Doppelschenkelfedern, Doppeldrehfedern und Doppeltorsionsfedern
Doppelschenkelfedern, Doppeldrehfedern und Doppeltorsionsfedern sind weit verbreitete und vielseitige Maschinenelemente in der Welt der Mechanik und der Federntechnik.
Der Aufbau einer Doppelschenkelfeder besteht aus einem Draht, der in gleichmäßigen Windungen schraubenförmig zu zwei getrennten Federnkörper gewickelt ist.
Die beiden Federkörper sind durch einen Draht, der als Steg meist in U-Form ausgebildet ist, verbunden.
Die Schenkel bzw. Federenden der Doppelschenkelfedern sind meist an der Außenseite des jeweiligen Federkörpers angebracht.
Die Kraft- bzw. Momenteneinleitung erfolgt entweder über den U-förmig ausgebildeten Steg oder über die Schenkel.
Die Doppelschenkelfeder wird meist über einen Dorn, Achse oder Bolzen geführt.
Doppelschenkelfedern, Doppeldrehfedern und Doppeltorsionsfedern werden verwendet, um eine rotierende Bewegung, ein Drehmoment oder eine Kraft aufzunehmen oder abzugeben.
Doppelschenkelfedern zeichnen sich durch die Fähigkeit aus Auslenkungen, Kräfte bzw. Drehmomente, um eine Drehachse aufzunehmen oder abzugeben.
Die Schenkel können tangential, radial oder axial angeordnet sein, wobei jeder Schenkel eine unterschiedliche Anordnung aufweisen kann.
Am Ende der beiden Schenkel können unterschiedliche Federendenformen angebracht sein z.B. gerader Schenkel, Hakenform, Ösenform rund oder eckig.
Der Aufbau einer Doppelschenkelfedern umfasst folgende Merkmale:
Federkörper:
Die beiden Federkörper bestehen aus zwei schraubenförmigen gewundenen Federdrähten in Helixform.
Beide Federkörper sind durch einen Draht, der als Steg meist in U-Form ausgebildet ist, verbunden.
Die Führung der Doppelschenkelfeder erfolgt meist über einen Dorn, Achse oder Bolzen.
U-förmig ausgebildeten Steg:
Der meist U-förmig ausgebildete Steg stellt die Verbindung zwischen den beiden Federkörpern der Doppelschenkelfeder her.
Die Kraft- bzw. Momenteneinleitung erfolgt entweder über den U-förmig ausgebildeten Steg oder über die Schenkel.
Schenkel:
Die Schenkel bzw. Federenden der Doppelschenkelfedern sind an der Außenseite des jeweiligen Federnkörpers angebracht.
Die Kraft- bzw. Momenteneinleitung erfolgt entweder über den U-förmig ausgebildeten Steg oder über die Schenkel.
Am Ende der beiden Schenkel können unterschiedliche Federendenformen angebracht sein z.B. gerader Schenkel, Hakenform, Ösenform rund oder eckig.
Schenkelanordnung:
Die Schenkel einer Doppelschenkelfedern können tangential, radial oder axial angeordnet sein, wobei jeder Schenkel eine unterschiedliche Anordnung aufweisen kann.
Schenkelform:
An beiden Schenkeln der Doppelschenkelfeder können unterschiedliche Federendenformen angebracht sein z.B. gerader Schenkel, Hakenform, Ösenform rund oder eckig.
Krafteinleitung oder Drehmomenteinleitung:
Die Krafteinleitung bzw. Drehmomenteinleitung erfolgt entweder über die beiden Schenkel oder über u-förmig ausgebildeten Steg.
Die Abstützung des aufgebrachten Drehmoments erfolgt dementsprechend über den anderen Teil, den beiden Schenkel oder über den u-förmig ausgebildeten Steg.
Durch die Krafteinleitung bzw. Drehmomenteinleitung in Windungsrichtung ändert sich der Winkel zwischen den Schenkeln und dem u-förmig ausgebildeten Steg.
Es ist wichtig zu beachten, dass die genaue Bezeichnung (Doppelschenkelfedern, Doppeldrehfedern oder Doppeltorsionsfedern) variieren kann und in verschiedenen Kontexten gleichwertig verwendet wird.
Grundsätzlich handelt es sich um dasselbe Bauteil, das dazu dient, eine rotierende Bewegung oder ein Drehmoment zu erzeugen.
Die Mechanik der Doppelschenkelfeder:
Das Drehmoment bzw. die Kraft, die auf die Doppelschenkelfeder wirkt, sollte in Windungsrichtung erfolgen, um den Federdraht weniger stark zu belasten.
Eine Belastung der Doppelschenkelfeder gegen die Windungsrichtung ist möglich. Bei der Auslegung und Berechnung muss dieser Umstand jedoch berücksichtigt werden.
Die Doppelschenkelfeder wird aufgrund des Aufbau und der Krafteinleitung mechanisch auf Biegung belastet.
Demnach muss die Berechnung mit den analytischen Biegegleichungen für Draht durchgeführt werden.
Hierbei ist der E-Modul eine wichtige Materialeigenschaft.
Zusätzlich werden Doppelschenkelfedern meist auf Dauerfestigkeit ausgelegt.
Dabei sind Dauerfestigkeitsdiagramme für Biegung des Federnwerkstoffs bzw. Federdrahts von entscheidender Bedeutung.
Wird die Doppelschenkelfeder in Windungsrichtung belastet, reduziert sich Federkörperinnendurchmesser Di, dabei vergrößert sich die Federkörperlänge Lk.
Wird die Doppelschenkelfeder jedoch gegen die Windungsrichtung belastet vergrößert sich Federkörperinnendurchmesser Di, dabei verringert sich die Federkörperlänge Lk.
Enge Drahtbiegeradien (Drahtbiegeradius kleiner als 2 * Drahtdurchmesser; r <= 2 * d) z.B. beim Übergang vom Federkörper zu den beiden Schenkeln und von den
Schenkeln zu den unterschiedlichen Federendenformen sind zu vermeiden.
Dort können Spannungsspitzen auftreten, die zu einem frühzeitigem Ausfall des Materials und damit der Doppelschenkelfeder führen können.
Der U-förmig ausgebildete Steg sollte ebenfalls einen großzügigen Radius (r >= 2 * d) aufweisen.
Vergleich einer einfachen Schenkelfeder und einer Doppelschenkelfeder:
Im Vergleich zu einer einfachen Schenkelfeder können Doppelschenkelfedern wesentlich höhere Drehmomente bzw. Kräfte aufnehmen.
Mechanisch ist die Doppelschenkelfeder eine Parallelschaltung von zwei einfachen Schenkelfedern.
Dadurch ergibt sich eine höhere Steifigkeit und die Möglichkeit höhere Kräfte und höhere Drehmomente aufnehmen zu können.
Doppelschenkelfedern für die optimale Kräfteverteilung
Um bei Dreh- bzw. Schenkelfedern eine optimale Kräfteverteilung auf zwei Federkörper zu erreichen, werden Doppelschenkelfedern eingesetzt.
Bei der Fertigung dieser technischen Federn wird jeweils ein Schenkel mit dem anderen verbunden, sodass sich eine symmetrische Form ergibt.
Berechnung von Doppelschenkelfedern
Die Berechnung einer Doppelschenkelfeder ist mit ähnlichen Formeln durchzuführen wie bei der Berechnung einer einfachen Schenkelfeder.
- Berechnung von Doppelschenkelfedern ähnlich ...
Es muss darauf geachtet werden, dass es sich bei der Doppelschenkelfeder mechanisch bzw. physikalisch um eine Parallelschaltung von zwei einfachen Schenkelfedern handelt.
Bei einer Parallelschaltung von Federn addieren sich die Federsteifigkeiten, da der Drehwinkel für beide Federkörper und Schenkel gleich ist.
Dadurch kann die Doppelschenkelfeder bei gleichem Drehwinkel doppelt so viel Kraft aufnehmen wie eine einfache Schenkelfeder.
Bitte beachten Sie nachfolgende Ausführungen zur Reihenschaltung und Parallelschaltung von mechanischen Federn.
oder lesen Sie unseren Wissensbeitrag zur "Reihenschaltung und Parallelschaltung von mechanischen Federn":
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Reihenschaltung und Parallelschaltung von mechanischen Federn ...
-
Schenkelfederwissen - Wissen, Konstruktion, Auslegung, Berechnung - Schenkelfedern, Drehfedern, Torsionsfedern ...
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RS-Helix - Berechnungssoftware zur Berechnung von Schenkelfedern ...
Doppelschenkelfedern mit innen oder außen liegenden Enden
Die Reiner Schmid Produktions GmbH produziert in Ihrem Auftrag Doppelschenkelfedern in einer großen Bandbreite möglicher Ausführungen.
So finden Sie für jedes Projekt und jeden Einsatzort die richtige Doppelschenkelfedern.
In den meisten Fällen liegen die Enden der Schenkel an der Außenseite des Federkörpers.
Die Fertigung mit Schenkelenden auf der Innenseite ist zwar aufwendiger, mithilfe unserer einzigartigen modernen Fertigungsmethoden für CNC-Drahtbiegeteile jedoch problemlos realisierbar.
Unser Team geht flexibel auf Ihre Wünsche ein und realisiert die Besonderheiten, die die bestellten Doppelschenkelfedern
bereithalten müssen. Durch modernste Technik können wir beinahe jede Bauform bei der Doppelschenkelfeder umsetzen.
Für jeden Bedarf die passende Doppelschenkelfeder
Sie benötigen eine Doppelschenkelfeder in bestimmter Form, Größe und Drahtstärke?
Für uns als Hersteller ist das kein Problem.
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Gerne liefern wir Ihnen zuvor auch Muster und Prototypen, bevor wir mit der eigentlichen Serienfertigung beginnen -
so können Sie die korrekte Passform der Doppelschenkelfeder überprüfen und uns bei Bedarf neue Maße angeben.
Wir stellen technische Doppelschenkelfedern in der Regel aus Federstahldraht (1.4310 oder patentiert gezogen
in den Sortenklassen SM, SH, DH) her, können Ihnen nach Rücksprache aber auch unter anderem folgende Materialien anbieten:
Werkstoffe für Doppelschenkelfedern:
- Federstahldraht 1.4310
- Federstahldraht SM, SH, DH
- Federbronze
- Messingdraht
- Inconel
- Nimonic
- Titandraht
- Eisendraht
Individuelle Doppelschenkelfedern, Doppeldrehfedern und Doppeltorsionsfedern sind unsere Spezialität
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Christian Neumann
Tel: 0212 / 3824187-3
neumann@schmid-federn.de