb Schraubendruckfedern nicht auf Blocklänge belastet werden dürfen und die Summe der Mindestabstände nicht unterschritten werden darf. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.3-2.

Antwort zur Frage 10.7 

Bei den Schraubendruckfedern ist die Möglichkeit des vollständigen Zusammendrückens der Feder (Blockzustand) durch entsprechende Hubbegrenzungen zu vermeiden, da andernfalls die Randspannungen im Federdraht unzulässig hoch sind. Bei maximaler Belastung sollte zwischen den einzelnen Windungen ein definierter Mindestabstand vorhanden sein, da sich ansonsten die Kennlinie ändert (nach der Anlage einzelner Windungen wird die Feder härter).

Frage 10.8 

Die Angabe der Gesamtwindungszahl bei Schraubendruckfedern auf jeweils …,5 (halbe Windungszahl) ist zu begründen. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.3-2.

Antwort zur Frage 10.8 

Bei Druckfedern, besonders solche mit häufigen Lastwechseln, wird empfohlen, die Gesamtzahl der Windungen auf …,5 anzustreben (z.B. nt = 3,5, 4,5, 5,5,…Windungen), um nach der Bearbeitung eine stabilere Auflage zu erhalten.

Frage 10.9 

Schraubenzugfedern werden vielfach mit innerer Vorspannkraft hergestellt. Es ist anzugeben, ob dies gewollt ist, wann von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht wird und wodurch die Höhe der inneren Vorspannkraft begrenzt wird. - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.3-2.

Antwort zur Frage 10.9 

Ja, die innere Vorspannung ist bei Schraubenzugfedern i. Allg. gewollt, da so der Vorspannweg verringert werden kann.

Frage 10.10 

Aus welchen Gründen sollten Schraubenzugfedern möglichst keiner schwingenden Belastung ausgesetzt werden? - Lösungshinweise s. Lehrbuch Abschn. 10.3.3-2.

Antwort zur Frage 10.10 

Bei Schraubenzugfedern sind die - häufig stark festigkeitsmindernden - Übergänge vom Wickelkörper zu den angeformten Ösen die kritischen Stellen. Aufgrund der unterschiedlichen Formen der Ösen und Anschlussbauteile liegen auch keine allgemeingültigen dynamischen Festigkeitswerte vor.

Roloff/Matek Navigation

 

Publikationen in Maschinenbau