Was ist eine Konstantkraftfeder?
Bei den meisten Federtypen ist die Kraft, die ausgeübt wird, wenn diese Feder zusammengedrückt und dann entspannt wird, proportional zu der Strecke, um die sie gedehnt wurde. Eine Feder mit konstanter Kraft befolgt im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Feder diese Regel nicht. Infolge der physikalischen Konstruktion der Konstantkraftfeder bleibt die Kraft, mit der sie zurückfährt, konstant. Federn mit konstanter Kraft sind daher in vielen Anwendungen nützlich, in denen eine konstante Rückstoßkraft wichtig ist.
Das Verhalten gewöhnlicher Federn kann durch eine mathematische Gleichung beschrieben werden, die als Hookesches Gesetz bekannt ist. Dieses Gesetz besagt, dass die Kraft einer zurückspringenden Feder in Richtung des Rückstoßes gleich dem Abstand der Federverschiebung vom Gleichgewicht ist - mit anderen Worten, wie weit sie gedehnt wurde - multipliziert mit einer mathematischen Konstante, der Federrate. Die Feder fährt in die entgegengesetzte Richtung zurück, in die sie gespannt wurde. Da sich viele elastische Materialien auf diese Weise verhalten, findet das Hookesche Gesetz breite Anwendung auf dem Gebiet der Physik.
Das Hookesche Gesetz gilt nicht für Federn mit konstanter Kraft, da ihre Rückstoßkraft über ihren Bewegungsbereich konstant bleibt. Dies wird durch ihr einzigartiges physikalisches Design erreicht, das aus einem dünnen, gewickelten Stahlband besteht. Konstantkraftfedern liegen im entspannten Zustand, wenn sie vollständig aufgerollt sind, und werden beim teilweisen oder vollständigen Abrollen mit Kraft beaufschlagt. Beim Loslassen springt die Feder zurück, indem das verlängerte Band wieder zu einer festen Rolle gezogen wird. Da die Rückstoßkraft hauptsächlich von einem Teil kommt, der der aufgewickelten Rolle am nächsten liegt, wird eine konstante Kraft aufrechterhalten.
Eine übliche Anwendung der Konstantkraftfeder ist in den Maßbändern zu sehen, die in Haushaltsanwendungen und im Bauwesen verwendet werden. Ein typischer Bandmaßmechanismus besteht aus einem dünnen Metallband, das um eine Innentrommel in einem Kunststoffgehäuse gewickelt ist. Wenn das Maßband herausgezogen und verriegelt wird, wird der Feder Kraft verliehen. Sobald die Verriegelung gelöst ist, wird das Farbband automatisch in das Kunststoffgehäuse zurückgezogen. Dieses Zurückziehen wird durch den Rückstoß der Rolle erreicht, die als eine Feder mit konstanter Kraft wirkt.
Viele andere Geräte mit automatischem Rückzug nutzen ebenfalls die Konstantkraftfeder. Einige Beispiele sind Autosicherheitsgurte, Fensterauswuchten, Sitzlehnen und Tacker. In all diesen Anwendungen muss die Kraft, die das Gerät erzeugt, konstant sein und sich jedes Mal gleich verhalten, wenn es auf kleinem Raum wirkt. Federn mit konstanter Kraft erfüllen beide Bedingungen, da sie eine konstante Kraft ausüben und auch fest gewickelt werden können und ein großes Stück Band in einen Bereich mit geringer Größe passen.