▷ Frühling (oder Frühling): Was es ist, Arten und Anwendungen

In diesem Artikel wird erklärt, was eine Feder, auch Feder genannt, ist. Darüber hinaus erfahren Sie mehr über die verschiedenen Federtypen und die Einsatzmöglichkeiten der Feder.

Was ist eine Feder?

Eine Feder (oder Feder ) ist ein zu einer Spirale gebogener Metallkörper, der nach dem Zusammendrücken oder Ausdehnen in seine Form zurückkehren kann. Mit anderen Worten: Eine Feder ist ein elastisches Element, das sich nicht dauerhaft verformt, aber nachdem es keine Kraft mehr auf die Feder ausübt, kehrt es in seine ursprüngliche Form zurück.

Federn werden aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, wobei das häufigste Material Edelstahl ist, aber auch Kunststoffe oder Legierungen, die Kohlenstoff, Chrom, Silizium oder andere Bestandteile enthalten, verwendet werden.

Eine der Eigenschaften der Feder besteht darin, dass sie, wenn sie relativ zu ihrer Ruheposition komprimiert oder gedehnt wird, eine Kraft ausübt, die proportional zu ihrer Dehnung ist, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Nachfolgend sehen wir, wie die elastische Kraft einer Feder berechnet wird.

Diese Besonderheit führt dazu, dass die Feder in der Technik viele Anwendungen findet. Im Allgemeinen dienen Federn dazu, Widerstand zu leisten oder äußere Belastungen abzufedern. Weiter unten werden wir auch sehen, wozu eine Feder dient.

Arten von Federn

Die Arten von Federn sind:

Spannungsfeder.
Druckfeder.
Biegefeder.
Torsionsfeder.
Andere Arten von Federn.

Beachten Sie, dass Federtypen im Allgemeinen anhand der auf sie ausgeübten Lastkraft klassifiziert werden. Es gibt jedoch auch andere Kriterien, um sie in andere Typen zu klassifizieren.

Nachfolgend finden Sie die Erklärung jedes Federtyps sowie ein Beispielfoto, damit Sie sehen können, wie jeder Federtyp aussieht.

Federspannung

Wie der Name schon sagt, funktioniert die Zugfeder durch Zug, d. h. die Feder dehnt sich, wenn Kraft auf sie ausgeübt wird. Diese Arten von Federn haben normalerweise an einem Ende einen Haken, um das Dehnen oder Aufhängen einer Last zu erleichtern.

Druckfeder

Druckfedern sind darauf ausgelegt, sich zu komprimieren. Je mehr Kraft auf die Feder ausgeübt wird, desto stärker wird sie komprimiert. Die Druckfeder wird in der Mechanik vieler Maschinen zur Abfederung von Lasten eingesetzt.

Biegefeder

Die Belastung einer Biegefeder erfolgt senkrecht. Somit nimmt die Feder die Belastung durch Biegung auf und kehrt dann in ihre ursprüngliche Form zurück, wenn die ausgeübte Kraft aufhört. Diese Art von Feder wird beispielsweise in der Fahrzeugmechanik eingesetzt.

Torsionsfeder

Eine Torsionsfeder dreht sich während ihrer Arbeit um sich selbst, da auf sie keine axiale Belastung, sondern ein Drehmoment ausgeübt wird. Das Ende dieser Art von Feder dreht sich also, wenn eine Last darauf ausgeübt wird.

Andere Arten von Federn

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass es auch Federn gibt, die mit unterschiedlichem Kraftaufwand arbeiten können. Beispielsweise gibt es Federn, die sowohl Zug- als auch Druck- oder sogar Torsionskräfte ausüben können.

Frühlingsanwendungen

Die Feder hat viele Einsatzmöglichkeiten, sowohl im alltäglichen Gebrauch als auch im industriellen Einsatz für Werkzeuge und Maschinen. Unten sehen Sie, wozu eine Feder dient.

Die Feder oder Feder kann zum Antrieb verwendet werden, da die durch das Zusammendrücken der Feder angesammelte Energie zum Antrieb mechanischer Geräte, beispielsweise einer mechanischen Uhr, genutzt werden kann. Der Antrieb stoppt, wenn sich die Feder wieder entspannt.
Die von einer Feder ausgeübte Kraft kann als Gegenkraft genutzt werden, beispielsweise in Federwaagen oder Stoßdämpfern.
Die Feder wird auch in der Mechanik von Fahrzeugen verwendet, die Reibungskupplung oder Türbremsen enthalten Federn für ihre Betätigung.
Federn können auch kombiniert werden, um die aufgebrachte Last zu verteilen und so die über eine große Fläche ausgeübte Last in eine gleichmäßigere Last umzuwandeln. Viele Matratzen verfügen beispielsweise über eingebaute Federn, um das Körpergewicht zu verteilen.
Schließlich werden Federn auch zur Reduzierung der Stoßwirkung eingesetzt, da sie als Stoßdämpfer wirken können.

elastische Kraft einer Feder

Die elastische Kraft, auch Rückstellkraft genannt, ist die Kraft, die eine elastische Feder ausübt, wenn sie sich verformt. Genauer gesagt hat die elastische Kraft die gleiche Größe und Richtung wie die Kraft, die die Feder verformt, ihre Richtung ist jedoch entgegengesetzt.

Um die von einer Feder ausgeübte elastische Kraft zu berechnen, müssen Sie die elastische Konstante der Feder mit ihrer Verschiebung multiplizieren und dann das Vorzeichen des Ergebnisses ändern. Die Formel für die elastische Kraft einer Feder lautet daher:

$F_e=-k\cdot \Delta x$

Gold:

$F$

ist die elastische Kraft, ausgedrückt in Newton.
$k$

ist die elastische Konstante der Feder, deren Einheiten N/m sind.
$\Delta x$

ist die Dehnung, die die Feder bei Einwirkung einer äußeren Kraft erfährt, ausgedrückt in Metern.

Hinweis : Das negative Vorzeichen soll lediglich anzeigen, dass die Richtung der elastischen Kraft der auf die Feder ausgeübten äußeren Kraft entgegengesetzt ist. Wichtig ist, dass der Modul der elastischen Kraft der elastischen Konstante multipliziert mit der Verschiebung entspricht.

Diese Formel ist als Hookesches Elastizitätsgesetz bekannt.

Energie einer Feder

Elastische potentielle Energie, oder einfach elastische Energie, ist die Energie, die sich in einer Feder aufgrund der von der ausgeübten Kraft geleisteten Arbeit ansammelt. Elastische potentielle Energie ist also eine Art potentieller Energie, die mit der elastischen Kraft einer Feder oder Feder verbunden ist.

Die Formel zur Berechnung der elastischen potentiellen Energie einer Feder lautet:

$E_p=\cfrac{1}{2}\cdot k\cdot x^2$