Progressive Federn_Einbaurichtung und Wirkungsweise

[nopanic]

...So, jetz is awwer genuch!! Ich möcht nur mal wissen, wer DEN Thread aufgemacht hat

Ich war's nicht.

Sollen wir jetzt noch über Zug- und Druckstufen palavern.....

[Blackhawk]

Jetzt wirds wieder technisch...

Bei den progressiv gewickelten Federn gibt es im Wesentlichen zwei Arten:
Ist die Feder auf einen bestimmten Teil ihrer Länge enger gewickelt, entstehen praktisch zwei lineare Federn mit unterschiedkicher Federrate hintereinander. Der enger gewickelte Teil mit der geringeren Steigung ist weicher, federt als erster ein, geht auf Block und die Anzahl der verbleibenden Windungen verringert sich um die auf Block liegende Anzahl.

Fast richtig, wir haben hier keine zwei Federn mit unterschiedlicher Federrate
Wir sprechen hier ja von zylindrischen Schraubenfedern

Federskizze.jpg

federrate.jpg

Der Abstand der Windungen zueinander hat keinen Einfluss auf die Kennlinie der Feder. Was mit enger gewickelten progressiven Feder gemeint ist, sind kegelförmige Federn.

Kegelfeder.jpg

Das enger gewickelt bezieht sich hier auf den Durchmesser, nicht auf den Windungsabstand.

Wir haben hier also NICHT eine oder zwei Federn mit unterschiedlicher Federrate, die Federrate ist über die ganze länge der Feder konstant für kleine Auslenkungen.
Die Feder wird also gleichmäßig komprimiert, kein Teil ist weicher. Da der Abstand zwischen den Windungen an einem Ende der Feder aber geringer ist, gehen diese Windungen bereits auf Block, wenn bei den anderen Windungen noch Platz ist. Da die Federrate von der Zahl der federnden Windungen abhängig ist (sieh Formel oben) und die zahl der federnden Windungen sich reduziert wenn die ersten Windungen auf Block gehen, steigt die Federrate. D.h. es wird ab diesem Zeitpunkt mehr Kraft benötigt die Feder zu komprimieren.

[Fredi]

Der enger gewickelte Teil mit der geringeren Steigung ist weicher, federt als erster ein, geht auf Block und die Anzahl der verbleibenden Windungen verringert sich um die auf Block liegende Anzahl.

Jetzt beginnt der zweite und härtere lineare Teil mit der größeren Steigung einzufedern

Wenn ich das mal interpretiere dann hab ich ein weiches Ansprechverhalten und dann bekomm ich einen Schlag ab, weil dann die zweite Feder anspricht. So ein verhalten will niemand. Also muss die zweite Feder schon ansprechen, während die erste noch am arbeiten ist.
Oder lieg ich da falsch?

Gruss vom Fredi

[Blackhawk]

Die Sache mit den 2 Federb ist ein gedankliches Konstrukt zur Vereinfachung, was aber hier nicht zutrifft.
Aber selbst wenn es so wäre hätte man den Effekt den du beschreibst nur bei 2 Federn mit erheblich unterschiedlicher Federrate. Ansonsten wären auch bei der 2 Federvariante die Übergänge fließend.

[sven]

Das enger gewickelt bezieht sich hier auf den Durchmesser, nicht auf den Windungsabstand.

Wir haben hier also NICHT eine oder zwei Federn mit unterschiedlicher Federrate, die Federrate ist über die ganze länge der Feder konstant für kleine Auslenkungen.

Bei der Feder auf deinem Foto ist allerdings die Federrate nicht konstant über
die Länge, sondern der eng gewickelte obere Teil ist härter (weil hier d kleiner
ist als unten). Ergibt natürlich trotzdem ein konstantes C solange sich unten
noch keine Windungen an die Auflage angelegt haben.

Wenn ich das mal interpretiere dann hab ich ein weiches Ansprechverhalten und dann bekomm ich einen Schlag ab, weil dann die zweite Feder anspricht. So ein verhalten will niemand. Also muss die zweite Feder schon ansprechen, während die erste noch am arbeiten ist.

Bei allen Schraubenfedern arbeiten von Anfang an immer alle Bereiche.
Und solange noch keine Windungen auf Block gehen ergibt das immer
ein lineares Verhalten, völlig egal ob es innerhalb der Feder Bereiche
mit unterschiedlicher Federrate gibt. Erst wenn sich die Anzahl der
noch freien Windungen verringert steigt die Federrate an. Aber selbst
wenn mehrere Windungen gleichzeitig auf Block gehen sollten (was in der
Praxis nicht der Fall ist) erzeugt das keinen Schlag, sondern nur einen
"Knick" in der Weg-Kraft-Kennlinie der Federung. Das fühlt sich aber immer
noch "smooth" an (Kennlinie bleibt stetig).

Gruß
Sven

[f104wart]

und dann bekomm ich einen Schlag ab,

...Ja, aber nur, wenn Du das andere Federende in die Steckdose steckst

Der Abstand der Windungen zueinander hat keinen Einfluss auf die Kennlinie der Feder. Was mit enger gewickelten progressiven Feder gemeint ist, sind kegelförmige Federn.

Kegelfeder.jpg

Nein, sind es nicht!! Es gibt unterschiedliche Bauformen von Federn, Die Kegelfeder ist nur eine dovon. Ihr Vorteil besteht darin, dass sie eine geringere Bauhöhe bei gleicher Windungsanzahl erlaubt.

Das enger gewickelt bezieht sich hier auf den Durchmesser, nicht auf den Windungsabstand.

Mit "enger gewickelt" ist eine geringere Steigung gemeint !

Ich hole nochmal etwas weiter aus.
...Zum besseren Verständnis beziehe ich mich dabei ausschließlich auf zylindrisch gewickelte Schraubenfedern:


Beim Einfedern einer Schraubenfeder verringert sich der Steigungswinkel. Eine Feder kann theoretisch so weit zusammen gedrückt werden, dass alle Windungen aufeinander zum Liegen kommen würden.
Dies würde zum Einen bedeuten, dass die Federwirkung "schlagartig" auf Null geht. Die Feder "schlägt durch" und kann brechen.

Der Federweg muss daher entweder brgrenzt werden (Gummipuffer o.ä.) oder die Federrate muss so berechnet werden, dass die Feder selbst bei Annahme der größten anzunehmenden Belastung nicht "auf Block" geht.

Ergebnis dieser Berechnung ist die sogenannte "Federrate". Die Federrate wird bestimmt durch
-das Schubmodul (Werkstoffkennwert, für Federstahl ca 80.000 N/mm²)
-den Drahtdurchmesser
-die Anzahl der FREIEN Windungen
-den mittleren Windungsdurchmesser in mm (Aussendurchmesser der Feder minus Drahtstärke)

Ist die Federrate über den gesamten Federweg konstant, d.h. die Feder hat eine zylindrische Form bei konstanter Drahtstärke und konstanter Steigung (Wicklungsabstand) ...(die oben genannten Parameter sind also an jeder Stelle der Feder gleich), hat die Schraubenfeder eine "lineare Federrate". Trägt man die Federkraft und den Federweg in ein Koordinatensystem ein, erhält man dir sogenannte "Federkennlinie". Diese bildet in dem hier angeführten Beispiel eine Gerade.

Kennlinie lineare SchrFeder.jpg

Ändert sich der Wicklungsabstand (die Steigung) einer Schraubenfeder allmählich, legen sich mit zunehmendem Federweg immer mehr Windungen aufeinander. Da die die Feder insgesamt aber noch "arbeitet", geschieht dies nicht schlagartig, sondern eher sanft. Das Aufeinanderlegen der Windungen ist als solches nicht spürbar! Die Kennlinie geht in eine sanft ansteigende Kurve über. Man spricht hier von einer "stetig progressiven" Feder.

Kennlinie einer stetig progressiven SchrFeder.jpg

Bei einer stetig progressiven Federrate (Bild 2) steigt die Federkraft mit zunehmendem Federweg überproprotional an, die Feder wird also immer härter.


Um ein gutes Ansprechverhalten einer Feder (Federrate klein) und eine hohe Sicherheit gegen Durchschlagen (Federrate groß) zu erreichen, werden Schraubenfedern mit geknickter Kennlinie (stufig progressive Kennung) hergestellt. Das bedeutet, dass sich der Windungsabstand (die Steigung) nur an einer Stelle ändert. Die Kennlinie stellt sich in diesem Fall als geknickte Gerade dar:

Geknickte lineare Kennlinie.jpg

...Beim Einfedern legen sich zunächst die eng gewickelten Windungen aufeinander. Auch hier geschieht dies "sanft", da die Windungen im härteren Teil der Feder ja noch nicht eingefedert haben. Erst in dem Moment, wo die eng gewickelten Windungen mit der geringeren Federrate C1 alle aufeinander liegen, beginnen sich auch die restlichen Windungen mit der härteren Federrate C2 zusammen zu drücken und es wirkt nur noch die härtere Federrate C2.

Die Gesamtfederrate C wird berechnet, indem man das Produkt beider Einzelfederraten (C1 x C2) durch die Summe beider Einzelfederraten (C1 + C2) teilt.

Den gleichen Effekt einer geknickten Kennlinie kann man auch dadurch erreichen, dass man (z.B. in der Gabel) eine (lange) Feder mit einer etwas höheren linearen Federrate (C2) und eine zweite (kürzere) Feder mit einer geringeren linearen Federrate (C1) in Reihe schaltet.

Eine solche Reihenschaltung kann aber ebenso gut ais einer Kombination einer kurzen linearen mit einer länfern progressiven Feder bestehen. Man würde dann im unteren Teil der Kennlinie eine Gerade und im oberen Teil eine gekrümmte Linie erhalten...

In den meisten Fällen sind stetig progressiv wirkende Federungen (Bild 2) für die konstruktiven Anforderungen am besten geeignet.

Eine progressive Kennung (Federkennlinie) kann man neben einem unterschidlichen Wicklungsabstand (Steigung) auch durch unterschiedliche Drahtstärke oder durch einen verjüngten Federdurchmesser (Kegel- oder Tonnenfeder) erreicht werden.





...Und hier noch der obligatorische Link, damit der Mod nicht motzt:
KLICK

[sven]

...Beim Einfedern legen sich zunächst die eng gewickelten Windungen aufeinander. Auch hier geschieht dies "sanft", da die Windungen im härteren Teil der Feder ja noch nicht eingefedert haben. Erst in dem Moment, wo die eng gewickelten Windungen mit der geringeren Federrate C1 alle aufeinander liegen, beginnen sich auch die restlichen Windungen mit der härteren Federrate C2 zusammen zu drücken und es wirkt nur noch die härtere Federrate C2.

Sorry, aber dieses Detail ist genauso falsch wie die Beschriftung an der Grafik "Geknickte
lineare Kennlinie":
sobald eine nochso geringe Belastung auf die Feder wirkt arbeiten sofort alle Windungen,
schließlich wirkt auf alle dieselbe Kraft. Die anfänglich wirksame Federrate ist also nicht
wie in der Grafik beschrieben C1 sondern C1*C2/(C1+C2).
Im Übrigen wäre C1 mitnichten kleiner als C2, da wie jetzt glaub ich schon zehnmal erwähnt
bei konstanter Drahtstärke und Durchmesser der Feder der Windungsabstand keine Rolle
spielt sondern nur die Windungszahl, und die ist im Bereich s1 eher geringer als in s2.

Trotzdem ist der Graph qualitativ richtig, der nach oben geknickte Verlauf ergibt sich auch
wenn zuerst der härtere Teil der Feder unwirksam wird, da bei beliebigen positiven C1, C2
die "Reihenschaltung" immer weicher ist als die niedrigere der beiden einzelnen Federraten.

Viele Grüße
Sven

[f104wart]

... Erst in dem Moment, wo die eng gewickelten Windungen mit der geringeren Federrate C1 alle aufeinander liegen, beginnen sich auch die restlichen Windungen mit der härteren Federrate C2 zusammen zu drücken und es wirkt nur noch die härtere Federrate C2.

...Ne, so kann man das nicht stehen lassen


Sven hat das besser beschrieben:

...Bei allen Schraubenfedern arbeiten von Anfang an immer alle Bereiche.
Und solange noch keine Windungen auf Block gehen ergibt das immer
ein lineares Verhalten, völlig egal ob es innerhalb der Feder Bereiche
mit unterschiedlicher Federrate gibt. Erst wenn sich die Anzahl der
noch freien Windungen verringert steigt die Federrate an.

...So isses !!

...und auch in den anderen Punkten hast Du Recht. Ich wollte das noch ändern, konnte aber nicht mehr an die Editierfunktion.



...Ich denke aber, gemeinsam haben wir die Sache jetzt auf den Punkt gebracht und Fredi braucht keine Angst mehr zu haben, dass er einen Schlag bekommt!


Eigentlich war die Frage ja nur, ob der eng gewickelte Teil nach oben oder nach unten eingebaut werden muss und warum. Aber auch das haben wir geklärt!

Danke für Eure Unterstützung !!


:linkehand:
Ralf

[Blackhawk]

Im Übrigen wäre C1 mitnichten kleiner als C2, ...

Das ist der springende Punkt! DIe Feder hat nur ein C von Anfang bis Ende, bis die ersten Windungen aufeinander liegen.

Es dauert zwar ein bisschen, aber das hier ist echt produktiv, so viel Gedanken hab ich mir noch nie über Federn gemacht.

Sollen wir jetzt noch ausdiskutieren ob ich wirklich immer eine progressive Feder haben will?

[f104wart]

...Sollen wir jetzt noch ausdiskutieren ob ich wirklich immer eine progressive Feder haben will?

Ich denke, es reicht erst mal, sonst wird die Sache zu unübersichtlich. Ich hab grade Hans nochmal angeschrieben, damit er die Überschrift nochmal ändert. Steckt ja jetzt sehr viel mehr drin als man dahinter vermuten könnte!

Gearade Federung und auch Dämpfung sind Gebiete, in denen sehr viel Halbwissen durch die Köpfe geistert.

Vielleicht sollten wir das zum Anlass nehmen, uns in einem neuen Thread mit der Dämpfung zu beschäftigen und Licht ins Dunkel der Zug- und Druckstufeneinstellung bringen. Was meinst Du/ meint Ihr dazu?