Wissenswertes

Das Phänomen Feder

Zitat aus der Festschrift zum 50-jährigen Jubiläum 1958:

Es sind die Eigenschaften, welche man von der Feder zuerst wahrnimmt. Die Feder steht für Schwingung, Biegsamkeit, Flexibilität sowie Elastizität. Als Feder bezeichnet man in der Technik Bauteile, die unter Belastung nachgeben und nach Entlastung in die ursprüngliche Gestalt zurückkehren. Die Elastizität ist die besondere Eigenschaft einer Feder, es ist die Eigenschaft von Werkstoffen, die unter der Einwirkung äußerer Kräfte mit einer reversiblen Formveränderung reagieren und sich elastisch verformen. Federwerkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass auch bei größeren Dehnungen und anschließendem Entspannen keine bleibende Verformung eintritt (siehe auch Hooksches Gesetz).

Folglich versteht man unter einer Feder ein Konstruktionselement, das unter Veränderung seiner Form mechanische Energie aufnehmen und abgeben kann. Diese Aufgabe stellt nicht zuletzt an den Werkstoff hohe Ansprüche, der trotz starker Belastung keine dauerhafte Verformung davontragen darf. Federn können mechanische Kraft nicht nur speichern und abgeben, sie können diese durch Reibung auch in Wärmeenergie umwandeln. Damit finden Federn für sehr unterschiedliche Aufgaben Verwendung.

Sie dienen als Energiespeicherelement, beispielsweise als Aufzugsfedern in mechanischen Uhren. Nutzt man dagegen die Proportionalität zwischen Kraft und Verformungsweg, kann man Federn auch als Messelement einsetzen. Darüber hinaus werden sie als Ruheelement z.B. zur Kraftverteilung oder zum Kraft- und Wegausgleich und zur Erzeugung von Vorspannkräften sowie als Lagerelement genutzt, wobei die Biege- und Verdrehelastizität des Werkstoffes für Bewegungen innerhalb eines begrenzten Bereichs ausgenutzt werden (so bei Federgelenken, Federführungen und Drehspulen). Federn sind in der Hauptsache Energieumformer und werden deshalb besonders als Schwingungs- und Dämpfungselement (Achsfedern, Pufferfedern) und in schwingungsfähigen Systemen genutzt.

Wesentlich für die bestmögliche Funktion des Konstruktionselementes Feder sind drei Aspekte:

Der Federentwurf, das Design beispielsweise bezüglich der Federart sowie der speziellen Kundenforderungen. Vielfach geht es um Gewichtsreduzierung und Bauraumoptimierung bei einer möglichst langen Lebensdauer des Federelements.

Die Werkstoffeigenschaften sind von ausschlaggebender Bedeutung. Hohe Festigkeiten und große Elastizitätsbereiche der Werkstoffe sind gefordert. Aus diesem Grund werden in erster Linie Drähte und Bänder eingesetzt. Spezielle metallische Werkstoffe wurden entwickelt. Neben Metallen werden auch Gummi, Gas oder Faserverbundstoffe für spezielle Federn eingesetzt. Voraussetzung für jede zuverlässige Feder ist eine hohe Materialgüte, wobei in erster Linie die Festigkeit sowie ein großer Elastizitätsbereich von Bedeutung sind.

Schließlich ist die wirtschaftliche Fertigungsmethode unter Beachtung aller qualitätsrelevanten Forderungen ein wichtiger Aspekt in der Federntechnik. Heutzutage werden dominierend federharte Werkstoffe mittels der Kaltumformung verarbeitet. Im Rahmen der Warmverformung werden weiche Federwerkstoffe eingesetzt, die entsprechend weiterbearbeitet werden.

Die drei genannten Aspekte machen deutlich, dass die Entwicklung der Federntechnik nicht isoliert betrachtet werden kann, sondern eng mit unterschiedlichen Fertigungszweigen verknüpft ist. Neben der Metallurgie führten auch der Maschinenbau, die Eisenbahn- und Automobiltechnik sowie die Feinwerktechnik dazu, dass im Laufe der letzten beiden Jahrhunderte ein eigenständiger Industriezweig zur Federnherstellung entstanden ist.

Heute ist die Branche durch ein hohes Maß an Automatisierung gekennzeichnet, die auf Grund der Entwicklung spezieller Einrichtungen und Maschinen erreicht werden konnte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden die ersten halb- und vollautomatischen Federwickelmaschinen, die heute neben Mikrorechner gesteuerten Federwinde-, -biege- und -prüfautomaten eingesetzt werden.