Kräfte bei Federn - Unterschiedliche Kräfte bei gleichem Weg

[Peter (peterm56)]

Hi,

bin von Ausbildung und Co. eher im elektrischen Bereich unterwegs, muss 
jetzt aber auch mechanische Themen in meinem Bereich übernehmen und habe 
ein Verständnisproblem bei den wirkenden Kräften von Federn.

Ich hab ein sehr genaue Messmaschine, die einen Weg s mit konstanter 
Geschwindigkeit v ausführen kann. Gleichzeitig nimmt diese Maschine, die 
auf sie wirkende Kraft F kontinuierlich auf. Die Genauigkeit (nicht 
Auflösung) für den Weg  liegt bei 0,05 mm, für die Kraft liegt diese bei 
0,1 N.

Ich presse mit dieser Maschine eine Feder zusammen. Dabei verfahre ich 
einen Weg von 3 mm. Ich messe bei diesen 3 mm eine Kraft von 5N. Jetzt 
presse ich die Feder weiter auf 5 mm zusammen (laut Datenblatt könnte 
man sie noch um 20 mm zusammenpressen) und entspanne sie dann wieder mit 
konstanter Geschwindigkeit bis ich wieder auf 3 mm bin. Jetzt messe ich 
eine Kraft von nur 4,5N (statt 5N). Ich kann diesen Test 10 mal mit der 
gleichen Feder wiederholen und komme eigentlich immer auf einen 
Unterschied von 0,5 N je nachdem, ob die Feder vorher entspannt oder 
gespannt war.

Woher kommt dieser Unterschied in der Kraft? Die Feder an sich ist 
meiner Meinung nach immer noch in einem elastischen Zustand, d.h. sie 
ist nicht verformt oder sonst etwas.

Was wären denn Stichwörter zu dem Thema, die mir weiterhelfen könnten?

[Michael B. (laberkopp)]

Peter schrieb:
> Woher kommt dieser Unterschied in der Kraft?

Hysterese.

https://www.me-systeme.de/forum/grundlagen-f12/kraftmessung-genauigkeitsbewertung-t218.html

So, wie Blech nach dem abkanten noch zurückfedert, so bleiben Federn 
(egal welche) noch etwas kürzer nachdem sie gestaucht wurden. Das wird 
verstärkt noch durch Reibung in der Lagerung.

Es gibt nicht nur elastisch vs. duktil.

[Peter (peterm56)]

Vielen Dank für die schnelle Antwort.

Das Stichwort Hysterese hilft mir sehr weiter. Da kann ich mich auf 
jeden Fall weiterinformieren.

Um mein Verständnis gegen zu prüfen, ohne dass ich das jetzt 
messtechnisch geprüft habe, stimmt dann folgende Aussage?

Wenn ich die Feder auf die maximale Länge 20 mm stauche (statt nur auf 5 
mm), wird die Differenz an der Messstelle 3 mm, auf jeden Fall höher 
sein, also eine geringere Kraft messbar sein. Ich hab zwar mehr Arbeit 
verrichtet um die Feder zu spannen, aber es wird vermutlich auch ein 
höherer Verlust durch Reibung und Co. auftreten.

Oder lässt sich das so pauschal nicht beantworten.

[Michael B. (laberkopp)]

Peter schrieb:
> Oder lässt sich das so pauschal nicht beantworten.

Pauschal stimmt es, aber nicht bei doppeltem Stauchweg auch doppelte 
Hysterese, sondern es wird immer weniger dazukommen.

[Jens G. (jensig)]

Peter schrieb:
> Oder lässt sich das so pauschal nicht beantworten.

Es kann auch sein, daß Deine Meßeinrichtung einen Teil der Hysterese 
beiträgt.

[Joe L. (joelisa)]

Peter schrieb:
> bin von Ausbildung und Co. eher im elektrischen Bereich unterwegs, muss
> jetzt aber auch mechanische Themen in meinem Bereich übernehmen und habe
> ein Verständnisproblem bei den wirkenden Kräften von Federn.

Aus https://blog.federnshop.com/auslegung-metallfedern-grundlagen/:
"Die Hysterese
Das Federungsverhalten kann durch äußere Reibung beeinflusst werden. 
Diese Reibungskräfte behindern die Rückverformung der Feder. Bei einer 
Wechselbeanspruchung äußert sich dies in Form einer Hystereseschleife. 
Ein Teil der Federarbeit wird dabei durch die Reibung in Wärme 
umgewandelt und geht dann „verloren“. Da dies beim Einsatz von Federn 
unerwünscht ist, sollte jegliche Reibung konstruktiv durch Anordnung und 
Gestalt der Federn vermieden werden."