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Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Federn und Federelemente
FKM 2. Auflage 2023
66 Seiten

Die wesentlichen Neuerungen und Ergänzungen der 2. Auflage sind:

• Ergänzung eines Anhangs mit Dauerfestigkeitsschaubildern (Goodman-/Haigh-Diagramme) für Standard-Schraubendruckfedern mit direkt ablesbaren zulässigen Spannungen (Ergebnis des Forschungsvorhabens IGF 19693 BR auf Basis von Berechnungen mit der FKM-Richtlinie Federn 1. Auflage)
• Ergänzung einer Tabelle im Sicherheitskonzept, welche für Standard-Sicherheitsanforderungen bereits ausgerechnete Sicherheitswerte für j_s (Teilsicherheitsfaktor für Zuverlässigkeit) enthält, dies vermindert mögliche FehlberechnungenErgänzung eines Berechnungsbeispiels zu Blattfedern
• Ergänzung eines Hinweises zu weiterem Nachweispunkt an Schenkelfedern
• Kleine Korrekturen und Optimierung von Formulierungen

Der Berechnungsalgorithmus für Federn lehnt sich an den Berechnungsalgorithmus für nicht geschweißte Bauteile FKM-Richtlinie: Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile, 7. Auflage, VDMA Verlag, 2020 an und wurde im Rahmen des Forschungsprojekts IGF 18495 BG (2017) „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Federn und Federelemente“ erarbeitet.
Die FKM-Richtlinie für Federn und Federelemente
- ist im Maschinenbau und in verwandten Bereichen der Industrie anwendbar,
- beschreibt den statischen Festigkeitsnachweis, im Wesentlichen aber den Ermüdungsfestigkeitsnachweis als Dauer-, Zeit- oder Betriebsfestigkeitsnachweis,
- gilt vorrangig für Federn und Federelemente aus ölschlussvergüteten, patentiert gezogenen und korrosionsbeständigen Drähten mit Drahtdurchmessern von 1,0 bis 12,0 mm bzw. Federn und Federelemente aus vergütetem und korrosionsbeständigem Bandmaterial mit Bandstärken von 0,1 bis 2,0 mm,
- gilt für torsions- und biegebeanspruchte Federn und Federelemente, vorzugsweise für Schraubendruckfedern, Schenkelfedern und Spiralfedern (nicht für Tellerfedern und Stanzbiegeteile) und
- gilt einheitlich für alle kaltgeformten Federn und Federelemente.
Für alle Anwendungsfälle gilt ein einheitlich strukturierter Berechnungsablauf, der an die Vorgehensweise in FKM-Richtlinie: Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile, 7. Auflage, VDMA Verlag, 2020 angelehnt ist. Der Berechnungsalgorithmus besteht aus Anweisungen, Formeln, Tabellen und Erläuterungen. Der Inhalt mit seinen umfassenden Berechnungsmöglichkeiten entspricht dem neuesten Stand der Technik. Die verwendeten Formelzeichen sind der neueren Entwicklung angepasst. Der Berechnungsablauf wird zur besseren Verständlichkeit durch Beispiele ergänzt.

Die Richtlinie wurde verfasst
im Auftrag des Forschungskuratoriums Maschinenbau e.V. (FKM)
im Fachkreis Bauteilfestigkeit
von
Prof. Dr.-Ing. Ulf Kletzin
Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Maschinenelemente
Dr.-Ing. René Reich
Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Maschinenelemente
Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner
Technische Universität Darmstadt, Institut für Werkstoffkunde
Dipl.-Ing. André Spies
Technische Universität Darmstadt, Institut für Werkstoffkunde
weitere
Prof. Dr.-Ing. Brita Pyttel
Dipl.-Phys. Georg Hannig
Prof. Dr.-Ing. Roland Rennert
Prof. Dr.-Ing. Eckehard Kullig
M. Sc. Martin Petrich

Hinweis: Die erste Auflage behält ihre Gültigkeit

Inhalt

0 Allgemeines
0.0 Anwendungsbereich 
0.1 Grundlagen 
0.2 Erforderliche Nachweise
0.3 Spannungen und Bauteilarten 
0.4 Berechnungsablauf 
1 Statischer Festigkeitsnachweis 
2 Ermüdungsfestigkeitsnachweis mit örtlichen Spannungen
2.0 Allgemeines
2.1 Spannungskennwerte 
2.1.0 Allgemeines
2.1.1 Spannungskomponenten
2.1.2 Spannungskollektiv und Wöhlerlinie
2.1.2.1 Spannungskollektivkennwerte 
2.1.2.2 Wöhlerlinienkennwerte 
2.1.3 Anpassung des Spannungskollektivs an die Bauteil-Wöhlerlinie
2.1.4 Äquivalentspannungsamplitude 
2.2 Werkstoffkennwerte
2.2.0 Allgemeines
2.2.1 Bauteil-Normwerte
2.2.2 Zugdruckwechselfestigkeitsfaktor und Schubwechselfestigkeitsfaktor
2.2.3 Temperaturfaktor 
2.3 Konstruktionskennwerte
2.3.0 Allgemeines
2.3.1 Konstruktionsfaktoren 
2.3.2 Schätzwert der Kerbwirkungszahl 
2.3.3 Berechnung der Stützzahlen
2.3.4 Rauheitsfaktor
2.3.5 Randschichtfaktor
2.4 Bauteilfestigkeit
2.4.0 Allgemeines
2.4.1 Bauteil-Wechselfestigkeit
2.4.2 Bauteil-Dauerfestigkeit je nach Mittelspannung
2.4.2.0 Allgemeines
2.4.2.1 Amplitude der Bauteil-Dauerfestigkeit
2.4.2.2 Mittelspannungsempfindlichkeit 
2.4.2.3 Eigenspannungsfaktor 
2.4.2.4 Dauerfestigkeitsschaubild
2.4.2.5 Mittelspannungsfaktor 
2.4.3 Bauteil-Betriebsfestigkeit 
2.4.3.0 Allgemeines
2.4.3.1 Ertragbare Spannungskomponenten 
2.4.3.2 Bauteil-Wöhlerlinie
2.4.3.3 Betriebsfestigkeitsfaktor 
2.5 Sicherheitsfaktoren
2.5.0 Allgemeines
2.5.1 Vertrauensniveau der Datenbasis 
2.5.2 Ableitung von Spannungs-Quantilen mit höherer Zuverlässigkeit
2.5.3 Gesamtsicherheitsfaktor 
2.6 Nachweis 
2.6.0 Allgemeines
2.6.1 Einzelne Spannungsarten 
2.6.2 Zusammengesetzte Spannungsarten
3 Anhang
3.1 Bestimmung der hoch beanspruchten Bauteiloberfläche
3.1.1 Allgemeines
3.1.2 A 90 %-Verfahren 
3.1.2.1 Schraubendruckfeder (DF) 
3.1.2.2 Schenkelfeder (SF)
3.1.2.3 Spiralfeder (SPF)
3.1.2.4 Blattfeder (BF)
3.1.3 Verwendung von Spannungsintegralen 
3.1.3.1 Schenkelfeder (SF)
3.1.3.2 Spiralfeder (SPF)
3.1.3.3 Schraubendruckfeder (DF) 
3.2 Mittelspannungsverschiebung 
3.2.1 Allgemein
3.2.2 Normalspannungen
3.2.3 Schubspannungen 
3.2.4 Typische Eigenspannungen 
3.3 Werkstofftabellen
3.4 Rechenbeispiele
3.4.1 Schraubendruckfedern
3.4.1.1 Allgemeines
3.4.1.2 Eingangsgrößen.
3.4.1.3 Werkstoffkennwerte 
3.4.1.4 Konstruktionskennwerte
3.4.1.5 Bauteilfestigkeit
3.4.2 Spiralfeder 
3.4.2.1 Allgemeines
3.4.2.2 Eingangsgrößen.
3.4.2.3 Statischer Festigkeitsnachweis 
3.4.2.4 Werkstoffkennwerte 
3.4.2.5 Konstruktionskennwerte
3.4.2.6 Bauteilfestigkeit
3.4.2.7 Sicherheitskonzept
3.4.3 Schenkelfeder
3.4.3.1 Allgemeines
3.4.3.2 Eingangsgrößen.
3.4.3.3 Statischer Festigkeitsnachweis 
3.4.3.4 Werkstoffkennwerte 
3.4.3.5 Konstruktionskennwerte
3.4.3.6 Bauteilfestigkeit
3.4.3.7 Sicherheitskonzept 
3.4.3.8 Nachweis
3.4.4  Blattfeder
3.4.4.1 Allgemeines
3.4.4.2 Eingangsgrößen
3.4.4.3 Statischer Festigkeitsnachweis
3.4.4.4 Werkstoffkennwerte
3.4.4.5 Konstruktionskennwerte
3.4.4.6 Bauteilfestigkeit
3.4.4.7 Sicherheitskonzept
3.4.4.8 Nachweis
3.5 Schwingfestigkeitsschaubilder für Standard-Schraubendruckfedern.
3.5.1  Vorwort
3.5.2  Ölschlussvergütetes Material
3.5.2.1 FDSiCr
3.5.2.2 VDSiCr
3.5.2.3 VDSiCrV
3.5.3  Patentiert gezogenes Material
3.5.3.1 DH
3.5.4  Korrosionsbeständiges Material
3.5.4.1 1.4310
3.5.4.2 1.4568
4.Formelzeichen
4.1 Abkürzungen
4.2 Indizes
4.3 Kleinbuchstaben 
4.4 Großbuchstaben
4.5 Griechische Buchstaben