06.06.2023 – Kategorie: Komponenten & Systeme

Federstahl: Worauf es bei der Auswahl von Federwerkstoffen besonders ankommt

Federstahl: Druckfedern aus verschiedenen Werkstoffen

Federwerkstoffe – die richtige Auswahl: Den optimalen Federstahl für den gewünschten Einsatzzweck auszuwählen, ist nicht immer einfach.

Federwerkstoffe – die richtige Auswahl: Den optimalen Federwerkstoff für den gewünschten Einsatzzweck einer Metallfeder auszuwählen, ist nicht immer einfach. Der Federnspezialist Gutekunst erklärt, welche Parameter dabei eine wichtige Rolle spielen.

Die Auswahl der richtigen Federwerkstoffe für eine Federanwendung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Belastungsart, dem Umgebungsmedium, der Umgebungstemperatur, der benötigten elektrischen Leitfähigkeit, der erforderlichen Korrosionsbeständigkeit, der Hygieneanforderung, den dynamischen Belastungen und letztlich natürlich auch vom Preis. So ist zum Beispiel der Preis einer hochwertigen Titanlegierung (TiAI6V4) schonmal um das 130-fache höher als ein Standard-Draht aus Federstahl nach DIN EN 12070-1.

Federstahl–Draht besitzt im Vergleich zu anderen Stählen eine höhere Festigkeit und lässt sich bis zu einer bestimmten Spannung (Elastizitätsgrenze „Rp“) verformen. Mit dieser Eigenschaft kehrt der Federstahl-Draht nach Entlastung wieder in die Ausgangsstellung zurück, ohne dabei dauerhaft verformt zu werden. Federstahldraht EN 10270-3 1.4310 hat zum Beispiel eine Zugfestigkeit von 1’250 bis 2’200 N/mm², verglichen mit 360 N/mm² beim Baustahl S235JR. Hierbei ist der maßgebliche Unterschied das Streckgrenzenverhältnis, d.h. das Verhältnis von Elastizitätsgrenze zu Zugfestigkeit des Werkstoffs, welches bei Federstählen normalerweise bei >85 % liegt.

Federwerkstoffe: Anforderungen an den Federstahl

Federstahl muss ein großes elastisches und ein ausreichendes plastisches Formänderungsvermögen aufweisen. Er muss eine hohe Elastizitätsgrenze, Bruchdehnung und Brucheinschnürung besitzen sowie eine günstige Zeitstand- und Dauerschwingfestigkeit. Die Elastizität als Hauptmerkmal eines Federstahls wird beim Herstellungsprozess durch eine spezielle Legierung durch Zugabe von Silizium (Si), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Vanadium (V), Molybdän (Mo) oder Nickel (Ni) erreicht.

Nachfolgend werden die wichtigsten Eigenschaften der gängigsten Federstahldrähte für die Herstellung von Druckfedern, Zugfeder, Schenkelfedern und Sicherungselementen bei Gutekunst Federn aufgeführt. Neben dem Standard-Federstahl EN 10270-1 SH und DH, dem dynamisch anspruchsvollen Ventilfederdraht VDSiCr (Oteva 70) und den korrosionsbeständigen Edelstahlsorten 1.4310, 1.4401 und 1.4568 werden hier auch die unmagnetische Federbronze CuSn6 und der Kupfer-Beryllium-Federstahls CuB2 beschrieben, außerdem die warmfesten Federstahlsorten Nimonic 90, Inconel X-750 und Hastelloy C4. Über den Preisfaktor (Preisbasis „1“ = Standard-Federstahl 1.1200) wird zudem das Preisverhältnis der vorgestellten Federwerkstoffe aufgezeigt.

Standard-Federstahl

DIN EN 10270-1-SH oder -DH / 1.1200 (Preisbasis 1)

1.1200 ist ein kohlenstoffbasierter Federstahl, der in korrosiven oder extremen Umgebungen nicht ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung eingesetzt werden kann. Der Federstahl EN 10270-1 wird häufig und gerne für statisch hochbeanspruchte Zug-, Druck- und Schenkelfedern mit geringen bis mittleren dynamischen Beanspruchungen ab einer Drahtstärke von 1,8 mm gewählt. Die Arbeitstemperatur sollte 80 °C nicht übersteigen. Die Dauerhaltbarkeit kann durch Kugelstrahlen gesteigert werden.