Feder (Technik)

Zu anderen Begriffsbestimmungen siehe: Feder

Als Feder bezeichnet man in der Technik ein elastisches, entweder spiralförmig gebogenes oder blattförmiges Maschinenelement. Als Material werden bevorzugt spezielle Federstähle oder auch Kupfer-Beryllium-Legierungen eingesetzt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass auch bei größeren Dehnungen und anschließendem Entspannen, keine bleibende Verformung eintritt (siehe Hookesches Gesetz). In den letzten Jahren werden auch häufiger Faserverbundwerkstoffe, speziell GFK, verwendet. Weitere mögliche Werkstoffe für Federn sind Gummi, Glas, Gase oder Flüssigkeiten.

Zur Charakterisierung von Federn wird die Federkonstante als technische Größe angegeben.

Federtypen

Es wird prinzipiell in Torsions-, Biege-, und Gasfeder unterschieden. Die wohl bekannteste Feder, die Schraubenfeder (z.B. Kugelschreiber), gehört in die Gruppe der Torsionsfedern. Bei ihr wird der Federdraht nicht verbogen, sonder verdreht.

Torsionsfeder (auch Drehstab)

• gewundene Torsionsfeder: Diese, auch Schraubenfeder genannte bekannteste Federbauform wird manchmal fälschlicherweise als Spiralfeder bezeichnet. (die aber mechanisch anders funktioniert; s.u.). Sie wird aus Federdraht zylinder- oder kegelförmig gewickelt. Man unterscheidet hier nach Belastung zwischen Zug- und Druckfeder. Die Hauptbelastungsrichtung verläuft in Richtung der Federachse, wobei sich die Federenden geringfügig gegeneinander verdrehen können. Federn mit konstantem Durchmesser werden auch als Schraubenfedern bezeichnet. Ihre Charakteristik kann durch Bereiche mit veränderlichem Drahtdurchmesser, varaibler Steigung oder sich verändernden Durchmesser (kegelstumpfförmige Schraubenfeder) gestaltet werden. Eine Sonderbauform ist die so genannte Kegelfeder, die aus dünnem Federband besteht und kegelförmig gewickelt ist.
• gerade Torsionsfeder: Stäbe, Drähte oder Bänder mit fester Einspannung an beiden Enden, wobei die die befestigten Bauteile gegeneinander eine Schwenkbewegung um die Federachse ausführen. Die mechanische Beanspruchung findet durch ein tangential zur Federachse angreifendes Drehmoment statt. Die besonders aus dem Fahrzeugbau bekannten Torsionsfedern bestehen meist aus massiven Rundstäben oder Paketen von flachen Bändern aus Federstahl. Sie werden oft Drehstab oder Torsionsstab genannt.

Biegefeder

• Spiralfeder mit Drehmomentbelastung: (nicht zu verwechseln mit der Schraubenfeder) ist eine eben gewundene Biegefeder. Spiralfedern werden als in einer Ebene spiralförmig aufgewickeltes Metallband gefertigt. Sie werden beispielsweise bei Kinderspielzeugen, die sich aufziehen lassen, und im Modellbau eingesetzt, wo sie als mechanischer Energiespeicher (Federmotor) dienen. Auch in mechanischen Uhren waren sie lange Zeit als Antrieb und als Schwingelement (Unruh) unverzichtbar.
• Blattfeder: Sie besteht meist aus einem flachen Metallband, das bogenförmig vorgespannt wird. Sie wird vor allem im Nutzfahrzeugbau eingesetzt. Oft sind mehrere Blätter (Federlagen) mit verschiedenen Längen und Vorspannungen zu einem Federpaket zusammengefasst, dass durch einen gemeinsamen Herzbolzen und Federklemmen zusammengehalten wird. Durch eingelegte Kunsststoffblättchen oder Schmierung mit Fett wird die Reibung vermindert, wenn sich die Enden der Lagen durch Längenänderung beim Einfedern gegeneinander verschieben.
• Tellerfeder: kegelförmige Ringscheibe aus Federband; die Belastung findet axial statt. Tellerfedern haben eine hohe Federsteifigkeit. Sie werden einzeln oder gestapelt verwendet, letzteres z.B. für Radaufhängungen bei Eisenbahnwagons
• Membranfeder: dünne elastische Platten, meist kreisförmig, die umlaufend am Rand gelagert sind (meist fest eingespannt)

Gasfeder (Luftfeder)

Gasfedern finden vor allem bei LKW's und Bussen Anwendung. Sie erlauben unter anderem eine Niveauregulierung, d.h. eine Veränderung der Bodenfreiheit der Fahrzeuge. Dies wird genutzt, um Lasten aufzunehemen, oder bei Bussen den Einstieg zu erleichtern.

Gummifeder

Gummifedern finden vielfache Verbreitung in Technik. Sie haben sowohl eine federne, als auch eine dämpfende Wirkung. So werden sie z.B. als Lager für schwingende Maschinenteile eingesetzt.

Siehe auch

• Bimetalle werden hin und wieder als Bimetallfeder bezeichnet.