— Druckfedern und ihre wichtige Rolle. Druckfedern gibt es in diversen Varianten. Eines haben all diese Varianten gemeinsam: Sie sind von großer Bedeutung in verschiedensten Prozessen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Kräfte beim Zusammendrücken aufzunehmen und diese Kräfte beim Entspannen wieder abzugeben. So wichtig sie sind, so wichtig ist auch der richtige Umgang mit ihnen.
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Hergestellt werden Druckfedern bei Alcomex zylindrisch und aus vierkant, ovalen oder runden Federstahldrähten. Durch das Winden um einen Dorn wird der Federstahldraht in die gewünschte Form gebracht. Dies geschieht im Kaltumformungsprozess. Eine zweite Möglichkeit, den Federstahldraht in die gewünschte Form zu bringen, ist die Beihilfe von Drahtführungsstiften. Bei der Herstellung von Druckfedern wird auf eine gleichbleibende Steigung geachtet.
Nach DIN EN 15800 wird in verschiedene Fertigungstoleranzen unterteilt: Gütegrad 1 (kleinste Toleranz) bis zum größten Gütegrad (Gütegrad 3). Die Berechnung der Druckfedern basiert auf der Norm EN 13906-1.
Stahlfedern
Besonders in der Maschinen-, Optik-, Beleuchtungs- und Medizinindustrie und in der Torindustrie finden Metallfedern Anwendung. Diese Art der Industriefeder besteht aus Feder- und Edelstahl. Bei Alcomex hat man zudem die Möglichkeit, auf Anfrage hin weitere Materialien anzufordern.
Die Auswahl des Federstahldrahts bietet für jede Federanwendungen die passenden Eigenschaften, Zudem beeinflusst sie die Federkraft.
Neben den normalen unlegierten Drähten aus Federstahl werden auch rostfreie Federstähle für Edelstahlfedern verwendet und SiCr-legierte Ventilfederdrähte für Dauerfestigkeitsanwendungen. Nickellegierungen finden bei hoher Wärme- und Korrosionsbeständigkeit Verwendung, Kupferlegierungen stehen hingegen für gute elektrische Eigenschaften, und Titanlegierungen werden bei sehr hohen Ansprüchen in der Luftfahrttechnik verwendet.
Windungsabstände
Die Windungsabstände können neben den klassischen Druckfedern mit gleichbleibender Steigung auch variieren, sodass sie die Federkennlinie beeinflussen können. Oft werden auch Windungen in der Mitte oder an den Federenden auf Block gewickelt, damit sich die Druckfedern nicht verhaken.
Federenden
Auf das Winden der Druckfedern folgt das Anlassen, sodass die Eigenspannungen in der Feder abgebaut und die Schubelastizitätsgrenze erhöht wird. So verringert sich der Druckfeder-Setzbetrag. Die jeweiligen Anlasstemperaturen richten sich nach dem Werkstofftyp. Die Abkühlung erfolgt bei Raumtemperatur.
Wenn die Drahtstärke mindestens 0,5 mm beträgt, werden die Federn angelegt, um eine parallele Lagerung der Feder und eine bestmögliche Einteilung der Kraft sicherzustellen. Bevorzugt wird dabei ein Schleifwinkel zwischen 270 und 330 Grad. Drahtdurchmesser unter 0,5 mm werden nur angelegt ausgeführt.
Damit Druckfedern nicht ausknicken, was gerade bei langen und schlanken Druckfedern vorkommen kann, ist eine ordentliche Federendlagerung von großer Bedeutung. Bei der Führung durch Hülse oder Dorn kann die Druckfeder nicht ausknicken. Die Reibung, die durch die Führung entsteht, beeinflusst jedoch das Federungsverhalten, was sich in Form einer Hystereseschleife zeigt. Dabei wird ein Teil der Federarbeit in Wärme umgewandelt, was dafür sorgt, dass dieser verloren geht. Zudem verschwindet ein Anteil der Federkraft, wenn die Feder über einen längeren Zeitraum bei höheren Temperaturen zusammengepresst wird. Diesen Verlust bezeichnet man als Relaxation.
Schubspannung bei Druckfedern
Übersteigt die Schubspannung bei Überlastung der Feder den zulässigen Wert der Dehngrenze Rp, entsteht eine Verformung, die nicht mehr wegzukriegen ist. Den Vorgang, bei dem die Größe der Feder in ungespannter Länge verringert wird, bezeichnet man in der Federntechnik als "Setzen". Um ein solches Setzverhalten zu verhindern, kann man die Druckfedern um den zu erwartenden Setzbetrag länger winden und später dann auf Blocklänge zusammenpressen. So ist für eine bessere Werkstoffauslastung gesorgt. Zudem ist so im späteren Einsatz eine höhere Belastung erlaubt.
Fazit
Druckfedern bauen effektiv Energie auf und spielen somit in vielen Bereichen eine wichtige Rolle. So sind beispielsweise Metallfedern aus nahezu allen elektrischen und mechanischen Geräten nicht wegzudenken.
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