Federn für die Industrieautomation | Spretech J.K.

Eine Feder ist meist das günstigste Bauteil einer Baugruppe, und ihr Ausfall legt die gesamte Linie still. In einer automatisierten Maschine läuft sie über Millionen von Lastspielen, oft bei erhöhter Temperatur oder im Kontakt mit Reinigungsmitteln, und sie entscheidet darüber, ob der Greifer das Teil im richtigen Moment freigibt. In diesem Beitrag beschreiben wir, nach welchen Kriterien Federn für die Industrieautomation ausgewählt werden und ab wann ein Bauteil aus dem Katalog nicht mehr ausreicht.

Welche Aufgabe eine Feder in der automatisierten Maschine übernimmt

In der Automation ist die Feder selten das Hauptbauteil. Fast immer übernimmt sie eine von fünf Hilfsfunktionen, und genau davon hängt die gesamte Auslegung ab:

• Rückstellung in die Ausgangslage. Das Stellglied wird pneumatisch oder elektrisch in eine Richtung bewegt und kehrt über die Feder zurück. So arbeiten die meisten Ventile, einfachwirkenden Greifer und Auswerfer.

• Gleichbleibende Andruckkraft. Die Feder hält die Kraft trotz geringer Maßänderungen, etwa bei Andrückrollen, Bandführungen und Aufnahmenestern.

• Ausgleich von Spiel und Wärmedehnung. Spanner, Schraubverbindungen im wechselnden Temperaturbereich, Nachstellung bei Verschleiß.

• Dämpfung von Schwingungen und Stoßlasten. Schutz der Baugruppe, wenn ein Werkstück hart in seiner Aufnahme landet.

• Sicherheitsfunktion. Die Feder führt den Mechanismus bei Energieausfall in den sicheren Zustand zurück. Das ist häufig eine formale Anforderung und keine Entscheidung des Konstrukteurs.

Dieselbe Druckfeder ist in der einen Maschine ein Rückstellelement und in der anderen ein Sicherheitsbauteil. Im zweiten Fall hat ihr Bruch andere Folgen, weshalb die Reserve für die Lebensdauer anders angesetzt wird.

Fünf Größen, die über die Auswahl entscheiden

Ein Hersteller braucht von Ihnen keine fertige Feder. Er braucht die Bedingungen, unter denen sie arbeiten soll.

Kennlinie und Federrate. Eine zylindrische Druckfeder hat eine annähernd lineare Kennlinie, die Kraft wächst also proportional zum Federweg. Verlangt die Anwendung eine progressive Rate oder eine geringe Blocklänge, ist diese Linearität kein Vorteil mehr und es kommt ein anderer Federtyp infrage.

Einbauraum. Das ist in der Automation die häufigste Einschränkung, denn um den Platz wird in Millimetern gerungen. Sind die verfügbare Länge, der Bohrungs- oder Dorndurchmesser und der geforderte Hub bekannt, lässt sich die Feder an den Bauraum anpassen, statt den Bauraum um die Feder herum zu konstruieren.

Zahl der Lastspiele. Ein Bauteil, das einige hundert Mal am Tag arbeitet, und eines mit zehn Millionen Lastspielen sind zwei verschiedene Konstruktionen, auch bei identischen Abmessungen. Bei dauerfester Auslegung werden die Arbeitsspannungen gesenkt, die Oberflächengüte anders festgelegt und Kugelstrahlen in Betracht gezogen. Geben Sie die erwartete Zahl der Lastspiele im Anfrageverfahren an, sonst beruht die Auslegung auf einer Annahme.

Betriebstemperatur. Oberhalb von etwa 80 °C verliert gewöhnlicher Federstahl durch Relaxation an Kraft, die Feder setzt sich also dauerhaft, ohne dass etwas bricht. In Öfen, in Lötzonen und bei Antrieben mit heißem Gehäuse wird ein anderer Werkstoff gewählt.

Umgebung. Feuchtigkeit, Ölnebel, chemische Reinigung und Lebensmittelkontakt entscheiden über den Werkstoff früher als die Festigkeit. In Nassbereichen und in der Lebensmittelindustrie ist Edelstahl Standard, denn eine verzinkte Feder ist nach einigen Monaten Reinigung nicht mehr das, was sie am Tag der Montage war. Die Wahl der Sorte beschreiben wir gesondert im Beitrag überEdelstahlfedern nach Maß.

Welcher Federtyp für welche Aufgabe

 Zylindrische Schraubendruckfeder.

Einen vollständigen Überblick über die Bauarten haben wir im Beitrag Federarten im Überblick zusammengestellt. Die folgende Übersicht beschränkt sich auf Aufgaben, die für automatisierte Maschinen typisch sind.

Der Anwendung von Bandfedern in der Industrie haben wir einen eigenen Beitrag gewidmet, denn in Aufwickelmechanismen und bei großen Drehwinkeln sind sie oft die einzig sinnvolle Bauart.

Ein Wechsel des Federtyps kostet in der Zeichnungsphase wenig und nach dem Serienanlauf sehr viel. Deshalb lohnt es sich, die Auswahl abzustimmen, bevor die Konstruktion eingefroren wird.

Werkstoffe und Normen, oder wie man Wiederholgenauigkeit bestellt

Wiederholgenauigkeit entsteht aus dem Werkstoff und aus dem Dokument, das ihn bestätigt. Ausführlicher gehen wir darauf im Beitrag Aus welchen Materialien werden Federn hergestellt ein, in der Werkstattpraxis genügt es, drei Gruppen zu kennen:

• Patentiert gezogener Federdraht in den Sorten SM und SH nach EN 10270-1. Der Standardwerkstoff für trockenen Betrieb im Inneren der Maschine, mit einem guten Verhältnis von Festigkeit zu Kosten.

• Chrom-Vanadium-Stahl 50CrV4. Er kommt bei höheren Belastungen und erhöhter Temperatur zum Einsatz, wo patentierter Draht sich zu setzen beginnt.

• Nichtrostender Stahl 1.4310 nach EN 10270-3. Die Wahl für nasse, chemisch gereinigte, lebensmitteltaugliche und medizinische Bereiche sowie für den Einsatz im Freien.

Dazu kommt das Abnahmedokument. Ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 stellt der Werkstoffhersteller aus und ordnet es einer konkreten Charge zu, sodass sich Zusammensetzung und Eigenschaften des Vormaterials noch nach Jahren nachvollziehen lassen. Für Tellerfedern gilt zusätzlich die Maßnorm DIN 2093, die Abmessungen und Ausführungsgruppen ordnet, sodass ein Bauteil ohne Umkonstruktion seiner Aufnahme ersetzt werden kann.

Verlangt die Anwendung einen Werkstoff außerhalb dieser Liste, ist die Fertigung nach Vorgabe des Auftraggebers gängige Praxis. Voraussetzung ist, dass die Sorte bei der Anfrage genannt wird und nicht erst nach Fertigung der Charge.

Lagerware oder Fertigung nach Maß

Eine Feder aus dem Lager ist sofort verfügbar, und das ist ihr einziger Vorteil. Sie ist sinnvoll beim Prototyp, bei einer Notreparatur und überall dort, wo sich die Konstruktion an ein Katalogmaß anpassen lässt.

Eine nach Maß gefertigte Feder gewinnt überall dort, wo Einbauraum, Zahl der Lastspiele oder Umgebungsbedingungen den Ausschlag geben. Statt die Maschine an das verfügbare Bauteil anzupassen, entsteht das Bauteil für die Maschine, und bei wiederkehrenden Lieferungen entfällt das Risiko, dass die nächste Charge aus dem Katalog aus einem anderen Werk mit einer anderen Kennlinie kommt. Über Serien hinweg verschwindet der Unterschied im Stückpreis meist, weil sich die Rüstkosten auf die Menge verteilen.

Ein eigener Fall ist das Nachfertigen eines Bauteils, das nicht mehr erhältlich ist. Darüber schreiben wir im Beitrag zur Federn-Maßanfertigung.

Die Faustregel ist einfach. Wenn der Ausfall einer Feder die Linie stilllegt, lassen Sie sie nach Maß fertigen, mit dokumentiertem Werkstoff.

So bestellen Sie Federn für die Industrieautomation bei Spretech

Federnde Formteile

Wir fertigen Federn seit 1985 in Kattowitz, für Kunden aus Polen und der Europäischen Union. Wir fertigen nach Zeichnung, nach Muster oder allein nach technischen Daten, vom Einzelstück und Prototyp bis zur Großserie.

Sie haben keine Zeichnung? Dann genügt ein Muster oder ein vollständiger Satz an Einsatzbedingungen: verfügbarer Bauraum, geforderte Kraft bei einem bestimmten Federweg, Zahl der Lastspiele, Temperatur und Umgebung. Auf dieser Grundlage legen wir die Konstruktion aus und erstellen ein Angebot. Anfrage senden, wir antworten mit einem Lösungsvorschlag.

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