[http[Bild://www.beispielZitat.de Link-Text]--[[Benutzer:Bene-dictionJPG|Bene-dictionright]] 10:23==Definition elastische Federn==Federn sind Elemente, 5die sich unter Belastung gezielt verformen und bei Entlastung wieder die ursprüngliche Gestalt annehmen. Nov 2005 (CET)''Dieser Artikel Dabei wird zur Zeit bearbeitet --[[Benutzer:Bene-diction|Bene-dictionpotentielle Energie]] <br>''Fertigstellung bis zum 28. November 2005''[[Bild:Baustelle.gif]]http://www.wolfsadlerfeder.de/assets/images/federgespeichert, die bei der Rückfederung unter Berücksichtigung der Reibungsverluste in Form von Arbeit wieder abgegeben werden kann.gif

= Elastische Federn =<gallery>'''Begriffserklärung'''Bild:Fahrradfeder.jpg |elastisch federn d. H. unter Einwirkung einer Kraft F bzw. Kraftmomentes M sich verformen. Dabei wird die potenzielle Energie gespeichert, und bei der Rückfederung unter Berücksichtigung der Reibungsverluste in Form von Arbeit wieder abgegeben wird.Wobei je nach Ausführung der Feder ein mehr oder weniger großer Teil der Umwandlungsenergie in Wärme überführt wirdBild:Smart.jpg|Benannt werden Federn nach ihrem Verwendungszweck (z. B. Uhrenfeder, Fahrzeugfeder usw.), nach ihrer typischen Beanspruchung (z. B. Zug-, Druck-, Biege- oder Torsionsfeder) oder nach ihrer Gestalt (z. B. Blatt-, Spiral-, Schrauben-, Tellerfeder). Federn sind zumeist aus Stahl, für besondere Anforderungen aus nichtmetallischen Werkstoffen (z.B. Gummi, Luft). Nach Art des Kraftangriffes werden biege- und drehbeanspruchte sowie zugdruckbeanspruchte Federn unterschieden. Die Gestalt von Federn ist unterschiedlich (z.B. Blattfeder, Spiralfeder, Tellerfeder, Schraubenfeder) und v.a. von der Beanspruchungsart und dem Verwendungszweck abhängig. Kennzeichnend für jede Feder ist die Federkennlinie, die progressiv, linear oder degressiv verlaufen kann. </gallery>

Kraftfluss gewährleisten==Funktion==EnergiespeicherTypische Eigenschaften für Federn im technischen Anwendungsbereich entsprechend ihrer Funktion sind gesteuerte - Gewährleistung des Kraftflusses und der Kraftverteilung (z.B. Federn in Kupplungen und Bremsen, Stromabnehmern bei E- Loks, Kontaktfedern, Spannfedern);- Speicherung Potentieller Energie und Rückfederung(z.B. Federmotoren Ventilfedern in Verbrennungsmotoren ); Spielausgleich- Ausgleich von [[Wärmeausdehnung]] oder Verschleißwegen (bei Lagern und Kupplungen);Verschleiß- Dämpfungdurch Nutzung innerer oder äußerer Reibung (z.B. Fahrzeugfederung, LagerungMotoraufhängung);ReibungsarbeitSchwingungssystemdynamische Kraftanregung- Federn als Schwingungssysteme (z.B. in der Regelungstechnik, Schwingtisch)

-des Werkstoffes'''Federstahl'''- Federstahl ist der Form am meisten verwendete Federwerkstoff, der im Vergleich zu zähen Stählen eine höhere Festigkeit und somit ein anderes Verformungsverhalten wie zähe Werkstoffe besitzt. Bei Federwerkstoffen fehlt die Fließgrenze( Zder Übergang vom elastischen in den plastischen Bereich), deshalb muss hier im Allgemeinen mit der Dehngrenze Rp0,2 gearbeitet werden. Bei deren Erreichen erfährt der gezogene Draht eine bleibende Dehnung εbl von 0,2 %, d. Bh. Federarter wird 0, Bauabmessung)-des Grades der Kompressibilität von Gasen oder Flüssigkeiten 2 % länger.

==Aufbau== Es gibt '''verschiedene ArtenNichteisenmetalle''' bzw. Aufbauweisen von Federn; Drehstabfedern, Spiralfedern, Stickstofffedern, Tellerfedern und Elastromehreaus Nichteisenmetallen werden im Wesentlichen für niedrigere Beanspruchungen bei besonderen spezifischen Anforderungen verwendet.

==Federsysteme=Schrauben-druck-feder===Schrauben-zug-federgewundene Torsionsfeder: Diese, auch Schraubenfeder genannte bekannteste Federbauform wird manchmal fälschlicherweise als Spiralfeder bezeichnet. (die aber mechanisch anders funktioniert; s. u.). Sie wird aus Federdraht zylinder- oder kegelförmig gewickelt. Man unterscheidet hier nach der äußeren Belastung zwischen Zug- und Druckfeder. Die Hauptbelastungsrichtung verläuft in Richtung der Federachse, wobei sich die Federenden geringfügig gegeneinander verdrehen können. Federn mit konstantem Durchmesser werden auch als Schraubenfedern bezeichnet. Ihre Charakteristik kann durch Bereiche mit veränderlichem Drahtdurchmesser, variabler Steigung oder sich verändernden Durchmesser (kegelstumpfförmige Schraubenfeder) gestaltet werden. Eine Sonderbauform ist die so genannte Kegelfeder, die aus dünnem Federband besteht und kegelförmig gewickelt ist.

[[Bild:Schrauben-druckfeder2DOftmals reicht eine einzelne Feder nicht aus um eine bestimmte Belastung und Verformung zu erreichen, deshalb werden mehrere Federn gleicher sowie oder auch unterschiedlicher Abmessungen parallel oder hintereinander geschaltet.jpg]][[Bild:kegelige-Schrauben-druckfeder.jpg]]

Reihenschaltung1/R_ges ===Gerade Torsionsfeder===Stäbe, Drähte oder Bänder mit fester Einspannung an beiden Enden, wobei die die befestigten Bauteile gegeneinander eine Schwenkbewegung um die Federachse ausführen. Die mechanische Beanspruchung findet durch ein tangential zur Federachse angreifendes Drehmoment statt. Die besonders aus dem Fahrzeugbau bekannten Torsionsfedern bestehen meist aus massiven Rundstäben oder Paketen von flachen Bändern aus Federstahl. Sie werden oft Drehstab oder Torsionsstab genannt. Lineare Federkennlinie1/R_1 + 1/R_2

===Spiralfeder und schwingende UnruhSpiralfeder mit Drehmomentbelastung===<gallery>(nicht zu verwechseln mit der Schraubenfeder) ist eine eben gewundene BiegefederBild: Parallel. Spiralfedern werden als in einer Ebene spiralförmig aufgewickeltes Metallband gefertigtpng|ParallelschaltungBild: Reihen. Das Metallband wird innen und außen eingespannt und die einzelnen Windungen sollen sich auch während der Arbeit nicht berührenpng |ReihenschaltungBild: Gemischt.png|GemischtschaltungSo das Reibungseinflüsse unberücksichtig bleiben. Anwendung finden sie beispielsweise bei Kinderspielzeugen, die sich aufziehen lassen, und im Modellbau eingesetzt, wo sie als mechanischer Energiespeicher (Federmotor) dienen. Auch in mechanischen Uhren waren sie lange Zeit als Antrieb und als Schwingelement (Unruh) unverzichtbar. </gallery>

==Federarbeit==[[Bild:spiralfederReibungs-Hysterese.jpgpng|thumb|left|Funktionsbeispiel]]Die bei Belastung der Feder aufgebrachte Arbeit, steht bei Entlastung nur im Idealfall bei Vernachlässigung der Reibungsverluste wieder zur Verfügung. Diese wird im Federkennliniendiagramm durch die unter der Federkennlinie liegende Fläche dargestellt.

===Blattfeder===Sie besteht meist aus einem flachen MetallbandDas Verhältnis von verfügbarer zu aufgenommener Arbeit ist der Federwirkungsgrad, das bogenförmig vorgespannt wirdder entscheidet für den sinnvollen Einsatz ist. Sie wird vor allem im Nutzfahrzeugbau eingesetzt. Oft sind mehrere Blätter (Federlagen) mit verschiedenen Längen Für η_F ≈ 1 ist der Einsatz als Energiespeicher vorteilhaft und Vorspannungen zu einem Federpaket zusammengefasst, das durch einen gemeinsamen Herzbolzen η_F ≪ 1 dient zur Stoß- und Federklemmen zusammengehalten wirdSchwingungsdämpfung. Durch eingelegte Kunststoffblättchen oder Schmierung mit Fett wird die Reibung vermindert, wenn sich die Enden der Lagen durch Längenänderung beim Einfedern gegeneinander verschiebenIhre Federkennlinie ist progressivη_F = (verfügbare Arbeit)/(aufgenommene Arbeit)

[[Bild:Blattfedern.jpg]]==Federarten==[[Bild:BlattfedernLkwMetallfedern-Übersicht.jpg]]

===TellerfederBlattfeder===Unter einer Tellerfeder versteht man eine kegelige RingschaleDie einfache Blattfeder mit linearem Kennlinienverlauf kann als Freiträger betrachtet werden, der sich bei Belastung durch die in Achsrichtung belastbar ist und sowohl ruhend als auch schwingend beansprucht werden kann. Die Krafteinleitung erfolgt normalerweise über Kraft F um den oberen Innenrand und den unteren AußenrandWeg s verformt. Die Tellerfeder kann als Einzelfeder oder als Federsäule verwendet Blattfedern werdenin Rechteck-, Trapez- und Dreiecksfedern unterschieden. In einer Säule können entweder einzelne Tellerfedern oder aus mehreren Federn bestehende Federpakete wechselsinnig geschichtet werdenUm größeren Belastungen zu widerstehen schichtet man die Trapezblattfeder möglichst spaltlos aufeinander.Tellerfedern zeichnen sich durch ihre hohe Federkraft bei geringem Werkstoffvolumen Zweistufige Blattfedern bestehen auseiner Haupt- und Zusatzfeder, die beim Erreichen einer bestimmten Belastung nachträglich eingreift, was aus kosten des Federweges gehtwodurch sich ein progressiver Kennlinienverlauf ergibt.

[[<gallery>Bild:Tellerfeder4.jpg]]|Trapezblattfeder</gallery>

===GummifedernDrehfeder===Gummifedern sind z. B. Elastromehre bestehen aus Kunststoff. Sie haben federnde Drehfedern werden hauptsächlich als Scharnier-, Rückstell- und dämpfende EigenschaftenAndrückfedern verwendet. Sie ändern beim einfedern nicht ihr Volumen somit dehnen sie sich maßgeblich seitlich ausIhre Kennlinie ist eine Gerade, die anstelle der Kraft- Weg- Linie durch den Verlauf des Kraftmoments M in Abhängigkeit vom Drehwinkel ϕ im Federkennliniendiagramm dargestellt wird. Somit müssen sie seitlich freigehalten Drehfedern werdenauf Biegung beansprucht. Um ein einseitiges wegknicken zu verhindern werden Stützelemente eingesetzt.Luftfedern in Straßenfahrzeugen werden in zwei Formen gebaut:

[[<gallery>Bild:Elastomere2D5.jpg]]|Anwendungsbeispiel Drehfeder[[Bild:Elastomere3D6.jpg]]|Drehfedernbeispiele</gallery>

===Stickstofffedern===<gallery>bestehen im Aufbau aus einem Kolben der in einem mit Dichtungen versehenem Zylinder läuft. Der Zylinder ist mit Stickstoff gefüllt und steht unter [[Druck]] ca. max. 180 barBild:7.png|TellerfedersäuleDie Kraft ergibt sich aus der Größe der Kolbenfläche und dem Druck der auf sie wirktBild:8.png|TellerfederpaketDie maximale Federkraft steht sofort ab dem ersten mm des Federweges an und setzt sich demnach fast linear fort. Stickstofffedern sind meist wiederbefüllbar und wartungsarm. Doch Verunreinigungen der Lauffläche am Kolben führen zu frühzeitigen Zerstörung der Dichtungen und zum Verlust des Federinnerdruckes.</gallery>

[[Bild:Stickstofffeder===Drehstabfedern===Drehstabfedern werden vorwiegend auf Verdrehung beansprucht. Dazu sind sie an einem Ende fest und am anderen drehbar gelagert, so das der Schaft durch ein in Richtung seiner Achse wirkendes Moment elastisch verdrillt werden kann. Der Kennlinienverlauf einer Drehstabfeder ist linear.jpg]]

===LuftffederGummifedern===mit konstantem Volumen Gummifedern werden in Regellage: Hier ist die Luft typischerweise in einem Rollbalg eingeschlossen, der mit weiteren Beschlagteilen wie Deckel und Abrollkolben luftdicht verbunden istForm einbaufertiger Elemente verwendet. Der Rollbalg ist über den Kolben gestülpt und rollt unter [[Druck]] auf Bei diesem ab. Die Luftfeder wird durch einen Kompressor mit Druckluft versorgt. Abhängig von der Beladung wird Luft zu- oder abgepumpt, um das Füllvolumen werden die Kräfte reibungsfrei und somit die Niveaulage des Fahrzeugs konstant zu halten. In Schienenfahrzeugen gibt es unterschiedliche Bauformen wie Gürtelbälge oder Halbrollbälge. Der Balg ist hier auf eine Gummifeder, der sogenannten Notfeder, aufgesetzt, die bei Ausfall der Luftfederung noch eine gewisse Federwirkung gewährleistet. Den höchsten Komfortgewinn erzielt die Luftfeder gleichmäßig in Verbindung mit einem adaptiven Dämpfungssystem. Das [[Druck]]niveau liegt in Nomallage bei ca. 5 bis 12 bar, bei dynamischer Einfederung bei caden Gummi eingeleitet. 10 bis 20 bar, abhängig von der Beladung. Gasfedern mit konstanter Gasmasse: Hier wird eine bestimmte Gasmasse in einem Federelement eingeschlossen. Mit steigender Beladung nimmt das Volumen ab und die Federung wird steifer. Niveauausgleich wird z.B. durch eine zusätzliche Hydraulik erreicht (Hydropneumatische Federung von Citroën). Die Eigenschaften der hydropneumatischen Federung unterscheiden sich deutlich von denen der Luftfederung. Gasdruckfedern Gummifedern werden meist hauptsächlich als Öffnunsmechanismus, beispielsweise an der Kofferaumklappe bei Automobilen verwendet. Bei ihnen schiebt der innere Gasdruck die Kolbenstange mit einer konstanten Kraft aus dem Zylinder. [[Bild:Stickstoff-_Faltenbalgfeder.jpg]] == Herstellung ==1. gestanzt bzw. feingeschnitten aus Bandmaterial2. wie 1. mit gedrehten Innen- und Außendurchmesser3. aus warmgeformten Platinen, Oberfläche komplett gedreht4. gelasert aus Bandmaterial bei kleinen Stückzahlen == Vor- und Nachteile == '''Allgemein zu anderen Verbindungsarten''' Vorteile-Kraftübertragung über langelineare Wege wie etwa beim KlebenDruck-Eine federnde Verbindung ist nicht stoffschlüssig und somit findet keine Gefügeänderung statt-Die Verbindung läßt sich ohne beschädigung wieder lösen-Prüfung des Funktion ohne Zerstörung des Elementes-Ausgleich Schubfedern zur Abfederung von Bewegungen bzw. Dänpfung NachteileFür die Einbringung einer Feder wird meist mehr Platz nötig , als bei einer Verbindungart, wie LötenMaschinen, oder Nieten.Es wird für die Fixierung eine weiter Verbindungsart benötigt, wie z. B. Verschraubung Verschiede Federarten weisen auch verschieden Vor- bzw. Nachteile auf. Diese ergeben sich aus ihrem Aufbau ihrer Ausführung und ihrem Werkstoff. Vorteile:Die Tellerfeder hat im Vergleich mit anderen Federarten eine Reihe zur Dämpfung von vorteilhaften Eigenschaften:1. Sie kann bei kleinem Einbauraum sehr große Kräfte aufnehmen.2. Ihre Federkennlinie kann je nach den Maßverhältnissen linear oder degressiv sein Stößen und durch geeignete Anordnung auch progressiv gestaltet werdenSchwingungen sowie zur Geräuschminderung eingesetzt.3. Durch die fast beliebige Kombinationsmöglichkeit von Einzeltellerfedern kann die Kennlinie bzw. die Säulenlänge innerhalb weiter Grenzen variiert werden.4. Hohe Lebensdauer bei dynamischer Belastung, wenn die Feder richtig dimensioniert ist. == Verschleiß == Bei mechanischer Arbeit kommt es früher oder später zu Verschleiß. Federn sind davon auch nicht befreit. Sie unterstehen je nach Bauart, Auslegung und Beanspruchung verschiedenen Verschleißarten. Spiralfedern/Torsionsfedern/Blattfedern werden auf Torsion und biegung beansprucht und unterstehen vorwiegend der Materialermüdung durch Dauerbeanspruchung.Es entsteht der sogenannte Dauerbruch(Dauerschwingbruch , Ermüdungsbruch).Die Bruchfläche hat im Bereich des Dauerschwinganriß meist eine glatte Struktur und der Restbruch ist normalerweise grober strukturiert. Charakteristisch für einen Dauerbruch sind die Rastlinien. Die makroskopische Erscheinungsform ist jedoch nicht immer ausgeprägt. Auslöser für diese Brüche sind Fehlstellen an der Oberfläche oder auch im Werkstück. Fehlstellen sind zum Beispiel Schlackeneinschlüsse. Im Verlauf der Bruchentstehung reduziert sich zunehmend die Materialquerschnittsfläche (Rastlinien).Zum Schluß kommt es durch Überbelastung zum Bruch (Restbruch) des Bauteils. A= Anriss D=Dauerbruch

G=GewaltbruchKontrollfragen=#Welche Anforderungen sind bei der Federwerkstoffauswahl zu berücksichtigen? Nenne jeweils 3. <br />#Erläutern Sie den Begriff der Federrate.<br />#Was versucht man durch Federsysteme zu erreichen?<br />#Weshalb dürfen Schraubendruckfedern nicht auf Blocklänge belastet werden?<br />#Erläutern Sie die Reibungs- Hysterese.<br />

[[BildMedia:GewaltbruchAntwortenfedern2.jpg]] [[Bild:Gewaltbruch-motor.jpgpdf‎ |Antworten zu den Kontrollfragen]]

== Normung/Toleranzen Dimensionierung und Berechnung==Normen:DIN 2092 Tellerfedern, BerechnungDIN 2093 TellerfedernDa die Dimensionierung von Federn sehr umfangreich ist und sich vorwiegend nach dem Einsatzgebiet und dem vorhandenden Platzangebot, Maße der Lebensdauer und Qualitätsanforderungenden Kosten richtet muss jeder Einzelfall gesondert berechnet werden.

Schnittdarstellung einer Luftfeder '''Berechnung: Drehfeder''' Bsp. 10.1 RMAufgabe: Eine Drehfeder mit Schlauchrollbalgluftfedern finden vor allem bei LKWkurzen, Bussen und Schienenfahrzeugen Anwendung. Sie erlauben unter anderem eine Niveauregulierungtangentialen Schenkeln H = 40 mm für einen Innendurchmesser D_i = 20 mm, d.h. dass das Fahrzeug auch Windungsabstand a = 1 mm soll bei unterschiedlichen Beladungszuständen die gleiche Bodenfreiheit beibehält. Es kann auch gezielt gelegentlichen Laständerungen durch eine Veränderung der Niveaulage der Fahrzeuge eingestellt maximale Federkraft F = 600 N bis zu einem Drehwinkel ϕ_max≈120° beansprucht werden, um z.B. bei Bussen den Einstieg Für die geeignete Drahtsorte sind die Federabmessungen zu erleichtern oder um ein Überfahren von Hindernissen zu ermöglichen (Geländefahrzeuge)bestimmen, wenn die geringe Schenkeldurchbiegung unberücksichtigt bleibt.

Bei Schienenfahrzeugen werden Luftfedern bei Fahrzeugen mit hohen Komfort- und Akustikanforderungen wie im Hochgeschwindigkeitsverkehr, im Nahverkehr (S-Bahnen)==Quellenangabe==*Roloff/Matek: Maschinenelemente, bei Triebfahrzeugen Lehrbuch und bei MetrosTabellenbuch, die hohe Zuladungen aufnehmen müssen[http://www.vieweg.de/index.php?sid=672ba60c106180921631e0aeb1dc7fcc Vieweg Verlag], eingesetzt18. Die Luftfedersysteme werden über eine mechanische Hebelsteuerung niveaureguliertAufl. 2007, so dass bei jeder Beladung ein niveaugleicher Übergang vom Fahrzug zum Bahnsteig gewährleistet werden kannISBN 3-834-80262-X.

In Kraftfahrzeugen werden zusätzlich zur eigentlichen Federung in den Endanschlägen der Achsen Zusatzfedern aus Polyurethan (PUR) oder Microcellular Urethane (MCU) eingesetzt* http://www. Es handelt sich hier um einen Kunststoffschaum, der unter Last komprimiert wirdalcomex. Die Charakteristik einer solchen Feder wird maßgeblich durch de spezialisiert auf die Formgebung, sowie durch zusätzliche Stützelemente wie zHerstellung verschiedenster Federn* http://www.Bgrueber. Kunststoffringe bestimmtde Federhersteller* http://video.tu-clausthal.de/vorlesungen/imw/ke2-ws0506/ Vorlesungen zum Thema* http://www.federnshop.com/News/D/News_14_start.htm Das Ferdern 1 X 1