Bestens gefedert

Technik Maschinenelemente

Federn – Manchmal liegt das Wesentliche im Detail. So ein Detail sind in vielen Anwendungen Federn aller Art, über die man sich mehr Gedanken machen kann als zu erwarten wäre.

22. Juli 2013

Federn sind unscheinbar, aber überall. Sie finden sich in der Automobiltechnik, der Mikrotechnik und Elektronik, im Apparatebau und der Medizintechnik, in vielen Antrieben sowie in der Hydraulik, Pneumatik oder im Flugzeugbau.

»In fast allen Bereichen der Industrie sind Drahtfedern oder Stanzbiegeteile im Einsatz«, sagt Bernd Schmid, Geschäftsführer von Schweizer Federntechnik aus Reutlingen, zusammen mit der Muttergesellschaft Kern-Liebers einer der größten Federnspezialisten weltweit. »Aber auch im Alltag stößt man auf diese Bauteile, sei es in Jalousieantrieben oder Türgriffen, an Skibremsbügeln oder Bürostühlen, aber auch die Schmuck- und Uhrenindustrie hat schon Federn bei uns bestellt.«

Aufträge aus der Spielzeugindustrie hätten oft sehr sportliche Vorgaben, ergänzt Schmid. Allerdings würden Konstrukteure die Feder manchmal stiefmütterlich behandeln: »Sie lassen halt irgendwo eine Baulücke, und da soll dann am Schluss eine Feder hinein. Doch dann ist diese plötzlich zu hoch beansprucht, und es wird teuer. Bindet uns der Konstrukteur aber möglichst früh ein, können wir ihm die technischen Möglichkeiten vorzeigen, welche Werkstoffe und Abmessungen in Frage kommen und welchen Bauraum die Feder benötigt.«

Vielen Konstrukteuren sei nicht bewusst, welch wichtiges Konstruktionselement eine Feder eigentlich ist, sagt Schmid und ergänzt: »Und viele wissen nicht, dass sie auch direkt zu uns an die Anlage kommen können, um gemeinsam mit uns einen Prototypen zu entwickeln. Das dauert nur wenige Stunden und geht viel schneller, als wenn wir mehrere Muster hin und her schicken. Da spart der Konstrukteur viel Entwicklungszeit.«

Kaum zu erkennen

Schweizer ist richtig stark, wenn’s klein wird. »Für Leiterplattenprüfadapter und Uhren liefern wir sehr kleine Ausführungen«, sagt Bernd Schmid. »Solche Mikrofedern sind unsere Spezialität, da beginnen wir mit einem Drahtdurchmesser von 0,03 und einem Federaußendurchmesser von 0,15.« Er gibt ein weiteres Beispiel: »Um zu prüfen, ob die Leiterbahnen durchgängig sind, kommt zum Prüfen von Leiterplatten eine spezielle Kassette zum Einsatz, in der 50.000 vergoldete Federn sitzen, manchmal auch 100.000 mit ebenso vielen Prüfstiften.«

Eine Million der kleinsten Federn passen in eine Streichholzschachtel, eine einzelne ist auf der Handfläche kaum zu sehen. Darum ist Vereinzelung ein zentrales Thema. »Was nützt es, wenn der Kunde einen Ball von Federn bekommt?«, fragt Schmid. »Die Handhabung ist viel teurer als die Feder selbst.«

Die Mikrofedern sind aus der Geschichte heraus entstanden.

»Unsere Kunden fragen immer kleinere Drahtdurchmesser nach, weil die Miniaturisierung in der Mikroelektronik fortschreitet«, erzählt Schmid. »So sind wir von 0,1 Millimeter hinunter auf 0,03 Millimeter gekommen. Da stoßen wir auch mal an unsere Grenzen, denn Mikrofedern sind viel schwieriger zu winden.«

Schweizer benötigt dazu neue Maschinen und Technologien und immer kleinere Werkzeuge. Das geht nur noch mit integriertem Mikroskop. Auch die Anforderungen an die Werkstoffe steigen, die Drähte für die kleinsten Mikrofedern sind momentan nur aus Asien zu beziehen.

Das Fertigungsprogramm umfasst 9.000 verschiedene Katalogartikel vom Mikrodrahtdurchmesser 0,03 bis 6,5 Millimeter. Das Hauptgeschäft aber seien individuelle Federn nach Kundenwunsch, sagtSchmid: »Wir fertigen ab Losgröße 1 bis einige Millionen Stück. Der Kunde bekommt seine spezifisch für ihn hergestellten Sonderfedern bei Express-Service innerhalb von 48 Stunden, Katalogfedern sogar in einem Tag.«

Schweizer produziert im Jahr ungefähr 200 Millionen Federn, das sind eine knappe Million pro Arbeitstag. »Das ist vergleichsweise wenig«, relativiert der Geschäftsführer, »aber durch die Kleinfertigung stehen wir vor großen Herausforderungen. Die Entwicklungszeit ist dabei für eine Feder pro Auftrag ungefähr die gleiche wie für einen riesigen Umfang.« Eine weitere Spezialität sind Federn mit Prägung, zum Beispiel mit Schrägschnitten, aus Vierkantdraht, mit Verrundungen oder Fasen.

Entscheidend für die Haltbarkeit der Feder ist neben der Auslegung auch der Werkstoff. Schweizer verwendet alle typischen Federwerkstoffe, von rostfreiem Stahl über gehärtete Varianten bis zu speziellen Hochtemperaturstoffen. »Bei den C-Stählen bieten wir patentiert gezogene Drähte an, bei feinen Drähten auch mit höherer Zugfestigkeitsklasse.«

Auch ölschlussgehärtete Drähte oder Sonderwerkstoffe wie Federbronze oder Kupfer-Beryllium sind im Programm. Ein wichtiges Thema ist die Beschichtung. Hier überlässt Schweizer die Galvanik spezialisierten Partnern, Mikrofedern sind dabei schwieriger zu behandeln als größere.

Kunststoff ist derzeit noch gering nachgefragt, erzählt Schmid. »Die Herstellung ist noch deutlich teurer als bei einer Stahlfeder, man braucht dafür spezielle kostspielige Maschinen. Für bestimmte wenige Anwendungsgebiete sind Federn aus Kunststoff aber besser geeignet. Investitionen und Nutzen müssen sich halt immer die Waage halten.«

Neuheiten gibt es in der Federtechnik relativ selten. »Wir sind im Grunde erst einmal Technologiefolger«, so Schmid. »Wir versuchen, die Anforderungen unserer Kunden mit vorhandenen Technologien abzubilden. Wenn diese nicht passen, müssen wir die Werkzeuge für einen bestimmten Auftrag selbst entwickeln.

Dabei ist Qualität gefragt, denn das Produkt muss oft zehn Millionen Lastwechsel halten oder darf nie brechen. Dazu gibt es spezielle Federberechnungsprogramme. Wir bieten auch Oberflächen, Oberflächenbearbeitung oder Kugelstrahlen, um die Lebensdauer von Federn zu erhöhen. Das geht bis zur Seewasserresistenz.«

Neuerungen liegen bei Mikrofedern meist im Drahtdurchmesser. Kleine Schritte bedeuten dabei einen immensen Aufwand. 0,03 Millimeter sind schon eine Herausforderung, vor allem, wenn die Qualität stimmen soll, aber Schweizer visiert als nächste Stufe schon einen 0,020er-Draht an. Das können laut Schmid weltweit nicht viele Anbieter, aber es gebe solche Kundenwünsche.

Den Umsatz und die Anzahl der Mitarbeiter will der Geschäftsführer in den nächsten sechs Jahren verdoppeln: »Das haben wir seit 2006 bis jetzt auch geschafft. Die Krise 2009 haben wir kaum gespürt, weil wir dank Stückzahl 1 sehr flexibel sind.« z

Erschienen in Ausgabe: 05/2013