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1 DK 62-272,272 DDR-Standard April1978·.· ..

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Tochnisoho Fodorn TGL Orucl<federn

18391 Borochnung und l<onstruktion

Gruppo 136772

TG,füH40Cl1HO npy1mmw

npylttHHbl Oltt8THA PDC40T H IIOtlCTPYIILIHO

Mochonicol S1>rlno& Compression Springs

/2 l '/ .. . Colculotion ond Doolon

1/i. 1\ ')(, · Desk1·iptoren:' DrucK ecterj ae;i-:echnung

Verbindlich ab' 1.1.1070 D lese r St n n cl a ,, d g 11 t !Ur D1·uck(eclern aus rnnclen Drtthlon uncl Sllibon,

1, FORMELZEICHEN Eigentum des ITM A

C

d

Nmm N/mm mm

clmax mm

<10 mm da mm di mm· dm mm f mm 11 bis f11 mm a MPa h

lf lg

10

11 bis ln1B1n

mm

Fecle1·1mgsarbelt Federkonstante D1•aht- oder Stabdurchmesser Drilht- oder Stabdurchmesser plus oberes Abmaß Außenclurchmesse1· der Feder ve1•g1•öße1·ter Außendurchmesse1· der Fecle1• Innonclu1•chmesser de1· Fecler mittlerer Dt1rchmesser de1· Fcdc1· Federweg Fodo1•wege, zugeordnet den Feclork1•äften P1 bis 1'

11

Gleitmodul A1·beitsweg, Hul1, Dülorenz zweier Fecle1�voge Anzahl do1· fodel'l\den Wlnclungon

. Oesamtwlndungszahl Beiwert, abhfü1gig vom Wickelverhältnis Ütnge cler unbelasteten Fedel' Ltingen cler belasteten Feder, zugeo1·dnel clon Fedo1•krmton P1 bis 1'

' . n

ßlockllingc cler Fecle1•, alle Wlnclungen ·liegen aneinander Lastsplellrequenz

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mm

mm

mm

Hz Hz E igenfrcquep2 0

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N P,, �- '.'. � l•

P 1 bis l'n }i' .: 1

· P nzul · 11'1

PBI theor Nmm

%

MPa Ml'a MPa

L.1Stsplelzahl Foclerkra(l Fedcl'k1•{t(�e.,,, �.�ß.��r�!n.et_ ����� K�;1��·�veg�n l.�1' bis 'n f nrnximal zuHissigc Foclorkraft theorellscho Federkralt zugeo1•dnol der Dlockllinge lßl Summe der Mlnclostubsttincle zwischen clen fecle1·nclen Windungen

dm Wlckelve1·hilltnls, w =-,1 Federung Sc h lankheltsfakto1· Zugfestigkeit Schubspannung, Ideelle Sclrnbspa1�nung, zugeordnet dei· Ji'oclcl'kmct }J n

... ,,- ..

1" ol'tsolzung Seite 2 bl& �

f lj _(:;;:·iy1

Verantwortlich: VVB Wttlzlager 1111d Nornitolle, Kal'i-Marx-Sladt '

,1 Bestätigt: 27,4, 1978, Amt (llr Standal'dlslol'Ung, Meßwesen und WarenprUfung, Berlin

_, _________ .....

I Eigentum ------------,<""fe'""r..,

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was,,,.,,��-=~--'. ;J,t::�tJ

T iBI MPa

r lzul MPa T k MPa

Schubspannung bei lllockl«ngo zullisslgo Schubspannnng Schubspannung unter Ilel'llckslchllgung cles Beiwertes k

'kl bisrkn MPa Schubspannungen unter D01·Uckslchtigung des Beiwol'les k, zugeo1·dnet den Fedorkrllften P1 bis P

11

rkh MPa

MPa MPa MPa

l!ubspannung, zugeo1·clnot clem A ••boltsweg h

Dauerhubfestlgkeil Oberspannung cler Dauel'lestlgke!t Unte1·spannung de1· Dauerfestigkeit

2, DRUCl<FEDERDIAGRAMM

--rs�a'l------'lo�t'---�--1In

12

1--------'--l. _________ ,_

lo !-------------'"'--------------

----·---

d

Bilcl I Druckleclorcllagrnmm

3, BE LASTUNGSARTEN 3, l. Ruhende oder selten wochselnclo IJelaslnng Federn mit ruhender oder selten wechselndo1· l3olastuug sind: · Federn, die nur statisch bohrnlel werden,- Federn mit golegontlichen Laständerungen in g1·ößoron Zeitnbsllincl<m mit weniger als 10 Last-

spielen wUhrencl der vorgosehono�t Leho11sdnne1·.

3, 2. Schwlngonclo Dela,ilnng Druckfedet·n mit schwingoncler nelrwtunf{ sind solcho, bei denen clici Bolnnlung 1,1,wisclwn der Länge 11 und clor durch elnon Hub h sich ol'gobonclon Ltingo 19 odot• l schwingend wechselt, Bel Federn wh·d die Lebonsclaue1• In clor Lastspielzahl N bis zum Di"nch aus'h,Mlckt.

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In allen Fällen hat der I<onstrukteur zu entscheiden, ob er Ctlr den vorgesehenen notrlcbsfall aus wirtschnft­liChen GrUnden eine begrenzte oder eine unbegrenzte Lebensdauer der Federn zugrnnde legt, 3, 2, 1, Unbegrenzte Lebensdauer Federn mit unbegrenzte1· Lebensdauer mUssen mindestens 107 l1nstsptelen ohne Bruch slnndhnllen, 3, 2, 2, Beg1•enzte Lebensdauer Federn mit begrenzter Lebensdauer ltönncn nnch 104 I,nslsptelen p1•mUden oder bred1en (siehe Abschnitt 0,3,1.4.).

1. BIEIWERT k

Durch die I<rUmmung der Draht- ocler Stabachse lrltt heim ZusnmmcndrUcken der D1·twkfcdel' Im Drahl„oder Stabquerschnitt eine ungtetchmäßlge Vertethrng clor S

0

chubspnnnu11g auf, Dr1· DPlwcrt II Ist abhilnglg vom Wlcketvorhilllnls w uncl steigt mit l<lelner werdendem Wickelvcrhilltnls stn,·k an (Dll<I 2), Der ßeiwcrt k ist nach Glolclnmg (1) ;.,,u berechnen und bei schwlng:ond belnsletcn Dnwkfl'dom i',U berllck­slchllgen.

5 ( ! ) 7 (! )2 ( 1)'3k•t+T w +aw + w

1,6

1.5

1.4

1.3

' 1.2 .......

......._ --

1.1

1 0 2 4 6 8 10 12

-----w

Dlld 2 Beiwert k in Abhängtgkelt vom Wickelverhältnis w

5, 5, 1.

6,2,

BERECHNUNG

Schubspannung

8 d

'1 m p •-

7IT

'1 G cl 1= -rr

1 • d 2-

( m

Draht- oder StnbcJu11chmessor �p--;--ci;,;-' d• - --u ' J i

(1)

14 16

MPa (2)

MPn (3)

MPn ( 4)

mm (5)

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il: l i 1

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sei'te 4 TGL 18391

6, 3, Fode1·weg

. ,l' mm (0)

6, 4.. Anzahl de1· Wlnclungen a) lede1·nde Windungen

G d4 • l l = - , f 8 d3 , pm

(7)

o) Gesamtwindungen

(8)

Gleichung (8) gllt nicht ffü• die Formen C und D nach '!'GL 18393/01.

Bel kalt gelo1•mten Druckfedern muß die Gesamtwlnchmgszahl lg nach 'l'GL 18393/01 at1f halbe Windungen enden, Bel warm geformten Druckfedern muß die Gesamtwindungszahl I nach 'l'GL 18303/03 at1f o, 26;o, 6; O, 76 ode1· volle Windungen enden. · · g

6, 6, Federkraft

l' G d4 f

=a dm 3 • lf

5, ß, Federkonstante

p G41' C = 7T = r =lf

5, 7, Federungsarbelt

d4 dm

3

6, 8, Verg1•öße1·ter Außendurchmosse1·

N

1) N/mm

lf

Nmm

Beim Zusammend1•Uckon der Dt·uckfedel' vergrllßo1·t sich der Außonclurchmessor geringfUglg,

(9)

(\0)

(11)

• Dei· vergröße1•te Außendu1·chmesser da' bel Blocklänge lßl lsl nach Gleichung (12) zu bo1·eclme11,

da' Hierin lst

✓ 2 2' = "• + o, 1 s

5, 0, Minc!ostabstand zwischen den fcdomdon Windungen

mm (12)

Bel größter Federkraft P (iugoordnot der klolnston Fodorlfingo 1 ) 111t1ß noch ein Mindoslabsiand zwischen den n 11

feclornclen Windungen vorhanden sotn:

5, 9. 1, Kalt gefornlte Druckfedern Dto Summe der Mindestabstände hat zu betragen:

s8 = X d lf mm (13)

X = o, 1 bei 4 ,: w �o, 10 bol 0 <· w � 10

= o, 25 hol 10 < w � 12

0,4 bei 12 < w

5, <), 2, Warm geformte Druckfedern

Dll' Summe der MindostabsUtndc hat zu betrngon:

s8 = 0,1 · d, � mm (14)

1r Dto nngegobcmo Größe cllent nur der llo1·l•ch11ung

•, i.

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·-·--- -·"··

'l'GL 18391 Seite 6

6, 10, Btockt!tnge 6, 10, 1, Kalt geformte Pruckfede1·n

bo! angeschl!ffenon Federenden: 1)

!BI " 1g ' dmaxbei nicht angeschl!ffenen Federenden:

1 - (! · + 1 0) d l)BI - g ' max

6, 10, 2, Warm geformte P1·uckfedem

!BI • (!g ._ 0, 6) d 1)

0, KONSTRUKTION 6, 1, Knlcks!che1·hell

mm (16)

mm (16)

mm (17)

P1·uckfedern knicken aus, wenn die nach Bild 3 angegebene Fede1•1mg !Ur den jeweiligen Sch!ankhe!tsfakto,• Uberschrltten wh•d, Es wird empfohlen, Pruckfedom so zu konsll'\lle1·on, daß slo entwocler nicht sollllch ausknicken, können ode1· In knlcksiehere Einzel!eclel'l\ zerlegt, clu1•eh Zwischenteile,· Uber einen Pol'l\ ve1·­bunden ode1· in einer-HU!se ge!Wu•t we1•don,

100

0/o

80

70

60

50

40

--

"

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\. ll,.--, < .,;)l\L

3,0

20

10 -

0 1 2 3 ,. 5 6

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Bild 3 Grenzen der Knicksicherheit von 01·11ckle<lern

1) siehe Seite 4

2 •

7 8

. '

Seite ·6 TGL (8391

Kurve 1: nur !Ur D1•uckfedorn mit geführten Einspannungen und parallelen Fodcrnuflngefltlchen

Kurve 2: !Ur alle Druckfedel'll mit nlchl gefUhrler lllnspnnnun{i und/oder nlohl pa1•allolcn Fcdo1·auflago!lltchon

� .l... . 100 % (18) lo 10 • = ct (19)

6, 2, 6. 2. 1.

m

Ruhende ode1· selten wechselnde llolnstung '

Zulässige Schubspannung 6. 2. 1. 1. Kalt gefo1•mte Druckfedel'll

!Ur höchste zuU(ssige llolastung Pnzul

r = 0 5 • • 2)lzul ' •a MPn

Dle zu,· lllocklänge lm gehörige Schubspannung r lDl darf r lzul bls zu 12 % \lborstelgon.

r ln � r lzul bzw. T kn � r lzul

6. 2. 1. 2. Warm gofo1•mto Drucl<fodel'llDle in Dild 4 angegebenen Wel'te fllr r lBl dUrfen nicht liborschl'itlon werden,

1ie1t MPa

800

700

1,00 L--.1----1--..L.--l--'--'----'---'---'---' 16 20 24 20 32 36 40 1,/, mm, 52

----d

Dlld 4 Maximalwerte !Ur die Schubspannung bei lllocklänge

(20)

Die obel'e Grenze des Stl'eubandes gut fUl' hochloglel'te Fecterstlihle mit blanker Obel'fliicho und die untere !Ur niedrig legierte Federstähle mit walzroher Oberfläche.

6, 3. Schwingende Belastung llelm Entwu1•f von D1·uckledern !Ur schwingende Belastung Ist neben dem gegebenen Einbauraum dle Größe der Hubspannung T kh, das Ist .die Dlffe1·enz zwischen den Sehubspannungeu r kl und r k2• entscheidend. Es Ist 'kl = rku und rk2 � rk0 aus dem entsprechenden Dauerfesllgkeltsschnubllcl zu wlihlon.

Außerdem gllt: T kn � r lzul

2) Fllr qB Ist abmossungsbozogon do1· Mlnlmnlwel't des Zugfostlgkeitsborolchos des Wol'lrnloffos einzusetzen,

0..----------------------�"'-"-P\..- ll�S, .. , ________ _.

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1

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TG 1, 18301 Seite 7

6, 3. 1. Festlgkeltswerte Bel Druckfedern !Ur schwingende Belastung unterscheidet man Dauerfestigkeit und Zeitfesliglrnll. Druckfedern mit begrenzter Lebensdauer (slehe Abschnitt 3, 2, 2, \md 6, 3, 1. 4,) sind auf Zeitlesllgkelt zu berechnen. D1•uckfedern niil unbegrenzter Lebensdauer (siehe Abschnitt 3, 2.1,) sind auf Dauor!estig-kelt zu berechnen, 6, 3, 1, 1. Dauerfesllgkeitsschaubilder !Ur kalt gefo1•mto lli'uckfedern u1 den Bllclern 5 w1d 6 sind die We1·te der Daue1·lesllgkelt rkll in Abh«ngii',l<oil von d,n· Unte,·spanmmg r 1,ufU1• Druckfedern ve1·schiedener Drahtdurchmesser angegeben, Die Werte h1 den Blldern 6 und ß geiten nu1· flir kalt geformte Dn1ckfodern bis 8 mm D1·ahtdurchmesse1•. Die Hubspannung rkh /Ur den Hub h darf den Werl der Dauel'lmb!estigkeit 'kll des gewiihllen Werkstoffesnlcht Uberschrelten,

T kh ,; r kH Außerdem darf eile Schubspannung r

k2 der endgespannten Druckfeder nicht gl'Ußer sC'in als die Oberspannung

'kO'

'k2 � 1 kOAus dem Vergleich der Bllder 6 und 6 ist erslchtlich, daß die Dauerhubfosllgkoit 'kll durch eine Oberfliichen• verfestigung der fertigen Fede1· durch Kugelstrahlen bedeutend gesteigert werden kann. Deshalb wird empfohlen, daß alle schwingend belasteten Federn eine Oberflllchenverfestigunt{ dul'ch I<ugelstl':thlen cl'hallen; In der Praxis ist zu berUcksichtigen, claß•dte 0eanspruchungsart in vielen Fällen von einer sinusrnrmigen Schwingung abweicht, ßei stoßartiger Wechselbelastung und infolge von Eigenschwingungen kann die wirkliche Beanspruchung des Werkstoffes bedeutend höher liegen nls die errechnele. Die Werte der Dauor­festtgkeitsschaubildo1· dUr!on deshalb bei diesen ßelnstungsffülen nur unter Elnheziclnmg Pnlsprechencler Siche1·hotten verwendet werden,

6, 3, 1. 2. Linien gleicher Spanmmgsverhällnisse In den Bilde1·n 5 und 6 sind an der oberen Querlinie Verhfülnisse der Ji'cclerkrltrto Pt ?.ll P2 nngcgoben, Von diesen Punkten aus können Linien zum Koorclinatennullpunkl gezogen werden, die Linien gleicher 8prmnungs­verhältnlsse rk1/rk2 genannt werden, Jeder Strahl schneidet die Linie der oberen Grenze der Dauorhub­festigi<ell fllr einen bestimmten Drahtdurchmesser, senkrecht unte1· dem jeweill�en Schnlllpunl<l lsl die größtmögliche Dauerhubfestigkelt r kll abzulesen,

6, 3, 1,3, Vorläullge ·Richtwerte der Dauerfestigkeit !Ur warm gefo1•mte Druckfedern FUr Fede1·n aus Stäben, warm geformt und vergUtet kann gesetzt werden:

r kll = 80 bis 120 MPa

6, 3, 1, 4, Fesllgkeltswel'le filr Dn1ckfedern mit begrenzter Lebensdauer Der Zeitfestigkeltsbereich ist in den DauerfestigkellsscJiaublldern 6 und ß durch Iiaster gekennzeichnet.

... •-:-,-Beim Berechnen der Hubspannung 'kh kann eine bis in den Bereich der Zeitfestigkeit ve,·grilßerte nfü'e1'· hubfestigkeit zugrunde gelegt werden, Bei Lastspielzahlen N < 106 kann bis an die obe1·e G1•enze des Zeitfestigkellsbere!ches gegangen we1·clen, Bol größeren Lastspielzahlen N sind die We1·te nahe de1· Linie r k0 zu w«hlen,

, l

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! 1

i

Seile 8 TGL 18391

1000

j::: 700

600

500

1,00

300 l--l-----11---,,(----!_cc::+--+-+---+-t---t---i---J

200 r---+-�,_____,__t-----t---t----J

100 l-¾---l-+---+---1--'-+--+-t------t--t-t----1

0 100 200 300 1,00 500 600 700 800 900 1000 MPa 1200

-----rku

ßilcl 5 Daue1•fesligkellsschaubild filr kalt gelormlo Dl'\lckfeclern aus Feclerslahl<lrnhl der !<lasse C nach TG L 14193/01

800

'/00

600

soo=---1------1�----1------11---..,1L----1--1--

-J----t--1----- ---·· 400t---+-----t--i---7f-

3001--l---l-l--+�'+--j-

200f--+��f---+-+----i

1001---,f---lt---+-----lr---+-----I--+----

0,9

0 100 200 300 1,00 500 600 700 800 900 1000 MPa 1200

Dlld O Dauerfostlgkollsschaubild !Ur knll geformte DruckfNlern aus Vl"'liel'Stahldrahl dt>r 1\lafüw C nach TGL 14193/01, kugelgosll·ahll

,_ ________________________ , ____ ..,,.,=-..,._,_,.,,�-.,,,,.z-=,-.,�-�-,c,.---..,,

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TGL 18301 Solle O

6,3,2, Eigenfrequenz Bel Druckfedern !Ur schnellaufende Maschinen ocle1· Vorl'lchtungen, z. B, Ventllfed�rn, können Resonanz­erscheinungen auftreten. Damit diese Resonanzerscheinungen ve,·mleden werden, Ist f(h• das Konsh·ule1·en die Kenntnis der Eigen­frequenz erforderlich, Die Eigenfrequenz einer Druckfede1·, die an beiden Fede1·enden fest gefUhrt Ist und bei der ein Ende in Richtung de1· Fede1·achse zwangsltiuflg 1iel'101llsch mit Ausschlägen entsprechend dem Hub h hin- und herbewegt wird, Ist nach folgender allgemeiner Größenglelclmng zu be1·echnen:

_ l , d ✓ G'

ne - 21r d 2 ' 2 , Q 1f m

Hz (21)

FUr DrucMede1·n aus Federstahldraht mit Gleitmodul G 81 400 MPa e1•gibt sich die Gleichung: 6 d n

0 = 3, 63 • 10 , 1 • d 2 .

1 m oder mit Hilfe von Gleichung (3) und (4):

n = 14 .� • .!... e h k

Hz (22)

Ilz (23)

Das Verhältnis Eigenfrequenz n zu,· Lastspielfrequenz n darf nicht beliebig sein, da sonst Resonanz-erscheinungen auftreten, 0

Es Ist zu beachten:

n > > n < < e

6, 4. Gleitmodul Federstahldraht nach TGL 14193/01 Federstahldraht aus 1•ost- und säure­beständigen Stählen nach TGL 14187 Im Llefe1·zustand KA Härtbare Federstilhle nach TGL 13780

· und'fGL 13872

G

G

03)

= 81 400 MPa

73 600 MPn

'/8 600 MPa

3) !Ur wa1•m geformte D1•uckfede1·n Ist G mit o, 04 zu multiplizieren

Hinweise Ersatz !Ur TGL 18391 Ausg, 2, 07 Äi1derungen gegenüber Ausg, 2, 07:ErHiuterungen zu1· Gesamtwindungszahl und Dauo1·!estigkeitsschauhllder um D1·ahtdurchmesse1· O, 3; 7 und 8 mm erweitert. G1•ößen gekennzeichnet, die nur der Berechnung dienen und Grenzen der Knlckslcherhelt l!lr Kurve 2 besse1· def!nlel't, Berechnung der Blockltlnge gettndei-t und Bel'echnnng clcr zuutssi(tcn Schuhspannung Hh· warm gcfo1•mto Drucklodel'll mit Hilfe eines ntagl'nmmes neu festgelegt. Gleitmodul fl11· Fede1•sttthle nach 'l'GL 14187 vorilnderl und (lil' auslenlllsche Fodcrstiihle geall'!chen, Im vorliegenden Standard ist auf folgende Standa1•(1B Bezug genommen: 'fGL 13789; TGL 138'12; TGL 14187; 1'GL, 14103/01; 'l'GI, 18303/01 und /03

Technische Federn; Druckfedern, Drahldul'chmesser O, 1 bis O, 4G mm siehe 'l;GL lO!HM -; -; Dr�htdu1·chmesso1· O, 6 bis 10 mm siehe 'l'GJi 18306 Dl'uckfcdem !Ur höchste schwingende Deansp1•uchung, 'l'ochnlsche I,ioforbediugungen :.;lohe 'l'UL 22040 j!

'