Mit dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm kann die statische Belastbarkeit von Federstahl festgelegt werden. Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm zeigt während des Zugversuchs das Dehnverhalten des Federstahls bis zum Bruch. Für den Konstrukteur ist das Spannungs-Dehnungs-Diagramm eine wichtige Konstruktionsvorgabe, da er an diesem Diagramm ablesen kann wie viel Kraft das Federstahlblech oder Federstahlband bei der Umformung zur Herstellung von Formfedern, Federclips, Federklammern, Kontaktfedern und Federscheiben aufnehmen kann bis er sich dauerhaft verformt.
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Die Phasen des Spannungs-Dehnungs-Diagramm für Federstahl
Mit den vier Phasen im Spannungs-Dehnungs-Diagramm kann die elastische Verformungsgrenze (Streckgrenze „Rp“), die plastische Verformungsgrenze (Zugfestigkeit „Rm“), der Einschnürungsbereich und die Bruchgrenze abgelesen werden.
In der Phase der elastischen Verformung wird der Federstahl proportional (Hookesche Gerade) zur einwirkenden Spannung gedehnt. Diese Dehnung wird auch als linear-elastische oder proportionale Verformung genannt. Dabei wird die prozentuale Dehnung in der horizontalen Achse angezeigt und die dazugehörige Spannung in der vertikalen Achse. Dieses Verformungsverhalten von Werkstoffen wurde bereits 1768 vom englischen gelehrten Robert Hooke, im Hookesche Gesetz beschrieben. Ist das Maximum der elastischen Verformung erreicht, bei der der Federstahl ohne Deformation in die Ausgangslage zurückkehrt, spricht man von der Streckgrenze (Rp). Die Streckgrenze ist eine fließende Grenze. Jenseits dieser Streckgrenze findet in den darauffolgenden Phasen zwar immer noch eine Verformung statt, jedoch ist hier die Dehnung größer als die zunehmende Spannung, wodurch eine plastische Verformung und Einschnürung bis zum Bruch stattfindet.
Die 0,2 %-Dehngrenze
Es gibt Federwerkstoffe, bei denen sich die Streckgrenze nicht eindeutig bestimmen lässt. Das betrifft vor allem die rostfreien Federstähle. Hier wird alternativ die DehngrenzeRp0,2 angegeben. Dazu wird eine Parallele zur Hookesche Gerade im Abstand von 0,2% gezogen. Diese Spannung am Schnittpunkt entspricht der Dehngrenze Rp0,2 als Ersatz zur Streckgrenze.
Werkstoffkennwerte
Bei den Werkstoffkennwerten wird die Zugfestigkeit (Rm) am häufigsten verwendet. Dieser Wert ist Grundlage bei jeder Federberechnung und beschreibt wie stark ein Federstahl maximal belastbar ist. Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich der Federstahl bereits vor dem Erreichen der Zugfestigkeit plastisch verformt! Die Streckgrenze (Rp) und die Dehngrenze (Rp0,2) sind normalerweise auf den Hersteller-Datenblättern mit aufgeführt, bzw. können bei den Werkstoff-Herstellern angefragt werden.
Sie benötigen nähere Informationen zum Spannungs-Dehnungs-Diagramm und den Werkstoffkennwerten? Kein Problem, die Technikabteilung von Gutekunst Formfedern GmbH erreichen Sie telefonisch unter (+49) 07445 85160 oder info@gutekunst-formfedern.de.
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