Federspannung

Federspannung bezeichnet die innere Kraft, die eine Feder bei ihrer Verformung gegen diese Deformation entwickelt. Sie tritt entweder bei der Dehnung (Zugfeder) oder bei der Kompression (Druckfeder) auf und entspricht in statischen Momenten oft der externen Last, die auf die Feder wirkt. Die Größe der Federspannung hängt vom Verformungsgrad x, der Federkonstanten k sowie vom Vorbelastungszustand ab.

Für lineare Federn gilt das Hooke-Gesetz: F = k x. Hier beschreibt k die Federkonstante in Newton pro Meter und x die von der Ruheposition abgetretene Längenänderung. Die Vorbelastung, auch Vorspannung genannt, ist eine Anfangsspannung F0, die vor dem eigentlichen Betrieb vorhanden ist, etwa um Kontakt zu sichern oder Spiel zu vermeiden.

Die Federspannung wird durch das Federdesign bestimmt: Drahtdurchmesser, Coil-Durchmesser, Anzahl der tragenden Windungen, Werkstoff und Endbearbeitung beeinflussen k sowie die zulässigen Spannungen. Temperatur, Alterung und Ermüdung wirken sich auf Lebensdauer und Leistungsfähigkeit aus, besonders bei zyklischer Belastung.

Typische Anwendungen umfassen Spannungs- und Rückstellkräfte in Fahrzeugfederungen, Ventilfedern, Uhren, Tastaturen und vielen Maschinenbausystemen. Hier ist die genaue Spannungsführung wichtig, um gewünschte Rückstellung, Dämpfung oder Kontakthaltung zu erreichen.

Bei der Auslegung werden Sicherheitsfaktoren, zulässige Spannungen (Streckgrenze, Ermüdungsgrenze) sowie Lebensdauer berücksichtigt. Die Federspannung kann messtechnisch über Kraftmessungen oder durch Berechnung aus Deformation und k bestimmt werden.