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Infobrief Nr. 161 - Jan./Feb. 2017

von Fritz Ruoss


FED17 - Neue Software für Magazinfedern

Magazinfedern sind Druckfedern aus rundem Draht, aber rechteckiger oder ovaler Windungsform.

Bei Berechnung auf Torsion kommt man für Magazinfedern auf diese Formeln:

phi = Mt * L / (G * It) = F * r * U * n / (G * It) = s / r

R = F / s = G * It / (r * U * n)

It = pi/32 * d^4 für runden Draht

U = pi * Dm für Windungsform rund

U = 2 Dma + 2 Dmb für Windungsform rechteckig

U = 2 Dma + (pi-2)Dmb für Windungsform oval

R = Dm/2 für Windungsform rund

R =f(phi) für andere Windungsformen

tau = Mt / Wt

Mt = F * r

Taumax = F * rmax / Wt

Wt=pi/16 * d für runden Draht

 

FED17 ist gleich aufgebaut wie FED1+. Es fehlt eigentlich nur die Federdatenbank mit Katalogfedern und Kostenberechnung. Es gibt 3 mögliche Windungsformen:

 

Die Länge der Windung wird als Da und die Breite als Db bezeichnet. Oval ist gleich rechteckig mit Biegeradius Db/2. Und wenn man das Verhältnis Da/Db=1 bei Windungsform oval oder elliptisch setzt, kann man mit FED17 zylindrische Druckfedern wie mit FED1+ berechnen.

Gleich wie in FED1+ gibt es Einzeleingabefenster und die Quick-Eingabe.


FED1+, FED5, FED6, FED7, FED17: 3D-Federmodell als STL-Datei

Die berechnete Druckfeder kann man jetzt auch als STL-Datei ausgeben. Kurze Druckfedern kann man so als Modell mit 3D-Drucker ausdrucken. Falls einfach nur die Feder als 3D-Modell angezeigt werden soll, muss noch ein STL-Viewer installiert werden (falls nicht schon vorhanden). Wenn man dann unter "Datei->Einstellungen->CAD" "Exec CAD App ?" konfiguriert, wird der Viewer direkt gestartet und die Datei angezeigt.

Manche CAD-Programme können STL-Dateien öffnen und 3-dimensional anzeigen, Weiterbearbeitung ist aber selten möglich.


FED5 Konzentrische Endwindungen

Konzentrische Endwindungen bei Kegelfedern werden gern verwendet, wenn die Blocklänge möglichst klein sein soll. Federn mit konzentrischen Endwindungen können aber nicht in Dorn oder Hülse zentrisch geführt werden, es sei denn man gibt dem Dorn die Form der letzten Endwindung. FED5 bringt in diesem Fall jetzt eine Warnung. Eine weitere Warnung gibt es für das Schleifen konzentrischer Endwindungen.


FED1+, FED2+: Kostenberechnung aktualisiert

Unter "Ansicht->Ausdruck->Kosten" gibt es eine überschlägige Kalkulation der Kosten einer Feder. Diese Kalkulation stammt aus dem Jahr 1994 und wurde seitdem nicht geändert. 2004 wurden die Angaben von DM in Euro mit dem Faktor 0,511 umgerechnet.

Die Währungsumrechnung in der Datenbank money.dbf wurde jetzt aktualiert. Dabei wurde der Faktor der Basiswährung Euro von 0,511 auf 1 geändert. Dabei wird angenommen, daß sich die Kosten einer Feder seit 1994 verdoppelt haben, so daß eine Feder für 1 DM von 1994 heute 1 Euro kostet. Die Kosten von Werkstoff, Schleifen und Setzen sind in Datenbanken hinterlegt und können selber angepasst werden. Wenn Sie uns Ihre modifizierten Datenbankdateien senden, dann können wir diese abgleichen und die Datenbanken weiter aktualisieren.


FED1+: Quick-Eingabe verbessert

In dem großen Quick-Eingabefenster wurden die Zugriffe auf die Werkstoffdatenbank reduziert (nur noch bei Beginn und bei Werkstoffwechsel). Zuvor gab es bei jeder Neuberechnung einen Datenbankzugriff, was die Berechnung verlangsamte und bei schnellem Doppelklick auf den Calc-Button bisweilen sogar das Programm abstürzen ließ.


FED1+, FED5, FED6, FED7: Setzlänge bei "Ls=Lc" nach oben gerundet

Falls für die Setzlänge "Ls=Lc" gesetzt ist wird sie so ausgegeben wie angezeigt: auf 0,1mm nach oben gerundet, so daß die Setzlänge mindestens so groß ist wie die Blocklänge, oder bis zu 0,1 mm größer.


FED1+, FED5, FED6, FED7: Setzlänge und Fs und taus mit ausgedruckt

Im Ausdruck und in der Quick4-Ansicht werden Spannung und Federkraft bei Setzlänge Ls mit ausgedruckt.


FED3+ Toleranz Windungsdurchmesser

Die Toleranz für den Windungsdurchmesser nach Gütegrad 1,2,3 wird jetzt immer mit dem mittleren Windungsdurchmesser Dm berechnet und ist somit immer gleich, egal ob Di oder Dm oder De bemaßt wird.


FED7 - 3D Centerline

Auch in FED7 kann man jetzt die Mittellinie der Feder als 3D-Zeichnung ausgeben, auf dem Bildschirm oder als 3D-DXF oder 3D-IGES-Datei. Da mit FED7 eine Druckfeder beliebiger Form aus zylindrischen Druckfederabschnitten gebildet wird, ist die Mittellinie (und auch die STL-Zeichnung) mehr oder weniger abgehackt, wenn sich der Windungsdurchmesser ändert.


FED10 Quick4-Ansicht

Die neue Quick4-Ansicht enthält Zeichnung, Lagerungsskizze mit eingezeichneten Belastungen, Tabellen mit Lasten und Berechnungsergebnisse auf einer Seite im DIN A3 Zeichnungsrahmen.


FED5, FED6: Eigenfrequenz mit externer Masse

Wie in FED1+ kann man jetzt auch in FED5 und FED6 eine externe Masse eingeben, dann werden die Eigenfrequenzen des Feder-Masse-Systems berechnet. Wenn L2 im nichtlinearen Bereich der Kennlinie liegt, gibt es keine ausgeprägte Resonanzfrequenz, weil sich die Federrate über den Hub verändert. Das ist ein Vorteil von nichtlinearen Federn. Berechnet wird dann die Eigenfrequenz um L1 und um L2. Wenn Sie die Eigenfrequenzen des Feder-Masse-Systems mit denen der Druckfeder ohne externe Masse vergleichen, werden Sie feststellen, daß die Eigenfrequenz des Systems viel niedriger liegt als die der Feder, selbst wenn die externe Masse nahe 0 ist. Dies liegt daran, daß zum einen für die innere Eigenfrequenz der Feder mit beidseitig eingespannten Endwindungen gerechnet wird und zum zweiten ohne die Masse der anliegenden Windungen bzw. der Endwindungen. Bei progressiven Federn ist der Unterschied noch größer, weil mit zunehmendem Federweg viel mehr Windungen anliegen als bei linearen Federn. Beim Feder-Masse-System dagegen wird mit einseitig eingespanntem Federende gerechnet, auf dem anderen Federende sitzt die federnde Masse. Die Eigenfrequenz ist f=SQRT(R/m)/(2PI), wobei mit m als Summe aus externer Masse und 1/3 des Federgewichts gerechnet wird.


FED5 Federenden und Blocklänge bei 0 Endwindungen

Bei einer Kegelfeder ohne Endwindungen (nend=0) war bei der Berechnung der Blocklänge die Form der Federenden (unbearbeitet, geschliffen) nicht berücksichtigt worden. Es war die Blocklänge bis Drahtmitte (wie geschliffene Federn) berechnet worden. Die Form der Federenden wird jetzt berücksichtigt bei der Blocklänge. Außer die Windungen versinken ineinander, dann ist es egal ob die Federenden geschliffen sind oder nicht.


XFED1: abgespeckte FED1-Freeware als Kopier- und Vertriebslizenz

Von Federherstellern kam der Wunsch nach einer Freeware-Version zur Weitergabe an Kunden.

Denkbar auch für Firmen und Konzerne, die Zulieferern und Außendienstmitarbeitern das Berechnungsprogramm kostenlos oder gegen Gebühr zur Verfügung stellen.

Die FED1 Freeeware-Version enthält statt vielen Einzeleingabefenstern nur die neue Quick-Eingabe mit allen Eingabedaten für Vorauslegung, Auslegung und Nachrechnung einer Druckfeder in einem Fenster. Als Ausgabe gibt es Quick1, Quick3, Federkennlinie, Federzeichnung, Fertigungszeichnung.

Im Menü gibt es nur "Datei" "Bearbeiten", "Ansicht" und "Hilfe".

Die Freeware-Version ist Eigentum des Erwerbers, bei HEXAGON kann man keine Freeware-Version bekommen. Der Lizenzinhaber kann die Freeware unbeschränkt zum Download anbieten, oder auch nur an ausgewählte Kunden und Zulieferer verteilen.

Die XFED1 Freeware ist eine Sonderversion von FED1. XFED1 läuft sofort ohne Schlüsselcode und kann vom Lizenzinhaber unbeschränkt kopiert und weitergegeben werden. Der Erwerber bestimmt, ob und wie sein Firmenname, Firmenlogo oder Eigenwerbung in die Software sowie Grafiken und Ausdrucke eingebunden wird.

Die Freeware kann auch innerbetrieblich verwendet werden. Wenn vom Netzwerk gerade keine Floatinglizenz von FED1+ frei ist, kann man XFED1 starten, die Feder berechnen und als FED-Datei speichern. Die FED-Dateien sind identisch und können mit FED1+ geöffnet werden.

Der Lizenzinhaber kann die Auswahl der Federwerkstoffe einschränken, indem nur von ihm verwendete Werkstoffe aus der Datenbank gewählt werden können. In XFED1 kann man keine Datenbanken bearbeiten, auch Eingabe selbstdefinierter Werkstoffe ist nicht möglich.

Nach Vorlagen des Erwerbers wird der Startbildschirm gestaltet und Links zu Webseite und Email gesetzt. XFED1 wird dadurch zum langjährigen Werbeträger für den Lizenzinhaber mit hohem Zusatznutzen.

Freeware-Versionen wird man von www.hexagon.de nicht herunterladen können. Stattdessen gibt es (falls gewünscht) Links zu Downloadseiten des Lizenzinhabers, falls dieser XFED1 zum Download anbietet.

Die unbeschränkte Kopier- und Vertriebslizenz XFED1 ist exklusiv und teuer: sie gilt für 10 Jahre und kostet einmalig 13.500 Euro, so viel wie 50 Einzelplatzlizenzen von FED1. Falls es keinen Käufer gibt, wird es auch keine XFED1 Freeware geben.


WL1+ STL-Export

In WL1+ kann man die berechnete Welle jetzt als STL-Datei ausgeben. Theoretisch kann man ein Modell der Welle damit auf dem 3D-Drucker herstellen. Praktisch eher nicht, weil das Verhältnis Länge zu Breite zu groß ist.


WL1+: Quick4-Ansicht

In WL1+ gibt es eine neue Quick4-Ansicht mit Zeichnung von Welle und Skizze von Wellenlagerung mit Kräften, Streckenlasten, Biege- und Drehmomenten, Tabelle mit Lasten und Berechnungsergebnissen, alles zusammen auf einer Bildschirmseite im DIN A3 Zeichnungsrahmen.


WL1+: Internationale Bezeichnungen in DIN 743-Werkstoff-Datenbank

Werkstoffnummern und Werkstoffbezeichnungen nach ISO, JIS, US und China-Norm wurde ergänzt in der Datenbank mit DIN 743-Werkstoffen.

Und auch wenn man stattdessen Werkstoffe aus der WST1-Datenbank wählt, kann man diese in der Internationalen Vergleichsliste suchen.


WN2, WN2+: Vorzeichenwechsel bei Ae verursacht Fehler bei e2min, e2max

Früher wurden Innenverzahnungen mit negativer Zähnezahl und dadurch negativen Durchmessern berechnet. Das hat den Vorteil, daß dieselben Formeln für innen- und außenverzahnte Verzahnungen anwendbar sind. Bei Zahnwellenverbindungen haben sich nunmehr die amerikanischen Bezeichnungen mit major diameter und minor diameter statt Kopf- und Fußkreisdurchmesser durchgesetzt, Toleranzen actual und effective, Durchmesser und Zähnezahlen ohne Vorzeichen. Das hat zur Folge, daß auch bei den Abmaßen der Innenverzahnung das Vorzeichen umgedreht wird. Intern wird in WN2 noch nach der "alten deutschen" Methode gerechnet, nur die Toleranzen und Abmaße emin und evmin, emax und Teff und Tact wurden nach den neuen Formeln berechnet. Dabei wurde leider versäumt, das Vorzeichen von Ae "umzudrehen". Bei Vergleichsberechnungen wurde keine Abweichung festgestellt, weil dabei die Toleranzzone der Innenverzahnung immer "H" war. Wenn eine andere Toleranzzone als "H" gewählt war, wurde die Lückenweite der Nabe emin, evmin und evmax falsch berechnet. Der Fehler bezieht sich nur auf die Lückenweiten nach DIN 5480:2006, Rollenmaß und Zahnweiten wurden dagegen immer richtig berechnet.


WN2, WN2+; WN4, WN5: Radialspiel und Normalspiel

Neben dem Verdrehflankenspiel jt wird jetzt noch das Normal-Flankenspiel jn und das Radialspiel jr berechnet und ausgegeben. Das Normal-Flankenspiel jn braucht ein Kunde für die Schleifzugabe. Und das Radialspiel jr, um Fehler einer benachbarten Verzahnung auszugleichen.

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       Drehflankenspiel min              jtmin    mm            0,024        
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       Drehflankenspiel max.eff          jtmaxeff mm            0,084        
       ----------------------------------------------------------------------
       Drehflankenspiel max.act.         jtmaxact mm            0,184        
       ----------------------------------------------------------------------
       Normalflankenspiel min.           jnmin    mm            0,021        
       ----------------------------------------------------------------------
       Normalflankenspiel max.eff.       jnmaxeff mm            0,073        
       ----------------------------------------------------------------------
       Normalflankenspiel max.act.       jnmaxact mm            0,159        
       ----------------------------------------------------------------------
       Radialspiel min.                  jrmin    mm            0,021        
       ----------------------------------------------------------------------
       Radialspiel max.eff.              jrmaxeff mm            0,073        
       ----------------------------------------------------------------------
       Radialspiel max.act.              jrmaxact mm            0,159        
       ----------------------------------------------------------------------
       Drehflankenspiel min              jtmin                 0,05         
       ----------------------------------------------------------------------
       Drehflankenspiel max.eff.         jtmaxeff              0,19         
       ----------------------------------------------------------------------
       Drehflankenspiel max.act.         jtmaxact              0,41         
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WN2, WN2+: Einzelabweichungen nach DIN 5480

Bislang wurden in WN2+ die Einzelabweichungen nach DIN 3961 für Zahnräder berechnet und ausgedruckt. Stattdessen werden jetzt nur noch die Einzelabweichungen fp, Fp, Falpha, Fß und Fr mit den Richtwerten und Anhaltswerten nach DIN 5480:2006 ausgedruckt.

       ZULÄSSIGE ABWEICHUNGEN NACH DIN 5480:2006
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       Toleranzklasse                                        9          9    
       ----------------------------------------------------------------------
       Profil-Gesamtabweichung           Falpha   m        25         25    
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       Flankenlinien-Gesamtabweich.      Fbeta    m        16         16    
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       Teilungs-Einzelabweichung         fp       m        21         21    
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       Teilungs-Gesamtabweichung         Fp       m        50         50    
       ----------------------------------------------------------------------
       Rundlaufabweichung                Fr       m        50         20    
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ZAR1+, ZAR1W, ZAR5: Auflösung Evolvente und Fußausrundung konfigurieren

Bei Zahnrädern mit Unterschnitt gibt es beim Übergang von Fußausrundung in die Evolvente eine Lücke oder eine Zacke, wenn die Auflösung gering ist. Unter "CAD->Einstellungen" müssen "Auflösung Fußausrundung" und "Anzahl der Punkte für die Evolvente" in dem Fall hochgesetzt werden auf jeweils ca. 100.


Tip: Textfont ändern

Um Ihren Ausdruck individuell zu unterscheiden, können Sie eine andere Schriftart wählen unter "Datei->Einstellungen->Grafik". Button "Font" klicken und Schriftart wählen. Standard ist "Arial". Für bessere Lesbarkeit der Ausdrucke oder zum Scannen oder Faxen sollte die Schriftart "Fett" eingestellt werden.

Den Font für den Standard-Textausdruck kann man unter "Datei->Einstellungen->Ausdruck" konfigurieren mit dem "Font" Button. Hier stehen nur Zeichensätze mit konstanter Textbreite zur Auswahl. Auch hier kann man das Attribut "Fett" setzen, dann "Speichern".


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