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Titelstory

Federn bewegen die Welt

Motor und Mausefalle, Bahntechnik und Kugelschreiber: Gleich, welche Funktion technische Konstruktionen auch haben mögen, ohne Feder wären die meisten nutzlos.

Die Funk­tion­sweise von Me­t­allfed­ern ist denk­bar ein­fach. Es sind kleine Kraft­speich­er, die bei Be­las­tung En­ergie aufneh­men und bei Ent­las­tung wied­er abgeben. Fed­ern sind ein rein mech­anisch­es Pro­dukt und ste­hen für Sch­win­gung, Biegsamkeit, Flex­i­bil­ität sowie Elas­tiz­ität. In ihr­er wohl pop­ulärsten Form ken­nt sie jed­er vom Kugelschreiber: die un­schein­bare Druckfed­er. Diese tech­nische Fed­er kann – et­wa im Kugelschreiber – mil­lio­nen­fach hergestellte Massen­ware sein eben­so wie High-End-Pro­dukt, et­wa als kom­plex­es und sehr an­spruchsvolles Bauteil in Hochtem­per­a­tur­bereichen der Au­to­mo­bil- oder Luft­fahrtin­dus­trie. Ob Türk­linke, PC-Tas­ta­tur oder Mause­falle – gleich, welche Funk­tion tech­nische Kon­struk­tio­nen auch haben mö­gen, ohne Fed­er wären die meis­ten nut­z­los. Fed­ern wer­den in Gara­gen­toren, Sch­lössern, aber auch in Re­lais benötigt, sie wer­den ver­baut als Klapp­mech­anis­men für Bet­tkästen, in Spielzeu­gen und Ther­mos­tat­en. Ein her­aus­ra­gen­des Beispiel sind Kraft­fahrzeuge: Damit alle Kom­po­nen­ten richtig und zu­ver­läs­sig funk­tionieren, sind in einem Pkw gut 8.000 Fed­ern ver­baut. Dort ver­richt­en sie ihre Ar­beit in allen tech­nischen Sys­te­men, in den Rad­lagern und Brem­sen, in den An­triebs- und an­deren Mo­toren, in der Bor­delek­tronik, in Kli­maan­la­gen, in Beleuch­tungs- und In­for­ma­tionssys­te­men, in den Türmech­anis­men, Sitzen und der In­nen­raumverk­lei­dung.

Leo­nar­do da Vin­ci war sein­er Zeit weit vo­raus


Tech­nische Her­aus­forderun­gen bee­in­flussten einst auch die his­torische En­twick­lung der Fed­er: Der ge­niale Erfin­d­er Leo­nar­do da Vin­ci ist auch Vor­reit­er, wenn es um Fed­ern ge­ht. Spi­ralfed­ern wur­den schon in Hängesch­lössern einge­set­zt, als er im Jahre 1500 tech­nische Kon­struk­tion­szeich­nun­gen von Rad­sch­lössern zeit­genös­sisch­er Gewehre fertigte. Noch heute wer­den die gleichen Fed­er­for­men für Abzug und Hahn genutzt. Da Vin­ci er­fand aber auch ei­nen Flu­gap­parat sowie ein Mo­tor­fahrzeug mit Spi­ralfed­er­an­trieb. Damit war er sein­er Zeit um Län­gen vo­raus: Die Ideen waren zu da Vin­cis Zeit tech­nisch noch gar nicht um­setzbar, weil es die Werk­stoffe und Her­stel­lung­stech­niken noch gar nicht gab. Auch Peter Hen­lein spielte eine wichtige Rolle. Der Kun­stschloss­er aus Nürn­berg gilt als Erfin­d­er der Taschenuhr. Um 1510 baute er eine am Kör­p­er trag­bare Uhr. Hen­leins Er­folg lag in der Verk­leinerung der Zugfed­er. Durch eine Feder­bremse erzielte er eine gleich­mäßige, ver­langsamte Ab­gabe der An­trieb­skraft; Hen­leins Uhren lie­fen bis zu 40 Stun­den, bevor sie aufge­zo­gen wer­den mussten.

Hoch­fester und elastisch­er Fed­er­draht


Der zuneh­mende Ein­satz von Maschi­nen in der Pro­duk­tion ver­größerte sch­ließlich den Ab­satz­markt für Fed­ern, bee­in­flusste aber auch deren Her­stel­lung: Spezielle Ein­rich­tun­gen und Maschi­nen, wie die Fed­er­wick­el­mas­chine, wur­den kon­struiert. Auch die Qual­ität des Ma­te­rials wurde durch Fortschritte in der Me­t­all­tech­nik ständig verbessert. Eine be­son­dere Wärme­be­hand­lung er­möglichte ab 1870 die Her­stel­lung hoch­fester und sehr elastisch­er Fed­er­drähte. Schon 1882 wurde die „Fed­ernge­mein­schaft“, der Vor­läufer des heuti­gen Fed­ern-Ver­ban­des, ge­grün­det. Schie­nen­fahrzeugfed­ern wur­den Ende des 19. Jahrhun­derts zum wichti­gen Branchen­pro­dukt. Diese Blatt-Tragfed­ern und Puf­ferfed­ern wur­den von eini­gen weni­gen Stahl­w­erken ge­fertigt, die im Laufe der Zeit zu Groß­be­trieben auf­stie­gen. Bah­n­tech­nik spielt auch heute noch eine wichtige Rolle, die Au­to­mo­bilin­dus­trie ist aber der größte Ab­neh­mer von Fed­ern: Rund die Hälfte der Pro­duk­tion ist für sie und ihre Zulief­er­er bes­timmt, der an­dere Teil fließt in die ver­schie­den­sten Branchen wie Maschi­nen- und An­la­gen­bau, Ap­parate­bau, Schie­nen­fahrzeug­bau, Luft­fahrtin­dus­trie, Elek­tro- und Elek­tronik-In­dus­trie, Haushalts­geräte-In­dus­trie und Mediz­in­tech­nik. Au­to­mo­bile sind ohne Fed­ern in un­ter­schiedlich­sten Größen nicht denk­bar. Ob Pol­sterung oder Radfederung – diese Kom­po­nente fährt im­mer mit. Die Federung ist beispiel­sweise ein Teil des Fahr­w­erks. Mit ihr­er Hilfe kön­nen Räder den Fahr­bah­nuneben­heit­en fol­gen und für eine gleich­mäßige Bo­den­haf­tung sor­gen, während der Rest des Fahrzeugs sich nur un­merk­lich auf und ab be­wegt. Und nur ein Sitz mit ein­er gut gefed­erten Pol­sterung ist be­quem. Tausende weitere Fed­ern fahren eben­falls mit: Ven­tilfed­ern hal­ten und sch­ließen in einem Ver­bren­nungs­mo­tor die Ein­lassven­tile für das Kraft­stoff-Luft-Gemisch sowie die An­lassven­tile für die Ab­gase und Ver­bren­nungs­rück­stände. Außer­dem begeis­tert den Fed­ern­markt die En­twick­lung der Elek­troin­dus­trie, die laut des Ver­bands der Deutschen Fed­ernin­dus­trie (VD­FI) mit 13 Prozent in Deutsch­land der zweit­stärk­ste Ab­neh­mer sein­er Pro­dukte ist. Fed­ern sind ein wichtiger Teil von Tur­bi­nen und Iso­la­toren bei der Stromerzeu­gung. Der dritt­größte Markt der Fed­ern­branche ist der Maschi­nen­bau. Zehn Prozent ihr­er Pro­dukte ge­hen in diese An­wen­dung. Wo Kraft an Maschi­nen wirkt, sind tech­nische Fed­ern nicht weit. Gleich­falls keine Fed­ergewichte sind die Ab­neh­mer aus Mediz­in­tech­nik, Lebens­mit­telin­dus­trie, Schie­nenin­dus­trie, Ge­bäude­tech­nik, Op­tik, Uhren, Spiel­waren und Büro­maschi­nen.

120 Her­steller in Deutsch­land


Aktuell erzeugt die eu­ropäische Fed­ernin­dus­trie per an­num Fed­ern im Wert von mehr als drei Mil­liar­den Eu­ro. Die meist klei­nen oder mit­tel­ständischen Un­terneh­men, et­wa 120 davon in Deutsch­land, gel­ten als solide und bo­den­ständig. In Deutsch­land wer­den Fed­ern mit einem Ge­samt­gewicht von 500.000 Ton­nen ge­fertigt, 13.000 Mi­tar­beit­er wer­den gezählt. Die Un­terneh­men pro­duzieren die meis­ten Fed­ern auf Fed­er­win­de­maschi­nen, in Stanz-Biegeau­to­mat­en oder in Bear­bei­tungszen­tren durch Kalt­for­men. Die Wahl des Aus­gangs­ma­te­rials, Draht oder Band aus Fed­er­stählen oder Nichteisen­me­t­allen, hängt von der An­wen­dung der Fed­er und den Ein­satzbe­din­gun­gen ab. Die Abmes­sun­gen im Falle von Draht reichen von et­wa ne­un Mil­lime­ter Durchmess­er bis hi­n­un­ter zu 0,03 Mil­lime­ter, de­rartige Fed­ern für die Fein­w­erk­tech­nik wer­den auf Maschi­nen mit Mikroskop-Auss­tat­tung ge­fertigt.

An­forderun­gen kom­plex


Die An­forderun­gen an Fed­ern sind meist sehr kom­plex, die For­men­viel­falt ist de­ment­sprechend groß. Grob lassen sie sich nach der Bean­spruchung (Zug-, Druck- oder Tor­sionsfed­ern) oder dem Ausse­hen (Schrauben-, Teller-, Spi­ral-, Blattfed­ern) un­terteilen. Rech­n­erges­teuerte Fer­ti­gungs­maschi­nen und Com­put­er mit Soft­ware zum Kon­struieren, zur Si­m­u­la­tion der Ei­gen­schaften und zur Steuerung von Fer­ti­gungs­abläufen, längst Stan­dard ein­er mod­er­nen Fed­ern­fab­rik, er­möglichen es Her­stellern, rasch und flex­i­bel auf Kun­den­wün­sche zu reagieren. Über Fachver­bände wie den VD­FI ar­beit­en Fed­ern­her­steller mit Forschungsin­sti­tuten zusam­men eben­so wie mit Her­stellern von Aus­gangs­ma­te­rial, Maschi­nen und Prüf­sys­te­men. Fed­ern mit im­mer präzis­er vorher­sag­baren, re­pro­duzier­baren Langzeit­ei­gen­schaften sind die Her­aus­forderung, Las­er-Ver­fahren und op­toelek­tronische Messtech­niken kom­men eben­so zum Ein­satz wie Kun­st­stoff-Ver­bund­stoff-Fed­ern. Die Branche ist ger­ade dabei, neue Stan­dards zu definieren und mit Ther­mo­plas­ten höhere Leis­tun­gen bi­eten zu kön­nen, als es mit bis­lang einge­set­zten Ma­te­rialien möglich ist.
Rein­hold Häken | re­dak­tion@­sued­west­falen-ma­n­ag­er.de

Ausgabe 07/2017