Federdesignrichtlinien
Allgemeine Designbelange
Federdesign ist ein iterativer Prozess, der zu einem optimalen Design für eine bestimmte Anwendung führen sollte. Dabei kommen viele Variablen ins Spiel: Leistung auf begrenztem Raum, zufriedenstellende Betriebslebensdauer und Betrachtungen zur optimalen Fertigung. Die Betrachtungen zur Fertigung beinhalten die Auswahl des Materials, die Auswahl der Fertigungstechniken und die Anwendung des gesammelten Fachwissens und der Erfahrung in der Federherstellung.
Der erste Schritt für ein neues Federdesign ist die Ermittlung der für eine bestimmte Anwendung erforderlichen Belastungs- und Durchbiegungsfestigkeiten. Maßliche Beschränkungen sind ebenso zu berücksichtigen wie die Betriebstemperatur. Bei statischer Belastung und normalen Temperaturen sind wesentlich höhere Betriebsbelastungen zulässig. Bei Ermüdungsbeanspruchung oder erhöhten Temperaturen sind niedrigere Betriebsbelastungen anzuwenden.
Der zweite Schritt im Designprozess ist die Auswahl eines geeigneten Materials. Dabei müssen Umgebungsbedingungen und verfügbare Materialgrößen und -formen berücksichtigt werden. Informationen zu gängigen Federmaterialien und deren Einsatz finden Sie unter Federmaterialien und Materialarten vs. Umgebung.
Der dritte Schritt ist der detaillierte Designprozess, der mit einem vorläufigen Entwurf beginnt. Im Verlauf dieses Prozesses werden Spielräume, Belastungen, Ermüdungslebensdauer und weitere Aspekte optimiert.
Festlegen der Federparameter
Viele Federdesigns, die Suhm von Kunden erhält, sind nicht realisierbar. In diesen Fällen sind Federparameter wie Windungszahl, Federrate, Draht-/Stabdurchmesser und Belastungshöhen nicht kompatibel oder widersprüchlich. Suhm überprüft jedes Design im Detail und arbeitet mit dem Kunden zusammen, um kritische und nichtkritische Parameter voll und ganz zu verstehen. Nichtkritische Federparameter sollten als „Referenzwerte“ aufgeführt werden, d.h. sie können an die kritischen Federanforderungen angepasst werden.
Eine Schraubenfeder sollte niemals als Präzisions- bzw. maschinell bearbeitete Komponente betrachtet und genauso wenig mit Präzisionskomponenten- bzw. maschinell bearbeiteten Toleranzen definiert werden. Geschlossene und geschliffene Federn dehnen sich während des Betriebs aus und ziehen sich zusammen, und die Belastungs-/Federraten sind während der anfänglichen und letzten 15% ihres Hubs sehr schwer vorhersehbar. Um die Belastungs-/Federrate zu einem gewissen Grad vorhersagen zu können, sollten die Federn innerhalb der mittleren 70% ihres Hubs betrieben werden. Selbst in diesem Bereich liegen die normalen Belastungstoleranzen bei +/- 10%. Falls die Umstände eine engere Belastungsrate erfordern, können die Toleranzen unter extremen Bedingungen auf +/- 5% reduziert werden.
Der Erfolg des Designs hängt von einer gründlichen Kommunikation darüber ab, was die Feder leisten muss und wo sie passen muss.