Federn So wählen Sie die optimale Feder aus

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Die optimale Metallfeder für den gewünschten Einsatzzweck auszuwählen oder anzufragen ist nicht immer einfach. Der Federnspezialist Gutekunst erklärt, welche Parameter bei der Auswahl von Metallfedern wichtig sind.

Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern, Federstecker, Flachfedern, Formfedern und viele Federnarten mehr – die Welt der Metallfedern ist komplex und umfangreich. Technische Federn leisten in unzähligen Produkten dauerhafte Arbeit im Verborgenen. Angesichts dessen kann die Auswahl der für eine Applikation jeweils am besten geeigneten Metallfeder schon mal einiges Kopfzerbrechen bereiten. Was also tun, um schnell und effizient die richtige Feder zu erhalten?

Basiswissen ist hilfreich

Der Metzinger Federnspezialist Gutekunst empfiehlt in diesem Fall den Besuch seines Online-Federnshops, wo man anhand von beispielhaften Produktbildern die passende Federnart auswählen und direkt im Katalogsortiment bestellen kann. Doch so einfach wie es Gutekunst seinen Kunden hier auch macht, die gewünschten Federn auszuwählen, ist es dennoch hilfreich, sich zuvor über die verschiedenen Metallfedernarten grundsätzlich zu informieren:

Bildergalerie

Druckfedern werden mit Abstand am häufigsten eingesetzt. Das liegt nicht nur an der Richtung der Krafteinwirkung, sondern vor allem an den überlegenen Belastungseigenschaften der Druckfeder. Denn Druckfedern können besser mit größeren Kräften umgehen, auch in Dauerfestigkeitsanwendungen mit über 107 Lastwechseln. Neben der großen Materialauswahl für die unterschiedlichen Anwendungen kann bei der Druckfeder die Einsatzvielfalt mit verschiedensten Oberflächenbehandlungen problemlos erweitert werden. Aufgrund der Leistungsdaten der Druckfeder ist es in manchen Fällen sogar sinnvoll, eine Zugfederanwendung auf eine Druckfeder umzubauen.

Zugfedern werden am zweithäufigsten eingesetzt. Überall dort, wo die Krafteinwirkung nicht auf Druck, sondern auf Zug erbracht werden muss, kommt man an der Zugfeder nicht vorbei. Insbesondere die spezielle Bauform mit den beidseitigen Ösen birgt einige Risiken, die bei der Zugfederauslegung berücksichtigt werden müssen. Auch, dass die Zugfeder bei einem Federbruch ihre Federkraft komplett verliert, sollte bei der Verwendung einer Zugfeder beachtet werden. Aufgrund der aneinander liegenden Windungen ist eine Oberflächenbehandlung der Zugfeder nur mit einem erhöhten Aufwand möglich.

Schenkelfedern werden bei Drehbewegungen eingesetzt, also überall dort, wo eine Biegebeanspruchung auftritt. Der Federkörper einer Schenkelfeder ist immer zylindrisch mit einer linearen Federkennlinie. Bei den Schenkelfedern kommt es eher auf die individuelle Schenkelform zur optimalen Krafteinleitung an. Wie bei der Zugfeder ist es auch bei der Schenkelfeder durch die aneinander liegenden Windungen schwierig, weitere Eigenschaften durch eine nachträgliche Oberflächenbehandlung aufzubringen.

Auf die Kennlinie kommt es an

Grundsätzlich werden Metallfedern nach ihrer Kennlinie beurteilt. Die Federkennlinie ist der Charakter der Metallfedern. Sie stellt das Verhältnis der Federkraft F zum Federweg s dar. Je nach Federntyp, Federnbauform, Windungsabstand und Federsystem kann man lineare, progressive oder degressive Federkennlinien erzeugen. Bei einer linearen Federkennlinie (Bild b: zylindrische Feder) wird die Kraft gleichmäßig abgegeben, bei einer progressiven Kennlinie (Bild a: konische Feder) verstärkt sich die Kraftentfaltung mit Zunahme der Belastung und bei einer degressiven Kennlinie (Bild c: Tellerfeder) verringert sich die Kraftentfaltung mit der Belastung.

Zu 95 % werden zylindrische Metallfedern mit linearer Federkennlinie eingesetzt. Daher haben alle Standardfedern aus dem Katalogsortiment von Gutekunst Federn eine zylindrische Bauform mit einer linearen Kennlinie.

Von Baumaßen, Kraftdaten und Werkstoffen

Nachdem man mittels Federkennlinie und Kraftverlauf den Charakter der Metallfeder und die Federnart bestimmt hat, müssen zur optimalen Auswahl und Auslegung noch folgende Eigenschaften festgelegt werden:

1. Baumaßdaten und Kraftdaten der Metallfeder

Welche Dimensionen hat der Einbauraum, in den die Metallfeder eingesetzt werden soll? Welchen Durchmesser und welche Länge darf bzw. muss die Metallfeder besitzen, damit sie eingebaut werden kann? Dazu wird die Einbausituation überprüft. Wird die Druckfeder durch einen Dorn oder innerhalb einer Hülse geführt, muss die Reibung während der Federarbeit in einer Hystereseschleife berücksichtigt werden. Bei einem Einbau der Druckfeder ohne Führung müssen die unterschiedlichen Knickgrenzen für die verschiedenen Federendlagerungen berücksichtigt werden. Bei Zugfedern ist dagegen wichtig, an welcher Position die Ösen eingehängt werden. So ist die optimale Krafteinwirkung bei Zugfedern zentrisch an beiden Ösen entlang der Federlängsachse. Sehr häufig werden Ösen auch seitlich ausgelegt. Und bei der Schenkelfeder müssen die Schenkelform und die Windungsrichtung an die Einbausituation angepasst werden. Bei Schenkelfedern ist es zudem wichtig, dass diese immer nur in Windungsrichtung belastet werden. Baumaße und Einbausituation sind Voraussetzung für die korrekte Auslegung der Feder. Hier dürfen auch die Toleranzwerte im ruhenden und belasteten Zustand, die bis zu ± 5 % der jeweiligen Maße betragen können, nicht außer Acht gelassen werden.

Zu den Baumaßen werden dann die geforderten Federkräfte F* bei den verschiedenen Spannungszuständen, nach zurückgelegtem Federweg s* oder gespannter Federlänge L* festgelegt (siehe technische Skizzen oben in diesem Beitrag). Meistens werden die Federn vorgespannt eingebaut, d. h. die Feder erzeugt bereits eine bestimmte Vorspannkraft im Ruhezustand. Diese Kraft wird als F1 (vorgespannte Federkraft) bezeichnet. Ebenso muss die benötigte Federkraft im gespannten Zustand, F2 (gespannte Federkraft), angegeben werden. Zu diesen beiden Federkräften müssen noch die jeweils zurückgelegten Federwege s1 und s2 oder gespannten Federlängen L1 und L2 bestimmt werden. Besonders bei dynamischen Belastungen kommt es auf den Federhub sh an, der den Federweg zwischen s1 und s2 bzw. zwischen L1 und L2 beschreibt. Je kleiner der Federhub ist, umso besser ist die dynamische Belastbarkeit der Metallfeder.

2. Federwerkstoff oder Grundeigenschaften

Zur Bestimmung des geeigneten Federwerkstoffs sind das Umgebungsmedium und der Einsatzzweck ausschlaggebend. Muss die Feder korrosionsbeständig sein oder gegen aggressive Säuren bestehen? Wird sie in der Lebensmittelbranche eingesetzt oder muss sie medizinisch rein sein? Daraus kann dann hergeleitet werden, welcher Federstahl der passende ist und ob die Notwendigkeit einer zusätzlichen Oberflächenbehandlung besteht.

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Auch die Einsatztemperatur beeinflusst entscheidend die Auswahl des passenden Werkstoffs. Es gibt bevorzugte Federstähle für Niedrigtemperatur- und für Hochtemperaturanwendungen. Besonders bei Hochtemperaturanwendungen muss die Relaxation des Federwerkstoffs bei der Kräfteauslegung berücksichtigt werden: Mit steigender Temperatur und Belastungsdauer tritt ein zunehmender Kraftverlust auf.

Aktuell 12.600 Federnbaugrößen ab Lager

Sobald Klarheit besteht, welche Federnart mit welchen Eigenschaften gesucht wird, kann man im Federnshop von Gutekunst die passende Federnart aus dem Katalogsortiment bestellen, das aktuell 12.600 Federbaugrößen ab Lager umfasst. Dazu klickt man zunächst einfach auf das Bild der gewünschten Federnart und landet damit automatisch im verfügbaren Produktangebot. In der Produktübersicht werden neben den Metallfedern aus Drahtmaterial in Kooperation mit Gutekunst Formfedern auch Metallfedern aus Flachmaterial angeboten. Dank dieser Kooperation steht die ganze Vielfalt der Metallfedern aus Rund- und Flachmaterial im Federnshop zur Verfügung.

Sollte kein Katalogsortiment angeboten werden, gelangt man zur individuellen Federnanfrage. Dort lassen sich die gewünschten Federndaten angeben, eine Zeichnung, Skizze oder CAD-Datei anfügen und der gewünschte Werkstoff oder Eigenschaft auswählen. Dank der vorgegebenen Eigenschaftenauswahl sind keine besonderen Werkstoffkenntnisse notwendig.

Technische Federn

Auslegung von Metallfedern – Grundlagen

Gutekunst bietet für die Herstellung der Metallfedern alle gängigen Federwerkstähle. Auf der Grundlage seiner Fertigungsmöglichkeiten – der Maschinenpark umfasst unter anderem 170 Federautomaten – und der enormen Federnvielfalt sieht sich Gutekunst in der Lage, flexibel auf die Artikelanforderungen der Kunden zu reagieren. Das nach ISO 9001 und 14 001 zertifizierte Unternehmen beliefert Kunden aus allen Branchen: Automotive, Maschinenbau, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Landwirtschaft, Lebensmittel und viele mehr.

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