Federn - einfach komplex

Einer der erfolgreichsten, Gutekunst, gönnt sich sogar einen recht exklusiven Standort im Schatten der Hugo Boss Konzernzentrale. Hier in Metzingen am Fuß der schwäbischen Alb entstehen seit nunmehr 40 Jahren Zug-, Druck und Schenkelfedern aus Rundstahl. Geheimnis des Erfolgs ist unter anderem ein umfassendes Katalogangebot von 10000 verschiedenen Federtypen, die selbst in Kleinmengen innerhalb 24 Stunden ab Lager lieferbar sind. Doch das ist nur die halbe, oder genauer gesagt 60 Prozent der Wahrheit.

40 Prozent aller Federn aus Metzingen sind Sonderanfertigungen, Tendenz steigend. Was macht gewickelten Draht so komplex? Gründe, den Katalog aus der Hand zu legen, das CAD-System anzuwerfen und sich mit dem Kunden an einen Tisch zu setzten, gibt es für die Konstrukteure viele. Eher selten wird dabei eine spezielle Federkennlinie gewünscht, häufigster Grund für Sonderkonstruktionen sind individuelle Ein- und Anbindungen der Feder, aber auch Handhabung und Oberflächenbehandlung weichen oft vom Standardangebot ab.

Mit DIN und Erfahrung
Die Arbeit an der Feder nach Kundenwunsch beginnt routinemäßig mit der Bestimmung der geeigneten Kennlinie. Physik und DIN geben hier eindeutige Vorgaben, unzählige Programme erledigen die Rechenarbeit. „Ganz so einfach ist es leider nicht,“ wirft Jürgen Mugrauer ein, der unter anderem die Online-Version des hauseigenen Federberechnungsprogramms im Internet betreut. „40 Jahre Erfahrung in der Schraubenberechnung haben uns gelehrt, dass die DIN nicht immer weiter hilft. Daher haben wir uns schon vor längerer Zeit entschlossen, ein eigenes Programm zu entwickeln, in das all unser langjähriges Know-how eingeflossen ist – vor allem in den Bereichen Dauerfestigkeit und Einsatz bei extremen Temperaturen. Der Anwender kann die ihm bekannten Parameter vorgeben und anhand zahlreicher Diagramme wie Kraft-Weg oder Goodman seine Auswahl verfeinern. Ist die richtige Feder gefunden, können deren Konstruktionsdaten in über 80 verschiedenen 2D- und 3D-Dateiformaten direkt ins CAD-System des Kunden exportiert werden.“ Das Programm ist dabei ganz bewusst für die allgemeine Federberechnung ausgelegt und nicht nur eine reine Auswahlhilfe für das eigene Katalogangebot. Mit allein 20000 Online-Zugriffen pro Monat hat sich das ebenfalls kostenlos auf CD erhältliche Programm inzwischen zum Standard entwickelt. „Und es kommt schon mal vor, dass große Firmen bei uns anfragen, weil sie teure Softwarepakete zur Federberechnung unternehmensweit durch unser Programm ersetzen wollen,“ fügt Mugrauer nicht ohne Stolz hinzu.

Nach Festlegung der Windungsgeometrie und der Wahl des richtigen Materials – knapp 40 verschiedene Federstähle sind ab Lager verfügbar – geht es für die Konstrukteure erst so richtig los. Die Gestaltung der Ösen und Schenkel zur zuverlässigen Einbindung der Federn in die übrige Konstruktion macht einen großen Teil der Arbeit aus. „Insbesondere die Form und Dicke der Öse bei Zugfedern ist ein kritischer Punkt,“ weiß Ulrich Wohnus, Mitglied des Metzinger Konstruktionsteams, „und gerade im Hinblick auf die Dauerfestigkeit ist hier Vorsicht angebracht. Manchmal kann es daher sinnvoller sein, die Maschinenkonstruktion umzustellen und eine Druckfeder einzusetzen.“ Oft sind es auch ausgefallene Schenkelformen, die der Kunde wünscht. Und so kann schon mal eine Feder für ein Handschuhfach zu einer echten Herausforderung werden, wenn ihre komplizierte Schenkelgeometrie möglichst in einem Arbeitsgang auf einer der modernen CNC-Biegeautomaten gefertigt werden soll.

Federn der Form wegen
Bei manchen Sonderwünschen steht allerdings weniger die Federkennlinie als die Schraubenform als solches im Vordergrund. Wohnus zieht eine Feder aus seiner Musterkiste, die ein wenig an eine überdimensionale Bettfeder erinnert: „Das ist die Förderschnecke eines Kanban-Lagers für Betriebsmittel, in ihrer Funktion ähnlich den Förderschnecken wie Sie sie aus den Süßigkeitsautomaten am Bahnsteig her kennen. Apropos Süßigkeiten: Auch als Formen zum Backen von Schillerlocken aus Blätterteig kommen unsere Federn zu Einsatz. Und selbst Schmuckhersteller fragen von Zeit zu Zeit bei uns an.“

Ein weiterer Grund für Sonderkonstruktionen kann das Handling der Federn sein. Wer schon mal versucht hat einen Haufen Federn zu entwirren, weiß wie Zeit raubend, entnervend und damit kostspielig das ist. Und nicht immer helfen Federnentwirrgeräte hier weiter. Das Verknäulen kann jedoch durch bestimmte Wicklungsformen unterbunden werden. Ein gutes Beispiel hierfür, wenn auch kein typisches Gutekunst-Produkt, haben Sie vielleicht gerade in der Hand. Schrauben Sie mal Ihren Kugelschreiber auf und schauen sich die Feder genauer an. Meist sind diese in der Mitte auf Block gewickelt oder an den Enden erweitert. „Das hat natürlich nichts mit der Federkennlinie zu tun,“ erklärt Wohnus, „sondern soll einzig und allein ein Verhaken der Federn beim Handling vermeiden. Auch wir wenden diese und ähnliche Verfahren zuweilen an, um dem Kunden die Handhabung der Federn zu erleichtern.“ Generell wird dem Thema der weiter­verarbeitungsgerechten Verpackung in Metzingen hohe Aufmerksamkeit gewidmet. Hohe Stückzahlen für die Serienfertigung wünschen die Kunden gerne im Plastikschlauch, aus dem die Federn einfach per Druckluft in die Montagemaschine wandern. Zudem stehen Einzelverpackung und Anlieferung in Trays oder Waben zur automatischen oder manuellen Entnahme und Blisterverpackungen zum Schutz gegen Verschmutzung und Beschädigung zur Verfügung.

Natürlich haben die Metzinger auch ein umfangreiches Angebot an Oberflächenbehandlungen um die Feder selbst gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Chlorhaltige Atmosphäre in Schwimmbädern beispielsweise oder scharfe Reinigungsmittel in der Lebensmittelindustrie setzen den Federn kräftig zu. Nicht immer kann hier auf Edelstahl ausgewichen werden, da dieser keine so ausgeprägte Federkennlinie aufweist wie ein spezieller Federstahl. Für solche Fälle halten die Metzinger die ganze Palette der Oberflächenbehandlungen von Verzinken über Verchromen, Vernickeln, mit Teflon beschichten, Pulverbeschichten bis hin zu Vergolden parat. Natürlich lässt sich damit nicht nur die Korrosionsbeständigkeit verbessern, sondern auch Eigenschaften wie Leitfähigkeit (Kupfer, Gold), Gleitfähigkeit (Teflon, Nickel) oder die dynamische Lebensdauer (Kugelstrahlen) verbessern.

Aber nicht alle Sonderwünsche lassen sich sofort an Oberfläche, Farbe oder Form erkennen. „Qualitätssicherung und Zertifizierung nimmt einen großen Teil unserer Arbeit in Anspruch,“ erklärt Mugrauer, „neben unser allgemeinen Zertifizierung nach DIN 9001 testen wir auf Wunsch die Federn auch einzeln auf unseren Prüfständen und stellen Zertifikate aus.“

Je früher desto besser
So unterschiedlich die Sonderwünsche der Kunden auch sein mögen, alle haben sie eines gemeinsam: Sie sind in enger Zusammenarbeit zwischen den Federkünstlern und dem Kunden entstanden. „Je eher der Kunde zu uns kommt, desto besser,“ weiß Wohnus. „Nicht dass wir dem Kunden in seine Konstruktion hineinreden wollen. Doch unter Berücksichtigung aller Aspekte einer Feder, von der Federkennlinie über die Einbindung bis hin zur Handhabung, kommt oftmals eine kleine konstruktive Änderung an der Maschine günstiger als eine aufwändige Feder. Das wollen wir mit dem Kunden erarbeiten.“ Dabei kann es passieren, dass die Metzinger ihre Kunden schon mal arbeitslos machen. Wie den Kunden, der wegen einer Feder für eine Kugelrolle kam und heute die komplette, einbaufertige Kugelrolle samt Feder, Kugel und Käfig von den Federnspezialsten bezieht. In diesem Fall war es günstiger, die Federn direkt in den Montageautomaten hineinproduzieren, anstatt sie teuer zu verpacken, zu transportieren und anschließend aufwändig wieder zu vereinzeln

Eines von vielen Beispielen mit denen Gutekunst immer wieder von neuem beweist, dass in einer Feder weit mehr steckt, als gespeicherte Energie. Wenn hier in Metzingen auf gut schwäbisch vom „Fäderle“ die Rede ist, dann schwingt trotz des Diminutiv immer ein gewisses Maß an Respekt vor diesem alten und einfach komplexen Maschinen­element mit. Matthias Meier