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Was versteht man unter Federn?
Federn sind technische Bauteile aus Federstahl, die sich elastisch verformen k√∂nnen. Bei einer Belastung geben sie nach und nehmen dabei Kraft auf. Bei der Entspannung geben sie diese Energie wieder ab und kehren in die urspr√ľngliche Form zur√ľck. Stahlfedern gibt es in vielf√§ltigen Formen, Materialien und f√ľr unterschiedliche Anwendungsbereiche. Federn bestehen unter anderem aus Federbandst√§hlen, Federstahlblechen oder Federstahldr√§hten. Zudem k√∂nnen Federn aus Gummi und faserverst√§rkten 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. Dar√ľber hinaus gibt es Federntypen, die ihren Namen ihrer jeweiligen Funktion verdanken. Beispiele hierf√ľr sind Druckfedern, Zugfedern, Drehfedern oder Drehstabfedern.
Wodurch unterscheiden sich die Federn voneinander?
Neben ihrer Form und dem Material werden Federn √ľber 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 Verh√§ltnis zwischen Federkraft und Verformungsweg wieder. Die elastische Verformung erfolgt auf der Grundlage des Hookeschen Gesetz. Dieses beschreibt die elastische Verformung von Festk√∂rpern, wenn die Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist. Die meisten Federarten besitzen eine lineare Federkennlinie (2) mit einem gleichm√§√üigen Kraftverlauf, eine progressive Kennlinie (1), die mit zunehmender Verformung an Kraft zunimmt oder eine degressive Kennlinie (3), bei der die Kraft w√§hrend dieses Vorgangs geringer wird. Hinzu kommen kombinierte Federkennlinien (5), die bei bestimmten Spannungszust√§nden oder Wegstrecken die Kr√§fteeigenschaften √§ndern, und flache Federkennlinien mit einer geringen Kraftzunahme (4).
Federkennlinien
Anwendungsbereiche
Als elastische Bauteile geben technische Federn unter Belastung nach und kehren bei Entlastung in ihre Ausgangform zur√ľck. 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 schlie√üen oder zu √∂ffnen. Im vorgespannten Zustand lassen sie sich als Antriebsenergie oder als R√ľckstellkraft in Schaltern und Drehmomentschl√ľsseln nutzen. Zudem kommen sie als kraftschl√ľssige Verbindung zum Einsatz – beispielsweise bei T√ľrfeststellern oder Reibungskupplungen, zur Lastverteilungen bei einem Trampolin oder bei schwingf√§higen Systemen, bei denen mithilfe von Federsystemen kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt und abgefangen wird.
Eine Auswahl der wichtigsten Federarten aus Stahl:
Blattfedern
Der Begriff Blattfeder galt lange Zeit als √úberbegriff f√ľr Stahlfedern aus Flachmaterial. Heute versteht man darunter meistens Fahrwerksfedern aus Flachmaterial wie Vollelliptikfedern, Halbelliptikfedern und Parabel-federn. Heute unterscheidet man zwischen gerader, gekr√ľmmter, gewundener oder scheibenf√∂rmiger Flachfeder.
Gerade Flachfedern
Gerade Flachfedern lassen sich mithilfe eines Stanz- oder Stanzbiegeautomaten aus Federbandstahl stanzen und in Form bringen. Bei geringen St√ľckzahlen oder besonders filigranen Formen k√∂nnen sie gelasert oder ge√§tzt werden. Zum Einsatz kommen gerade Flachfedern h√§ufig in Kontaktsystemen elektrischer Schalteinrichtungen – zum Beispiel in Relais. Auf diese Weise lassen sich Kontaktfedern vorgespannt verbauen. Bei der Herstellung von Kontaktfedern wird h√§ufig Federbronze CuSn6 und Kupferberyllium CuBe2 verwendet.
Flachfeder
Gekr√ľmmte Flachfedern und Formfedern
Generell unterscheidet man zwischen gekr√ľmmten Flachfedern und Formfedern. Die gekr√ľmmte Flachfeder besteht aus Geradenteilen und Kreisbogenteilen. Sie wird in der Regel mit einem Stanzbiegeautomaten aus Federbandstahl gestanzt und gleichzeitig in Form gebracht. Formfedern hingegen werden meistens in der Grundform aus Federstahlblech durch Laserschneiden herausgeschnitten und mit nachfolgender Umformung durch Biegen, Pr√§gen, Kanten und Tiefziehen hergestellt. Die Formenvielfalt und damit das Anwendungsspektrum sind nahezu unbegrenzt. Die Berechnung der Krafteinwirkung auf die Federn ist komplex und l√§sst sich mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchf√ľhren. Manuell m√ľssen dazu im Vorfeld machbare Abmessungen n√§herungsweise festgelegt werden. Berechnungsmodelle, die allgemeing√ľltig sind, gibt es nicht. Wichtig sind daher Gestaltungsrichtlinien, bei denen insbesondere die Mindestbiegeradien einzuhalten sind.
Formfeder
Gewundene Flachfedern: Spiralfedern und Rollfedern
Zu den gewundenen Flachfedern z√§hlen Spiralfedern mit und ohne hohem Windungszwischenraum sowie Rollfedern. Die Herstellung der Spiralfedern erfolgt auf Radialbiegemaschinen. Sie haben unter anderem in der Automobilindustrie eine hohe Bedeutung und sind dort in Sicherheitsgurten, Fensterhebern oder Schl√∂ssern verbaut. Rollfedern kommen beispielsweise in Federzugsystemen zum Einsatz. Gewundenen Flachfedern eignen sich hervorragend als Ausgleichsfedern f√ľr kleinere Drehwinkel. Dabei dient die gespeicherte Kraft als Ausgleich oder R√ľckstellmoment. Die Federkennlinie steigt nahezu geradlinig an. Beide Federtypen werden in einer Ebene nach der archimedischen Spirale gewunden. Ein konstanter Windungsabstand sorgt daf√ľr, dass sich die einzelnen Windungen nicht ber√ľhren, und stellt zudem eine reibungsarme Funktion der Federn sicher.
Spiralfedern
Scheibenförmige Flachfedern
Zu den scheibenförmigen Flachfedern gehören Tellerfedern und Federscheiben. Zum Einsatz kommen sie jeweils als Einzelfeder oder auch in Kombination. Federscheiben sind Vorrichtungen, die sich bei bestimmten Schraubverbindungen eignen. Tellerfedern zeichnen sich durch ihre hohe Kraft aus und sind zudem besonders kompakt. Dadurch werden sie oftmals in begrenzten Räumen mit hohen Kräften verwendet. Tellerfedern lassen sich im Stanzverfahren mit anschließender Kaltumformung und Kantenrunden fertigen. Eine Besonderheit: Kraft und Federweg können durch das Schichten zu einer Tellerfedernsäule verändert werden. Tellerfedern erzeugen eine degressive Federkennlinie.
Tellerfeder
Federklammern: Federclips, Klemmfedern und Rohrklemmen
Federklammern – auch Federclips, Klemmfedern und Rohrklemmen genannt – werden aus Federbandstahl gestanzt und umgeformt oder aus Federstahlblech gelasert und anschlie√üend in Form gebracht. Haupteigenschaft ist die kraftschl√ľssige Verbindung. Sie kommen dort zum Einsatz, wo Bauteile am richtigen Platz justiert, arretiert, eingerastet oder fixiert werden sollen. Unter anderem dienen sie zum Fixieren von Papieren, Festhalten von Namensschildern oder als Ersatz f√ľr B√ľroklammern. Dar√ľber hinaus eignen sie sich dazu, Werkzeuge, Schl√§uche und √Ąhnliches aufzuh√§ngen.
Federklammern, Federclips, Klemmfedern
Wellenfedern
Wellenfedern werden auch als axiale Wellenfedern oder Wellfedern bezeichnet. Sie sind aus gewundenem Flachdraht gefertigt und erhalten ihre Federwirkung durch die eingearbeitete Welle. Mit einer reduzierten Einbauh√∂he von bis zu 50 Prozent gegen√ľber herk√∂mmlichen Druckfedern, sind sie bei statischem bis mittlerem dynamischem Einsatz eine platzsparende Alternative. Trotz dieser reduzierten Bauh√∂he k√∂nnen Wellenfedern die gleiche Kraft erzeugen wie beispielsweise Druckfedern. Durch die Anzahl der Windungen, der Wellen sowie der Wellengr√∂√üen kann die geforderte Federkonstante bestimmt und hergestellt werden.
Wellenfeder
Drehfedern
Drehfedern oder Schenkelfedern sind gewundene Drahtfedern mit tangential abgehenden Schenkeln. Diese mechanischen Kraftspeicher nehmen bei einer Winkel- und Drehbewegung an den Schenkeln ein Drehmoment auf, das sie beim Entspannen wieder abgeben. Drehfedern werden aus runden, ovalen oder vierkantigen Federstahldr√§hten gefertigt – im Normalfall zylindrisch mit gleichbleibender Steigung ohne Windungsabst√§nde. Je nach der Anwendung lassen sich die Schenkel beispielsweise gerade tangential, radial innen oder au√üen, axial oder achsparallel ausleiten. Besonders wichtig: Man sollte Drehfedern immer nur in Windungsrichtung belasten. Daher werden sie baugleich links- und rechtsgewunden angeboten.
Schenkelfeder
Druckfedern
Druckfedern, ebenfalls Schraubenfedern genannt, sind mechanische Kraftspeicher, die beim Zusammendr√ľcken Kr√§fte aufnehmen und diese beim Entspannen wieder abgeben. Gefertigt werden sie aus runden, ovalen oder vierkantigen Federstahldr√§hten – in der Regel zylindrisch und mit gleichbleibender Steigung. Der Federstahldraht wird kalt umgeformt. Dies geschieht entweder durch Winden um einen Dorn (Einfingersystem) und bei vollautomatischen Federwindeautomaten mit Hilfe von Drahtf√ľhrungsstiften (Zweifinger- oder Dreifingersystem). Im Gegensatz zu herk√∂mmlichen Druckfedern mit einer gleichbleibenden Steigung k√∂nnen die Windungsabst√§nde variieren. Das beeinflusst die Federkennlinie.
Um ein Verhaken der Druckfedern zu verhindern, werden Windungen in der Mitte oder an den Federenden oft auf Block gewickelt.
Druckfeder
Kegelfedern
Bei der Kegelfeder beziehungsweise konischen Druckfeder verändert sich der Durchmesser der Bauform zu einem Ende hin. Das bedeutet, er wird größer oder kleiner. Zum Einsatz kommen Kegelfedern hauptsächlich dann, wenn der Bauraum in axialer Richtung beschränkt ist. Bei konischen Druckfedern können die Windungen ineinander fallen. Damit entspricht die Blockhöhe ungefähr der doppelten Drahtdicke und ist dadurch wesentlich geringer als bei zylindrischen Druckfedern. Die Federn lassen sich mit linearer und mit progressiver Federkonstante konstruieren. Im Normalfall ist die Federrate oder Federkonstante progressiv. Das heißt, dass die Federkraft bei steigender Belastung zunimmt.
Konische Druckfeder
Tonnenfedern
Die Tonnenfeder wird auch als doppelkonische Druckfeder oder Zugfeder bezeichnet. Beide Enden der Feder weisen einen kleineren Windungsdurchmesser auf als die Mitte. Tonnenfedern haben meist eine lineare und progressive Kennlinie. Zudem √ľberzeugen sie durch einen geringen Platzbedarf und die kurze Baul√§nge. Eine Sonderform der doppelkonischen Druckfeder ist die Miniblockfeder. Sie besitzt einen angepassten Windungsdurchmesser. Sobald die Miniblockfeder auf eine kurze L√§nge zusammengedr√ľckt wird, f√ľgt sich der Hauptteil der Windungen ineinander – und das ohne Ber√ľhrung. Dieser Federntyp kommt oft in der Achsfederung eines Autos zum Einsatz. Je nach Bedarf f√ľr eine lineare Federrate mit schwankenden Windungen oder f√ľr eine progressive, sich steigernde Federrate, mit gleichbleibenden Windungen.
Miniblockfeder
Zugfedern
Zugfedern oder Schraubenzugfedern werden aus runden oder ovalen Federstahldr√§hten hergestellt. Diese lassen sich im Kaltumformungsprozess – durch Winden um einen Dorn oder mit vollautomatischen Federwindeautomaten mithilfe von mehreren Drahtf√ľhrungsstiften – in die gew√ľnschte Form bringen. Hergestellt werden neben zylindrischen Bauformen mit einer linearen Kennlinie ebenfalls kegel- oder tonnenf√∂rmige Zugfedern. Mit solchen konisch verj√ľngten Federenden wird neben einer progressiven Federkennlinie zudem eine h√∂here Lebensdauer der Federn erreicht. Je nach Einsatz kann der Anwender verschiedene √Ėsenformen verwenden. Neben den klassischen √Ėsenformen, wie der 1/1 deutschen √Ėse oder Haken√∂se, umfasst das Angebot auch widerstandsf√§hige Federenden. Hierzu z√§hlen eingerollte Gewindebolzen oder einschraubte Gewindestopfen.
Zugfeder
Sprengringe
Sprengringe sichern im Maschinenbau formschl√ľssige Bauteile wie R√§der, Dichtelemente und Lager auf Achsen, Wellen oder innerhalb von Bohrungen gegen eine axiale Verschiebung. Die Bezeichnung Sprengring leitet sich dabei von der fr√ľheren Herstellungsmethode ab. Damals wurde er von Rohren abgeschnitten und anschlie√üend aufgetrennt. Heute bestehen Sprengringe aus Federstahldraht mit gleichbleibendem Querschnitt. Sie werden an einem Windeautomaten zu einem Ring gebogen. Der Durchmesser kann wenige Millimeter bis zu einigen Metern betragen. Sprengringe sind in zwei grunds√§tzlichen Ausf√ľhrungen erh√§ltlich: f√ľr Wellen und f√ľr Bohrungen.
Sprengring
Torsionsfedern: Drehstabfedern
Die Drehstabfeder z√§hlt zu den Torsionsfedern. Der Begriff Torsionsfeder leitet sich von dem Verb tordieren ab, was verwinden oder verdrehen bedeutet. Zum Einsatz kommen Drehst√§be beispielsweise als Torsionspendel in mechanischen Uhren, als Torsionsband in Drehspulmessinstrumenten sowie als Stabilisator zur Federung von Fahrzeugen und als Gegenkraft in Sektional-Garagentoren. Die Drehstabfeder hat einen gestreckten, stabf√∂rmigen Aufbau und f√ľhrt w√§hrend ihres Einsatzes eine Drehbewegung durch. Wird der Stab um seine eigene L√§ngsachse verdreht, entsteht so eine Schubspannung. Diese Spannung w√§chst mit dem Querschnittsradius an und ist proportional zum Torsionsmoment. Die Verteilung der Schubspannung verh√§lt sich im Stabquerschnitt rotationssymmetrisch. Der Verdrehwinkel ist ebenfalls proportional zum Torsionsmoment und vergr√∂√üert sich linear mit der Stabl√§nge.
Drehstabfeder
Individuelle Federanwendung
Sie m√∂chten erfahren, welche technische Feder f√ľr Ihre spezielle Anwendung am besten geeignet ist? Dann kontaktieren Sie f√ľr Federn aus Flachmaterial (Flachfedern, Formfedern, Federklammern, Spiralfedern u. √§.) die Technikabteilung von Gutekunst Formfedern telefonisch unter (+49) 07445 8516-30.
E-Mailadresse: <email-pii>
Webseite: www.formfedern.com
F√ľr Federn aus Rundmaterial (Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern, Sprengringe u. √§.) kontaktieren Sie die Technikabteilung von Gutekunst Federn telefonisch unter (+49) 07123 960-192.
E-Mailadresse: <email-pii>
Webseite: www.federnshop.com
Die Experten finden gerne heraus, welche technische Feder f√ľr Sie die Richtige ist.
Firmenprofil
Gegr√ľndet 1964, z√§hlt Gutekunst Federn heute mit vier Firmenniederlassungen in Deutschland und Frankreich zu den gr√∂√üeren Federnherstellern in Europa. Gutekunst unterh√§lt europaweit eines der gr√∂√üten Federnprogramme ab Lager. Mit 320 Mitarbeitern beliefert Gutekunst Federn weltweit √ľber 100.000 Kunden aus den Branchen Maschinenbau, Automobil, Elektro-, Medizin-, Luft- und Raumfahrttechnik, aber auch Lebensmittel, Schmuck und Kosmetik. Mit √ľber 150 Winde- und Biegeautomaten und einem Produktionsvolumen von zwei Millionen Federn t√§glich ist Gutekunst Federn ein leistungsf√§higer und vielseitiger Federnlieferant f√ľr Ersatzteile, Muster, Kleinmengen und Gro√üserien.
Das Serviceangebot
- Gutekunst Federn bietet unter www.federnshop.com hilfreiche Servicetools rundum Federn in neun Sprachen
- Kompletter Federnkatalog mit umfangreichen Auswahlmöglichkeiten und Bestellsystem
- Individuelle Online-Federnberechnung f√ľr Druck-, Zug- und Schenkelfedern
- Schneller CAD-Daten-Download f√ľr Katalogartikel und individuell berechnete Federn
- Individuelle Federnanfrage mit zahlreichen InformationenInformationen und Downloadangebote f√ľr Konstruktion und Berechnung
- Neue Informationsplattform √ľber Metallfedern unter www.federn-forum.de
Firmenvideo
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