Druckfeder

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.