Reibungsfedern sind unerlässliche Sicherheitsteile in allen Technologiebereichen, in denen plötzlich auftretende Kräfte aufgenommen und kinetische Energien absorbiert werden müssen oder Federn für hohe Kräfte bei relativ geringen Abmessungen benötigt werden. Man braucht Experten, wenn es darum geht bewegte Massen schnell, sicher und präzise abzubremsen.
Lars Jahnel, Product Manager Damping Technology bei RINGFEDER POWER TRANSMISSION erklärt:
„Reibungsfedern sind universell einsetzbar und haben klare Vorteile gegenüber anderen Dämpfungssystemen, von denen ich hier nur ein paar nennen möchte: Zum Beispiel leisten sie hohe Federarbeit bei geringem Gewicht (Abb. 1) und Volumen. Das liegt daran, dass durch die gleichförmige Verteilung der Umfangsspannungen auf die Querschnittsfläche jedes einzelne Volumenelement gleichmäßig ausgenutzt wird. Dadurch werden Abmessung und Gewicht auf ein Minimum reduziert, ein eindeutiger Vorteil für Anwendungen z.B. in der Luft- und Raumfahrttechnik.
Abb. 1: Gewichtsnutzwert η verschiedener Federn
Ein weiterer Vorteil ist auch ihre hohe Dämpfung, die beim Einsatz unseres Standardfetts 66% beträgt und die durch die Verwendung von alternativen Fetten zwischen 33% und 66% variiert werden kann (Abb.2). Die in die Anwendung eingeleitete Energie wird schnell aufgenommen und Resonanzerscheinungen werden vollständig unterdrückt. (Abb. 3)
Abb. 2: Dämpfung und Federarbeit
Des Weiteren sind Reibungsfedern in Blockstellung überlastsicher. Sie sind als Blockfedern konstruiert, somit ist sichergestellt, dass die zulässigen Spannungen nicht überschritten werden können und sowohl die Reibungsfeder als auch die Anwendung keinen Schaden erleidet.“
Abb. 3: Überlastsicherheit durch Blockstellung
Reibungsfedern werden überall dort eingesetzt, wo große Bewegungsenergien aufgenommen und gedämpft werden müssen oder Federn für hohe Kräfte bei relativ geringen Abmessungen benötigt werden. Die Einsatzgebiete für die Reibungsfedern sind sehr vielfältig. Grundsätzlich werden hier drei Bereiche bedient, die auch miteinander kombiniert werden können: Überlastsicherung, Spielausgleich und Energieabsorption. Ein paar Anwendungen haben wir hier beispielhaft aufgeführt.
Herausforderungen bei Bohrausrüstungen
Für anspruchsvolle Bohrausrüstungen sind die Belastungen der Dämpfer besonders hoch, was jedoch für Reibungsfedern kein Problem darstellt. Die erhöhten Druckluftanforderungen und die hohe Dämpfung sind für derartige Anwendungen ideal. Außerdem ist die höhere Ausfallsicherheit von Reibungsfedern aufgrund ihres Designs gegenüber anderen Dämpfungssystemen ein wesentlicher Vorteil. In diesem Fall dient die Reibungsfeder nicht nur zur Energieabsorption, sondern auch zum Ausgleich des Spiels, welches durch den dauernden Betrieb zwischen den Einzelteilen auftreten kann.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt ist die Verwendung von Reibungsfedern ideal. Sowohl das geringe Gewicht, die kleine Bauweise als auch die Temperaturunabhängigkeit sind zwingende Voraussetzungen für den Einsatz. Reibungsfedern werden zum Beispiel in den Ladeklappen oder auch in den Notausstiegstüren von unterschiedlichen Flugzeugtypen genutzt.
Auch im Mars Rover Curiosity befinden sich Reibungsfedern, die Resonanzerscheinungen verhindern und so das Gewinnen von Gesteinsstaub auf dem Mars ermöglichen.
Anwendung in Ventilen
Mit einer Geschwindigkeit von 1500 m/s wird ein Pellet aus gefrorenem Wasserstoff durch ein Ventil ins nachfolgende Hochvakuum geschossen. Die Verschlussgeschwindigkeit des Ventils beträgt 25 m/s und wird über eine beschichtete Reibungsfeder gedämpft.
Reibungsfedern in Öfen
Wenn schwere Schrotteile aus großen Höhen herunterfallen, sind Reibungsfedern notwendig, um die Anlage vor Schäden zu schützen. Mittels einer Vielzahl von Zugeinrichtungen, mit einer Energieaufnahmefähigkeit von bis zu 80.000 Joule/Stück werden diese Teile oberhalb der Schmelze aufgefangen. Zusätzlich müssen auf Dauer hohe thermische Belastungen ertragen werden.
Stoßdämpfung in Walzwerkanlagen
In Walzwerkanlagen muss das Walzgut auf den Rollgängen an bestimmten Stellen oder am Ende angehalten werden. Wegen der relativ hohen Geschwindigkeit und Massen sind Vorstoßpuffer mit hoher Energieaufnahme erforderlich. Puffer mit Reibungsfedern haben bei dem vorherrschenden Rauen Betrieb die höchste Betriebssicherheit.
Querschwingungen bei Antennenanlagen
Schlanke Strukturen, wie Antennenanlagen, können durch Wind zu starken Querschwingungen angeregt werden, die das gesamte Bauwerk gefährden. Abhilfen schaffen Schwingungstilger, welche zusammen mit einer pendelnd aufgehängten Masse sicher unter allen Temperaturbedingungen Schornsteine oder Antennen schützen. Sie wirken also in Zug- und Druckrichtung. (Abb. 4).
Abb. 4: Kraft-Weg-Diagramm eines Schwingungstilgers
Schutz von Gasometern
Nicht nur bei hohen Geschwindigkeiten, sondern auch bei großen Massen und sehr kleinen Belastungsgeschwindigkeiten, bieten sich Lösungen mit Reibungsfedern an. Bei Gasometern werden Puffer zum Schutz vor Rissen in der Hülle verwendet. Die langen Einsatzzeiten zeichnen unsere Puffer aus.
Beschädigungen in Brechern und Mühlen verhindern
In Brecher und Mühlen kann gelegentlich Mahlgut geraten, welches sich nicht zerkleinern lässt. Damit in diesen Fällen die Brecher oder Mühlen nicht beschädigt werden, baut man Reibungsfedern als Überlastsicherungen ein. Diese werden hoch vorgespannt um im Überlastungsfall das Ausweichen der Brecherbacken oder Mahlkegel zu ermöglichen. Reibungsfedern sind hierfür besonders gut geeignet, da sie nur wenig Bauraum benötigen und wegen ihrer Dämpfung ein zu starkes Zurückschlagen verhindern.
Auch im Erdbebenschutz spielen Reibungsfedern eine große Rolle. Dazu mehr in einem anderen Artikel.. :)
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