Auslegung einer Federscheibe mit ANSYS®

Optimierung des Designs unter Einhaltung

der Federkraft und der Spannungsgrenzwerte

Ihr Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Christoph Schlegel

Tel. +43(0)1 5877073-12

E-Mail christoph.schlegel@cadfem.at

Aufgabenstellung

Eine Federscheibe soll für eine Lamellenreib-

bremse ausgelegt werden. Dazu soll durch eine

gewellte Federscheibe bei gegebenem Federweg

eine definierte Federkraft erzeugt werden. Die

Scheibe darf unter dieser Belastung nicht bre-

chen, d.h. die Betriebsfestigkeit ist einzuhalten.

Vom Federscheiben-Design darf sowohl die Wel-

lenanzahl N als auch die Wellenhöhe H und die

Blechdicke D variiert werden. Die Aufgabe be-

steht darin, eine Kombination dieser Designpa-

rameter zu finden, die den geforderten Bedin-

gungen gerecht wird.

Lösung

Für die Designoptimierung wurde in ANSYS® ein

voll parametrisches Finite–Elemente-Modell der

Federscheibe erstellt. Neue Varianten entstehen

durch die Veränderung dieser Parameter und

müssen nicht manuell erstellt werden. Mit dem

ANSYS® DesignXplorer™ können schnell eine

Reihe von Designs berechnet und für die Ergeb-

nisse Antwortflächen erzeugt werden. Damit las-

sen sich wie rechts dargestellt die Effekte der

Designparameter übersichtlich darstellen und

nachvollziehbare Designentscheidungen treffen.

Im vorliegenden Fall ist eine gewünschte Feder-

kraft vorgegeben. D.h. im Federkraftdiagramm

kann eine Linie mit der gewünschten Kraft gezo-

gen werden. Wird diese Linie in das Spannungs-

diagramm projiziert, kann entlang der Linie ein

Design gewählt werden, wobei das dazu zu er-

wartende Spannungsniveau direkt ablesbar ist.

Nutzen für den Kunden

Die Analysemethode erlaubt es einerseits sehr

schnell und kostengünstig den gesamten Design-

raum abzuprüfen, so dass eine Vielzahl an Proto-

typen eingespart werden kann.

Andererseits erhält der Kunde durch diese Ergeb-

nisdarstellung nicht nur eine einzelne optimierte

Konstruktionsvariante, sondern kann selbst aus

einer Gruppe von passenden Parameterkombina-

tionen wählen und erhält dazu die zu erwarten-

den Spannungswerte.

Bilder mit freundlicher Genehmigung der Miba Frictec GmbH

Federscheibe wird von zwei ebenen Platten zu-sammengedrückt

Federkraft abhängig von Wellenanzahl u. Dicke

Resultierende Spannung in der Federscheibe

Wellenanzahl N

Blechdicke D

Fed

erkr

aft

F

Wellenanzahl N

Blechdicke D

Span

nu

ng

σvM

ises

F konstant

F konstant

Design wählbar Spannung ablesbar