Für die Primärfederung zwischen Achslagergehäuse und Rahmen im Drehgestell haben sich zylindrische Stahlschraubenfedern speziell bei Schienenfahrzeugen im mittleren und hohen Geschwindigkeitssegment bewährt. Vorteile sind dabei die hohe vertikale Belastbarkeit mit großem Federweg auf kleinem Bauraum, Dauerhaltbarkeit, Setzungsfreiheit und geringe Kosten. Im Betrieb werden diese Federn nach allen Raumrichtungen belastet und unterliegen dabei einem komplexen Beanspruchungs- und Verformungskollektiv. Berechnungen mit Hilfe der Finite-Elemente- Methode ermöglichen die für diese Belastungsabschätzung notwendige Detaillierung. Modellierung, Durchführung der Variationsrechnungen und Ergebnisauswertung sind jedoch aufwändig. Die vorgestellte Software 'Spring Calculator' soll diesen Aufwand reduzieren helfen. Zur Berechnung der Feder wird der Draht der federnden Windungen als gekrümmter Stab mit kreisrundem Querschnitt betrachtet. Als äußere Belastung am Federende können beliebige Kräfte und Momente vorgegeben werden, deren Schnittgrößen am verformten Bauteil entlang des Federdrahtes vollständig ermittelt werden. Das Werkstoffverhalten ist linear-elastisch nach dem Hooke'schen Gesetz. Die Verformung entlang des Federdrahtes wird über die Sätze der Formänderungsarbeit berechnet. Zur Beurteilung der Beanspruchung der Feder wird anhand der Schnittgrößen bei Anwendung der Festigkeitstheorie an stabförmigen Körpern der Spannungszustand an der Oberfläche der Feder bestimmt. Die komplexen Gleichungen wurden über das Programm Mathematica gelöst. Die Berechnung der Verformung und der Spannungen erfolgt in der Programmiersprache C, die Darstellung über die Benutzeroberfläche Visual Basic. Beispiele illustrieren die Berechnungsmöglichkeiten. Neben der Federauslegung lässt sich mit den Geometriedaten auch der erforderliche Bauraum der Feder bei allen Betriebsbedingungen bestimmen und ein Schlagen oder Scheuern an angrenzenden Federn oder Drehgestellkomponenten vermeiden. Auch die Kollision der Windungen innerhalb der Feder wird automatisch kontrolliert und gegebenenfalls als Warnmeldung ausgegeben.
Spring Calculator - Berechnungsprogramm zur Auslegung von Drehgestellschraubenfedern
Spring calculator - a program for designing bogie coil springs
Der Eisenbahningenieur ; 57 , 1 ; 22-24
2006
3 Seiten, 6 Bilder, 3 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
FACHBEITRÄGE - Spring Calculator-Berechnungsprogramm zur Auslegung von Drehgestellschraubenfedern
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