Zulässige Schubspannungen für schwingend belastete Druckfedern
In der Technik wird bei schwingender Belastung zwischen wechselnder und schwellender Belastung unterschieden. Bei wechselnder Belastung wird die Feder druck- und zug belastet, während bei der schwellenden Belastung die Feder entweder nur auf Druck oder nur auf Zug belastet wird.
Die Dauerhubfestigkeit τkH wird als die größte Hubspannung bezeichnet, die unendlich oft von einer Feder ohne Bruch und ohne unzulässige Verformung ertragen werden kann. Die Dauerhubfestigkeit erhalten wir als asymptotischen Wert der Wöhlerkurve bei gegen unendlich wachsender Lastspielzahl. In der Praxis wird eine endliche Grenzlastspielzahl der Wöhlerkurve angenommen, die bei Stahl 107 Lastspiele beträgt.
Für über den angegebenen Bereich von 1 bis 5 mm hinausgehenden größeren Drahtdurchmesser sind entsprechend der Werkstoffart bzw. der Zugfestigkeit niedrigere Dauerhubfestigkeitswerte anzunehmen.
Darüber hinaus ist festzustellen, dass vergüteter Ventilfederdraht gegenüber Federstahldraht C einen höheren Dauerhubfestigkeitswert aufweist. Infolge niedriger Zugfestigkeitswerte bei vergütetem Ventildraht kann jedoch die Unterspannung τkU nicht so groß gewählt werden wie bei Federstahldraht C.
Aus Erfahrung wird deshalb empfohlen, vorzugsweise vergüteten Ventilfederdraht zu verwenden. Soweit die erforderliche Unterspannung τkU nicht mehr in dem Bereich des vergüteten Ventilfederdrahtes liegt, muss allerdings auf Federstahldraht C zurückgegriffen werden.
Der Hinweis »gestrahlt« und »nicht gestrahlt« bezieht sich auf die Oberflächenbehandlung der Feder. Durch das Strahlen mit Drahtkorn wird die Dauerhubfestigkeit der Feder wesentlich verbessert. Das Strahlen ist auch unter der Bezeichnung Kugelstrahlen bekannt. Die Hubspannung τkh darf den Wert der Dauerhubfestigkeit τkH des gewählten Werkstoffes nicht überschreiten. Ebenso muß die Oberspannung τkO größer sein als die maximale Schubspannung τkn der endgespannten Feder.
τkU = Unterspannung is der kleinste Wert der Spannung je Lastspiel
τkh = Hubspannung ist diejenige Schubspannung, die dem Arbeitsweg zugeordnet ist
τkO = Oberspannung, auch Gesamtschubspannung genannt, ist der größte Wert der Spannung je Lastspiel
τkn = Schubspannungen ist die Spannung die bei Scherung oder Verdrehung im Querschnitt eines Werkstoffes auftritt