Druckfeder-Rechner

Federrate, Kraft, Wahl-korrigierte Schubspannung, Blocklänge und Knickprüfung einer zylindrischen Druckfeder aus Drahtdurchmesser, mittlerem Durchmesser, wirksamen Windungen und Werkstoff, mit Skizze und Kraft-Federweg-Gerade.

So geht’s

1. Geben Sie "Drahtdurchmesser d", "Mittlerer Durchmesser D" (oder stellen Sie "Eingegebener Durchmesser" auf "Außendurchmesser") und "Wirksame Windungen Na" ein.
2. Wählen Sie die "Endenausführung" und geben Sie die "Freie Länge L0" ein; lassen Sie sie leer, um die Prüfung von Blocklänge und Knicken zu überspringen.
3. Wählen Sie einen "Werkstoff"; der "Schubmodul G" wird mit einem Richtwert belegt, den Sie ändern können.
4. Wählen Sie unter "Betriebsfall" "Federweg gegeben" oder "Kraft gegeben", geben Sie den Wert ein und lesen Sie die "Federrate k", die Spannungen und die Warnungen ab.

So wird gerechnet

• k = G·d⁴ ÷ (8·D³·Na), F = k·x, τ = Kw × 8·F·D ÷ (π·d³), Wahl-Faktor Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C, Wickelverhältnis C = D/d. Gesamtwindungen und Blocklänge folgen der Endenausführung (Shigley Tabelle 10-1).
• Die Zugfestigkeit wird mit Rm = A ÷ dᵐ geschätzt (Shigley Tabelle 10-4); die statische Schubspannungsgrenze beträgt 45 % von Rm für kaltgezogenen Kohlenstoffstahl, 50 % für gehärtet und angelassen, 35 % für Edelstahl und Nichteisenmetalle. Die Knickgrenze der freien Länge ist 2.63·D/α.
• Alle Werte sind Schätzwerte; Dauerfestigkeit und Setzen werden nicht behandelt.

Häufige Fragen

Wie wird die Federrate berechnet?

k = G·d⁴ ÷ (8·D³·Na). Klaviersaitendraht (G = 81 GPa), 2 mm Draht, 20 mm mittlerer Durchmesser und 10 wirksame Windungen ergeben k = 81000 × 16 ÷ (8 × 8000 × 10) = 2.025 N/mm.

Warum wird mit dem Wahl-Faktor multipliziert?

Die Spannung an der Innenseite einer Windung ist wegen der Krümmung höher. Der Wahl-Faktor berichtigt dies und den direkten Schub: etwa 1.145 bei einem Wickelverhältnis von 10 und 1.25 bei 6.

Welches Wickelverhältnis sollte ich anstreben?

Üblicherweise 4 bis 12. Unter 4 lässt sich die Feder schwer wickeln; über 12 verhaken sich die Windungen und die Maße streuen.

Wann knickt eine Druckfeder aus?

Wenn die freie Länge 2.63·D/α überschreitet: etwa 5.26 mittlere Durchmesser bei beidseitig eingespannten, parallelen Enden (α = 0.5), etwa 1.3 bei einem freien Ende (α = 2). Längere Federn brauchen einen Führungsdorn oder eine Führungshülse.