Wie findet man das richtige Material für eine Feder?

Alcomex Material

Abhängig von der Anwendung und den gestellten Anforderungen wird die Auswahl eines bestimmten Materials oder einer bestimmten Oberflächenbehandlung vorgenommen. Mechanische und thermodynamische Eigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit spielen hier eine wichtige Rolle, aber bei Alcomex achten wir auch auf Verfügbarkeit und Kosten. Ein exotisches Material, das für eine bestimmte Verwendung perfekt wäre, ist in der Regel viel zu teuer oder nicht als Draht erhältlich.

KENNTNISSE ÜBER MATERIALIEN UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNG

In der Technikabteilung von Alcomex suchen wir ständig in Absprache mit Drahtherstellern nach Möglichkeiten, vorhandene Materialien zu verbessern. Im Laufe der Jahre wurde auch der bei Alcomex verwendete Draht erheblich verbessert (z.B. höhere Zugfestigkeiten im Vergleich zu EN 10270-1). Dadurch können wir den von uns entworfenen Federn höhere Belastungen erlauben. Neben der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird auch geprüft, ob es erreichbar ist, durch Anwendung einer bestimmten Oberflächenbehandlung, dass sich Federn dann für eine bestimmte Anwendung eignen. Ein einfaches Beispiel dafür ist das Aufdampfen von Gold; dadurch erhalten Federn eine Goldschicht, die eine gute Korrosionsbeständigkeit garantiert (Gold ist auch ein hervorragender Stromleiter und ist einigermaßen abriebfest). Der limitierende Faktor in diesem Beispiel sind jedoch die zu hohen Kosten für die meisten Anwendungen.

DAS ERWEITERTE TESTPROGRAMM VON ALCOMEX

Da Anwendungen immer anspruchsvoller werden, hat das Materialwissen in den letzten Jahren bei Alcomex an Bedeutung gewonnen. Spezifische Anforderungen bezüglich Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie der “vorhersagbaren Lebensdauer” machen es erforderlich das Materialverhalten zu prüfen.

Bei Alcomex haben wir ein umfangreiches Testprogramm, um die Lebensdauer und den Entspannungsgrad zu bestimmen. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern ist es sogar möglich, Federn direkt in der Anwendung zu testen. Ein Beispiel für direkte Tests in der Kundenanwendung war die Frage: “Welche Lebensdauer hat eine Druckfeder aus Edelstahl 316 bei 80 °C in Wasserdampf mit 40% Schwefelsäure (H2SO4)?” Die Testergebnisse zeigten, dass die Federn aus Edelstahl 316 nach 80 Stunden stark korrodierten und somit keine ausreichende Festigkeit mehr lieferten.

Die Lösung, die Alcomex für diese spezifische Anwendung in Absprache mit ihrem Partner auswählte, war die Verwendung von Normfederstahl mit einer speziellen Beschichtung. Dadurch wurde die Lebensdauer nach dem Test auf ca. 2000 Stunden angehoben.

Federn, die in einer Anwendung mit relativ hohen Temperaturen in Kontakt kommen, sind eine weitere Herausforderung, der sich Alcomex regelmäßig stellt. Durch die kontinuierliche Erwärmung der Federn (ca. 250 °C) werden sie tatsächlich ständig spannungsfrei geglüht, jetzt ist das spannungsfreie Glühen ein Teil des Produktionsprozesses und dient einem Zweck. Eine kontinuierliche Erwärmung auf 250 °C ist jedoch eine andere Geschichte. Bei noch höheren Temperaturen verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften und damit die Federkonstante (N/mm) sehr schnell. Mit anderen Worten, die Federn bieten nicht mehr das, wozu sie bestimmt sind. Natürlich sind Standardmaterialien verfügbar, aber manchmal reichen diese nicht aus und die Lösung muss in der Gesamtkonstruktion gesucht werden, zu der die Feder gehört.

Geändertes Elastizitätsmodul unter Temperatur

(E(Anwendung) = E20*[1-r*(t-20)] => t [Temp. Anwendung] bei 20 °C Umgebungstemperatur und r = 0,25 × 10³³ für Federstahl und r = 0,4 × 10³ für Edelstahl).

In diesen speziellen Fällen ist es wichtig, das gesamte System zu betrachten und erst dann eine Auswahl für das Material zu treffen. Denn oft kann durch eine einfache Anpassung in der Konstruktion ein vorhandenes Material für die Federn ausgewählt werden. Zum Beispiel kann der Einbau von Kühlrippen oder Isolierungen manchmal ausreichend sein, um die gewünschte Standzeit der Feder sicherzustellen.

In jedem Marktsegment gibt es spezifische technische Anforderungen und es gibt zahllose Anwendungen, weshalb es unmöglich ist, diese alle zu beleuchten. Wir können jedoch feststellen, dass seit dem Bestehen das technische Team bei Alcomex bereits viele Rätsel gelöst hat. Darüber hinaus suchen wir ständig nach neuen Techniken und Oberflächenbehandlungen, die wir in Verbindung mit unserer langjährigen Erfahrung für unsere Kunden einsetzen können.

VON: MARCO DEKKER | LEITER FORSCHUNG & ENTWICKLUNG

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