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Federn sind technische Bauteile aus Federstahl, die sich elastisch verformen können. Bei einer Belastung geben sie nach und nehmen dabei Kraft auf. Bei der Entspannung geben sie diese Energie wieder ab und kehren in die ursprüngliche Form zurück. Stahlfedern gibt es in vielfältigen Formen, Materialien und für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Federn bestehen unter anderem aus Federbandstählen, Federstahlblechen oder Federstahldrähten. Zudem können Federn aus Gummi und faserverstärkten Kunststoffen sowie Gasdruckfedern, die zur Federung als Hilfsmittel Gase verwenden, gefertigt sein. Die meisten Federarten erhalten ihre Bezeichnung durch ihr Aussehen. Man spricht von Formfedern, Bandfedern, Flachfedern, Blattfedern, von Federclips oder Federklammern, von Spiralfedern, Tellerfedern, Wellenfedern, Kegelfedern, Tonnenfedern oder Ringfedern. Darüber hinaus gibt es Federntypen, die ihren Namen ihrer jeweiligen Funktion verdanken. Beispiele hierfür sind Druckfedern, Zugfedern, Drehfedern oder Drehstabfedern.
Wodurch unterscheiden sich die Federn voneinander?
Neben ihrer Form und dem Material werden Federn über die Federkonstante oder Federkennlinie definiert. Die Federkonstante beschreibt die Kraftzunahme in Bezug zum Federweg oder zum Drehwinkel. Mit der Federkennlinie wird der Verlauf einer Federkonstante dargestellt. Sie gibt das Verhältnis zwischen Federkraft und Verformungsweg wieder. Die elastische Verformung erfolgt auf der Grundlage des Hookeschen Gesetz. Dieses beschreibt die elastische Verformung von Festkörpern, wenn die Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist. Die meisten Federarten besitzen eine lineare Federkennlinie (2) mit einem gleichmäßigen Kraftverlauf, eine progressive Kennlinie (1), die mit zunehmender Verformung an Kraft zunimmt oder eine degressive Kennlinie (3), bei der die Kraft während dieses Vorgangs geringer wird. Hinzu kommen kombinierte Federkennlinien (5), die bei bestimmten Spannungszuständen oder Wegstrecken die Kräfteeigenschaften ändern, und flache Federkennlinien mit einer geringen Kraftzunahme (4).
Anwendungsbereiche
Als elastische Bauteile geben technische Federn unter Belastung nach und kehren bei Entlastung in ihre Ausgangform zurück. Auf dieser Funktion beruhen nahezu alle Anwendungen, bei denen technische Federn zum Einsatz kommen. Sie werden unter anderem dazu eingesetzt, Maschinenteile zu bewegen und Schaltkontakte zu schließen oder zu öffnen. Im vorgespannten Zustand lassen sie sich als Antriebsenergie oder als Rückstellkraft in Schaltern und Drehmomentschlüsseln nutzen. Zudem kommen sie als kraftschlüssige Verbindung zum Einsatz – beispielsweise bei Türfeststellern oder Reibungskupplungen, zur Lastverteilungen bei einem Trampolin oder bei schwingfähigen Systemen, bei denen mithilfe von Federsystemen kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt und abgefangen wird.
Quelle: Gutekunst + Co.KG Federnfabriken, D-72555 Metzingen