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Was ist eine Torsionsfeder und wofür wird diese benötigt? Eigenschaften und Verwendung von Torsionsfedern

2021-06-07-Torsionsfeder
Quelle: pixabay.com / © kalhh

Funktionsweise und Arten von Torsionsfedern

Die Bezeichnung kommt aus dem Lateinischen torsio und bedeutet Drehung.

Eine Torsionsfeder wird daher auch Drehstabfeder, Torsionsstab oder Drehstab genannt.

Eine Torsionsfeder wird überall dort gebraucht, wo eine Drehbewegung stattfindet und ein Drehmoment erzeugt werden muss. Sie wird auch eingesetzt, wenn innerhalb einer Konstruktion, wie zum Beispiel einem Garagentor, Rotationsenergie angesammelt werden muss, um die folgende Bewegung flüssig ausführen zu können.

Die Schenkel der Drehfeder werden an jenen Bauteilen montiert, die um die Mittelachse der Drehfeder rotieren. Die Drehfeder ist immer versucht, die Bauteile in den Ausgangspunkt zurückzuschieben. Es muss die Feder also so befestigt werden, dass bei Belastung ein Zug auf die Schenkel ausgeübt wird.

Man unterscheidet Schraubenzug- und -druckfedern. Es entstehen aber keine Zugkräfte, sondern Torsionskräfte.

Nach außen hin haben diese gewickelten Stahldrahtfedern eine kegel- oder tonnenförmige Form.

Würde die Belastung seitlich auf die Feder treffen, würden die Endwindungen kippen. Deshalb werden diese verstärkt und die Kräfte mittig auf die Feder geleitet.

Drehstabfeder / Torsionsstab:

Wird ein Stab an einem Ende festgehalten und am anderen Ende gedreht, entsteht eine Torsionsspannung oder Scherspannung. Ob der Querschnitt eckig oder rund ist, ist egal. Es können mehrere Stäbe aber auch gebündelt werden. Dann ist es besser, wenn sie einen eckigen Querschnitt haben. Auf diesem Prinzip beruhen auch die Schraubenfedern.

Schraubenfeder:

Auch die Schraubenfeder ist ein Torsionsstab, der allerdings noch zusätzlich schraubenförmig um seine eigene Achse gewickelt ist. So wirken auch hier Kräfte, die die Feder elastisch halten.

In der Berechnung werden Form und Größe der Querschnittsfläche berücksichtigt. Am Querschnittsrand ist die Torsionsspannung am größten. Eine maximale Spannung darf nicht überschritten werden.

Verschiedene Materialien für Federn:

Korrosionsfester Stahl, warmfester Stahl, ausgewiesener Federstahl und Kupfer- und Nickellegierungen können zur Herstellung der Federn verwendet werden. Diese können dann auch verzinkt, weiß verzinkt, versilbert oder vergoldet werden. Warmfester Stahl entwickelt erst ab höheren Temperaturen eine besondere Festigkeit.

Für manche Zwecke werden Federn auch aus Edelstahl oder Kunststoff hergestellt.

Gummifedern:

Sie sind aus Leichtmetallprofil gefertigt und mit Kunststoff ummantelt. Sie vereinen drei wichtige Fähigkeiten: einerseits die einer normalen Torsionsfeder. Zum zweiten die einer Lagerung und drittens fungieren sie als Schwingungsdämpfer. Sie verfügen auch über Befestigungslaschen, damit sie direkt am jeweiligen Gegenstand montiert werden können. Nähere Informationen gibt es hier: rosta.ch

Verwendung von Torsionsfedern

Sektionaltore für Garagen:

Für Garagentore ist meist nicht viel Platz. Sektionaltore bieten eine platzsparende Möglichkeit, das Tor zu öffnen. Torsionsfedern ermöglichen das Öffnen und Schließen in einer fließenden Bewegung.

Personenkraftwagen

Einige KFZ-Hersteller verwenden Torsionsfedern für die Abfederung der Fahrerkabine. Die Federn liegen in dem Fall teilweise quer zur Fahrtrichtung, das variiert von Hersteller zu Hersteller und auch zwischen den Modellen.

Packard schaltete einen Elektromotor dazwischen, sodass unterschiedliche Belastungen ausgeglichen wurden und das Auto nicht durch ungleiche Beladung schief hing. Das sollte auch verhindern, dass das Auto in engen Kurven in Schräglage geraten könnte.

Drehstabfedern werden in Autos daher zur Federung und zur Stabilisierung verwendet.

Lastkraftwagen

In LKW`s befinden sich ebenfalls Schraubenfedern zur Abfederung und Stabilisierung.

Auch in der Eisenbahntechnik sind Torsionsfedern ein wichtiger Bestandteil der Wankstütze und dienen somit der Stabilisierung.

Militär

Kampfpanzer wie Panther, Tiger und Königstiger ruhen genauso auf einer Federung durch Schraubenfedern wie die moderneren Panzer wie zum Beispiel Leopard 2. Die Technik, Drehstabfedern quer zur Fahrtrichtung zur Federung einzubauen, wird bereits seit dem 2. Weltkrieg verwendet.

Harmonium

Auch die Pedale, die zum Füllen des Blasebalgs eines Harmoniums getreten werden, werden mit Torsionsfedern bewegt.

Verschleiß und Materialermüdung am Beispiel Sektionaltor:

Je schwerer der durch die Feder zu bewegende Gegenstand ist, desto kürzer wird die Lebensdauer der Feder sein. Sollte es einmal zu einem Federbruch kommen, sollten alle Torsionsfedern ausgetauscht werden. Es ist naheliegend, dass alle Federn gleich alt sind, und dass bald die nächste brechen könnte. Mit großer Sorgfalt muss beim Austausch der Federn darauf geachtet werden, dass die Federn, die Tore und der Antrieb zusammenpassen. Das Garagentor würde sich nur noch mit Anstrengung öffnen lassen, wenn die Feder zu groß dimensioniert wäre.

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