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Was sind technische Federn (Metallfedern)?
Technische Federn sind technische Bauteile aus Federstahl, die sich elastisch verformen können. Bei einer Belastung geben sie nach und nehmen dabei Kraft auf. Bei der Entspannung geben sie diese Energie wieder ab und kehren in die ursprüngliche Form zurück. Stahlfedern, Metallfedern, bzw. technische Federn gibt es in vielfältigen Formen, Materialien und für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Federn bestehen unter anderem aus Federbandstählen, Federstahlblechen oder Federstahldrähten. Zudem können technische Federn aus Gummi und faserverstärkten Kunststoffen sowie Gasdruckfedern, die zur Federung als Hilfsmittel Gase verwenden, gefertigt sein. Die meisten Federarten erhalten ihre Bezeichnung durch ihr Aussehen. Man spricht von Molas moldadas, molas de fita, molas planas, molas de lâmina, molas de clipe ou molas de grampo, molas espirais, molas de disco, molas onduladas, molas cónicas, molas em forma de barril ou molas anulares. Além disso, há tipos de molas que devem o seu nome à respetiva função. Exemplos disso são as molas de compressão, as molas de tração, as molas de torção ou as molas de barra de torção.
Em que é que as molas técnicas se diferenciam umas das outras?
Neben ihrer Form und dem Material werden Federn über die Constante da mola oder Curva característica da mola definiert. Die Federkonstante beschreibt die Kraftzunahme in Bezug zum Federweg oder zum Drehwinkel. Mit der Federkennlinie wird der Verlauf einer Federkonstante dargestellt. Sie gibt das Verhältnis zwischen Federkraft und Verformungsweg wieder. Die elastische Verformung erfolgt auf der Grundlage des Lei de Hooke. Dieses beschreibt die elastische Verformung von Festkörpern, wenn die Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist. Die meisten Federarten besitzen eine curva característica linear da mola (2) mit einem gleichmäßigen Kraftverlauf, eine curva característica progressiva (1), die mit zunehmender Verformung an Kraft zunimmt oder eine curva de característica degressiva (3), bei der die Kraft während dieses Vorgangs geringer wird. Hinzu kommen curvas características combinadas das molas (5), die bei bestimmten Spannungszuständen oder Wegstrecken die Kräfteeigenschaften ändern, und flache Federkennlinien mit einer geringen Kraftzunahme (4).
Áreas de aplicação
Als elastische Bauteile geben molas técnicas unter Belastung nach und kehren bei Entlastung in ihre Ausgangform zurück. Auf dieser Funktion beruhen nahezu alle Anwendungen, bei denen technische Federn zum Einsatz kommen. Sie werden unter anderem dazu eingesetzt, Maschinenteile zu bewegen und Contactos de comutação zu schließen oder zu öffnen. Im vorgespannten Zustand lassen sie sich als Energia motriz oder als Força de retorno in Schaltern und Drehmomentschlüsseln nutzen. Zudem kommen sie als ligação por força de aderência zum Einsatz – beispielsweise bei Türfeststellern oder Reibungskupplungen, zur Lastverteilungen bei einem Trampolin oder bei schwingfähigen Systemen, bei denen mit Hilfe von Sistemas de molas kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt und abgefangen wird.
Uma seleção dos principais tipos de molas metálicas:
Molas de lâmina
O termo «mola de lâmina» foi, durante muito tempo, considerado um termo genérico para molas de suspensão feitas de material plano, como molas elípticas completas, molas semi-elípticas e molas parabólicas. Hoje em dia, o termo «mola de lâmina» também abrange molas técnicas, que se distinguem, em termos gerais, entre molas planas retas, curvas, helicoidais ou em forma de disco.
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Molas planas retas
As molas planas retas podem ser cortadas e moldadas a partir de fita de aço para molas, com a ajuda de uma máquina de corte ou de corte e dobragem automática. Quando se trata de pequenas quantidades ou de formas particularmente delicadas, podem ser cortadas a laser ou gravadas. As molas planas retas são frequentemente utilizadas em sistemas de contacto de dispositivos de comutação elétricos – por exemplo, em relés. Desta forma, as molas de contacto podem ser instaladas com pré-tensão. Na fabricação de molas de contacto, utiliza-se frequentemente bronze para molas CuSn6 e cobre-berílio CuBe2.
Molas planas curvadas e molas moldadas
Generell unterscheidet man zwischen molas planas curvadas e molas moldadas. Die gekrümmte Flachfeder besteht aus Geradenteilen und Peças em arco circular. Sie wird in der Regel mit einem Stanzbiegeautomaten aus Aço para molas em fita gestanzt und gleichzeitig in Form gebracht. Formfedern hingegen werden meistens in der Grundform aus Chapa de aço para molas durch Corte a laser herausgeschnitten und mit nachfolgender Conformação por dobragem, estampagem, canelagem e embutimento hergestellt. Die Formenvielfalt und damit das Anwendungsspektrum sind nahezu unbegrenzt. Die Berechnung der Krafteinwirkung auf die Federn ist komplex und lässt sich mittels der Método dos elementos finitos (FEM) durchführen. Manuell müssen dazu im Vorfeld machbare Abmessungen näherungsweise festgelegt werden. Modelos de cálculo, die allgemeingültig sind, gibt es nicht. Wichtig sind daher Gestaltungsrichtlinien, bei denen insbesondere die Raios mínimos de curvatura einzuhalten sind.
Molas planas sinuosas: molas espirais e molas enroladas
Zu den molas planas em espiral zählen Molas em espiral mit und ohne hohem Windungszwischenraum sowie Rollfedern. Die Herstellung der Spiralfedern erfolgt auf Radialbiegemaschinen. Sie haben unter anderem in der Automobilindustrie eine hohe Bedeutung und sind dort in Sicherheitsgurten, Fensterhebern oder Schlössern verbaut. Rollfedern kommen beispielsweise in Federzugsystemen zum Einsatz. Gewundenen Flachfedern eignen sich hervorragend als Ausgleichsfedern für kleinere Drehwinkel. Dabei dient die gespeicherte Kraft als Ausgleich oder Rückstellmoment. Die Curva característica da mola steigt nahezu geradlinig an. Beide Federtypen werden in einer Ebene nach der archimedischen Spirale gewunden. Ein konstanter Windungsabstand sorgt dafür, dass sich die einzelnen Windungen nicht berühren, und stellt zudem eine reibungsarme Funktion der Federn sicher.
Mais informações sobre molas espirais
Molas planas em forma de disco
Entre as molas planas em forma de disco contam-se as molas de disco, as anilhas elásticas e as anilhas de segurança. São utilizadas tanto individualmente como em combinação. As anilhas elásticas são dispositivos adequados para determinadas ligações aparafusadas. As molas de disco destacam-se pela sua elevada força e são, além disso, particularmente compactas. Por isso, são frequentemente utilizadas em espaços reduzidos que exigem forças elevadas. As molas de disco podem ser fabricadas através de estampagem, seguida de conformação a frio e arredondamento das arestas. Uma particularidade: a força e o curso da mola podem ser alterados através da sobreposição de camadas para formar uma coluna de molas de disco. As molas de disco geram uma curva característica de elasticidade degressiva.
Grampos de mola: clipes de mola, molas de fixação e grampos para tubos
Os grampos de mola – também conhecidos como clipes de mola, molas de fixação e grampos para tubos – são estampados e moldados a partir de fita de aço para molas ou cortados a laser a partir de chapa de aço para molas e, em seguida, moldados. A principal característica é a ligação por força de aperto. São utilizadas sempre que é preciso ajustar, bloquear, encaixar ou fixar componentes no lugar certo. Entre outras coisas, servem para prender papéis, fixar crachás ou substituir clipes de escritório. Além disso, são ideais para pendurar ferramentas, mangueiras e coisas do género.
Molas onduladas
As molas onduladas também são conhecidas como molas axiais onduladas ou molas onduladas. São feitas de fio plano enrolado e devem a sua elasticidade à ondulação incorporada. Com uma altura de montagem reduzida em até 50 por cento em comparação com as molas de compressão convencionais, são uma alternativa que poupa espaço em aplicações estáticas ou dinâmicas de intensidade média. Apesar desta altura de montagem reduzida, as molas onduladas conseguem gerar a mesma força que, por exemplo, as molas de compressão. Através do número de espiras, das ondulações e do tamanho das ondulações, é possível determinar e fabricar a constante elástica necessária.
Molas de torção
As molas de torção, ou molas de braço, são molas de arame enrolado com braços que se estendem tangencialmente. Estes acumuladores de energia mecânica absorvem um binário nos braços durante um movimento angular e de rotação, que voltam a libertar quando se relaxam. As molas de torção são fabricadas a partir de fios de aço para molas redondos, ovais ou quadrados – normalmente com forma cilíndrica, com passo constante e sem espaços entre as espiras. Dependendo da aplicação, os braços podem, por exemplo, ser orientados de forma tangencial reta, radialmente para dentro ou para fora, axialmente ou paralelamente ao eixo. É muito importante: só deves aplicar carga nas molas de torção no sentido das espiras. Por isso, são comercializadas com a mesma construção, tanto com espiras para a esquerda como para a direita.
Molas de compressão
Molas de compressão, ebenfalls Schraubenfedern genannt, sind acumuladores de energia mecânicos, die beim Zusammendrücken Kräfte aufnehmen und diese beim Entspannen wieder abgeben. Gefertigt werden sie aus runden, ovalen oder vierkantigen Federstahldrähten – in der Regel cilíndrico und mit gleichbleibender Steigung. Der Fio de aço para molas wird kalt umgeformt. Dies geschieht entweder durch Winden um einen Dorn (Einfingersystem) und bei vollautomatischen Federwindeautomaten (Vídeo sobre a produção de molas na Gutekunst) mit Hilfe von Drahtführungsstiften (Zweifinger- oder Dreifingersystem). Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckfedern mit einer gleichbleibenden Steigung können die Windungsabstände variieren. Das beeinflusst die Curva característica da mola. Para evitar que as molas de pressão fiquem presas, as espiras no meio ou nas extremidades das molas são frequentemente enroladas em bloco.
Molas cónicas
Na mola cónica, ou mola de compressão cónica, o diâmetro do perfil varia em direção a uma das extremidades. Isso significa que fica maior ou menor. As molas cónicas são utilizadas principalmente quando o espaço de montagem é limitado na direção axial. Nas molas de pressão cónicas, as espiras podem encaixar-se umas nas outras. Assim, a altura do bloco corresponde aproximadamente ao dobro da espessura do fio, sendo, por isso, significativamente menor do que nas molas de pressão cilíndricas. As molas podem ser concebidas com constante elástica linear ou progressiva. Normalmente, a rigidez ou constante elástica é progressiva. Ou seja, a força da mola aumenta à medida que a carga aumenta.
Molas de tonelada
Die Tonnenfeder wird auch als mola de pressão duplamente cónica bezeichnet. Beide Enden der Feder weisen einen kleineren Windungsdurchmesser auf als die Mitte. Tonnenfedern haben meist eine lineare und progressive Kennlinie. Zudem überzeugen sie durch einen geringen Platzbedarf und die kurze Baulänge. Eine Sonderform der doppelkonischen Druckfeder ist die Mola de minibloco. Sie besitzt einen angepassten Windungsdurchmesser. Sobald die Miniblockfeder auf eine kurze Länge zusammengedrückt wird, fügt sich der Hauptteil der Windungen ineinander – und das ohne Berührung. Dieser Federntyp kommt oft in der Achsfederung eines Autos zum Einsatz. Je nach Bedarf für eine lineare Federrate mit schwankenden Windungen oder für eine progressive, sich steigernde Taxa de mola, com espiras uniformes.
Molas de tração
As molas de tração, ou molas helicoidais, são fabricadas a partir de fios redondos ou ovais de aço para molas. Estas podem ser moldadas na forma desejada através de um processo de conformação a frio – enrolando-as em torno de um mandril ou utilizando máquinas de enrolamento de molas totalmente automáticas, com a ajuda de vários pinos-guia de fio. Para além dos modelos cilíndricos com uma curva característica linear, também se fabricam molas de tração cónicas ou em forma de barril. Com estas extremidades cónicas, consegue-se não só uma curva característica progressiva, como também uma maior vida útil das molas. Dependendo da aplicação, podes usar diferentes formas de olhais. Além das formas clássicas, como o olhal alemão 1/1 ou o olhal em gancho, a gama inclui também extremidades de mola resistentes. Entre estas contam-se parafusos roscados enrolados ou tampões roscados aparafusados.
Anéis de retenção
Na engenharia mecânica, os anéis de retenção fixam componentes com encaixe geométrico, como rodas, elementos de vedação e rolamentos, em eixos, hastes ou dentro de furos, impedindo o seu deslocamento axial. O nome «anel elástico» deriva do método de fabrico antigo. Naquela altura, era cortado de tubos e, em seguida, aberto. Hoje em dia, os anéis elásticos são feitos de fio de aço para molas com secção transversal constante. São curvados numa máquina de enrolamento automático até formarem um anel. O diâmetro pode variar entre alguns milímetros e vários metros. Os anéis elásticos estão disponíveis em dois tipos básicos: para eixos e para furos.
Molas de torção: molas de barra de torção
A mola de barra de torção zählt zu den Torsionsfedern. Der Begriff Torsionsfeder leitet sich von dem Verb tordieren ab, was verwinden oder verdrehen bedeutet. Zum Einsatz kommen Drehstäbe beispielsweise als Torsionspendel in mechanischen Uhren, als Torsionsband in Drehspulmessinstrumenten sowie als Stabilisator zur Federung von Fahrzeugen und als Gegenkraft in Sektional-Garagentoren. Die Drehstabfeder hat einen gestreckten, stabförmigen Aufbau und führt während ihres Einsatzes eine Drehbewegung durch. Wird der Stab um seine eigene Längsachse verdreht, entsteht so eine Schubspannung. Diese Spannung wächst mit dem Querschnittsradius an und ist proportional zum Torsionsmoment. Die Verteilung der Schubspannung verhält sich im Stabquerschnitt rotationssymmetrisch. Der Verdrehwinkel ist ebenfalls proportional zum Torsionsmoment und vergrößert sich linear mit der Stablänge.
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