DER KONSTRUKTEUR 05/2023

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE FÜR JEDEN EINSATZ DIE PASSENDE FEDER Das Spektrum an technischen Federn ist groß. Aber was bedeutet der Begriff „technische Federn“ genau? Welche Metallfedernarten sind damit gemeint und für welche Kraftzustände und Anwendungen werden sie verwendet? Antworten gibt der nachfolgende Beitrag. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Unter dem Begriff technische Federn sind alle Metallfedern zusammengefasst, die in technischen Anwendungen eingesetzt werden. Die besondere Eigenschaft von technischen Federn ist ihre reversible Formänderung bei Belastung. Ermöglicht wird dies durch die spezielle Formgebung und den verwendeten Federwerkstoff. Technische Federn werden in nahezu allen Branchen eingesetzt, beispielsweise im Maschinenbau, in der Elektro- und Medizintechnik, der Lebensmittelbranche, der Luft- und Raumfahrt, und erfüllen dort vielfältige Aufgaben. Technische Federn, wie Formfedern, Flachfedern, Flachformfedern, Kontaktfedern, Druckfedern, Zugfedern und Spiralfedern, werden dabei als Speicherelemente, Messelemente, Schwingungselemente, Ruheelemente und Lagerelemente verwendet. VERSCHIEDENE FEDERN FÜR UNTERSCHIEDLICHE KRAFTZUSTÄNDE Die Grundtechnik aller technischer Federn beruht auf ihrem Vermögen, potenzielle Energie zu speichern und diese kontrolliert in kinetische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Nachfolgend Jürgen Mugrauer, Marketingleiter, Gutekunst Federn, Metzingen ein paar Beispiele, für welche Kraftzustände häufig technische Federn eingesetzt werden: ■ Rückstellkraft: Die Federkraft wird hierbei 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 Sicherungsund 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. 14 DER KONSTRUKTEUR 2023/05 www.derkonstrukteur.de

KONSTRUKTIONSELEMENTE 01 01 Technische Federn werden als Speicherelemente, Messelemente, Schwingungselemente, Ruheelemente und Lagerelemente verwendet 02 Neben einem umfangreichen Lagerprogramm fertigt das Unternehmen individuelle Metallfedern in Kleinmengen und Großserien ■ 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. FAKTOREN BEI DER FEDERKONSTRUKTION FÜR EINE OPTIMALE FEDER- ARBEIT MÜSSEN FUNKTION, FORM UND ABMESSUNGEN DER FEDER STIMMEN 02 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 – etwa, 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 (Medizintechnik, Lebensmitteltechnik, Elektrotechnik etc.) und welche Funktionen – wie Kraftzustand, Kraftentfaltung (Federkennlinie) und eventuelle Zusatzfunktion (elektrisch leitend, unmagnetisch, isolierend, säurebeständig etc.) – 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 (Luft, Salzwasser, Motoröl etc.) 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? ONLINEKATALOG UND INDIVIDUELLE FEDERNBERECHNUNG Antworten rund um das Thema technische Federn bieten die Unternehmen Gutekunst Federn und Gutekunst Formfedern GmbH. Gutekunst Federn ist auf die Entwicklung und Fertigung von Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern sowie Befestigungsteilen und Drahtbiegeteilen aus jedem gewünschten Federstahldraht spezialisiert. Neben dem umfangreichen Lagerprogramm mit 12.603 Federbaugrößen fertigt das Unternehmen jede gewünschte individuelle Metallfeder bis 12 mm Drahtstärke in Kleinmengen und Großserien. Durch den umfangreichen Federnkatalog unter www.federnshop.com, die individuelle Federnberechnung WinFSB und den CAD-Daten-Generator wird der Anwender bei der Auswahl der passenden Feder unterstützt. Zudem bietet Gutekunst Federn mit blog.federnshop.com eine Informationsplattform rundum das Thema Metallfedern. Die Gutekunst Formfedern GmbH in Pfalzgrafenweiler ist auf die Entwicklung und Fertigung von individuellen Formfedern, Flachfedern, Blattfedern, Kontaktfedern, Stanzteilen, Stanzbiegeteilen, Laserteilen, Federklammern und Rechteckfedern in grenzenloser Formenvielfalt spezialisiert. Zertifiziert nach ISO 9001:2008, 14001 und 18001, bietet der Hersteller mit seinem umfangreichen Maschinenpark an CAD/CAM-gesteuerten Laser, Stanz-, Abkant-, Biege- und Drahterodierautomaten eine hohe Teilepräzision und Wiederholgenauigkeit. Bilder: Gutekunst www.federnshop.com www.formfedern.com www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2023/05 15