月: 2023年4月

Was ist ein Gelenkkopflager?

Gelenkkopflager sind kugelförmige Gleitlager. Sie sind eine Lagerart, die in einer Vielzahl von Maschinen eingesetzt wird und hauptsächlich rotierende Teile stützt und Reibung verringert. Das Gehäuse und die kugelförmig gelagerten Kugeln ermöglichen eine reibungslose Bewegung und eine flexible Drehbewegung. Das Lager kann wie ein menschliches Gelenk bewegt werden und eignet sich daher für Situationen, in denen komplexe Bewegungen erforderlich sind. Sie können mit Hilfe von Gehäusen montiert werden. Die verwendete Größe hängt von der Größe und Richtung der aufgebrachten Last ab.

Anwendungen von Gelenkkopflager

Gelenkkopflager werden in einer Vielzahl von Situationen verwendet. Sie sind in Automobilen, Flugzeugen und verschiedenen Industriemaschinen weit verbreitet. Ein Beispiel dafür sind Werkzeugmaschinen. Sie sind häufig komplexen Bewegungen und Vibrationen ausgesetzt, für die Gelenkkopflager geeignet sind. Sie lassen sich aufgrund des mit Gewinde versehenen Gehäuses leicht einbauen und können an Maschinen jeder Größe verwendet werden. Sie eignen sich auch für die Handhabung hoher Gewichte, da der kugelförmige Kontakt eine reibungslose Bewegung gewährleistet und hohen Belastungen standhält.

Funktionsweise der Gelenkkopflager

Gelenkkopflager können die Bewegung verschiedener Bauteile unterstützen und begrenzen. Hier stellen wir die Funktionsweise und den Aufbau vor.

Die Konstruktion ist einfach und besteht aus einem Gehäuse und einer Kugel. Das Gehäuse hat Außen- und Innengewinde, die je nach Einbaulage verwendet werden können. Die Kugel hat ein Loch, in dem das Maschinenteil befestigt wird. Der kugelförmige Kontakt zwischen dem Gehäuse und der Kugel ermöglicht eine reibungslose Bewegung und freie Drehung. Wenn sich die festen Teile bewegen, kann dieser Mechanismus Stöße absorbieren und sie durch eine Relativbewegung in eine gleichmäßige Bewegung umwandeln. Darüber hinaus ermöglichen der große Kippgrenzwinkel und der große Bereich zulässiger Bewegungen komplexe und große Bewegungen. Sie können Stöße absorbieren und Teile so abstützen, als wären sie menschliche Gelenke. Gelenkkopflager haben jedoch Anwendungsgrenzen, die zu Schäden führen können, wenn sie im Hinblick auf den zulässigen Kippwinkel und die zulässige Belastung nicht sorgfältig eingesetzt werden.

Was ist eine Spiralfeder?

Eine Spiralfeder ist eine gewundene Feder, die hauptsächlich aus Metalldraht besteht. Durch Anlegen einer äußeren Kraft zum Zusammendrücken, Ziehen oder Verdrehen kann eine Kraft im Inneren gespeichert werden, und die innere Energie wirkt als Rückstellkraft (Abstoßungskraft).

Spiralfedern für Druckanwendungen werden als Druckfedern bezeichnet, für Zuganwendungen als Zugfedern und für Verdrehanwendungen als Torsionsspiralfedern oder Torsionsfedern.

Spiralfedern werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, um Stöße und Vibrationen zu dämpfen, die von Maschinen, Alltagsgegenständen und Spielzeugen erzeugt werden, die eine Rückholbewegung erfordern, wie z. B. Druckknöpfe, sowie in Kraftfahrzeugen und Werkzeugmaschinen.

Anwendungen von Spiralfedern

Spiralfedern werden hauptsächlich für zwei Funktionen verwendet: Sie kehren aufgrund von Rückstellkräften in ihre ursprüngliche Länge zurück und dämpfen Stöße und Vibrationen durch Verformung und Speicherung von Energie.

Zu den Produkten, bei denen Abstoßungskräfte zum Einsatz kommen, gehören Kugelschreiber, die ihre Mine nach zwei Klicks zurückziehen, Fahrradschlösser, die sich automatisch entriegeln und Maßbänder, die sich automatisch aufrollen lassen.

Beispiele für stoßdämpfende Anwendungen sind Autoaufhängungen, die das Schwanken und die Vibrationen, die von der Straßenoberfläche auf das Innere des Autos übertragen werden, reduzieren, und Stoßdämpfer, die am Ende von Tarzan-Seilen angebracht sind.

Funktionsweise der Spiralfedern

In einer Spiralfeder wirkt die elastische Energie des gewickelten Drahtes als Rückstellkraft aufgrund der plastischen Verformung des gewickelten Drahtes. Die Größe der Rückstellkraft ist daher proportional zur Druckverschiebung, und der Wert, den man erhält, wenn man die Rückstellkraft durch die Verschiebung (Verformung) teilt, wird als Federkonstante bezeichnet. Mit zunehmendem Drahtdurchmesser nimmt auch die Federkonstante zu; es werden Spiralfedern mit einer großen Bandbreite an Federkonstanten hergestellt.

Da die Federkonstante ein Wert ist, der die Eigenschaften einer Spiralfeder angibt, sind diese Federkonstante und die Länge der Feder bei der Auswahl einer Spiralfeder wichtig.

Bei der Verwendung als Abstoßungskraft wird die Federkonstante anhand der vorgesehenen oder erwarteten Auslenkung und der zu erzeugenden Abstoßungskraft geschätzt.

Bei der Verwendung als Stoßdämpfer wird die Federkonstante aus der Länge des ausgelegten Weges und der erwarteten Momentanbelastung bestimmt. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die Eigenfrequenz des gesamten Systems nicht mit der Frequenz der von außen einwirkenden periodischen Kraft übereinstimmt (geringere Wahrscheinlichkeit einer Resonanz). Bei stoßdämpfenden Anwendungen werden sie häufig mit Dämpfern kombiniert, die eine Widerstandskraft ausüben, die proportional zur Änderungsrate der Verschiebung ist.

Spiralfedern in zahnmedizinischen Anwendungen

Spiralfedern werden als kieferorthopädische Geräte in der Kieferorthopädie eingesetzt. Das bedeutet, dass bei der kieferorthopädischen Behandlung durch die Rückstellkraft der Spiralfedern eine zusätzliche Kraft auf die Zähne ausgeübt wird.

Spiralfedern werden beispielsweise aus einer Kobalt-Chrom-Legierung hergestellt.

Die Art der Feder wird je nach Richtung der Zahnbewegung und der aufgebrachten Kraft ausgewählt.

Offene Spiralfedern werden verwendet, um den Abstand zwischen den Zähnen zu vergrößern, wobei sich die Feder in der eingezogenen Position befindet und die Enden an anderen kieferorthopädischen Geräten befestigt sind.

Geschlossene Federn werden verwendet, um den Abstand zwischen den Zähnen zu verringern, indem die Feder zwischen den Zähnen ausgezogen wird, um die Lücke zu schließen, und die Enden an anderen kieferorthopädischen Geräten befestigt werden.

Bei der Verwendung von Spiralfedern aus Metall muss deren Verträglichkeit mit dem Körper geprüft werden, um z. B. sicherzustellen, dass der Patient nicht allergisch reagiert.

Spiralfedern für Kfz-Anwendungen

Zu den Spiralfedern für Kraftfahrzeuganwendungen gehören Federungen.

Die spezifische Konfiguration einer Federung ist eine Kombination aus Spiralfedern und Stoßdämpfern.

Bei dieser Konfiguration bestimmen der Drahtdurchmesser, die Länge und die Anzahl der Windungen der Spiralfedern die Federkonstante und andere Eigenschaften derselben. Je länger die freie Länge der Spiralfedern ist, desto größer ist der Federweg.

Es gibt drei Arten von Spiralfedern: Spiralfedern mit gleicher Steigung und gleichem Windungsabstand, Spiralfedern mit ungleicher Steigung und unterschiedlichem Windungsabstand sowie Spiralfedern mit nichtlinearer Steigung und unterschiedlichen Windungsdurchmessern.

Spiralfedern mit gleicher Teilung absorbieren Stöße über ihre gesamte Länge, während Spiralfedern mit ungleicher Teilung Stöße bei engeren Teilungen weicher, bei breiteren Teilungen hingegen stärker absorbieren. Bei nichtlinearen Systemen ist die Reaktion auf den Stoß umso weicher, je größer der Durchmesser der Spule ist.

Spiralfedern absorbieren Stöße, aber es dauert einige Zeit, bis die Schwingungen reduziert sind. Stoßdämpfer, die mit Spiralfedern kombiniert werden können, können aufgrund ihrer Dämpfungsfunktion Schwingungen früher unter Kontrolle bringen.

Was ist ein Flachriemen?

Ein Flachriemen ist ein Riemen mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt. Er wird um eine Riemenscheibe (Riemenrad, Riemenscheibe einer Maschine oder Anlage) gewickelt und überträgt die Leistung durch die Reibungskraft zwischen ihnen. Flachriemen werden in Kombination mit flachen Riemenscheiben für Antriebs- und Abtriebszwecke verwendet.

Je nach Material gibt es verschiedene Typen aus synthetischem Gummi, synthetischen Polymeren, Nylongewebe und Metall. Sie zeichnen sich durch einen hohen Übertragungswirkungsgrad (ca. 98 %), einen unbegrenzten Wellenabstand und ein großes Übersetzungsverhältnis aus. Sie sind leistungsfähiger als Keilriemen und haben eine längere Lebensdauer, können aber je nach Belastungsgrad auf der Oberfläche der Riemenscheiben rutschen.

Anwendungen von Flachriemen

Flachriemen werden in Kombination mit Antriebs- und Abtriebsscheiben verwendet, um die Leistung einer Energiequelle zu übertragen. Beispiele sind Förderbänder, Drehscheiben, Gebläse und Klimaanlagen, während dünne, leichte Riemen, so genannte Präzisionsflachriemen, in Büroautomationsgeräten, Fahrkartenautomaten und Geldautomaten verwendet werden.

Flachriemen werden seit langem in landwirtschaftlichen Geräten, Textilmaschinen, Werkzeugmaschinen usw. verwendet, da sie einfach aufgebaut sind und ohne Demontage der Riemenscheibe ausgetauscht werden können.

Funktionsweise des Flachriemens

Ein Riemenantriebssystem ist ein Mechanismus zur Übertragung von Leistung unter Verwendung der Reibungskraft zwischen Riemen und Riemenscheibe. Letztere werden so eingestellt, dass der Kontaktwinkel (Wickelwinkel) maximal ist, um die Reibungskraft optimal zu nutzen. Die Fähigkeit, Leistung zu übertragen, wird durch die Reibungskraft bestimmt.
Wird die Reibungskraft verringert, ist die Geschwindigkeit aufgrund von Schlupf (der eine Verringerung der Reibungskraft durch die Zentrifugalkraft bewirkt) begrenzt.
Er muss vor dem Einsatz vorgespannt werden und zeichnet sich im Vergleich zu Keilriemen durch Energieeinsparung und geringen Wartungsaufwand aus.

Flachriemen werden auf zylindrische, flache Riemenscheiben aufgezogen. Sie können sowohl für offene Riemen (ausgeglichene Riemen, bei denen der Riemen ohne Torsion zwischen zwei Riemenscheiben gespannt ist) als auch für Kreuzriemen (Torsion, bei denen der Riemen mit Torsion zwischen zwei Riemenscheiben gespannt ist) verwendet werden.

Die Kraftbeziehung für Flachriemen lautet Ft = Fs + Fe
Ft: Zugkraft auf der Zugseite
Fs: Zugkraft auf der schlaffen Seite
Fe: Spannung zwischen Riemen und Riemenscheibe (effektive Spannung)

Untersetzungsverhältnis = Verhältnis des Teilkreisradius
(Teilkreisradius = Radius der Riemenscheibe + 0,5 Riemendicke)

Was ist eine Druckfeder?

Druckfedern (Schraubendruckfedern) werden verwendet, um Stöße und Gewicht in Richtung der Last zu entlasten, indem die Reaktionskraft einer komprimierten Feder genutzt wird.

Sie ist die gebräuchlichste Feder und in Bezug auf Form und Anwendung für ihre zylindrische Form bekannt, doch gibt es je nach Anwendung, Einsatzart und Einsatzort verschiedene Formen.

Eine Druckfeder ist zum Beispiel die Feder an der Minenspitze eines Klopfkugelschreibers, die die Reaktionskraft der Druckfeder nutzt, um die Mine des Kugelschreibers in die Mechanik zurückzuführen.

Funktionsweise von Druckfedern

Es gibt zwei Haupttypen von Druckfedern, die Schraubenfeder mit gleicher Steigung und die Schraubenfeder mit ungleicher Steigung, die je nach Belastung und gewünschter Funktion eingesetzt werden.

1. Schraubenfeder mit gleicher Steigung

Die gesamte Feder hat die Form eines perfekten Zylinders. Das Verhältnis zwischen Belastung und Einfederung der Feder ist im Allgemeinen linear.
Da die Beziehung zwischen Belastung und Einfederung linear ist, ist es einfach, die Beziehung zwischen den beiden zu formulieren und für die Auslegung grafisch darzustellen. Es ist jedoch Vorsicht geboten, da die tatsächlichen Federn dazu neigen, in den Bereichen unter 30 % und über 70 % der gesamten Einfederung von den berechneten Werten abzuweichen.
Das liegt daran, dass beim Zusammendrücken der Feder die Haftung tatsächlich an beiden Enden beginnt und sich die effektive Windungszahl nach und nach ändert.

Anwendung von Schraubenfedern mit gleicher Steigung

Schraubenfedern mit gleicher Steigung haben eine zylindrische Form und werden in Gasregulierventilen, Autoaufhängungen, Motorradkupplungen, Kugelschreibern, Federbetten, Kofferschlössern, Autoaufhängungen und Computertastaturen verwendet.

2. Schraubenfeder mit ungleicher Steigung

Die gesamte Feder hat keine perfekte zylindrische Form, sondern kann, verschiedene Formen haben. Grundsätzlich ist das Verhältnis zwischen der auf die Feder ausgeübten Kraft und der Verformung nicht linear.

Typen von Schraubenfedern mit ungleicher Steigung

• Konische Schraubenfeder
  Diese Art der Schraubenfeder besitzt eine Feder, deren gesamte Form konisch ist. Im Gegensatz zu den oben erwähnten Schraubenfedern mit ungleicher Steigung hat diese Feder die Eigenschaft, dass der Spiralteil beim Zusammendrücken nicht mit der Feder zusammenstößt.
• Flache Schraubenfeder
  Die gesamte Federform einer flachen Schraubenfeder ist wie ein großer ‚Durchhang‘. Sie werden verwendet, wenn der Raum an beiden Enden reduziert werden muss.
• Zwirnförmige Schraubenfeder
  Die Federform einer zwirnförmigen Schraubenfeder ist ‚gequetscht‘ und die gesamte Form der Feder wird in der Mitte komprimiert. Sie hat den Vorteil, dass beim Zusammendrücken Störungen in der Nähe der Mitte vermieden werden können.

Anwendungen von Schraubenfedern mit ungleicher Steigung

Spiralfedern mit ungleicher Steigung haben eine konische oder tonnenförmige Form und werden als Kontaktfedern in Batteriegehäusen (Minusseite), Fußschaltern, Hahnventilen, platzsparenden Federn, Kaffeefiltergriffen usw. verwendet.

Sie werden auch in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, von Haushaltswaren bis hin zu Industriegütern, wie z. B. als Dämpfer für Autoaufhängungen und Brücken zur Verringerung von Vibrationen.

Weitere Druckfedern

Neben den Schraubenfedern mit gleicher Steigung und den Schraubenfedern mit ungleicher Steigung gibt es Druckfedern in verschiedenen Formen, die je nach Anzahl der Windungen und der Wickelmethode unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können, sodass häufig spezielle Druckfedern für den jeweiligen Anwendungsbereich hergestellt werden.
Darüber hinaus ist die Wickelrichtung von Druckfedern im Allgemeinen ‚rechtsgängig‘, wenn keine besonderen Anweisungen vorliegen.

Weitere Informationen über Druckfedern

1. Auswahl von Druckfedern

Bei der Auswahl einer Druckfeder müssen die spezifischen Werte der Druckfeder berücksichtigt werden. Bei Druckfedern sind die Federkonstante, die freie Länge und der Außendurchmesser wichtig.

Der Bereich, in dem eine Druckfeder eingesetzt werden kann, erstreckt sich von der Position der freien Länge (Länge ohne Belastung an beiden Enden) bis zur maximal zulässigen Kompressionslänge (Mindestlänge, bei der beide Enden zusammengedrückt werden, um das Mindestmaß zu erreichen), sodass dies bei der Auswahl berücksichtigt werden muss. Außerdem müssen Druckfedern beim Einbau in Geräte an beiden Enden an den Zielkomponenten (z. B. Druckfederscheiben) befestigt werden, und die Auswahl sollte entsprechend der Form dieser Komponenten erfolgen.

2. Spannungsauslegung von Druckfedern

Druckfedern werden im Allgemeinen unter statischer Belastung eingesetzt. Statische Belastung bezieht sich auf einen Zustand, in dem die Feder fast ohne Lastschwankungen verwendet wird, oder auf einen Zustand, in dem die Feder in einer Betriebsumgebung verwendet wird, in der es keine oder weniger als etwa 1000 Lastschwankungen gibt.

Beim Einsatz unter solchen statischen Belastungen gibt es kein Problem, wenn die zulässige Spannung der Feder innerhalb der Elastizitätsgrenze des Werkstoffs liegt.

Das Verhältnis zwischen der zulässigen Torsionsspannung und dem Drahtdurchmesser ist für jeden Werkstoff angegeben. Es wird empfohlen, dass Druckfedern in einer Umgebung verwendet werden, in der die maximale Spannung zum Zeitpunkt der Federverwendung weniger als 80 % der angegebenen zulässigen Torsionsspannung beträgt.