Feder (Technik)

Als Feder bezeichnet man in der Technik ein elastisches, entweder spiralförmig gebogenes oder blattförmiges Maschinenelement. Als Material werden bevorzugt spezielle Federstähle oder auch Kupfer-Beryllium-Legierungen eingesetzt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass auch bei größeren Dehnungen und anschließendem Entspannen, keine bleibende Verformung eintritt (siehe Hookesches Gesetz). In den letzten Jahren werden auch häufiger Faserverbundwerkstoffe, speziell GFK, verwendet. Weitere mögliche Werkstoffe für Federn sind Gummi, Glas, Gase oder Flüssigkeiten.

Zur Charakterisierung von Federn wird die Federkonstante als technische Größe angegeben.

Federtypen

Torsionsfeder (auch Drehstab)

• gewundene Torsionsfeder: diese, auch Schraubenfeder genannte ist die bekannteste Federbauform wie sie z. B. in Kugelschreibern Verwendung findet (sie wird manchmal fälschlicherweise als Spiralfeder bezeichnet, die aber mechanisch anders funktioniert; s. u.). Sie werden aus Federdraht zylinder- oder kegelförmig gewickelt. Man unterscheidet hier nach Belastung zwischen Zug- und Druckfedern. 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, varaibler 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.
• 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.

Biegefeder

• Spiralfeder mit Drehmomentbelastung: (nicht zu verwechseln mit der Schraubenfeder) ist eine eben gewundene Biegefeder. Spiralfedern werden als in einer Ebene spiralförmig aufgewickeltes Metallband gefertigt. Sie werden 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.
• Blattfeder: Sie besteht meist aus einem flachen Metallband, das bogenförmig vorgespannt wird. Sie wird vor allem im Nutzfahrzeugbau eingesetzt. Oft sind mehrere Blätter (Federlagen) mit verschiedenen Längen und Vorspannungen zu einem Federpaket zusammengefasst, dass durch einen gemeinsamen Herzbolzen und Federklemmen zusammengehalten wird. Durch eingelegte Kunsststoffblättchen oder Schmierung mit Fett wird die Reibung vermindert, wenn sich die Enden der Lagen durch Längenänderung beim Einfedern gegeneinander verschieben.
• Tellerfeder: kegelförmige Ringscheibe aus Federband; die Belastung findet axial statt. Tellerfedern haben eine hohe Federsteifigkeit. Sie werden einzeln oder gestapelt verwendet, letzteres z. B. für Radaufhängungen bei Eisenbahnwagons
• Membranfeder: dünne elastische Platten, meist kreisförmig, die umlaufend am Rand gelagert sind (meist fest eingespannt)

Bimetallfeder

Sie besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Teilen aus Metallen oder Metalllegierungen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten. Bei Temperaturänderungen verändern die beiden Teile ihre Ausdehnung verschieden stark. Durch diese Differenz entsteht eine Form- und/oder Längenänderung (je nach Gestaltung der Feder). Bimetallfedern werden zu Steuerungszwecken, wie zur temperaturabhängigen automatischen Betätigung von Ventilen, Schaltvorgänge usw., teilweise auch in manchen Messinstrumenten, verwendet.

Bekannteste Anwendung ist der Kühlwasserthermostat im Kraftfahrzeug oder das Heizungkörper-Thermostatventil. Eine Bimetallfeder schliesst bei Erreichen einer bestimmten Temperatur ein Ventil.

Gasfeder (Luftfeder)

Gasfedern finden vor allem bei LKW's und Bussen Anwendung. Sie erlauben unter anderem eine niveauregulierung, d.h. eine Veränderung der Bodenfreiheit der Fahrzeuge. Dies wird genutzt, um Lasten aufzunehemen, oder bei Bussen den Einstieg zu erleichtern.

Gummifeder

Grummifedern finden vielfache Verbreitung in Technik. Sie haben sowohl eine federne, als auch eine dämpfende Wirkung. So werden sie z.B. als Lager für schwingende Maschinenteile eingesetzt.

Zu anderen Begriffsbestimmungen siehe: Feder