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Bild: Federarbeit allgemein

Die Federarbeit bzw. die elastische Formänderungsarbeit einer Feder ergibt sich aus dem Integral der längs des Weges S wirkenden Kraft F. Sie entspricht damit der Fläche unterhalb der Kennlinie und gibt Auskunft über die Größe der in einer Feder gespeicherten potentiellen und in kinetische Energie wandelbaren Energie. Bei Federn mit linearer Kennlinie entspricht die verrichtete Federarbeit Wf der grün unterlegten 3x Fläche im Diagram. Während des Hubes δS wird eine Enegriemenge δWf gespeichert, die der gelb unterlegten Fläche im Diagram entspricht. Optimales Energiespeichervermögen besitzen Zugstabfedern. Bei diesen Federn kann jedes Volumenelement bis an die Beanspruchungsgrenze σZ ertragbar bzw. σZ zulässig des eingesetzten Werkstoffs beansprucht werden. Dabei ist zu beachten, dass die Festigkeit quadratisch eingeht und dass von dem eingesetzten Federwerkstoffvolumen um so mehr Energie gespeichert werden kann, je höher die Festigkeit des Materials und um so kleiner sein Elastitätsmodul ist. Am günstigsten im Hinblick auf das Energiespeichervermögen ist damit der Einsatz von hochfestem und möglichst nachgiebigem Material. Brauchbare Federwerkstoffe erfüllen jedoch diese beiden Bedingungen nicht gleichzeitig. So können beispielsweise mit Federstahl zwar hohe Festigkeitswerte Rm rund 2100 N/mm² verwirklicht werden, aber zugleich ist auch der Elastizitätsmodul von Stahl mit E rund 210 000 N/mm² recht hoch. Kunststoffe hingegen haben einen niedrigen Elastizitätsmodul, dafür aber auch eine deutlich niedrigere Festigkeit wie Stahl.

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