Hoe is een Drijfveer welke invloed hebben trekveerontwerpen, oogvormen, veereigenschappen en veermaterialen en wat betekenen technische termen als voorspanning, relaxatie, vloeigrens en dynamische belasting in een trekveer? Dit specialistische artikel van Gutekunst Federn beantwoordt al deze vragen met basiskennis voor het volgende voorjaarsontwerp.
Trekveren worden gebruikt als terugtrekveren in bijvoorbeeld de voertuigbouw, maar ook in garagedeuren, sloten, bedlades en in Relais in de installatie- en apparatenbouw. Soms worden ook trekveersystemen met meerdere trekveren gebruikt. De meest voorkomende toepassingsvoorbeelden zijn veerpakketten voor garagedeuren of vouwmechanismen voor parallel geschakelde bedboxen, waarbij componenten met een grotere massa met constante krachten en veermomenten in positie worden gehouden.
productie en materialen
Trekveren worden gemaakt van ronde of ovale verenstaaldraden. De verenstaaldraad wordt meestal in het koudvervormingsproces in elke gewenste vorm gebracht, hetzij door deze met een vingersysteem om een doorn te wikkelen, hetzij - bij volautomatische verenwikkelmachines - met behulp van meerdere draadgeleidingspennen in twee -vinger- of drievingersysteem. De ogen worden ofwel direct tijdens het wikkelen gevormd ofwel in een volgende werkstap opgesteld. Trekveren zijn meestal cilindrisch gemaakt met aan elke kant een 1/1 Duits oog volgens de norm EN 13906-2. Zo werkt de productie van een metalen veer:
Veertypes en oogtypes
Naast de cilindrische trekveeruitvoering met lineaire veerkarakteristiek worden ook vaak conische of tonvormige trekveren vervaardigd. Met de conisch taps toelopende veereinden wordt naast een progressieve veerkarakteristiek ook een langere levensduur bereikt. Via de trekveerconstructie kan geen degressief krachtverloop worden opgewekt. Hiervoor is een hefboommechanisme met trekveer nodig, zoals in een bedstee.
Afhankelijk van de toepassing worden verschillende oogvormen gebruikt. Naast de klassieke oogvormen zoals het 1/1 Duitse oog of het haakoog zijn er ook meer resistente veereinden zoals de ingerolde draadbout of de ingeschroefde draadplug verkrijgbaar, wat resulteert in een langere levensduur. Trekveren zijn over het algemeen niet geschikt voor permanent gebruik vanwege de oogjes, aangezien de oogverbinding met de overgangsbocht een groot zwak punt vormt.
Bij trekveerogen zijn drie krachten betrokken: trekbelasting, torsiebelasting en buigbelasting. Daarom moet er bij trekveren op worden gelet dat de kracht centraal op het oog werkt, anders neemt het risico op breuk van het oog toe. Bovendien moet de overgangsradius (r) van het veerlichaam naar het veeroog altijd groter zijn dan de draaddikte (d).
Meest gewenste voorbelasting
Bij de trekveer wordt tijdens de fabricage een voorspanning gecreëerd door tegen de volgende spoel te draaien. Deze voorspanning is grotendeels wenselijk omdat het de vereiste werklengte van de drijfveer minimaliseert. Voor de productie van trekveren geldt echter: hoe hoger de voorspanning, hoe hoger de productiekosten. De voorspanning is ook afhankelijk van de wikkelverhouding "w = D/d" (D = gemiddelde wikkeldiameter, d = draaddikte) en neemt af naarmate de wikkelverhouding toeneemt.
Indien bij een trekveer geen voorspanning gewenst is, zoals bij een meetveer, kan deze later door een hogere ontlaattemperatuur en langere ontlaattijd vrijwel geheel weggenomen worden. Zelfs warmgevormde trekveren bevatten geen voorspanning. Om de vereiste veereigenschappen, zoals afmetingen of krachteigenschappen, na productie te kunnen garanderen, wordt meestal de voorbelasting (F0) of de gemiddelde spoeldiameter (D) als productiecompensatie getolereerd.
Ontspanning, schuifspanning en veerkracht
Zoals bij alle metalen veren gaat een bepaald percentage van de veerkracht verloren als de trekveer gedurende een langere periode bij hogere temperaturen wordt belast. Dit krachtverlies wordt ontspanning genoemd. Het neemt toe met toenemende temperatuur en spanning. Aangezien de ontspanning afhankelijk van het materiaal en de temperatuur een vermogensverlies tot 20% kan betekenen, mag de maximale veerinslag maximaal 80% van de toegestane spanning bedragen.
Als de schuifspanning bij belasting van de trekveer de toelaatbare waarde van de vloeigrens overschrijdt, wordt de voorspanning blijvend verminderd of wordt de trekveer vervormd. Verder moet er gelet worden op de resonantietrilling van de trekveer. Idealiter zijn de trillingen van de excitatiefrequentie tien keer lager dan de eigenfrequentie van de veer, anders kan er een aanzienlijke toename van de spanning optreden, wat kan leiden tot veerbreuk.
De veerkracht/veerstijfheid is afhankelijk van de verenstaaldraad en de veerconstante of veerconstante. De veerconstante bepaalt ook de verhouding van veerkracht tot veerdoorbuiging. In principe kan de dimensionering van de veerkracht worden beïnvloed door de volgende maatregelen:
- Draaddiameter (d) groter > veer harder
- Grotere spoeldiameter (De) > veer zachter
- Aantal elastische spoelen (n) groter > veer zachter
dynamische belasting
Dynamische belastingen zijn belastingen die in de loop van de tijd veranderen met meer dan 10.000 slagen. In tegenstelling tot drukveren zijn er geen vermoeiingssterktediagrammen voor trekveren die een mogelijk dynamisch spanningsveld specificeren op basis van het materiaal, de draaddiameter en de hefspanning. De reden hiervoor is de verscheidenheid aan oogvormen, waarvan de meeste geen vermoeiingssterkte hebben vanwege de overgangscurve van het veerlichaam naar het oog. Oogvormen zoals de ingeschroefde draadplug of de ingerolde draadbout hebben betere dynamische eigenschappen. Desalniettemin moeten voor elke dynamisch gebruikte trekveer echte levensduurtests voor de betreffende werktoepassing worden uitgevoerd.
veermateriaal en oppervlak
De keuze van de verenstaaldraad beïnvloedt niet alleen de veerkracht, maar biedt ook de juiste eigenschappen voor de betreffende veertoepassing. Naast de normale ongelegeerde verenstaaldraden worden ook roestvaste verenstaalsoorten, SiCr-gelegeerde klepveerdraden, koperlegeringen voor goede elektrische eigenschappen, nikkellegeringen voor hoge hitte- en corrosiebestendigheid en titaanlegeringen voor de hoogste eisen uit de luchtvaarttechniek gebruikt. Daarnaast kunnen verschillende oppervlaktebehandelingen worden toegepast om de veer te optimaliseren. De trekveren zijn echter moeilijk af te werken omdat de windingen zo dicht bij elkaar liggen.#
Voor- en nadelen van trekveren
De nadelen van de trekveer zijn de grootte van de inbouwruimte, het gevoelige punt op de oogverbinding en het daaruit voortvloeiende totale verlies aan veerkracht na een oogbreuk. De belangrijkste voordelen van de trekveer zijn de knikvrijheid, de mogelijkheid van centrische krachtoverbrenging en de wrijvingsvrijheid door het weglaten van geleidingselementen zoals moffen of doornen.
Als u meer over deze onderwerpen wilt weten of vragen heeft, bent u bij de infoblog Gutekunst Federn op blog.federshop.com in goede handen. In Gutekunst's kennis- en informatiekanaal over metalen veren vindt u niet alleen interessante en nuttige informatie over trekveren.