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Bogenfeder Die ist eine Sonderform der Schraubendruckfeder die ursprünglich für den Einsatz im Zweimassenschwungrad im v

Bogenfeder

Die Bogenfeder ist eine Sonderform der Schraubendruckfeder, die ursprünglich für den Einsatz im Zweimassenschwungrad im verbrennungsmotorischen Antriebsstrang entwickelt wurde. Als Bogenfeder werden vorgekrümmte bzw. bogenförmig ausgebildete Schraubendruckfedern mit kreisbogenförmiger Schraubenachse bezeichnet.

Darstellung verschiedener Bogenfedern und Bogenfedersysteme (Systeme bestehend aus Innen- und Außenbogenfeder).

Funktion Bearbeiten

Bogenfedern basieren wie andere technische Federn auf dem grundlegenden Wirkprinzip der Speicherung mechanischer Arbeit in Form von potentieller Energie sowie der Fähigkeit diese wieder abzugeben. Die Krafteinleitung erfolgt über die Federenden. Über die längs dieser Schraubenachse gerichtete Kraft und den Hebelarm zum Systemmittelpunkt kann ein Drehmoment um eine Achse übertragen werden. Dabei wird der Draht der Bogenfeder hauptsächlich auf Torsion beansprucht.

Abstützung Bearbeiten

Darstellung der Reibungshysterese einer einstufigen Bogenfeder unter Abstützung durch eine Gleitschale in einem Moment-Winkel-Kennlinienverlauf.
Darstellung der Reibungshysterese einer zweistufigen Bogenfeder unter Abstützung durch eine Gleitschale in einem Moment-Winkel-Kennlinienverlauf.

Eine Bogenfeder benötigt zur Übertragung eines Drehmoments eine geeignete Abstützung. Die Abstützung erfolgt in der Regel von außen in Form eines bogenförmigen Kanals (Gleitschale) oder radial geformter Abstützbleche. Hierdurch wird ein Abknicken der Bogenfeder verhindert. Ein weiterer Effekt der aus dem Kontaktpaar zwischen der Feder und der Abstützung hervorgeht, ist die Hysterese zwischen Be- und Entlastungskurve in dem Kennlinienverlauf. Sie resultiert aus der Reibung der Feder an der radialen Abstützung und ist ein beabsichtigter Effekt, um in dem System eine Dämpfung zu erzielen.

Bogenfedersysteme Bearbeiten

Wie bei Druckfedern können auch bei Bogenfedern Federsysteme eingesetzt werden. Die wesentlichen Ausführungen sind die Reihen- und Parallelschaltung von zwei Federn. Mit ihnen lassen sich ein- bzw. mehrstufige Federkennlinien erreichen. Zur optimalen Bauraumausnutzung sind es häufig Systeme aus Innen- und Außenbogenfeder.

Bogenfeder mit Gleitschale

Zudem kann die Federkennlinie durch weitere Merkmale wie zum Beispiel die Querschnittsgeometrie des Drahtes, den Windungsdurchmesser oder die Windungsanzahl beeinflusst werden. Zur optimalen Gestaltung können u. a. CAD-Konfiguratoren beitragen, die nach Eingabe bestimmter Parameter ein CAD-Modell generieren.

Anwendung Bearbeiten

Prinzipdarstellung von Bogenfedern in einem Zweimassenschwungrad

Die Bogenfeder ist sowohl für dynamische als auch für statische und quasistatische Anwendungen geeignet. Beispiele sind u. a.:

  • Dynamische Anwendungen
  • Statische und quasistatische Anwendungen:
    • Mittellagenrückstellung in einem Robotorgelenk
    • Elastisches Element in Exoskeletten
    • Rückstellung von Heckklappen oder Lehnen

Materialien und deren Normung Bearbeiten

Grundsätzlich können die üblicherweise für zylindrische Schraubendruckfedern eingesetzten Federstähle auch für Bogenfedern eingesetzt werden. Diese sind:

  • DIN EN 10270-1 Patentiert-gezogener unlegierter Federstahldraht
  • DIN EN 10270-2 Ölschlussvergüteter Federstahldraht
  • DIN EN 10270-3 Nichtrostender Federstahldraht

Wichtige Kenngrößen Bearbeiten

Formelzeichen Benennung
Drahtdurchmesser / mm
Mittlerer Windungsdurchmesser / mm
e Äußerer Windungsdurchmesser / mm
Mittlerer Radius / mm
0 Winkel der ungespannten Feder / Grad
c Blockwinkel / Grad; Winkel der Feder bei unmittelbar aneinander liegenden Windungen
Anzahl der federnden Windungen
t Gesamtwindungszahl
Federrate / (N·mm/°)

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Albert Albers: Fortschritte beim ZMS – Geräuschkomfort für moderne Kraftfahrzeuge. Hrsg.: LuK Kolloquium. Nr. 5, Mai 1994.
  2. Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin: Metallfedern. 2015, S. 120 ff., doi:10.1007/978-3-642-39123-1.
  3. Waldemar Steinhilper, Bernd Sauer (Hrsg.): Konstruktionselemente des Maschinenbaus 1 (= Springer-Lehrbuch). 8. Auflage. Springer Berlin Heidelberg, Berlin/Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-24300-4, S. 204, doi:10.1007/978-3-642-24301-1.
  4. Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin: Metallfedern. Springer Berlin Heidelberg, Berlin/Heidelberg 2015, ISBN 978-3-642-39122-4, S. 10, doi:10.1007/978-3-642-39123-1.
  5. Bogenfedern ▶ Produkte Brandgroup - Website. Abgerufen am 4. April 2021.
  6. CAD-Bogenfederkonfigurator. Abgerufen am 7. April 2022.
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Veröffentlichungsdatum:
Die Bogenfeder ist eine Sonderform der Schraubendruckfeder die ursprunglich fur den Einsatz im Zweimassenschwungrad im verbrennungsmotorischen Antriebsstrang entwickelt wurde Als Bogenfeder werden vorgekrummte bzw bogenformig ausgebildete Schraubendruckfedern mit kreisbogenformiger Schraubenachse bezeichnet 1 Darstellung verschiedener Bogenfedern und Bogenfedersysteme Systeme bestehend aus Innen und Aussenbogenfeder Inhaltsverzeichnis 1 Funktion 2 Abstutzung 3 Bogenfedersysteme 4 Anwendung 5 Materialien und deren Normung 6 Wichtige Kenngrossen 7 EinzelnachweiseFunktion BearbeitenBogenfedern basieren wie andere technische Federn auf dem grundlegenden Wirkprinzip der Speicherung mechanischer Arbeit in Form von potentieller Energie sowie der Fahigkeit diese wieder abzugeben Die Krafteinleitung erfolgt uber die Federenden Uber die langs dieser Schraubenachse gerichtete Kraft F displaystyle F nbsp und den Hebelarm zum Systemmittelpunkt r displaystyle r nbsp kann ein Drehmoment M F r displaystyle M F cdot r nbsp um eine Achse ubertragen werden Dabei wird der Draht der Bogenfeder hauptsachlich auf Torsion beansprucht 2 3 Abstutzung Bearbeiten nbsp Darstellung der Reibungshysterese einer einstufigen Bogenfeder unter Abstutzung durch eine Gleitschale in einem Moment Winkel Kennlinienverlauf nbsp Darstellung der Reibungshysterese einer zweistufigen Bogenfeder unter Abstutzung durch eine Gleitschale in einem Moment Winkel Kennlinienverlauf Eine Bogenfeder benotigt zur Ubertragung eines Drehmoments eine geeignete Abstutzung Die Abstutzung erfolgt in der Regel von aussen in Form eines bogenformigen Kanals Gleitschale oder radial geformter Abstutzbleche Hierdurch wird ein Abknicken der Bogenfeder verhindert Ein weiterer Effekt der aus dem Kontaktpaar zwischen der Feder und der Abstutzung hervorgeht ist die Hysterese zwischen Be und Entlastungskurve in dem Kennlinienverlauf Sie resultiert aus der Reibung der Feder an der radialen Abstutzung und ist ein beabsichtigter Effekt um in dem System eine Dampfung zu erzielen 4 Bogenfedersysteme BearbeitenWie bei Druckfedern konnen auch bei Bogenfedern Federsysteme eingesetzt werden Die wesentlichen Ausfuhrungen sind die Reihen und Parallelschaltung von zwei Federn Mit ihnen lassen sich ein bzw mehrstufige Federkennlinien erreichen Zur optimalen Bauraumausnutzung sind es haufig Systeme aus Innen und Aussenbogenfeder nbsp Bogenfeder mit Gleitschale 5 Zudem kann die Federkennlinie durch weitere Merkmale wie zum Beispiel die Querschnittsgeometrie des Drahtes den Windungsdurchmesser oder die Windungsanzahl beeinflusst werden Zur optimalen Gestaltung konnen u a CAD Konfiguratoren beitragen die nach Eingabe bestimmter Parameter ein CAD Modell generieren 6 Anwendung Bearbeiten nbsp Prinzipdarstellung von Bogenfedern in einem ZweimassenschwungradDie Bogenfeder ist sowohl fur dynamische als auch fur statische und quasistatische Anwendungen geeignet Beispiele sind u a Dynamische Anwendungen Zweimassenschwungrad Drehmomentwandler Bogenfederkupplung Riemenspanner Riemenscheibenentkoppler Statische und quasistatische Anwendungen Mittellagenruckstellung in einem Robotorgelenk Elastisches Element in Exoskeletten Ruckstellung von Heckklappen oder LehnenMaterialien und deren Normung BearbeitenGrundsatzlich konnen die ublicherweise fur zylindrische Schraubendruckfedern eingesetzten Federstahle auch fur Bogenfedern eingesetzt werden Diese sind DIN EN 10270 1 Patentiert gezogener unlegierter Federstahldraht DIN EN 10270 2 Olschlussverguteter Federstahldraht DIN EN 10270 3 Nichtrostender FederstahldrahtWichtige Kenngrossen BearbeitenFormelzeichen Benennungd displaystyle d nbsp Drahtdurchmesser mmD displaystyle D nbsp Mittlerer Windungsdurchmesser mmD displaystyle D nbsp e Ausserer Windungsdurchmesser mmr displaystyle r nbsp Mittlerer Radius mma displaystyle alpha nbsp 0 Winkel der ungespannten Feder Grada displaystyle alpha nbsp c Blockwinkel Grad Winkel der Feder bei unmittelbar aneinander liegenden Windungenn displaystyle n nbsp Anzahl der federnden Windungenn displaystyle n nbsp t GesamtwindungszahlR displaystyle R nbsp Federrate N mm Einzelnachweise Bearbeiten Albert Albers Fortschritte beim ZMS Gerauschkomfort fur moderne Kraftfahrzeuge Hrsg LuK Kolloquium Nr 5 Mai 1994 Manfred Meissner Hans Jurgen Schorcht Ulf Kletzin Metallfedern 2015 S 120 ff doi 10 1007 978 3 642 39123 1 Waldemar Steinhilper Bernd Sauer Hrsg Konstruktionselemente des Maschinenbaus 1 Springer Lehrbuch 8 Auflage Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 2011 ISBN 978 3 642 24300 4 S 204 doi 10 1007 978 3 642 24301 1 Manfred Meissner Hans Jurgen Schorcht Ulf Kletzin Metallfedern Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 2015 ISBN 978 3 642 39122 4 S 10 doi 10 1007 978 3 642 39123 1 Bogenfedern Produkte Brandgroup Website Abgerufen am 4 April 2021 CAD Bogenfederkonfigurator Abgerufen am 7 April 2022 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Bogenfeder amp oldid 236551576