DuPontâ„¢ Technische Kunststoffe Allgemeine Konstruktionsprinzipien

6 – Federn und flexible Scharniere
Federn aus technischen Kunststoffen von Du Pont haben sich
in zahlreichen Anwendungen bewährt, bei denen eine intermittierende
Federwirkung erforderlich ist. Unter den unverstärkten
Kunststoffen ist DELRIN ® Polyacetal dank seiner
hohen Rückfederung das beste Material. Federn, die unter
statischer Last oder Biegebeanspruchung stehen, sollten aus
Federstahl konstruiert werden. Kunststoffe sind, von speziellen
Verbundstrukturen abgesehen, wegen ihrer Neigung zum
Kriechen und zur Spannungsrelaxation für unter Dauerlast
arbeitende Federn weniger gut geeignet.
Integrierte, leichte Federelemente lassen sich kostengünstig
mit Spritzgußteilen aus DELRIN ® Polyacetal verwirklichen,
indem man sich die Verarbeitungsfähigkeit und die besonderen
Eigenschaften dieser Werkstoffe zunutze macht, die für
Federanwendungen wichtig sind. Dazu gehören, von der
Rückfederung abgesehen, ein hoher Elastizitätsmodul sowie
Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit und gute Beständigkeit gegen
Feuchtigkeit, Lösungsmittel und Öl.
Bei der Konstruktion von Federn aus DELRIN ® Polyacetal sind
gewisse grundlegende Aspekte der Federungseigenschaften
von DELRIN ® Polyacetalen zu beachten.
– Der Einfluß der Temperatur und der chemischen Beschaffenheit
der Umgebung auf die mechanischen Eigenschaften
muß berücksichtigt werden.
– Die zulässigen Spannungen für wiederholt betätigte Federn
dürfen die Ermüdungsfestigkeit von DELRIN ® Polyacetal
unter den gegebenen Einsatzbedingungen nicht übersteigen.
– Scharfe Ecken sollten mit Hilfe großzügig bemessener
Ausrundungen vermieden werden.
Federn, deren Auslegung auf Formeln für Träger konstanter
Festigkeit beruht, arbeiten bei gleichen Federungswerten und
gleichem Teilegewicht auf niedrigerem Spannungsniveau als
anders geformte Federn. Abb. 6.01 zeigt einen Vergleich zwischen
verschiedenen Federformen, die die gleiche Federrate
haben. Die obere Feder (A) hat einen einheitlichen rechteckigen
Querschnitt und eine anfängliche Federrate, die sich aus
der Ablenkungsformel für einen Freiträger (W/y = EI/L 3 )
errechnet, wobei W die Last und y die Auslenkung des
Federendes ist. Die anderen Federn wurden unter Verwendung
von Formeln für Träger konstanter Festigkeit ausgelegt, um
identische Federraten zu erhalten. Dies führt zu geringeren
Spannungswerten und in einigen Fällen zu einer Gewichtsreduktion.
Zum Beispiel erreicht die Spannung in der Feder
(C) nur zwei Drittel der Spannung in der Feder (A) und das
Gewicht wird um 25% reduziert. Diese Gewichtsreduktion
kann auch als Beitrag zur Kostensenkung bedeutsam sein,
wenn eine Massenproduktion geplant ist. Ein wichtiger
Umstand, der nicht vernachlässigt werden darf, ist die Tatsache,
daß sich im Spritzgießverfahren durchaus konische
Federn herstellen lassen. Durch Stanzen oder Umformen
hergestellte Metallfedern mit den Formen (D) oder (E) würden
einen unvertretbar hohen Kostenaufwand erfordern.
Für eine spezielle Anwendung von Kunststoffedern siehe
«Montagetechniken», «Schnappverbindungen».
Maximale Biegespannung, MPa
25
20
15
10
5
0
0
A
B
C
D
E
1
b
b
b
b+
b+
L
B
C
Abb. 6.01 Biegespannung als Funktion des Federgewichts bei
verschiedenen Federkonstruktionen (23°C)
D
A
2 3 4 5 6 7
Federgewicht, g
h+
h
h+
h
h
E
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