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Bild: Gewundene Drahtfedern (Dreh- bzw. Schenkelfedern)
Bild: Gewundene Drahtfedern (Dreh- bzw. Schenkelfedern)

Gewundene Drahtfedern bieten die Möglichkeit Biegestäbe großer Länge auf kleinem Raum unterzubringen, die zur Kraft 1 bzw. Ableitung an den Federkörper schenkelförmig angebogenen Federenden, die der Feder neben der normgerechten Bezeichnung Drehfeder, den in der Praxis häufig verwendeten Namen Schenkelfeder gegeben haben, können tangential, radial oder axial angeordnet sein. Das im Bild dargestellte Beispiel zeigt eine Schenkelfeder mit tangential angebogenen Federenden. Verformung, Biegespannung, Federarbeit und Abnutzwert von Dreh- bzw. Schenkelfedern ermitteln sich analog zu Spiralfeder. Bei der Berechnung der Verformung sind die Unterschiede zu Spiralfeder in der Berechnung der gestreckten Drahtlänge l und des äquatorialen Flächenträgheitmomentes Iz zu berücksichtigen. Bei der Berechnung der gestreckten Drahtlänge l können je nach Ausführungslänge der Federschenkel, die Schenkellängen r1 und r2 vernachlässigt oder aber mit einem Drittel ihres Wertes berücksichtigt werden. Bei der Berechnung der vorhandenen Spannung σb vorhanden ist von der allgemeingültigen Beziehung für die Biegespannung auszugehen. Der Größtwert der Biegespannnung tritt infolge der Krümmung des Drahtes an seiner Innenfaser, d.h. am Innendurchmesser der Schenkelfeder auf. Die Spannungserhöhung wird über den Krümmungsfaktor kb erfasst. Er ist für Federn mit kreisförmigem Drahtquerschnitt in Abhängigkeit vom Wickelverhältnis W aus mittlerem Windungsdurchmesser Dm und Drahtdurchmesser D zu ermitteln.

Tabelle: Beilwerte kb zur Berücksichtigung des Krümmungseinflusses auf die Spannung
w = 2r/h 3 3,2 3,6 4 4,5 5 6 7 8 10 12 16
kb 1,35 1,31 1,27 1,24 1,20 1,18 1,14 1,13 1,12 1,08 1,07 1,05
Bild: Gewundene Drahtfedern (Dreh- bzw. Schenkelfedern)

Die Federarbei Wf der Dreh- bzw. Schenkelfeder ergibt sich aus dem Integral des Momentes über den Winkelweg φ. Sie entspricht der Fläche unterhalb der linearen Kennlinie der Schenkelfeder und damit der Fläche eines Dreiecks. Für das Moment M bzw. das Biegemoment Mb und die Verformung φ sowie die damit im Zusammenhang stehenden Größen (gestreckte Drahtlänge l, Flächenträgheitsmoment Iz bzw. Widerstandsmoment gegen Biegung Wb) sind die entsprechenden Beziehungen zu berücksichtigen.

Für den Ausnutzwert ηA erhält man unter Berücksichtigung der definitionsgemäßen Voraussetzung gleicher Beanspruchungsgrenzzustände den Wert ηA = 1/4.

Die Ermittlung der Federrate R der Schenkelfeder erfolgt unter Zugrundelegen der Drehsteife Rφ, die sich aus der Federkennlinie ergibt.

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