Der Effekt des Hysterese bei Federwerkstoffen
Ursachen, Einflüsse und Reduzierungsstrategien
Einleitung:
Der Effekt der Hysterese ist ein wichtiges Phänomen bei Federwerkstoffen, das zu einer Differenz zwischen der Belastung und der Entlastung führt.
Ursachen der Hysterese:
Die Hysterese bei Federwerkstoffen beruht auf mehreren Mechanismen, darunter:
Mikroplastizität:
Während der Belastung einer Feder treten plastische Verformungen in Form von Versetzungen auf, die teilweise reversibel sind. Beim Entlasten der Feder bleibt ein Teil der plastischen Verformung erhalten, was zur Hysterese führt.
Reversibles Phasenumwandlungsverhalten:
Einige Federwerkstoffe, wie beispielsweise Formgedächtnislegierungen, zeigen bei bestimmten Temperaturen und Belastungen Phasenübergänge, die mit irreversiblen Verformungen einhergehen und somit zur Hysterese beitragen können.
Einflüsse auf das Hystereseverhalten:
Temperatur:
Eine Erhöhung der Temperatur führt zu einem Anstieg der Hysterese, da sie die Bewegung der Versetzungen und die Reversibilität von Phasenübergängen beeinflusst. Insbesondere bei thermoplastischen Federwerkstoffen kann die Hysterese bei erhöhten Temperaturen deutlich zunehmen.
Zeit:
Langfristige Belastungen können zu einer Zunahme der Hysterese führen, da sich die Versetzungen und Verformungen im Werkstoff über die Zeit hinweg verändern. Dieser Effekt wird als Kriechen bezeichnet und trägt zur Hysterese bei.
Belastung:
Höhere Belastungen können zu größeren plastischen Verformungen führen, was zu einer erhöhten Hysterese führt. Insbesondere bei Federwerkstoffen mit niedriger Elastizitätsgrenze kann die Hysterese ausgeprägter sein. Legierungsbestandteile:
Die Zusammensetzung des Werkstoffs beeinflusst das Hystereseverhalten. Verschiedene Legierungsbestandteile können die Versetzungsaktivität, das Phasenumwandlungsverhalten und die elastischen Eigenschaften beeinflussen, was sich auf die Hysterese auswirkt. Beispielsweise können bestimmte Legierungselemente die Versetzungsbewegung behindern und somit die Hysterese verringern.
Reduzierung der Hysterese:
Um die Hysterese bei Federwerkstoffen zu reduzieren, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
Optimierung der Werkstoffzusammensetzung:
Durch gezielte Auswahl von Legierungsbestandteilen können Werkstoffe mit reduzierter Versetzungsaktivität und Phasenumwandlungen entwickelt werden, was zu einer verringerten Hysterese führt.
Wärmebehandlung:
Durch bestimmte Wärmebehandlungsverfahren, wie beispielsweise das Austenitisieren und anschließende Abschrecken, können die Versetzungen und Verformungen im Werkstoff reduziert werden, was zu einer Verringerung der Hysterese führt.
Oberflächenbehandlung:
Die Anwendung von Oberflächenbeschichtungen oder -behandlungen kann die Reibung und damit die Energieverluste während der Belastung und Entlastung verringern, was zu einer geringeren Hysterese führt. Geometrische Optimierung:
Durch eine geeignete Gestaltung der Federgeometrie, wie beispielsweise die Wahl von Drahtdurchmesser, Wickeltechnik und Federform, kann das Hystereseverhalten optimiert werden.
Praktische Vorteile und Nachteile der Hysterese:
Vorteile:
Die Hysterese kann dazu beitragen, unerwünschte Schwingungen oder Resonanzen in Federanwendungen zu reduzieren, was zu einer verbesserten Stabilität und Leistung führt. Bei einigen speziellen Anwendungen, wie beispielsweise Stoßdämpfern oder Federn mit Dämpfungsfunktion, kann die Hysterese bewusst genutzt werden, um eine Dämpfungswirkung zu erzielen.
Nachteile:
Die Hysterese führt zu Energieverlusten, da ein Teil der aufgewendeten Energie in Form von Wärme dissipiert wird. Dies kann in einigen Anwendungen zu einer ineffizienten Nutzung der Energie führen. Bei Präzisionsanwendungen, bei denen eine genaue Steuerung der Federkräfte erforderlich ist, kann die Hysterese zu unerwünschten Abweichungen und Ungenauigkeiten führen.
Der Effekt der Hysterese ist ein bedeutender Aspekt bei der Konstruktion und Verwendung von Federwerkstoffen. Durch das Verständnis der wissenschaftlichen Ursachen und Einflüsse der Hysterese können Ingenieure gezielte Maßnahmen ergreifen, um das Hystereseverhalten zu reduzieren und die Leistung von Federanwendungen zu optimieren. Die Auswahl geeigneter Werkstoffe, die Anwendung von Wärmebehandlungen, Oberflächenbehandlungen und die geometrische Optimierung sind wirksame Ansätze zur Minimierung der Hysterese. Es ist jedoch wichtig, die potenziellen Vorteile und Nachteile der Hysterese im Hinblick auf die spezifischen Anforderungen einer Anwendung sorgfältig abzuwägen.
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Reiner Schmid Produktions GmbH Specialist and expert for the manufacture, production, production, development and sample production of torsion springs, double torsion springs and bent wire parts.
Abstract:
The manufacture, production and production of torsion springs, double torsion springs and bent wire parts is carried out in small series, large series and variant production.
The calculation, development and testing of torsion springs, double torsion springs and bent wire parts takes place before each production.
We offer customers a comprehensive application-related service such as advice, calculation, development and sample production for torsion springs, double torsion springs and bent wire parts.
Keywords:
torsion spring, torsion springs, double torsion spring, double torsion springs, bent wire part, bent wire parts
The torsion spring:
Cylindrical torsion springs or also known as torsion springs, helical torsion springs are widely used and versatile machine elements components in the world of mechanics and spring technology.
The structure of a cylindrical torsion spring consists of a wire that is wound in a helical shape around a central axis in even turns.
torsion springs are used to absorb and release a rotating movement, a torque or a force and to guide the movement of the legs.
torsion springs are characterized by the ability to absorb and release deflections, forces or torques around a rotation axis and to guide the rotational movement.
torsion springs usually have a cylindrical spring body on which two legs are arranged.
The legs can be arranged tangentially, radially or axially, whereby each leg can have a different arrangement. Different spring end shapes can be attached to the end of the two legs, e.g. straight leg, hook shape, eyelet shape, round or square.
The terms "torsion spring", "torsion spring" and "torsion spring" refer to the same component.
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The double torsion spring:
Double torsion springs, double torsion springs and double torsion springs are widely used and versatile machine elements in the world of mechanics and spring technology.
The structure of a double torsion spring consists of a wire that is wound in a helical shape in even turns to form two separate spring bodies. The two spring bodies are connected by a wire, which is usually designed as a U-shaped web.
The legs or spring ends of the double torsion springs are usually attached to the outside of the respective spring body. The force or torque is introduced either via the U-shaped web or via the legs. The double torsion spring is usually guided via a mandrel, axle or bolt.
Double torsion springs, double torsion springs and double torsion springs are used to absorb or release a rotating movement, torque or force. Double torsion springs are characterized by the ability to absorb or release deflections, forces or torques around a rotation axis. The legs can be arranged tangentially, radially or axially, whereby each leg can have a different arrangement. Different spring end shapes can be attached to the end of the two legs, e.g. straight leg, hook shape, eyelet shape, round or square.
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The wire bent part:
In practical use, standardized wire bent parts such as spring rings, snap rings, retaining rings, clips, pins, etc. are found. A paper clip or a staple clip also belongs to the wire bent parts, wire form springs and bent parts.
However, in practical use, non-standardized, individual, application-specific designed wire bent parts are mostly used. Wire form springs and bent parts are used.
The focus is on the function of the component: e.g. securing, protecting, holding, positioning, clamping or springing.
Wire form springs, wire form springs and bent parts made of spring steel wire are important components in various industries and applications. Bent wire parts are special machine elements that usually have springy properties.
They are made into a specific shape by bending wire and offer a variety of advantages in terms of flexibility, cost-effectiveness and functionality.
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