Eine gut konstruierte Feder hält selbst den anspruchsvollsten Umgebungen stand

Bei einer einwandfrei ausgeführten Federkonstruktion richtet sich die Konstruktionsarbeit nach der Anwendung und der Betriebsumgebung der Feder. 

Die schwierigsten Umgebungsbedingungen, die zu Veränderungen der Federeigenschaften führen, sind hohe und niedrige Temperaturen sowie Korrosion durch Feuchtigkeit und Chemikalien. Aus Sicht der Federfunktionalität muss man also die Betriebsbedingungen einer Feder kennen. Andererseits, wie kann man sich auf die Anforderungen der Umgebung vorbereiten, um eine maximale Lebensdauer der Feder zu gewährleisten? 

Die Wahl des Rohmaterials hängt von der Betriebstemperatur der Feder ab

Wird eine Feder bei hohen Temperaturen eingesetzt, lässt oft die Zugfestigkeit des Federmaterials nach und die Elastizität der Feder geht verloren. Die Feder verwandelt sich in einen weichen Eisendraht, der selbst keine Energie speichern kann. Typischerweise sind niedrige Temperaturen nicht so problematisch, aber bei Temperaturen deutlich unter -50 °C werden Federn spröde. Anwendungen mit hohen und niedrigen Temperaturen sind zum Beispiel in der Prozessindustrie alltäglich. 

Gewöhnliche Federmaterialien halten verschiedene Temperaturen relativ gut aus. Normaler Federstahl behält seine Eigenschaften bei Temperaturen bis 100 °C, während rostfreier Federstahl Temperaturen über 200 °C widersteht. Auch für höhere Temperaturen sind Lösungen verfügbar. Inconel, Nimonic und Hastelloy sind spezielle hitzebeständige Werkstoffe, die auch bei Temperaturen um 500 °C eingesetzt werden können. Für niedrige Temperaturen ist der Federstahl mit einem Betriebstemperaturbereich von -40…120 °C eine gute Lösung, oder der rostfreie Federstahl, der zwischen -50 und 250 °C gut funktioniert.

Schutz gegen Feuchtigkeit und korrosive Chemikalien ist möglich

Typischerweise können Federn im Freien, in Kontakt mit Luftfeuchtigkeit, verwendet werden. In solchen Fällen ist rostfreier Federstahl eine ausgezeichnete Wahl. Wird die Feder korrosiven Chemikalien ausgesetzt, sollte säurebeständiger Federstahldraht verwendet werden, der auch einem weiten Temperaturbereich standhält. 

Außerdem kann Korrosion durch elektrolytisches Verzinken, d. h. durch verzinkten Federstahl verhindert werden. Die elektrolytische Verzinkung ist eine gute Wahl für Orte, an denen die Feder ständig mit Luftfeuchtigkeit und gelegentlich mit Wasser in Kontakt kommt. Allerdings ist zu beachten, dass die elektrolytische Verzinkung nicht für alle Rohstoffe und Federn geeignet ist. Zum Beispiel bei Zugfedern mit eng aneinander liegenden Windungen gelangt Zink nur auf die sichtbaren Teile der Feder. Die elektrolytische Verzinkung kann auch die Eigenschaften einiger Rohstoffe verschlechtern oder bei ölgehärteten Federstahldrähten eine Wasserstoffversprödung verursachen.

Allerdings gibt es keine allgemeingültige Antwort auf die Frage, ob elektrolytische Verzinkung oder Edelstahldraht zum Einsatz kommen sollten oder nicht. Rostfreier Federstahl hat im Vergleich zu elektrolytisch verzinktem Federstahl eine bessere Korrosionsbeständigkeit, während gewöhnlicher Federstahl bessere Federeigenschaften hat. Rostfreier Federstahl ist auch viel teurer als gewöhnlicher Federstahl, weshalb galvanisierte Federn bei Serienfertigung sowie bei großen und schweren Federn günstiger sind. An anspruchsvollen Einsatzorten hingegen sind rostfreie oder säurebeständige Materialien oft die sinnvollste Lösung. Daher muss unter Berücksichtigung der Betriebsumgebung entschieden werden, ob Korrosionsbeständigkeit, Federeigenschaften oder Kosten die größte Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte. 

Durchdachte Federkonstruktion zur Optimierung der Kosten

TheDie Betriebsumgebung der Feder sollte bereits in der frühen Konstruktionsphase ausgearbeitet werden, da eine Nachbehandlung oder Verwertung wertvollerer Rohstoffe oft kostspielig ist. In der Konstruktionsphase kann das am besten geeignete Material oder die ideale Behandlung für die jeweilige Situation ausgewählt werden, wodurch die Herstellungskosten optimiert werden können.

Wenn Sie Fragen zur Federkonstruktion haben, berate ich Sie gerne, um die Konstruktionsarbeit zu unterstützen.

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