FED1+,2+,3+,17: Haigh-Diagramm

Neben dem modifizierten Haigh-Goodman-Diagramm gibt es jetzt auch ein "echtes" Haigh-Diagramm, auch wenn dies für Schraubendruckfedern eher nicht relevant ist.

Smith-Diagramm und Haigh-Diagramm sind für wechselnde und schwellende Last, auf der x-Achse ist die Mittelspannung taukm und auf der y-Achse die Spannungsamplitude taukA aufgetragen.

Goodman-Diagramm und Haigh-Goodman-Diagramm sind nur für schwellende Last, auf der x-Achse ist die Vorspannung tauk1 und auf der y-Achse die Hubspannung taukh aufgetragen.

Die Berechnung von Schraubendruckfedern nach EN 13906 und HEXAGON FED berücksichtigt nur schwellende Last (bei wechselnder Last würde eine fest eingespannte Feder wechseln zwischen Druck und Zug). Deshalb ist die linke Seite des Haigh-Diagramms hier blank.

Dieses Haigh-Diagramm wird in einem Forschungsvorhaben vom Verband der deutschen Federindustrie zur Ermittlung neuer Dauerfestigkeitswerte an der TU Ilmenau verwendet, so kann man die dort verwendeten Haigh-Diagramme mit denen in HEXAGON FED vergleichen.

Fest vorgegeben ist normalerweise die Federlänge L1 für die vorgespannte Feder, während der Hub (sh=L2-L1) konstant oder variabel sein kann. Eine mittlere Federlänge Lm bei einer mittleren Schubspannung taukm ist für Schraubendruckfedern eher unpraktisch. Diese bei Smith- und Haigh-Diagramm verwendeten Spannungen sind einfach umzurechnen:

Mittelspannung taukm = (tauk2+tauk1)/2

Spannungsamplitude taukA = (tauk2-tauk1)/2 = tauh/2

Bei den nichtlinearen Druckfedern bezieht sich die Mittelspannung auf die mittlere Federkraft, nicht aber auf die mittlere Federlänge bzw. den halben Hub.

Theoretisch sollte die obere waagrechte Linie im Goodman-Diagramm die zulässige (statische) Schubspannung tauz sein, weil hier der zulässige Hub=0 ist. Tatsächlich liegt dieser Wert bei den Goodman-Diagrammen in EN 13906-1 meist niedriger. Man kann aber unter "Bearbeiten\Berechnungsmethode" "tauoz=tauz" setzen, dann ist die Oberspannung im Goodman-Diagramm die zulässige Schubspannung tauz.

Den neu ermittelten Goodman-Diagrammen für DH und VDSiCr aus dem Forschungsvorhaben IGF 19693 BR von VDFI und TU Ilmenau kommt man in dieser Einstellung meist ziemlich nahe.

In EN 13906-1 gibt es Goodman-Diagramme von den Federdrähten DH nach EN 10270-1, TD nach EN 10270-2, VD nach EN10270-2, 1.4310 nach EN 10270-3, 1.4568 nach EN 10270-3.

Im Forschungsvorhaben werden untersucht: FDSiCr, VDSiCr, VDSiCrV, DH, 1.4310, 1.4568. Nicht untersucht werden TD und VD. Merkwürdig, dass FDSiCr auf Dauerfestigkeit untersucht wird, obwohl dieser Werkstoff laut EN 10270 nur für statische Anwendungen vorgesehen ist. Laut den ermittelten, fast identischen Dauerfestigkeitsschaubildern aus IGF 19693 sind FDSiCr und VDSiCr gleich gut für dynamische Beanspruchung geeignet. Das kann aber Zufall sein, der einzige Unterschied zwischen FD und VD Drähten dürfte sein, dass VD auf Oberflächenrisse geprüft wird, um die Gefahr von Rissbildung und Rissfortschritt bis zum Dauerbruch niedrig zu halten.

Seltsam auch, dass die neu ermittelten Goodman-Diagramme von VDSiCr mit den alten von VD (ohne SiCr) verglichen werden. Vergleichbar und fast identisch sind die neu ermittelten Goodman-Diagramme für VDSiCr von 2021 jedoch mit denen aus dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch von Bosch aus dem Jahr 1995, welche in HEXAGON FED verwendet werden.

Die Dauerfestigkeiten (N=1E7) von VDSiCr aus HEXAGON FED (mit Einstellung tauoz=tauz) sind sowohl kugelgestrahlt als auch ungestrahlt fast identisch mit den neu ermittelten IGF-Daten. Deutliche Unterschiede gibt es jedoch bei der Zeitfestigkeit (N=1E6), dadurch wird die berechnete Lebensdauer für überbeanspruchte Federn deutlich niedriger.

DH: Beim ungestrahlten Federstahldraht DH sind die zulässigen Hubspannung für tauk1=0 etwas geringer, aber für höhere Vorspannung größer als nach EN 13906. Durch Kugelstrahlen erhöht sich die zulässige Hubspannung um fast 100%. Nach EN 13906 dagegen nur um 20 bis 25%. Somit ist für DH die zulässige Hubspannung für kugelgestrahlte Federn um mehr als 50% höher als nach EN 13906.

1.4310: Beim Federstahldraht 1.4310 wird nicht erwähnt, ob die Sorte 1.4310-NS oder 1.4310-HS untersucht wurde. Weil die zulässige Schubspannung (obere Waagrechte) im Goodman-Diagramm so niedrig ist, kann es nur NS sein. Für d=3mm kann man tauzul= 770 MPa ablesen. Die zulässige Schubspannung (tauzul=0.56Rm) bei d=3mm ist aber für ISO 6931-1-4310-NS = 868 .. 1002 MPa, und für 4310-HS sogar 952 .. 1098 MPa. Die zulässige Schubspannung im neuen Goodman-Diagramm ist somit noch schlechter als für 1.4310-NS. Die zulässigen Hubspannungen für nicht kugelgestrahlte Federn liegen für tauk1=0 niedriger als nach EN 13906- (320 statt 380 MPa für d=3mm) und ab tauk1=300MPa höher. Für kugelgestrahlte Federn dagegen liegen die neu ermittelten zulässigen Schubspannungen allesamt höher als bisher.

1.4568: Auch für Federstahldraht der Sorte 1.4568, nicht kugelgestrahlt, liegen die neu ermittelten Dauerfestigkeitswerte viel niedriger als nach EN 13906-1 (für d=3mm tauhz=270 statt 400 MPa bei tauu=0). Auch die zulässige Schubspannung (tauz=865MPa bei d=3mm) ist zu niedrig gegenüber ISO 6931-1-4568 mit 1750*0.56= 980 MPa (nach Ausscheidungshärten). Etwas höher als in HEXAGON FED sind dagegen die Dauerfestigkeitswerte nach Kugelstrahlen (für d=3mm tauhz=540 statt 514 MPa bei tauu=0). Gegenüber der ungestrahlten Feder wurde damit durch Kugelstrahlen die zulässige Hubspannung glatt verdoppelt (540 statt 270 MPa bei tauu=0).

Die Zeitfestigkeitsschaubilder für 1 Million Lastspiele nach IGF unterscheiden sich deutlich von denen aus EN 13906. War die zulässige Hubspannung nach EN 13906-1 für 1E6 Lastspiele um ca. 25% höher als für 1E7, sind es nach den neuen Goodman-Diagrammen nur zwischen 10 und 15%. Umgekehrt bedeutet das für die Berechnung der Lastspielzahl und Lebensdauer, daß diese deutlich niedriger wird, wenn die zulässige Dauerfestigkeits-Hubspannung überschritten wird. Es ist deshalb angedacht, die Federwerkstoff-Datenbank fedwst.dbf um ein Feld 1E6_1E7 zu erweitern, in welchem man den Quotient tauhzul,1E6 / tauhzul,1E7 eingeben kann.

Ähnlich wie in FED1+ kann man jetzt auch in FED5,6,7 zusätzliche Federlängen eingeben, für welche die Federkraft in eine zusätzliche Federkennlinie (Ansicht\Federkennlinie\F'-s') eingezeichnet wird.

FED1+,2+,6: Wickelverhältnis Dm/d
In den Quick3 und Quick4-Ansichten wurde das Wickelverhältnis w = Dm/d ergänzt.

Wenn eine Senkung oder Fase für die Berechnung von Flächenpressung und elastischer Nachgiebigkeit zu berücksichtigen ist, macht man aus dem Klemmstück mit Senkung oder Fase zwei zylindrische Klemmplatten: eine mit Senkung und eine ohne. Oder aus einer Klemmplatte enstehen sogar drei, wenn beidseitig Fasen oder Senkungen berücksichtigt werden sollen. Ausgehend von einer 45° Fase, gibt es eine neue Klemmplatte mit der Höhe der Fase, die alte Klemmplatte wird um dieselbe Höhe reduziert. Bei 45°-Fase am Bohrungsdurchmesser vergrößert sich Di um 2*Fasenhöhe, bei 45°-Fase am Außendurchmesser verringert sich De um 2*Fasenhöhe. Das geht jetzt auch automatisch unter "Bearbeiten\Klemmplatten" "Fase, Senkung".

Nachteilig ist diese Aufsplittung der Klemmteile bei der Berechnung des Setzbetrags fz, weil die neuen Klemmplatten keine Trennflächen haben. Deshalb kann man jetzt unter Bearbeiten\Last die Anzahl der Klemmplatten mit Trennfugen eingeben. Diese Eingabe ist temporär und wird nur für die Berechnung des Setzbetrags fz verwendet.

SR1/SR1+ englisch: pressung dbf
Die pressung.dbf Datenbank mit Werkstoffdaten der Klemmplatten der deutschen und englischen Version unterscheiden sich, sie sind nicht austauschbar. Bitte beachten, wenn Sie deutsche und englische Version verwenden. In der englischen Version wurde jetzt ein Fehler beim E-Modul des Werkstoffs "SF Cu F24" festgestellt, hier muss 123000 MPa stehen, nicht 12300. Bitte korrigieren unter "Database\Material Plates\Nut\Base data 0 (pressung.dbf)".

Bei der Verwendung von selbstsichernden Muttern mit Reibmoment MApre ist die Eingabe von Drehmomenttoleranzen leider nicht so einfach wie von normalen Muttern gewohnt.

Bei selbstsichernden Muttern mit Reibmoment muss der Streckgrenzenfaktor nueRp eingegeben werden, die Eingabe von MA,max sowie MA +/- % ist hier nicht möglich. Man kann in diesem Fall nueRp verändern, bis im Hintergrund das gewünschte Anziehdrehmoment MA,max angezeigt wird.

Tip: Einstellungen speichern in cfg-Datei
Einstellungen werden gespeichert in einer cfg-Datei (z.B. fed1.cfg). Eine cfg-Datei wird erstellt, wenn Sie unter "Datei\Einstellungen" auf "Speichern" klicken. Bei Netzwerkversionen werden die Netzlaufwerke unter "Datei\Einstellungen\Directories" konfiguriert. Das temporäre Laufwerk sollte lokal sein, z.B. c:\temp. Zweckmäßigerweise erstellt man eine Muster-cfg-Datei, die sich dann jeder User auf seine lokale Festplatte kopiert. Am besten in "c:\hexagon\".