November 2016

Konstruieren mit Torsionsfedern

1.  Was ist eine Torsionsfeder?

Torsionsfedern kommen dort zum Einsatz, wo ein Drehmoment erzeugt werden muss oder Rotationsenergie in einer Konstruktion gespeichert werden soll.

2.   Entstehungsprozess

Bei Torsionsfedern gibt es unendlich viele Anwendungsgebiete, wodurch auch deren Ausführungen nahezu unbegrenzt sind. Der Federkörper kann ballig, bauchig, konisch, mit und ohne Windungsabstand gefertigt werden. Die Schenkel können einfach und gerade aus dem Körper auslaufen oder mit verschiedensten Abbiegungen oder Ösen gefertigt werden: axial, tangential, radial, radial/tangential.
Der Werkstoff der Feder hat auf die Auslegung einen grossen Einfluss. Dies ist manchmal eine Variable, mit der man noch spielen kann, wenn der Bauraum gegeben ist, aber an der Kraft noch „geschraubt“ werden muss.

3.   Grundsätze

Grundsätzlich gelten drei Kriterien bei der Auslegung einer Torsionsfeder:

  1. Funktion: Was muss die Feder für eine Funktion erfüllen?
  2. Fertigung: Kann die Feder gefertigt werden?
  3. Prüfung: Wird die erforderliche Kraft erreicht und die Dauerfestigkeit gesichert?

 

4.   Tipps

Ungünstig:

  • Windungen innerhalb (Abb a)
  • Ungeführte Feder

Günstig: 

  • Windungen ausserhalb (der Haarnadel)
  • Fest eingespannte Federenden
  • Führung des Körpers  auf einem Dorn
    (Abb b)

Abb. c und d = fest eingespannte Federenden, Abb. e und f = Führung des Körpers auf Dorn

5.   Früher und Heute

Früher musste man mit Hilfe einer sogenannten „Rechenscheibe“ unter Berücksichtigung sämtlicher Faktoren die Kräfte ausrechnen, respektive auf der Scheibe einstellen. Dies bedingte aber ein grosses spezifisches Fachwissen über Torsionsfedern und deren Verhalten.

Heute kann man auf einfache Art Onlinetools benutzen. Dazu muss man „nur“ gewünschte Masse oder Kräfte einsetzten und man bekommt „fixfertige“ Federn als 3D-Modelle geliefert. Die Arbeit des Konstrukteurs liegt dann in der Integration und Prüfung der Feder. Oft sind dann Einbauraum, Kraftverhältnisse, Montage und schlussendlich Kosten der Feder die Herausforderungen.