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Physikalische Eigenschaften einer Feder mit konstanter Kraft

2023-02-24

Idealerweise aFeder mit konstanter Kraftübt über einen bestimmten Bewegungsbereich wiederholt und ohne Änderung eine konstante Kraft aus. Tatsächlich sind Federn mit konstanter Kraft, wie alle Elastomere, durch die Belastungsgrenzen ihres Materials begrenzt. Wenn die Beanspruchungsgrenze des Materials überschritten wird, verformen sie sich oder das Material ermüdet und beginnt mit der Zeit schwächer zu werden. Das Hookesche Gesetz gilt also für Federn mit konstanter Kraft. Es sind jedoch die Art und Weise, wie Federn mit konstanter Kraft hergestellt werden, und ihre besonderen physikalischen Eigenschaften, die zu dem Begriff „Konstantkraft“ geführt haben. Durch die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Federn mit konstanter Kraft können wir den Ursprung des Namens „Konstantkraft“ besser verstehen.

Normalerweise aus Stahl gefertigt,Konstantkraftfedernwerden hergestellt, indem ein flaches Stück Stahl um die Trommel gewickelt wird oder indem ein Stahlband um sich selbst gewickelt wird (mit nahezu konstantem Radius). In seiner Anwendung wird eine Feder installiert und ein Ende der Feder an der Last befestigt. Eine Feder weist Drehmomentkräfte auf, wenn die Bewegung einer Last dazu führt, dass sie sich gegen ihren Ruhezustand windet. Die Feder möchte in ihren Ruhezustand zurückkehren und übt daher eine Kraft auf die Last aus.

In der Anwendung ist dieFeder mit konstanter Kraftbefindet sich in einem vorgeladenen Zustand. Durch das Aufwickeln des Stahlbandes um sich selbst oder um die Trommel wird die Struktur in einen Spannungszustand versetzt. Will man die Kraft der Feder in diesem Spannungszustand messen, wird sie nicht Null sein. Mit anderen Worten: Eine Feder mit konstanter Kraft hat im Ruhezustand eine messbare Kraft. Wenn sich die Last gegen die Feder bewegt, bewegt sich die Feder um eine relativ kurze Strecke in kreisförmiger Richtung (am häufigsten in Richtung des anfänglichen Windes, was zu einer leichten Verringerung des Durchmessers führt).

Wenn wir den Kraftwert der Feder im belasteten Zustand mit dem Kraftwert im Ruhezustand vergleichen, stellen wir fest, dass der Kraftunterschied relativ gering ist. Außerhalb der Physik gelten im Allgemeinen kleine Kraftunterschiede zwischen dem Ruhezustand und dem Belastungszustand einer Feder als unbedeutend. Daher wird die Federkraft als „konstant“ bezeichnet. Tatsächlich übt die Konstantkraftfeder eine Kraft aus, die der Konstantkraft nahekommt.

Federn mit konstanter Kraftkann über einen langen Zeitraum effizient arbeiten. Die meisten können Tausende bis Millionen Zyklen durchlaufen, bevor Materialermüdung ihre Wirksamkeit verringert. Federn mit konstanter Kraft sind ideal für Anwendungen wie gewerbliche Türschließer.

Beim Entwerfen oder Spezifizieren müssen viele wichtige technische Parameter berücksichtigt werdenFeder mit konstanter KraftS. Material, Ermüdungslebensdauer, Zugbelastung, Drehmoment und Reibung, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Installation, Sicherheitsaspekte und Anwendungsumgebung sind allesamt Schlüsselfaktoren.

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