Triebfedern

Die klassische Bauform der Bandfeder ist die Triebfeder.  

Das Besondere an einer MAXIMO-Triebfeder ist, dass durch die Kombination von Vorrollen und nachfolgendem Rückwickeln die Leistungsdichte erhöht und die verfügbaren Materialeigenschaften optimal genutzt werden.

Ausführungen

Triebfeder

Die Arbeitsweise einer Triebfeder ist so einfach wie effektiv. Ein Stück Federbandstahl wird aus dem gestreckten Zustand aufgewickelt und hat das Bestreben wieder in den gestreckten Zustand zurückzukehren. Die zum Aufwickeln in das Band hineingesteckte Energie kann, abzüglich der geringen Reibungsenergie, beim Rücklauf wieder genutzt werden.

Aufgrund dieser Eigenschaft werden Triebfedern in vielen Bereichen als Rückstellelement, Gewichtsausgleich oder auch Drehmomentspeicher verwendet. Die Triebfeder zeichnet sich durch viele Arbeitsumdrehungen, ein ansteigendes Drehmoment und eine hohe Lebensdauer aus.

Durch ihre Federlänge und der Vielzahl an Federwindungen bildet sie im gespannten Zustand ein Federpaket ohne Windungsabstand. Dadurch ergibt sich im Vergleich zu einer offen gewickelten Spiralfeder bei Federauszug eine flach ansteigende Federkennlinie mit Reibungsverlusten im Rücklauf.



MAXIMO-Triebfeder

Die MAXIMO-Triebfeder ist eine Variante der Triebfeder, bei der durch gezielte Einbringung von Eigenspannungen und Verformung das Drehmoment der Feder erhöht wird. Nach dem Vorrollen wird die Feder entgegengesetzt der Rollrichtung rückgewickelt, wodurch der so genannte „MAXIMO-Effekt“ – (MAXImales DrehMOment) entsteht.  Die Feder erhält durch diese Maßnahmen im freien Zustand eine charakteristische S-Form.


Neben einem höheren Drehmoment hat die so hergestellte MAXIMO-Triebfeder eine geringere Hysterese und einen verbesserten Rücklauf.
Durch die Wärmebehandlung zwischen Vorrollen und Rückwickeln wird das elastische Rückfederverhalten der Triebfeder verbessert.'
Durch das Einbringen einer Vorspannung bzw. einer Vorverformung, wird bei der MAXIMO-Triebfeder das MAXImale DrehMOment über die gesamte Bandlänge erreicht.


Bei der Herstellung der klassischen Triebfeder wird durch den Herstellungsprozess ein gezieltes Eigenspannungsniveau ins Material eingebracht. Eigenspannungsspitzen in Bereichen hoher plastischer Verformung der Triebfeder, werden durch Wärmebehandlung abgebaut.

Bei MAXIMO-Triebfedern gilt zu beachten, dass die Höhe des erreichbaren MAXIMO-Effekt's von Werkstoff, Festigkeit und Federabmessung abhängig ist.

Durch den MAXIMO-Effekt kann infolge des höheren Drehmoments, bei gleichem Bauraum, eine dünnere Materialstärke als bei klassischen Triebfedern eingesetzt werden. Die geringere Materialstärke hat einen positiven Effekt auf die Lebensdauer und erhöht die Anzahl der Gesamtumdrehungen.

Ebenso steigt die Kennlinie der MAXIMO-Triebfeder im Vorspannungsbereich steiler und höher an, als bei klassischen Triebfedern. So ergibt sich im Arbeitsbereich eine flacher verlaufende Kennlinie.


Hier sehen Sie die Funktionsweise einer Triebfeder in einem Kabelaufroller:


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Über eine Einzelfeder kann nur eine bestimmte Anzahl an Gesamtumdrehungen erreicht werden. Wird eine besonders große Anzahl an Arbeitsumdrehungen gefordert, muss die Federlänge entsprechend erhöht werden. Die Anzahl der Umdrehungen ist meist durch den limitierenden Außendurchmesser der Federn begrenzt.


Parallelschaltung von Triebfedern

Lässt sich beispielsweise bedingt durch den limitierenden Bauraum mit einer Triebfeder nicht genügend Drehmoment erzeugen, können zwei oder mehrere Federn in axialer Richtung parallel geschaltet werden. Die Anzahl der nutzbaren Arbeitsumdrehungen entspricht dabei der Einzelfeder, das maximal erreichbare Drehmoment wird erhöht. Um eine erhöhte Reibung sowie ein gegenseitiges Verhaken oder Blockieren zwischen den einzelnen Federn zu verhindern, kann es sinnvoll sein, unter der Verwendung einer durchgängigen Federachse, die Federn konstruktiv voneinander abzugrenzen (z.B. durch das Einlegen von Kunststoffscheiben zwischen den Federn).

Auch in Bezug auf die Lebensdauer kann die parallele  Anordnung der Triebfedern eine Verbesserung ermöglichen.

      

 

 


Reihenschaltung von Triebfedern

Lassen sich beispielsweise bedingt durch den limitierenden Bauraum mit einer einzelnen Triebfeder nicht ausreichend Umdrehungen erzeugen, können zwei oder mehrere Federn in Reihe geschaltet werden. Das maximal erreichbare Drehmoment der Reihenschaltung entspricht dabei dem der Einzelfeder, die nutzbaren Arbeitsumdrehungen werden entsprechend erhöht.

Rutsch – und Schleppfedern

Rutsch- oder Schleppfedern werden dort eingesetzt, wo ein vorgegebenes maximales Aufzugsmoment nicht überschritten und das System vor Überdrehen geschützt werden soll. Im Rücklauf funktioniert die Feder wie eine herkömmliche Triebfeder. Das heißt sie leistet eine definierte Anzahl an Arbeitsumdrehungen.

Ein bekanntes Beispiel liefert das aufziehbare Spielzeugauto, das mit einer Rutsch- beziehungsweise Schleppfeder angetrieben wird und beliebig weit aufgezogen werden kann, ohne dass der Federmotor überdreht und der Außenhaken aus der Einhängung gezogen wird.

Bei einer Rutsch-, beziehungsweise Schleppfeder, besteht keine feste Verbindung zwischen Feder und Gehäuse. Stattdessen wird in die Hauptfeder am Außenende eine zweite, stärkere Feder eingebaut. Die zweite Feder sorgt aufgrund der deutlich größeren Materialstärke dafür, dass die Hauptfeder im Gehäuse gespannt wird und erst ab einem bestimmten Drehmoment „durchrutscht“.

Das Rutschmoment, also das Zusammenspiel zwischen Haupt- und Rutschfeder (Schleppfeder), lässt sich aufgrund der Einbausituation und unterschiedlichen Reibungsverhältnissen im Federgehäuse nur grob berechnen. Die Auslegung der Rutschfeder hängt von ihrer Anwendung ab und muss möglicherweise über eine Versuchsreihe definiert werden.


Hier ein Beispiel, bei dem die Rutschfeder in die Hauptfeder eingelegt wird. Die Rutschfeder wird durch einen nach innengebogenen Parallelhaken in der Hauptfeder gehalten. Dadurch, dass die Hauptfeder über die Rutschfeder im Gehäuse gespannt wird, erhält die Feder zusätzlich eine Stützwirkung und somit eine geringere Hysterese im Rücklauf.


Solche Systeme sind hauptsächlich bei Uhren als Aufzugsfedern wieder zu finden. Die Triebfeder für mechanische Uhren wird von Uhrmachern auch gerne als Werk-, Zug- oder Aufzugsfeder bezeichnet. Sie liefert die Antriebsenergie für das Uhrwerk.

Wird die Zugfeder durch Aufziehen gespannt, treibt sie im Rücklauf das Räderwerk und das zeitbestimmende Schwingsystem mit Unruh und Ankerhemmung an. Um zu verhindern, dass die relativ kleine Feder im Hand-, oder Automatikaufzug überspannt und damit geschädigt wird, sorgt eine Rutschfeder dafür, dass beim Erreichen der maximalen Aufzugsumdrehungen ein "Rutschen" eintritt. Ein solches Federsystem ist für bis zu 20.000 Aufzüge ausgelegt und steht der Uhr für Jahrzehnte als nahezu verlustfreier, mechanischer Energiespeicher zur Verfügung.

Durch die auffallende S-Form dieser Federn wird eine annährend konstante Kraftabgabe über nahezu der gesamten Federlänge an das Uhrwerk übertragen.