Formel und Methode
k = G d⁴ / (8 D³ nₐ). G in GPa wird mit 1000 in N/mm² umgerechnet. Mit d und D in mm ergibt sich k in N/mm; für N/m mit 1000 multiplizieren.
Rechenbeispiel
Bei G=80 GPa, d=2 mm, D=20 mm und nₐ=8 beträgt die theoretische Federrate 2,5 N/mm bzw. 2500 N/m. Dies sind Beispielparameter und keine Herstellerbemessung.
Annahmen und Grenzen
- 80 GPa ist ein Beispieleingabewert und wird keinem Werkstoffnamen zugeordnet. Ersetzen Sie ihn durch den passenden Schubmodul für Werkstoff, Zustand und Temperatur.
- D ist der mittlere Windungsdurchmesser: Bei bekanntem Außendurchmesser OD gilt D = OD − d. D muss größer als d sein. Aktive und gesamte Windungszahl sind verschieden; Endwindungen werden nicht automatisch abgezogen.
- Berechnet wird nur die Federrate des angegebenen Geometriemodells. Zulässige Last, Federweg, Blocklänge, Ermüdung, Knicken und Resonanz werden nicht bestimmt; das Ergebnis bestätigt weder Eignung noch Sicherheit.
- Federn mit veränderlichem Durchmesser oder Steigung, Kegel-, Zug- und Drehfedern sowie andere Drahtquerschnitte sind ausgeschlossen. Nichtlineares Verhalten bei beginnendem Kontakt oder nahe Blocklage muss gesondert geprüft werden.
Häufige Fragen
Kann ich Außendurchmesser oder Gesamtwindungszahl direkt einsetzen?
Nein. Benötigt werden mittlerer Windungsdurchmesser und aktive Windungszahl. Endform, Kontakt und Fertigung beeinflussen den aktiven Anteil.
Ergibt sich aus der Federrate die maximale Last?
Nein. Dafür sind unter anderem Werkstofffestigkeit, Spannung, Federweg, Blocklage, Stabilität und Einsatzbedingungen zu prüfen. Diese Prüfungen erfolgen hier nicht.
Warum gibt es keine Vorgabe für Stahl oder Edelstahl?
Der Schubmodul hängt von Werkstoffsorte, Zustand und Temperatur ab. Mit G aus den passenden Unterlagen wird ein Beispielwert nicht als zugesicherte Werkstoffeigenschaft behandelt.