Metallfedern für den Extremfall

Ob in korrosiven Flüssigkeiten, bei Hochtemperaturanwendungen oder bei tiefsten Temperaturen, mit dynamischer oder statischer Belastung, auf Druck-, Zug- oder Biegebeanspruchung: Bei der Auslegung der Metallfeder für den Extremfall ist mehr zu tun als die Bestimmung des passenden Federnwerkstoffs. Nur eine anwendungsspezifische Kombination aus Federnart, Federnbauform, Federnwerkstoff, Windungsausführung, Oberflächenbehandlung und der Federnauslegung nach Funktions- und Festigkeitsnachweis bringt die optimale Lösung.

22. März 2016

Die mit 70 Prozent am häufigsten eingesetzte Federnart ist die Druckfeder; sie besitzt die größte Widerstandskraft. Bei der Zugfeder muss bei extremen Anwendungen die Ösenanbindung überprüft werden. Zugfedern können bei hoher Belastung, mit häufigen Lastwechseln, an beiden Federenden mit Einschraubstücken ausgestattet werden.

Die Belastungsgrenze von Schenkelfedern hängt von der Belastungsrichtung und der Schenkelform ab. Darum gilt bei Schenkelfedern: Belastung grundsätzlich nur in Windungsrichtung; und je kürzer der Schenkel, desto höher die Belastungsgrenze.

Unterscheidung von Metallfedern

Neben der Unterscheidung nach Druck-, Zug- und Schenkelfedern können Metallfedern in verschiedenen Bauformen hergestellt werden. Die häufigste Federnbauform ist die zylindrische Bauform, die mit einer linearen Federkennlinie die Kraft gleichmäßig abliefert.

Daneben gibt es aber noch unzählige andere Bauformen wie beispielsweise die Bienenkorbfeder und die konische oder tonnenförmige Federnform, die mit variablen Federkennlinien für die unterschiedlichsten Spezialaufgaben eingesetzt werden. So werden Bienenkorbfedern mit einer nach oben verjüngten Windung gerne für anspruchsvolle dynamische Anwendungen verwendet.

Auch die Auswahl des passenden Werkstoffs ist im Extremeinsatz essenziell. Neben der Werkstoffauswahl nach korrosiven, elektrisch leitenden oder unmagnetischen sowie Hoch- und Niedrigtemperatureigenschaften sind es vor allem Werkstoffeigenschaften im Elastizitäts- oder im Gleitmodul, nach der die Feder die gewünschte Kraft bereitstellt und nach Wegnahme der Belastung wieder ihre ursprüngliche Gestalt erreicht.

Neue Eigenschaften durch Oberflächenbehandlung

Hierfür sind hohe Elastizitätsgrenzen für einen großen elastischen Bereich, geringe Relaxationseigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen, eine hohe Dauerschwingfestigkeit, ein ausreichendes Verformungsvermögen und eine gleitfähige Oberfläche notwendig.

Sollten die gewünschten Werkstoffeigenschaften jedoch nicht mit den benötigten Belastungsdaten vereinbar sein oder die Feder zusätzliche Eigenschaften benötigen, sind dafür diverse Oberflächenbehandlungen verfügbar. Welche Oberflächenbehandlung zu welchen Federeigenschaften passt, wird auf der Informationsseite von Gutekunst Federn näher beschrieben: Einfach QR-Code scannen oder Short-Link http://qr.de/98v aufrufen.

 

Letztendlich wird die Metallfeder für die Aufgabe optimal für den zur Verfügung stehenden Bauraum ausgelegt. Nachdem die Belastungsart statisch oder dynamisch, die Gesamt-Lebensdauer, die Einsatztemperatur, das Umgebungsmedium, die benötigten Kräfte und Federwege, der Einbauraum, die Toleranzen, der Werkstoff und die Einsatztemperatur bestimmt worden sind, besteht die Federnauslegung aus zwei Stufen:

1. Dem Funktionsnachweis, mit der Überprüfung der Dimensionen, Federrate, Kräfte, Federwege und des Schwingungsverhaltens.

2. Dem Festigkeitsnachweis, mit der Überprüfung der zulässigen Spannung und der Dauerfestigkeit.