Technische Daten zur Federnproduktion
Technische Federn dienen den verschiedenartigsten Zwecken. Die Erfüllung ihrer Funktion hängt sowohl von der Formgebung als auch von der Wahl des Werkstoffes ab. Hierbei sind für den Werkstoff die Höhe der Beanspruchung, die Art der Belastung (statisch oder dynamisch), die Korrosionsbeständigkeit, die Leitfähigkeit und die Wärmebeständigkeit ausschlaggebend. Damit der zur Verarbeitung kommende Werkstoff der geforderten Qualität entspricht, sind eine Reihe von Prüfungsmethoden ausgearbeitet worden, die neben der Prüfung auf Maß und Festigkeit, auch die Verformbarkeit des Werkstoffes erkennen lassen.
Besondere Sorgfalt wird auf die Prüfung der Oberfläche gelegt, die frei von Rissen, Riefen und Narben sein muss. Auch metallografische Untersuchungen und chemische Analysen sind in die Prüfmethoden einbezogen, denn die Höhe des Kohlenstoffgehaltes und die Art des Gefüges sind Faktoren, die die Güte und die Verwendbarkeit des Werkstoffes beeinflussen. Alle diese Prüfungen dienen dazu, nur solche Werkstoffe zu verarbeiten, die den Vorschriften entsprechen und die Funktion der Feder gewährleisten.
Fertigungsarten
Die Fertigungsarten in der Federnherstellung sind mannigfaltig. Mit der fortschreitenden Technisierung der Fertigung tritt die automatische Herstellung immer mehr in den Vordergrund. Nur bei kleinen Stückzahlen oder besonderen Formgebungen spielt die Handanfertigung noch eine gewisse Rolle.
Mit den steigenden Ansprüchen, die im Hinblick auf Gleichmäßigkeit und Präzision bei technischen Federn gestellt werden, ist eine stetige Verbesserung und Weiterentwicklung der Maschinen und Arbeitsmethoden zu beobachten, die der Federnherstellung dient.
Federnprüfung
Um den heutigen Anforderungen in Bezug auf die Einhaltung der Toleranzen und sonstiger Gütewerte gerecht zu werden, müssen Federn mit hoher Präzision sorgfältigen Prüfungen unterzogen werden, die oft mehr Zeit in Anspruch nehmen als die Fertigung selbst.
Die Toleranzen und Gütewerte beziehen sich dabei auf die Maßhaltigkeit und die Belastungswerte ebenso wie auf Härte, Oberfläche und Dauerhubfestigkeit. Nach jedem Arbeitsgang werden die Federn überprüft und die Messergebnisse nach statistischen Methoden auf Kontrollkarten vermerkt. Die Reihe der Prüfvorgänge beginnt mit der Oberflächensichtprüfung. Die Prüfung der Belastungswerte geschieht mit Federprüfwaagen bzw. Federprüfautomaten.
Federn, die durch Härten und Anlassen eine Wärmebehandlung erfahren haben, werden auf Härteprüfgeräten kontrolliert. Neben der statischen Prüfung wird bei schwingend belasteten Federn eine dynamische Prüfung auf Dauerschwingmaschinen vorgenommen. Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl von Prüfungen, die notwendig sind, um eine Feder herzustellen, die den gestellten Anforderungen entspricht.
Oberflächenbehandlung
In der Oberflächenbehandlung lassen sich grundsätzlich unterscheiden:
Das Reinigen der Federn geschieht meistens in chemischen Lösungsmitteln. Durch Scheuern wird die Werkstoffoberfläche verbessert und die Güte der Feder günstig beeinflusst. Eine bei der Fertigung aufgetretene Grotbildung wird hierbei weitgehend beseitigt.
Eine zusätzliche Oberflächenverbesserung der Feder wird durch Strahlen erreicht. Darunter versteht man einen Vorgang, bei dem durch hohen Druck Drahtkörner auf die Oberfläche der Feder geschleudert werden und diese verfestigen. Die dabei an der Oberfläche entstehenden Druckspannungen wirken den vorhandenen Randspannungen entgegen und tragen dazu bei, die Dauerhubfestigkeit der Feder wesentlich zu erhöhen.
Die Oberfläche der Federn kann zum Schutz gegen Korrosion durch Verkupfern, Verzinken, Kadmieren usw. mit einem metallischen Überzug versehen oder durch Brünieren und Phosphatieren geschützt werden. Doch ist es nicht immer ratsam, Federn mit einem metallischen Überzug zu versehen, weil dadurch meist die Festigkeitseigenschaften verändert werden. Bei einem notwendigen Beizen, wie auch beim Galvanisieren selbst, kann in die Werkstoffoberfläche der Federn Wasserstoff eindringen, wodurch eine Versprödung der Randzone verursacht wird, die zu einem Bruch führen kann. Das Einölen schützt die Feder gegen Witterungseinflüsse während des Transportes und der Lagerung.
Wärmebehandlung
Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes werden in besonderem Maße durch die Wärmebehandlung bestimmt. Damit ein Werkstoff die für Federn verlangten Eigenschaften erhält, durchläuft er verschiedene Vergütungsprozesse.
Federn aus härtbarem Werkstoff werden gehärtet und angelassen. Die Federn werden durch gleichmäßiges Erwärmen auf die Härtetemperatur gebracht, mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit abgekühlt und daraufhin angelassen. Das Härten wird unter Schutzgas vorgenommen, um die Randentkohlung und die Verzunderung zu vermeiden. Die Anlasszeit und die Anlasstemperatur sind für das Verhältnis von Härte und Zähigkeit ausschlaggebend und verleihen der Feder die gewünschten Eigenschaften.
Federn aus federhartem Werkstoff werden bis auf einige Ausnahmen angelassen. Das Anlassen ist auch unter dem Begriff Temperieren, Bläuen oder Wärmeschlussbehandlung bekannt. Bei der Formgebung erfahren die federharten Werkstoffe mehr oder weniger große plastische Verformungen, die vor allem Biegeeigenspannungen hervorrufen. Um bei weiteren Beanspruchungen keine größeren plastischen Anteile zu schaffen, müssen diese Eigenspannungen weitgehend abgebaut werden. Das Abbauen wird durch den Vorgang des Anlassens innerhalb eng begrenzter Temperaturbereiche vorgenommen. Dabei werden gleichzeitig günstigere Federeigenschaften erzielt.
Es ist zu erwähnen, dass die durch das Anlassen auftretende Anlassfarbe keinen Maßstab für die Temperaturstufe darstellt. Vielmehr ist die Färbung der Oberfläche von verschiedenen Faktoren abhängig, so zum Beispiel von der Legierung des Werkstoffes, von dem die Feder während des Vergütungsprozesses umgebenden Medium sowie von der Zeitdauer des Anlassens. Wie bekannt, tritt bereits nach einer gewissen Zeitdauer die Farbe der nächst höheren Temperaturstufe auf.