Federn, Federung, Bremsen und Lager – Arten und Funktionen

Federn: Typen und Anwendungen

Federn werden als Anschläge am Fahrgestell von Autos oder Bahnen verwendet. Es gibt mehrere Grundtypen:

• Zugfedern: Sie wirken durch Zugspannung. Sie sollen sich nicht über ihre ursprüngliche Länge hinaus dehnen; nach Entlastung kehren sie in ihre ursprüngliche Länge zurück. Zugfedern werden unter anderem in Bremsbelägen und anderen Anwendungen eingesetzt, in denen Zugkräfte auftreten.
• Torsionsfedern: Diese Federn wirken durch ein Drehmoment; die Spirale wird verdreht und übt dabei eine Rückstellkraft aus. Torsionsfedern werden beispielsweise in Uhrenmechanismen verwendet.
• Flachfedern (Flat Springs): Bestehend aus dünnen Platten, die zugeschnitten und auf verschiedene Weisen gefaltet werden, um Energie bei Verformung zu speichern und nach Entlastung wieder ihre ursprüngliche Form anzunehmen. Sie werden häufig z. B. als Klammern verwendet.
• Blattfedern (Ballestas): Elastische Elemente, bestehend aus Stahlblechen unterschiedlicher Länge, die durch Klemmen zusammengefügt sind. Diese Federn werden auf Biegung beansprucht und finden hauptsächlich in der Federung schwerer Fahrzeuge Anwendung, da sie große Lasten aufnehmen können.

Federung und Aufhängung

Aufhängung (bestehend aus Reifen, Federn oder Blattfedern und Stoßdämpfern) sorgt dafür, dass Reifen kleine Unebenheiten der Fahrbahn absorbieren. Bei größeren Unebenheiten verformen sich die Federn, wodurch sich das Rad relativ zur Karosserie hebt oder senkt. Stoßdämpfer reduzieren dabei die Schwingungsamplitude und die Anzahl der Schwingungen der Federn oder Blattfedern.

Mechanische Energieaufnahme: Bremsen

Eine mechanische Energieaufnahmevorrichtung ist ein Gerät zur Umwandlung mechanischer Energie in Wärmeenergie durch Reibung. Eine der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Vorrichtungen dieser Art sind die Bremsen (im Originaltext oft als BREAKS bezeichnet).

Reibungsbremsen: Grundlagen

Bei Reibungsbremsen wird Energie in Wärme umgewandelt durch Reibung zwischen zwei Flächen — meist eine Metallfläche und eine Fläche aus einem speziellen Reibmaterial (im Originaltext als genericamente erwähnt). Reibungsbremsen werden grob in zwei große Kategorien eingeteilt: Scheibenbremsen und Trommelbremsen.

Scheibenbremsen

Die wichtigsten Komponenten sind:

• Die Scheibe (Teil, das mit der Welle oder der Achse mitdreht).
• Die Beläge/Pads (Friction-Elemente, die das Reibmaterial enthalten und gegen die Scheibe gedrückt werden).
• Der Bremssattel (nimmt die Beläge auf und überträgt die Bremskraft, häufig hydraulisch aktiviert).

Scheibenbremsen bieten in vielen Fahrzeugen hohe Bremskraft und gute Wärmeableitung.

Bremstrommeln

Eine Trommelbremse besteht im Wesentlichen aus drei Hauptteilen:

• Die Trommel (äußeres, rotierendes Bauteil).
• Die Bremsbacken (Reibelemente, meist Metallträger mit aufgebrachtem Reibbelag).
• Die Betätigungsmechanik (erlaubt, dass die Beläge die Oberfläche der Trommel erreichen; ihre Funktion variiert je nach Anordnung).

Bremsantriebe

Es gibt verschiedene Arten der Bremsbetätigung:

• Mechanische Betätigung — z. B. Fahrradbremsen, bei denen die Schuhe durch ein Kabel an die Felge herangezogen werden.
• Hydraulische Betätigung — weit verbreitet in Autos; die verwendete Flüssigkeit wird allgemein Bremsflüssigkeit genannt (im Originaltext wurde das Wort naceite erwähnt). Der hydraulische Antrieb basiert auf dem Pascalschen Prinzip.
• Pneumatische Betätigung — verwendet in großen Fahrzeugen, bei denen große Kräfte erforderlich sind; hier wird Druckluft zur Betätigung genutzt.

Reibungselemente und Lager

Reibungselemente sind Komponenten, die zwischen einem beweglichen Teil und dem Gehäuse oder anderen Teilen sitzen. Sie müssen Reibung und Verschleiß widerstehen und verhindern, dass andere, kritischere Teile beschädigt werden. Beispiele sind Bremsbeläge und Gleitlager.

Kugellager und Wälzlager reduzieren die Reibung zwischen beweglichen Oberflächen, indem sie Gleiten durch Rollen ersetzen.

Gleitlager (Lagern)

Gleitlager, auch Buchsen genannt, bleiben in ihrem Sitz und reiben die Welle. Die Lagerwerkstoffe sind meist weicher als die Welle oder Achse, sodass Verschleiß primär am Lager statt an der Welle auftritt. Häufig verwendete Materialien sind Kunststoff (für kleine Belastungen), Bronze (für mittlere Belastungen) und Stahl (für hohe Belastungen).

Kugellager

Kugellager bestehen aus Innen- und Außenringen, Wälzkörpern (Kugeln oder Rollen) und einem Käfig oder Gehäuse zur Aufnahme der Wälzkörper.

Radiallager

Radiallager unterstützen hauptsächlich Kräfte, die senkrecht zur Drehachse wirken (radiale Kräfte). Als Wälzkörper werden meist Kugeln oder Rollen eingesetzt; in speziellen Fällen werden Nadelrollen verwendet.

Axiallager (Axial-/Schraubenlager)

Axiallager unterstützen hauptsächlich Kräfte, die parallel zur Rotationsachse wirken (axiale Kräfte). Hier sind Wälzkörper typischerweise Kugeln oder Rollen.

Gemischte Wälzlager

Gemischte Wälzlager nehmen sowohl radiale als auch axiale Kräfte auf. Ein häufiges Beispiel sind Kegelrollenlager.

Schmierung (LUBRICATION)

Ein Schmierfilm ist eine Schicht aus Schmierstoff, die aufgebracht wird, um Verschleiß und Erwärmung zu verhindern. Es gibt drei grundlegende Arten der Schmierung:

• Tropfschmierung (mit externem Zutritt) — Öl tropft in kleinen Mengen auf die zu schmierenden Teile.
• Tauchschmierung — Teile sind in ein Ölbad eingetaucht (z. B. Getriebeteile in einem Ölbehälter).
• Zwangs- bzw. Umlaufschmierung — das Öl wird aktiv durch Leitungen gepumpt und verteilt (häufig in Hochleistungsanwendungen).

Eine geeignete Schmierung verlängert die Lebensdauer von Lagern und Reibungselementen und verbessert die Betriebssicherheit.