Die Aufgabe des Federpakets und seiner Komponenten

Die Schraubenfeder absorbiert Stöße, die auf das vordere Leitrad einwirken, wenn das Fahrzeug mit einem Hindernis in Kontakt kommt. Zudem gleicht sie die Spannung, die auf die Kette einwirkt, durch das Einspritzen von Fett in den Zylinder aus. Dies erfolgt über ein Steuerventil, das das Federpaket dank des hydraulischen Drucks nach vorne bewegen lässt. Die Zugstange hält die Feder dabei konstant vorgespannt und mit dem Zylinderkörper verbunden. Aber betrachten wir uns die Eigenschaften jeder dieser Komponenten genauer.

Die Schraubendruckfeder

Die Feder wird aus Drähten mit kreisförmigem Querschnitt nach spezifischen Designvorgaben gefertigt, einschließlich eines guten Qualitäts-/Preisverhältnisses und der Passgenauigkeit für den verfügbaren Raum. Letzteres ist eine Einschränkung, die die Bemessungsgrenzen der Betriebslänge der Feder zusätzlich zu ihrem Innen- und Außendurchmesser bestimmt. Diese Abmessungen bestimmen die Spannung der Feder zusammen mit anderen Anforderungen, die vorab bekannt sein müssen: die Last, die Beugung und die maximale Paketlänge.

Beim Spannen einer Schraubendruckfeder unterliegt der gewickelte Draht einer Torsionsbelastung. Die Spannung ist daher an der Oberfläche des Drahtes und am Innenrand der Spule am höchsten. Der Spannungsbereich bestimmt die Lebensdauer der Feder selbst: Je breiter sie ist, desto niedriger muss die maximale Spannung sein, um eine vergleichbare Lebensdauer zu erhalten. 

Die Auswahl geeigneter Werkstoffe zur Herstellung von Schraubendruckfedern richtet sich nach den normativen Vorgaben für Federstahl. Darüber hinaus müssen die ausgewählten Materialien weitere Anforderungen erfüllen, wie:

• Masse
• Kosten
• Erwartete Lebensdauer bis zur Ermüdung
• Räumliche Begrenzungen
• Anwendungsbereich
• Gewünschte Federbelastung
• Bereich der zulässigen Spannung, in dem die Feder arbeiten soll
• Beständigkeit gegenüber Korrosion und Lasteinbruch bei hohen Temperaturen
• Ausmaß der Verformung, die die Feder bei der Herstellung erfährt

Bei Federstählen werden die geforderten Eigenschaften durch hohe Kohlenstoffanteile und Bestandteile wie Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadium sowie durch Wärmebehandlungen wie Härten durch Abschrecken erreicht.

Die Bedeutung des Herstellungsverfahrens

Die Qualität und Effizienz von Federn hängt von ihrem Herstellungsverfahren ab, das typischerweise aus drei Phasen besteht: Formen, Wärmebehandlung und Nachbehandlung.

Es gibt verschiedene Formungsmethoden für Federn:

1. Bei der Kaltformung wird der bereits auf seine Endfestigkeit vorbehandelte Metalldraht durch Rollen und Stifte um einen festen Dorn herumgeführt, um die typische Spiralform zu erhalten. 
   
   
2. Bei der Warmformung werden die Stäbe auf etwa 930 °C erhitzt und anschließend gewickelt. Normalerweise wird die heiße Feder dann in Öl abgekühlt und gehärtet. 

Für jeden Federtyp gibt es eine Wärmebehandlung, die dazu dient, die Festigkeit zu erhöhen.

Kleine und mittelgroße Federn, die während ihres Gebrauchs keinen hohen Belastungen ausgesetzt sind, benötigen eine Stabilisierungsbehandlung in kleinen Öfen, die bei Temperaturen zwischen 300 und 400 °C arbeiten. 

Große Federn hingegen, die im Einsatz stark beansprucht werden, bedürfen einer Veredelung, die aus Härte- und Anlassphase besteht.

Das Härten besteht in der schnellen Erwärmung der Feder in einem 860 °C heißen Ofen mit anschließender plötzlicher Abkühlung in einem Ölbad. Es dient dazu, das optimale Verhältnis zwischen Festigkeit und Härte zu erzielen. 

Danach erfolgt die Anlassbehandlung, um das optimale Verhältnis zwischen Härte, Widerstand und Festigkeit des Stahls zu erreichen.

Nach der Wärmebehandlung wird die Feder einem Voreinstellverfahren unterzogen, das darin besteht, die Feder auf eine freie Länge aufzuwickeln, die größer ist als die vorgegebene freie Länge. Die Feder wird bei Raumtemperatur zu einem Bündel oder auf eine vorbestimmte Länge zusammengedrückt, um die Streckgrenze zu generieren.

Mögliche Probleme bei Schraubenfedern

Wie jede andere Komponenten können auch Schraubenfedern einigen Problemen ausgesetzt sein. Die Hauptprobleme betreffen den Bruch, der aus verschiedenen Gründen auftreten kann, wie:

• Oberflächendefekte
  
  
• Korrosion
  
  
• Unsachgemäße Wärmebehandlungen – wenn die Federn zu stark erhitzt werden, wird die Kornstruktur gröber und die Ermüdungslebensdauer verkürzt sich. Wenn sie nicht auf die richtige Temperatur oder nicht lange genug erhitzt wird um alle Karbide in Lösung zu bringen, entstehen Ferritflecken und die Ermüdungsgrenze wird folglich niedriger.
  
  
• Entkohlung – eine teilweise Entkohlung ist in der Regel in allen Federn vorhanden, zumindest in geringem Umfang. Der Grad der vertretbaren Entkohlung hängt von der Art des Materials und der Anwendung ab.

Die Zugstange 

Hier handelt es sich um ein hochfestes Bauteil, auf die beim Biegen der Feder eine größere Last als die Vorspannung wirkt. 

Es gibt zwei Arten von Belastungen, die auf die Zugstange einwirken:

1. Belastung, die durch den Aufprall der Mutter auf die Gabel verursacht wird, wenn die zusammengedrückte Feder aus der Endposition ihres Hubs zurückkehrt (z. B. derselbe Wert am Hubende);
   
   

2. Belastung, die auftritt, wenn es einen Versatz zwischen der Federachse und der Achse des vorderen Leitrads gibt, oder wenn die Biegebelastung durch das Biegemoment mit der Belastung am Hubende zusammenfällt.
   
   

Da die Zugstange solchen Belastungen ausgesetzt ist, muss sie aus einer Stahllegierung hergestellt werden, bei der es sich aufgrund der guten Festigkeit, Schmiedebarkeit und Bearbeitbarkeit mit Werkzeugmaschinen meist um den gängigsten Vergütungsstahl handelt. Darüber hinaus muss er für alle Heißanwendungen bis 500 °C geeignet sein, um einer Kriechverformung zu widerstehen. Er kann auch oberflächengehärtet oder nitriert werden, um ihn für Teile, die keinem zu hohen spezifischen Druck ausgesetzt sind, widerstandsfähiger gegenüber Verschleiß und Ermüdung zu machen.

Der Zylinder

Durch Einspritzen von Fett in den Zylinder durch das Rückschlagventil bewegt sich die Federgruppe nach vorne und spannt die Kette. Umgekehrt wird durch das Ablassen des Fetts über das Ventil die Federgruppe zurückgezogen und die Kette gelockert.

Beim Zusammenbau des Zylinders fördert eine Pumpe über das Ventil Fett in den Zylinder. Dieses Fett bewegt den Kolben, der auf die gesamte Kettenspannergruppe Druck ausübt. Das Rückschlagventil muss unter Berücksichtigung des maximalen Betriebsdrucks ausgelegt und eingesetzt werden. Für eine höhere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit muss die Oberfläche verchromt werden.

Das für die Herstellung des Zylinders gewählte Material ist normalerweise ein klassischer gehärteter Stahl mit einem Kohlenstoffanteil, um maximale Festigkeit zu erreichen.

Innerhalb des Federpakets muss der Zylinder mit der Zugstange verbunden sein. Diese Verbindung zwischen Zugstange und Zylinder kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, wie:

• Verschweißung

• Gewinde

• Einheitliches Stück

• Steg

• Gewinde und Verschweißung

• Steg und Verschweißung

• Steg und Gewinde

• Steg, Gewinde und Verschweißung
 

Arten von Federpaketen 

Nachfolgend zeigen wir die verschiedenen Arten von Federpaketen, die für einige der wichtigsten Marken des Marktes geliefert werden.

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