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SinnLeffers-Zentrale in Hagen

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