Dieses Tutorial führt Sie durch die einzelnen Schritte beim Entwerfen einer Beispiel-Zugfeder.


Beginnen Sie mit der Erstellung eines neuen Zugfederentwurfs:

Bevor Sie weitere Schritte unternehmen, überprüfen Sie die ausgewählten Einheiten, die Konstruktionsnorm und die Toleranznorm. Standardmäßig sind „Metrisch“, EN 13906-2 und DIN 2097 eingestellt (zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels gibt es keine EN-Toleranznorm für Zugfedern). Wenn Sie eigene Einheiten erstellen müssen, um sie an eine Zeichnung anzupassen, können Sie dies über „Extras > Optionen“ tun.

Anschließend arbeiten wir uns auf der linken Seite nach unten, beginnend mit dem Abschnitt „Erforderliche Daten“, der sich mit den grundlegenden Eingaben befasst, die Sie wahrscheinlich bereits vor Beginn einer Konstruktion kennen, wie z. B. Material und Endschlaufenart. (Manchmal ändert sich die Materialwahl, wenn Sie sich die Konstruktionsergebnisse ansehen, aber im Allgemeinen haben Sie eine ziemlich gute Vorstellung davon, wo Sie ansetzen müssen.) Sie können diese Angaben vorerst unverändert lassen.

Dann kommen wir zum Bereich „Designparameter“. Hier wird die Grundform der Feder eingegeben. Wir beginnen damit, die Dropdown-Option oben auf „Anfangsspannung, freie Länge + 3 weitere Parameter festlegen“ zu belassen.

Sie sehen, dass es 6 Parameter gibt, die zusammen die Feder definieren. Links unten befindet sich eine Spalte mit Kontrollkästchen; diese zeigen an, welche Werte festgelegt sind. Sie sehen, dass die Variablen „Anfangsspannung“ und „Freie Länge“ bereits angekreuzt sind. Das liegt daran, dass die anderen vier Variablen miteinander zusammenhängen, die Anfangsspannung und die freie Länge der Feder jedoch unabhängig sind, sodass wir sie festlegen müssen.


Klicken Sie in das Eingabefeld neben „Drahtdurchmesser“ und geben Sie 3 ein. Dabei wird das Kontrollkästchen automatisch aktiviert, um anzuzeigen, dass wir diese Variable festgelegt haben.

Drücken Sie die Eingabetaste, um zum Feld für den Außendurchmesser zu gelangen. Geben Sie hier 20 ein (Sie könnten auch einen Innendurchmesser oder einen mittleren Windungsdurchmesser angeben, indem Sie auf die unterstrichene Bezeichnung „Außendurchmesser“ klicken) und anschließend 25 für die Gesamtzahl der Windungen. An dieser Stelle wird das Feld für die Federkonstante ausgegraut und kann nicht mehr bearbeitet werden, ebenso wie das Kontrollkästchen daneben. Dies zeigt an, dass die Federkonstante die berechnete Variable sein wird.

Geben Sie 50 für die Vorspannung und 106 für die freie Länge ein (und drücken Sie die Eingabetaste), woraufhin zahlreiche Zahlen auf dem Bildschirm erscheinen. Das liegt daran, dass wir nun über genügend Informationen verfügen, um unsere Feder zu berechnen. Wir haben zwar noch keine Betriebsdaten (wie die Feder verwendet wird) eingegeben, aber es liegen dennoch reichlich Informationen vor.


Zunächst einmal sehen Sie die Federkonstante von 6,72 N/mm. Auf der rechten Seite befinden sich dann die Bereiche „Berechnete Daten“ und „Spannungsdaten“. Die „Berechneten Daten“ sind allgemeine Informationen über die Feder in ihrer freien Position. Sie können die Anzeige in dieser Tabelle unter „Extras > Optionen > Berechnete Daten“ vollständig anpassen.


Wenn wir uns die Tabelle „Spannungsdaten“ ansehen, erkennen wir, dass es für das gewählte Material (gezogener Kohlenstoffstahl nach EN 10270-1) 5 Güteklassen gibt: SL, SM, DM, SH und DH. Einige Werkstoffe haben nur eine Güteklasse (z. B. ASTM A228), andere mehrere. Die Zugfestigkeit der einzelnen Güteklassen wird neben dem Namen angezeigt. Die letzte Spalte enthält die Anfangszugspannung als Prozentsatz der Zugfestigkeit. Mit steigender Festigkeit sinkt also der Wert für die Zugspannung in Prozent.

Kehren wir zu den Konstruktionsparametern zurück und passen wir unsere Konstruktion leicht an. Wenn Sie das Kontrollkästchen neben „Gesamtwindungen“ deaktivieren, wird dies zur berechneten Variablen, und wir können nun die Federkonstante festlegen. Ändern Sie den Wert von 6,72 auf 10, und Sie sehen, dass sich die Anzahl der Windungen von 25 auf 16,8 verringert.


Möglicherweise fällt Ihnen auch auf, dass eine der Variablen im Raster „Berechnete Daten“ nun rot angezeigt wird – der Wert für die „Zusätzliche Länge“. Das liegt daran, dass im ersten Entwurf die freie Länge perfekt mit der Anzahl der Windungen und der Länge der Schleifen übereinstimmte. Da wir nun die Anzahl der Windungen reduziert haben, müssen wir etwas zusätzliche Länge (eine gerade Drahtlänge) einfügen, um die freie Länge beizubehalten. Das ist kein besonderes Problem, aber vielleicht möchten Sie es wissen, weshalb es rot angezeigt wird.

Geben wir nun einige Betriebsdaten ein. Klicken Sie in die Spalte mit der Überschrift „1“ neben der Bezeichnung „Länge“ und geben Sie 120 ein (drücken Sie dann die Eingabetaste). Dadurch werden verschiedene Parameter für eine Arbeitslänge von L1 = 120 mm berechnet und zudem eine leere Spalte für Position 2 erstellt. Geben Sie in dieser Spalte in der Zeile „Load“ den Wert 500 ein, für F2 = 500 N. Sie könnten auch eine Durchbiegung (ausgehend von der freien Position) oder eine Arbeitsdurchbiegung (relativ zu L1) eingeben.


Dadurch wird auch das Raster „Spannungsdaten“ ausgefüllt, eines der wichtigsten Ergebnisse. Neben der anfänglichen Zugspannung haben wir nun %-Zugwerte für die beiden Arbeitspositionen (für die Güteklasse DH beispielsweise 17 % bei L1 und 44 % bei L2).


Sie werden außerdem feststellen, dass für die ersten drei Güteklassen der %-Zugwert in der Spalte L2 mit rotem Hintergrund angezeigt wird. Das liegt daran, dass die Betriebsspannungsgrenze in EN 13906-2 bei 45 % der Zugfestigkeit liegt und dieser Wert bei diesen drei Güteklassen darüber liegt. Bei SH und DH ist der Draht fester, sodass der Wert unter 45 % liegt.