7 Fakten, die Sie vielleicht noch nicht über Federn und ihre Einsatzbereiche kennen

Federn sind nicht einfach nur Metallteile. Sie sind das Ergebnis von Physik, Ingenieurskunst und Erfindungsgeist und haben sich seit der Erfindung der ersten Feder durch R. Tradewell im Jahr 1763 bewährt. Seit ihren Anfängen werden Federn aufgrund ihrer vielseitigen Funktion in zahlreichen Branchen eingesetzt und haben Entwicklungen ermöglicht, die zuvor kaum vorstellbar waren.

Federn waren ein wichtiger Bestandteil von Apollo 11

Fakt 1

Während der Entwicklung von Apollo 11 wurden verschiedene Tests durchgeführt, um die Federn für das Ausfahren des Landegestells zu prüfen. Diese Tests fanden unter unterschiedlichen Bedingungen statt, darunter Salznebel, normale Umgebungsbedingungen und thermische Vakuumbedingungen. Die meisten Tests wurden unter normalen Umgebungsbedingungen durchgeführt, um die Bedingungen auf dem Mond nachzubilden. Die Berechnungen der Federenergie wurden durch praktische Tests bestimmt.

Im Rahmen der Prüfungen war außerdem ein Test unter Schwerelosigkeit erforderlich, um die benötigte Energie und die technischen Konzepte für eine erfolgreiche Mission zu validieren. Bei den frühen Tests für Apollo 11 zeigte sich, dass Funktion, zeitlicher Ablauf und Belastung die Ausfahrzeit beeinflussten. Nach dokumentierten Angaben testete NASA das Ausfahren des Landegestells für die Apollo-11-Mission bis zu 250 Mal.

Während der Zertifizierung kam es zu zwei Fehlern beim Ausfahren. Ursachen waren ein ungeeignetes Schmiermittel in thermischen Vakuumtests, Beeinträchtigungen durch die Isolierung und eine zu geringe Federenergie beim Landegestell von Apollo 9. Zu den Gegenmaßnahmen gehörten eine überarbeitete Isolierung, eine höhere Federenergie und strengere Prüfkriterien. Die Bauteilprüfungen konzentrierten sich auf Blattfedern und verbesserten das Verständnis ihres Verhaltens und ihrer Leistung.

Zwar kamen auch verschiedene andere Federn in der Konstruktion der Rakete zum Einsatz, beispielsweise in Mechanismen für Türen, Taster und weitere Komponenten. Die entscheidende Priorität lag jedoch auf der zuverlässigen Funktion des Landegestells. Unter den vielfältigen Federanwendungen hatte dessen Wirksamkeit die größte Bedeutung.

Foto von Brian McGowan

Der Burj Khalifa nutzt Federn in seiner Architektur 

Fakt 2

Viele Menschen wissen nicht, dass sich im Kern des höchsten Gebäudes der Welt, dem Burj Khalifa, große Federn befinden. Dieser markante Wolkenkratzer in Dubai nutzt einige der fortschrittlichsten technischen Lösungen, darunter ein abgestimmtes Massendämpfungssystem, das bei starkem Wind oder seismischen Ereignissen wie Erdbeben Stabilität und Sicherheit gewährleistet.

Der Burj Khalifa ist 828 m hoch beziehungsweise 830 m bis zur Spitze. Seine tragende Struktur musste so ausgelegt werden, dass sie den Bewegungen des Gebäudes und den Auswirkungen von Schwingungen standhält. Um dies zu erreichen, entwickelten die Ingenieure ein innovatives System mit einem massiven Betonblock von etwa 660 Tonnen, der strategisch vom 160. Stockwerk des Gebäudes abgehängt wurde. Dieser wirkt als Massendämpfer und reduziert das Schwanken des Gebäudes.

Die genaue Anzahl der beim Bau des Burj Khalifa verwendeten Federn ist nicht bekannt. Bekannt ist jedoch, dass der Bau mehr als 22 Millionen Arbeitsstunden erforderte und 39.000 Tonnen Bewehrungsstahl umfasst.

Foto von ZQ Lee

Federn werden weltweit in Staudämmen eingesetzt

Fakt 3

Staudämme wurden zunächst von Bibern gebaut. Später übernahmen Menschen dieses Prinzip und entwickelten daraus große, komplexe Bauwerke mit zahlreichen Funktionen. Frühe Staudämme bestanden häufig aus Materialien wie Fels oder Lehm. Moderne Bauweisen nutzen dagegen meist Beton.

Die besondere Leistung von Staudämmen liegt nicht nur in der Kontrolle von Wasser, sondern auch darin, die Energie fließenden Wassers zu nutzen und für den Menschen verfügbar zu machen. Von kleineren Staudämmen angetriebene Wasserräder waren in vorindustrieller Zeit ein verbreitetes Mittel zur Wassernutzung. Während der industriellen Revolution entwickelten sich daraus große Turbinen in industriellen Staudämmen. Das 20. Jahrhundert war durch den Bau zahlreicher Großstaudämme geprägt, um den steigenden Strombedarf zu decken. Ein bekanntes Beispiel ist der Hoover Dam, der 1936 fertiggestellt wurde. Mit dem riesigen Lake-Mead-Stausee in den USA reguliert er nicht nur den Wasserfluss, sondern trägt auch zur Trinkwasserversorgung bei.

Federn kommen in zahlreichen Anwendungen großer Staudämme zum Einsatz, darunter Tor- und Klappenmechanismen, Überlauf- und komplexe Hochwasserentlastungssysteme, Dehnungsfugen, Dämpfungssysteme, Druckentlastungsventile, seismische Isolierung und weitere Komponenten.

Foto von Jakob Køhn

Moderne Telefone enthalten Federn

Fakt 4

Ganz gleich, ob Sie ein iPhone, ein Android-Smartphone oder ein Festnetztelefon verwenden, mit hoher Wahrscheinlichkeit befindet sich darin ein Federmechanismus. Bereits bei den ersten Wählscheibentelefonen des späten 19. Jahrhunderts wurden die Ziffernscheiben mithilfe einer Feder in ihre Ausgangsposition zurückgeführt. Das erste Patent für ein Telefon mit Wählscheibe wurde 1892 Almon Brown Strowger erteilt. Die Ausführung mit den charakteristischen Fingerlöchern wurde 1904 eingeführt.

Moderne Telefone nutzen Federn auf vielfältige Weise. Dazu gehören Miniaturmotoren mit winzigen integrierten Federn, die Vibrationen bei Benachrichtigungen oder Anrufen ermöglichen, sowie Taster im gesamten Gerät, beispielsweise Sperrtasten oder Lautstärketasten.

Foto von Nathana Rebouças

Medizinische Herzschrittmacher

Fakt 5

Herzschrittmacher sind zwar weniger verbreitet als Telefone, aber unverzichtbare medizinische Geräte für Menschen mit unregelmäßigem Herzrhythmus. Sie helfen dabei, den Herzrhythmus zu stabilisieren und zu regulieren, indem sie kleine elektrische Impulse an das Herz abgeben.

Nach Schätzungen der British Heart Foundation wurden im Vereinigten Königreich bereits mehr als eine halbe Million Herzschrittmacher eingesetzt. Außerdem erhalten dort jedes Jahr schätzungsweise weitere 50.000 Menschen über den NHS einen Herzschrittmacher.

Federn in Herzschrittmachern dienen unter anderem dazu, Batterien zu sichern, zuverlässige elektrische Verbindungen herzustellen, den Elektrodenkontakt aufrechtzuerhalten, Magnetschalter zu ermöglichen, Sensormechanismen zu unterstützen, Mikrobewegungen auszugleichen sowie Gehäuse und Baugruppen korrekt zusammenzuhalten.

Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Federn in medizinischen Geräten eingesetzt werden?

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Foto von Wikipedia

Shinkansen, Japans Hochgeschwindigkeitszug

Fakt 6

Die großen japanischen Hauptinseln Honshu, Kyushu und Hokkaido sind durch ein Netz von Hochgeschwindigkeitsstrecken verbunden, das Tokio mit den meisten wichtigen Städten verknüpft. Eine der wichtigsten und schnellsten Reisemöglichkeiten ist der Hochgeschwindigkeitszug, der Geschwindigkeiten von bis zu 320 km/h erreicht. Die Tokaido-Shinkansen-Strecke, eine von neun Shinkansen-Routen, verbindet Tokio mit Osaka und verläuft von der Hauptstadt aus nach Süden.

Seit ihrer Einführung im Jahr 1964 wurden diese Strecken kontinuierlich weiterentwickelt. Kleine Fortschritte bei Geschwindigkeit und Sicherheit wurden unter anderem mithilfe von Federn erreicht. Sie tragen außerdem zum Fahrkomfort, zur Notbremsung und zur Schwingungsdämpfung bei.

Durch den Einsatz von Federn in diesen verschiedenen Bereichen der Zugkonstruktion können Shinkansen-Betreiber ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Sicherheit und Fahrkomfort erreichen. Federn absorbieren Stöße, erhalten die Stabilität und ermöglichen gleichmäßige Bewegungen. All dies trägt zum effizienten und zuverlässigen Betrieb dieser Hochgeschwindigkeitszüge bei. Darüber hinaus helfen sie, Schienenlärm zu reduzieren.

Foto von Fikri Rasyid

Der erste Flug der Gebrüder Wright

Fakt 7

Der erste motorisierte Flug der Gebrüder Wright im Jahr 1903 war ein historischer Meilenstein der Menschheitsgeschichte. Ihre Flugzeugkonstruktion vereinte technische Kreativität und innovatives Denken. Dazu gehörte auch der Einsatz von Federn, um einen erfolgreichen und kontrollierten Flug zu ermöglichen.

Der Einsatz von Federn durch die Gebrüder Wright zeigte ihr tiefes Verständnis technischer Prinzipien und ihr Ziel, einen kontrollierten Flug zu erreichen. Diese unscheinbaren Flugzeugkomponenten spielten eine entscheidende Rolle im Zusammenspiel von Auftrieb, Gleichgewicht und Steuerung, das den Flug ihres Flugzeugs ermöglichte. So wie Federn in Shinkansen-Zügen zum Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit, Sicherheit und Komfort beitragen, waren sie auch ein wichtiger Bestandteil des Ziels der Gebrüder Wright, den Himmel zu erobern und die Geschichte der Luftfahrt zu prägen.

Foto von History in HD

Federn und Geschichte: Fazit

Wie wir sehen, spielen Federn seit 1763 eine entscheidende Rolle in der Geschichte der Menschheit und sind auch heute noch von großer Bedeutung. Die einfache Möglichkeit, Energie aufzunehmen, zu übertragen und wieder abzugeben, ist eine besondere Eigenschaft, die bis heute durch keinen anderen Mechanismus vollständig ersetzt werden konnte. Heute gibt es zahlreiche Federarten, darunter Schraubenfedern, Druckfedern, Zugfedern, Drehfedern und viele weitere. Ihre Größen reichen von mikroskopisch kleinen Ausführungen bis zu über 1,83 m.