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Metallfedern Was sind „technische Federn“?

| Redakteur: Stefanie Michel

Welche Arten an Metallfedern sind damit gemeint und für welche Kraftzustände und Anwendungen werden sie verwendet? Diese Fragen beantworten die Hersteller Gutekunst Federn und Gutekunst Formfedern und gehen auf weitere Eigenschaften von technischen Federn ein.

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Technische Federn: Dazu gehören auch Standardfedern und individuelle Federn aus Runddraht.
Technische Federn: Dazu gehören auch Standardfedern und individuelle Federn aus Runddraht.
(Bild: Gutekunst Federnfabriken)

Unter dem Begriff „technische Federn“ versteht man alle Metallfedern, die in technischen Anwendungen eingesetzt werden. Die besondere Eigenschaft von technischen Federn ist ihre reversible Formänderung bei Belastung; sie gibt also bei Belastung nach und kehrt bei Entlastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. Ermöglicht wird diese Eigenschaft durch die spezielle Formgebung und den verwendeten Federwerkstoff wie Federstahlblech oder Federstahldraht.

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Technische Federn werden in nahezu allen Branchen eingesetzt: beispielsweise im Maschinenbau, in der Elektro- und Medizintechnik, der Lebensmittelbranche und der Luft- und Raumfahrt. Dort erfüllen sie vielfältige Aufgaben. Technische Federn, wie Formfedern, Flachfedern, Flachformfedern, Kontaktfedern, Druckfedern, Zugfedern und Spiralfedern, werden dabei als Speicherelemente, Messelemente, Schwingungselemente, Ruheelemente und Lagerelemente verwendet.

Federtechnik: Potentielle Energie speichern und umwandeln

Grundsätzlich können alle technischen Federn potentielle Energie speichern und diese kontrolliert in kinetische Energie umwandeln und umgekehrt. Hier sind einige Beispiele, für welche Kraftzustände technische Federn häufig eingesetzt werden:

  • Rückstellkraft: Die Federkraft wird als Gegenkraft eingesetzt, um die bewegte Masse in die vorherige Ruhelage zurückzuführen. Diese Rückstellkraft ist die häufigste Anwendung von technischen Federn und wird von Formfedern, Flachfedern, Druckfedern, Zugfedern und Schenkelfedern in gleichem Maße bereitgestellt.
  • Haftkraft: In kraftschlüssigen Verbindungen stellen Sicherungs- und Federscheiben Druck- und Haftkräfte bereit, die einer ungewollten Lockerung, zumeist von Schrauben und Muttern, entgegenwirken.
  • Ausgleichskraft: Bei Form-, Maß- oder Positionsänderungen anderer Bauteile, werden technische Federn oft verwendet, um einen Ausgleich zu schaffen oder die elektrische Verbindung aufrecht zu erhalten. Hierfür eignen sich, je nach Aufgabe, Formfedern, Flachfedern, Kontaktfedern, Druck- oder Schenkelfedern.
  • Gewichtskraft: Die Feder wird zur gleichmäßigen Lastverteilung zwischen Körpern genutzt. Bestes Beispiel ist die Federkernmatratze, die diese Gewichtskraft mit speziellen konischen Druckfedern bereitstellt.
  • Antriebskraft: Durch die Vorspannung einer technischen Feder wird Energie gespeichert, die dann bei Entspannung freigesetzt wird und bewegliche Geräte antreibt. Mit Spiralfedern werden beispielsweise mechanische Uhren angetrieben oder flexible Hundeleinen eingerollt.
  • Schwingungs- und Dämpfungskraft: Mit der Aufnahme von kinetischer Energie durch eintreffende Kräfte oder Stöße verformt sich die technische Feder. Beim Ausschwingen der Masse wird diese kinetische Energie wieder in potenzielle Energie umgewandelt. So sorgen beispielsweise Blattfedern für eine sichere Ladung vor einwirkenden Kräften und Stößen.

Federentwicklung: Damit die Federarbeit optimal erfüllt werden kann

Das Ziel bei der Neuentwicklung einer technischen Feder ist es, für die gegebene Anwendung eine Feder zu finden, die unter Berücksichtigung aller Umstände perfekt passt. Funktion, Form und Abmessungen müssen dabei so gewählt werden, dass die technische Feder die geforderte Federarbeit optimal erfüllt.

Dabei spielen verschiedene Faktoren in der Federentwicklung eine wichtige Rolle, darunter:

  • welche Aufgabe die technische Feder erfüllen muss,
  • welche Federbewegung gewünscht ist,
  • wie groß der vorhandene Bauraum ist und
  • welche Anschlussbauteile vorliegen.

Dazu kommen Eigenschaften und Besonderheiten aus der Gesamtkonstruktion und aus den Einsatzbedingungen. So sind oft Korrosionsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder eine möglichst wirtschaftliche Fertigung zu berücksichtigen beziehungsweise Grundlage der Federnkonstruktion. Allgemein gilt es, für technische Federn folgende Anforderungen zur Federentwicklung zusammenzuführen:

  • Aufgabe und Funktion: Wofür wird die technische Feder eingesetzt und welche Funktionen – wie Kraftzustand, Kraftentfaltung (Federkennlinie) und eventuelle Zusatzfunktion (elektrisch leitend, unmagnetisch, isolierend, säurebeständig...) – werden benötigt?
  • Einbausituation und Einbauraum: Wie erfolgt die Krafteinleitung (Druck-, Zug-, Torsions- oder Biegespannung) und welcher Einbauraum steht hierzu zur Verfügung?
  • Federnart und Federform: Welche Federnart ist für die Aufgabe geeignet und mit welcher Federnform kann dies im vorhandenen Einbauraum realisiert werden?
  • Benötigte Kräfte und Federwege: Welche Federkräfte werden bei bestimmten Federwegen oder -längen benötigt?
  • Einsatztemperatur und Umgebung: Bei welcher Einsatztemperatur und in welcher Umgebung wird die technische Feder eingesetzt?
  • Belastungsart und Lebensdauer: Welche Belastungsart liegt vor (statische konstante Belastung oder dynamische Belastung mit veränderlichen Beanspruchungen und Hubspannungen)? Für welche Gesamtlebensdauer soll die technische Feder angefertigt werden?

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