Die Feder ist ein wichtiges Konstruktionselement für den Maschinenbau, der Feinwerktechnik, der Elektrotechnik und im Fahrzeugbau. Grundsätzlich sind der Kreativität verschiedener Anwendungen keine Grenzen gesetzt.
Der Mensch hat schon immer die Federwirkung verschiedener Materialien genutzt: den biegsamen Ast zum Fallenstellen, den Bogen als Waffe oder die Pinzette als Werkzeug.
Bronze konnte gut als Federmaterial genutzt werden, nachdem die Herstellung seiner federelastischen Eigenschaften entwickelt wurde. Die Legierung erhielt einen erhöhten Anteil an Zinn und das Material wurde nach dem Gießen durch Hämmern bearbeitet.
In Uhren sind seit dem fünfzehnten Jahrhundert gewundene Federn zu finden. Ihre Fertigung machte allerdings auch Berechnungen erforderlich.
Der britische Physiker Robert Hooke entdeckte, dass die von einer Feder ausgeübte Kraft sich proportional zu ihrer Länge verhält. Er formulierte das nach ihm benannte hookesche Gesetz.
Die für Federn verwendeten Materialien sind üblicherweise spezielle Federstähle. Aber auch andere Legierungen wie z.B Berylliumkupfer werden genutzt.
In Prinzip sind alle elastischen Materialien geeignet, z.B. Faserverbundwerkstoffe, Gummi, Gase, speziell glasfaserverstärkter Kunststoff.
Die Federkennlinie oder auch Federkonstante ist die technische Größe der Feder, die den Zusammenhang zwischen Weg und Kraft beschreibt. Diese Kennlinie ist in vielen Fällen linear. Sie ist nach dem hookeschen Gesetz berechenbar. Der Wirkungsgrad oder die Dämpfungseigenschaften werden über die Federarbeit definiert.
Während der Verformung einer Feder wird Deformationsenergie und damit Kraft und Weg für vielfältige Anwendungen gespeichert. Wie Kraft und Weg einer Feder berechnet werden, wird hier anhand einfacher Beispiele gezeigt.
Solange keine bleibende Verformung erfolgt, wird die Feder während seiner Entspannung den größten Teil der aufgewendeten Deformationsenergie wieder abgeben. Bei einigen Federbauarten ist zu beachten, dass sie einen merklichen Teil der aufgenommenen Energie in Wärme umwandeln. Die Federrate während der Entspannung ist dann eine andere als bei der Verformung.
Die Berechnung und Konstruktion zylindrischer Schraubenfedern aus runden Drähten und Stäben erfolgt nach der europäischen Norm EN 13906 Teil 1 bis Teil 3. Diese basiert auf der Norm DIN 2089 und hat den Status einer deutschen Norm.
Nach eigener Aussage erarbeitet das DIN Deutsches Institut für Normung e. V. unter Mitwirkung interessierter Kreise und zum Nutzen der Allgemeinheit Deutsche Normen und es vertritt die deutschen Interessen bei der Erarbeitung Europäischer und Internationaler Normen.
DIN ist im Internet vertreten unter http://www.din.de
Federberechnung:
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