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Gutekunst + Co.KG
Kompaktes Wissen rund um Zugfedern!

Wie wird eine Zugfeder hergestellt, welchen Einfluss haben Zugfeder-Bauformen, √Ėsenformen, Federkennlinie und Federwerkstoffe, und was bedeuten Fachbegriffe, wie Vorspannung, Relaxation, Dehngrenze und dynamische Belastung bei einer Zugfeder? Um f√ľr die n√§chste Federauslegung das Basiswissen etwas aufzufrischen geht Gutekunst Federn kurz auf diese Themen rund um die Zugfeder ein. Denn √ľberall dort, wo die Krafteinwirkung nicht auf Druck, sondern auf Zug erbracht werden muss, kommt man an der Zugfeder nicht vorbei. Zugfedern werden beispielsweise im Fahrzeugbau als R√ľckstellfedern eingesetzt, ebenso in Garagentoren, Schl√∂ssern, Bettk√§sten sowie in Relais im Anlagen- und Ger√§tebau. Mitunter werden auch Zugfedersysteme mit mehreren Zugfedern eingesetzt. H√§ufigste Anwendungsbeispiele sind Garagentorfederpakete oder Klappmechanismen f√ľr Bettk√§sten in Parallelschaltung, wo Bauteile mit gr√∂√üerer Masse mit konstanten Kr√§ften und Federmomenten in Position gehalten werden.

Gutekunst - Zugfedern individuell
Zugfedern individuell nach Kundenvorgaben

Die Herstellung
Hergestellt werden Zugfedern aus runden oder ovalen Federstahldr√§hten. Der Federstahldraht wird dabei zumeist im Kaltumformungsprozess in jede gew√ľnschte Form gebracht, entweder durch Winden mit einem Einfingersystem um einen Dorn oder – bei vollautomatischen Federwindeautomaten – mithilfe von mehreren Drahtf√ľhrungsstiften (Zweifinger- oder Dreifingersystem). Dabei werden die √Ėsen entweder direkt beim Winden ausgeformt oder in einem nachgelagerten Arbeitsgang aufgestellt. Zugfedern werden in der Regel zylindrisch mit je einer 1/1 deutschen √Ėse an den Seiten nach der Norm EN 13906-2 hergestellt. Wie die Herstellung einer Metallfeder abl√§uft, hat der Federnspezialist Gutekunst in einem kurzen Video auf YouTube zusammengestellt. Geben Sie bei Google einfach ‚ÄěFedernproduktion Video" ein.

Gutekunst - Zugfedern zylindrisch
Zylindrische Zugfedern mit je 1/1 deutscher √Ėse

Federbauformen und √Ėsenformen
Neben der zylindrischen Zugfederbauform mit einer linearen Federkennlinie werden h√§ufig auch kegel- oder tonnenf√∂rmige Zugfedern hergestellt. Dabei wird mit den konisch verj√ľngten Federenden, neben einer progressiven Federkennlinie, auch eine h√∂here Lebensdauer erreicht. Ein degressiver Kraftverlauf kann nicht √ľber die Zugfederbauform erzeugt werden; dazu ist ein Zugfeder-Hebelmechanismus n√∂tig, wie bei einem Bettkasten. Je nach Anwendung kommen verschiedene √Ėsenformen zum Einsatz. Neben den klassischen √Ėsenformen wie der 1/1 deutschen √Ėse oder der Haken√∂se werden auch widerstandsf√§higere Federenden wie der eingerollte Gewindebolzen oder der einschraubte Gewindestopfen angeboten, wodurch eine h√∂here Lebensdauer erzielt wird. Im Allgemeinen sind Zugfedern aufgrund der √Ėsen nicht f√ľr den Dauerfest-Einsatz geeignet, da die √Ėsenanbindung am √úbergangsbogen eine gro√üe Schwachstelle darstellt.

Gutekunst - Zugfeder kegelförmig
Kegelförmige Zugfeder

Bei Zugfeder√∂sen treten drei Kr√§fte auf – die Zugbelastung, die Torsionsbelastung und die Biegebelastung. Darum sollte bei Zugfedern auch darauf geachtet werden, dass die Krafteinwirkung zentrisch auf die √Ėse einwirkt, weil sonst das Risiko eines √Ėsenbruchs steigt. Zudem muss der √úbergangsradius (r) vom Federk√∂rper zur Feder√∂se grunds√§tzlich gr√∂√üer als die Drahtst√§rke (d) sein.

Gutekunst - √Ėsenbelastung grafisch
√Ėsenbelastung – zentrische Krafteinwirkung

Vorspannung
Bei der Zugfeder entsteht w√§hrend der Herstellung durch einen Drall gegen die n√§chste Windung eine Vorspannung. Diese Vorspannung ist gr√∂√ütenteils gew√ľnscht, weil dadurch die erforderliche Betriebsl√§nge der Zugfeder minimiert wird. Dabei gilt jedoch bei der Zugfederherstellung: je h√∂her die Vorspannung, desto h√∂her der Produktionsaufwand. Die Vorspannung ist auch vom Wickelverh√§ltnis ‚Äěw = D/d" (‚ÄěD" Mittlerer Windungsdurchmesser, ‚Äěd" Drahtst√§rke) abh√§ngig, sie nimmt mit steigendem Wickelverh√§ltnis ab. Falls bei einer Zugfeder keine Vorspannung gew√ľnscht ist, wie beispielsweise bei einer Messfeder, kann diese durch eine h√∂here Anlasstemperatur und l√§ngere Anlasszeit nachtr√§glich fast komplett entfernt werden. Auch warmgeformte Zugfedern enthalten keine Vorspannung. Um die geforderten Federeigenschaften, wie Bauma√ülichkeit oder Kr√§fteeigenschaften, nach der Herstellung gew√§hrleisten zu k√∂nnen, wird als Fertigungsausgleich normalerweise die Vorspannung (F0) oder der mittlere Windungsdurchmesser (D) toleriert.

Gutekunst - Zugfeder Weg-Kraft-Diagramm
Weg-Kraft-Diagramm / Federkennlinie Zugfeder

Relaxation, Schubspannung und Federkräfte
Wird die Zugfeder √ľber einen l√§ngeren Zeitraum bei h√∂heren Temperaturen belastet, geht – wie bei allen Metallfedern – ein bestimmter Prozentsatz der Federkraft verloren. Diesen Kraftverlust nennt man Relaxation, und er nimmt mit steigender Temperatur und Spannung zu. Da die Relaxation, je nach Werkstoff und Temperatur, einen Kraftverlust von bis zu 20 Prozent bedeuten kann, sollte der gr√∂√üte Federweg maximal 80 Prozent der zul√§ssigen Spannung betragen. √úbersteigt bei Belastung der Zugfeder die Schubspannung den zul√§ssigen Wert der Dehngrenze, tritt eine dauerhafte Verringerung der Vorspannung oder eine Verformung der Zugfeder ein. Des Weiteren sollte auf die Resonanzschwingung der Zugfeder geachtet werden; idealerweise sind die Schwingungen der Erregerfrequenz zehnmal kleiner als die Eigenfrequenz der Feder, ansonsten k√∂nnen erhebliche Spannungserh√∂hungen auftreten, die zum Federbruch f√ľhren.

Die Federkraft/Federsteifigkeit hängt vom Federstahldraht und der Federrate bzw. Federkonstante ab. Die Federrate definiert auch das Verhältnis von Federkraft zu Federweg. Grundsätzlich lässt sich die Dimensionierung der Federkraft durch folgende Maßnahmen beeinflussen:

‚ÄĘDrahtdurchmesser (d) gr√∂√üer > Feder h√§rter
‚ÄĘWindungsdurchmesser (De) gr√∂√üer > Feder weicher
‚ÄĘAnzahl der federnden Windungen (n) gr√∂√üer > Feder weicher

Dynamische Belastung
Dynamische Belastungen sind zeitlich ver√§nderliche Belastungen mit mehr als 10.000 H√ľben. Anders als bei Druckfedern gibt es f√ľr Zugfedern keine Dauerfestigkeitsschaubilder, mit denen aufgrund des Werkstoffs, des Drahtdurchmessers und der Hubspannung ein m√∂gliches dynamisches Beanspruchungsfeld vorgegeben wird. Grund hierf√ľr ist die Vielfalt an √Ėsenformen, die gr√∂√ütenteils aufgrund des √úbergangsbogens vom Federk√∂rper zur √Ėse keine Dauerfestigkeit besitzen. √Ėsenformen wie der eingeschraubte Gewindestopfen oder der eingerollte Gewindebolzen besitzen bessere dynamische Eigenschaften, trotzdem m√ľssen bei jeder dynamisch eingesetzten Zugfeder reale Lebensdauertests f√ľr den jeweiligen Arbeitseinsatz durchgef√ľhrt werden.

Federwerkstoff und Oberfläche
Die Auswahl des Federstahldrahts beeinflusst nicht nur die Federkraft, sondern bietet auch die passenden Eigenschaften f√ľr die jeweilige Federanwendung. So werden neben den normalen unlegierten Federstahldr√§hten auch rostfreie Federst√§hle, SiCr-legierte Ventilfederdr√§hte, Kupferlegierungen f√ľr gute elektrische Eigenschaften, Nickellegierungen f√ľr hohe W√§rme- und Korrosionsbest√§ndigkeit sowie Titanlegierungen f√ľr h√∂chste Anspr√ľche aus der Luftfahrttechnik verwendet. Daneben k√∂nnen auch verschiedene Oberfl√§chenbehandlungen aufgebracht werden, um die Feder zu optimieren. Bei den Zugfedern ist eine Oberfl√§chenbehandlung jedoch schwierig, da die Windungen so eng aneinander liegen.

Nach- und Vorteile
Die Nachteile der Zugfeder liegen in der Gr√∂√üe des Einbauraums, der sensiblen Stelle am √Ėsenanschluss und dem daraus resultierenden Totalverlust der Federkraft nach einem √Ėsenbruch. Die wichtigsten Vorteile der Zugfeder sind die Knickfreiheit, die M√∂glichkeit der zentrischen Kraft√ľbertragung und die Reibungsfreiheit durch den Wegfall von F√ľhrungselementen wie H√ľlse oder Dorn.

Falls Sie noch mehr zu diesen Themen erfahren m√∂chten oder Fragen haben, dann sind Sie beim Gutekunst Federn Infoblog unter blog.federnshop.com gut aufgehoben. Im Wissens- und Informationskanal von Gutekunst rund um das Thema Metallfedern finden Sie nicht nur zum Thema Zugfedern interessante und n√ľtzliche Infos.


Firmenprofil
Gegr√ľndet 1964, z√§hlt Gutekunst Federn heute mit vier Firmenniederlassungen in Deutschland und Frankreich zu den gr√∂√üeren Federnherstellern in Europa. Gutekunst unterh√§lt europaweit eines der gr√∂√üten Federnprogramme ab Lager. Mit 320 Mitarbeitern beliefert Gutekunst Federn weltweit √ľber 100.000 Kunden aus den Branchen Maschinenbau, Automobil, Elektro-, Medizin-, Luft- und Raumfahrttechnik, aber auch Lebensmittel, Schmuck und Kosmetik. Mit √ľber 150 Winde- und Biegeautomaten und einem Produktionsvolumen von zwei Millionen Federn t√§glich ist Gutekunst Federn ein leistungsf√§higer und vielseitiger Federnlieferant f√ľr Ersatzteile, Muster, Kleinmengen und Gro√üserien.

Das Serviceangebot

  • Gutekunst Federn bietet unter www.federnshop.com hilfreiche Servicetools rundum Federn in neun Sprachen
  • Kompletter Federnkatalog mit umfangreichen Auswahlm√∂glichkeiten und Bestellsystem
  • Individuelle Online-Federnberechnung f√ľr Druck-, Zug- und Schenkelfedern
  • Schneller CAD-Daten-Download f√ľr Katalogartikel und individuell berechnete Federn
  • Individuelle Federnanfrage mit zahlreichen InformationenInformationen und Downloadangebote f√ľr Konstruktion und Berechnung
  • Neue Informationsplattform √ľber Metallfedern unter www.federn-forum.de


Firmenvideo

 


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Tel. +49 (0) 71 23 / 9 60-0
Fax +49 (0)  71 23 / 9 60-195

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