Federindex: Warum ein dicker Draht auf einer kleinen Spule dagegenhält

Wenn eine Schraubenfeder entlang ihrer Achse gedrückt wird, wird der Draht nicht als Ganzes gedehnt oder gebogen – er wird **tordiert**. Jedes kleine Drahtstück trägt ein Torsionsmoment, und die Feder verformt sich, weil sich der gesamte Draht entlang seiner Länge leicht verdreht. Daraus ergibt sich die einfache Spannungsformel, die schlicht der Torsion eines runden Stabes entspricht: τ = 8FD/πd³. **Zwei Dinge machen sie falsch.** *Direkte Scherung.* Die Last drückt den Draht zusätzlich seitlich, und diese Scherung addiert sich auf einer Seite des Drahtes zur Torsionsscherung und subtrahiert sich auf der anderen. Es ist ein kleiner Effekt, und er wirkt immer dort addierend, wo man es nicht will – an der Innenseite der Windung. *Krümmung.* Der Draht auf der Innenseite einer Windung hat einen kleineren Radius als der Draht auf der Außenseite, daher wird er bei gleicher Verdrehung stärker gedehnt. Je enger die Windung im Verhältnis zur Drahtstärke ist, desto schlimmer wird es. **Der Wahl-Faktor fasst beide** in einem einzigen Multiplikator zusammen, der nur vom Indexverhältnis abhängt. Er ist stets größer als eins, und er ist der Grund, warum eine Feder fast immer an der INSIDE einer Windung versagt. **Betrachten Sie eine gebrochene Feder, dann können Sie dies erkennen.** Der Riss beginnt an der Innenoberfläche, wo die Spannung am höchsten ist und wo auch jede Ziehriefe oder Rostnarbe konzentriert ist. Eine Feder ist ein Bauteil mit einem bekannten schwächsten Punkt, was ungewöhnlich und nützlich ist.

**Messen Sie den Draht mit einem Bügelmessschraube (Mikrometer), nicht mit einer Schieblehre**, und zwar an zwei Stellen im rechten Winkel zueinander. Federdraht hat einen engen Toleranzbereich und ist rund, aber eine überlastete Feder kann eine abgeflachte Windung haben, und eine Schieblehre zeigt an einem gebogenen Draht zu hohe Werte an. **Messen Sie den OUTSIDE Durchmesser der Windung**, da dieser am besten zugänglich ist, und ziehen Sie dann einen Drahtdurchmesser ab, um den mittleren Durchmesser zu erhalten: D = D_außen − d **Nicht zwei.** Dies ist der häufigste Rechenfehler bei der Federnfertigung. Der mittlere Durchmesser verläuft durch die Mitte des Drahtes, also ist er der Außendurchmesser minus einem vollen Drahtdurchmesser oder der Innendurchmesser plus einem vollen Drahtdurchmesser. **Dann gilt C = D/d**, und Sie erkennen sofort drei Dinge: wie stark der Draht bei einer bestimmten Last beansprucht wird, ob die Feder kalt gewickelt sein könnte und ob ein in Betracht gezogener Ersatz zur selben Familie gehört. **Eine kurze Plausibilitätsprüfung für jede Feder, die Ihnen gegeben wird:** Ein Indexwert unter 4 bei einer günstigen Massenfeder ist sehr unwahrscheinlich. Wenn Ihre Rechnung also 2,8 ergibt, prüfen Sie, ob Sie den Drahtdurchmesser zweimal abgezogen haben.

**Der Dorn ist kleiner als die gewünschte Feder.** Draht federt nach dem Lösen zurück, und zwar um einen Betrag, der vom Werkstoff und vom Windungsindex abhängt. Ein grober Ausgangswert für hartgezogenen Federstahl ist ein Dorn, der etwa 10 bis 15 % kleiner ist als der gewünschte mittlere Durchmesser; danach wird durch Messen des tatsächlich Erreichten nachjustiert. Beim ersten Versuch trifft das niemand. **Die Rückfederung wächst mit dem Index.** Eine enge Wicklung besteht größtenteils aus plastischer Verformung und kommt nahe an der Dorngröße heraus. Eine weite Wicklung verhält sich eher elastisch und öffnet sich deutlich. Deshalb ergeben derselbe Dorn und dieselbe Technik bei einer anderen Feder einen anderen Fehler. **Den Draht fest halten.** Die Spannung im Draht, während er auf den Dorn läuft, bestimmt die Steigung und hält die Windungen eng aneinander. Lose Zufuhr ergibt ungleichmäßige Steigung und damit ungleichmäßige Federrate entlang der Feder. **Im Schraubstock wickeln, mit eingespanntem Dorn und um ihn herum geführtem Draht** – nicht umgekehrt. Den Dorn von Hand zu drehen, während der Draht gehalten wird, ist weit besser kontrollierbar als zu versuchen, Draht um einen feststehenden Stab zu wickeln. **Die Enden lang lassen** und danach abschneiden. Eine Wicklung, die genau dort endet, wo man es wollte, gibt es nie. **Ein harter Draht kann nicht bei niedrigem Index gewickelt und dann so verwendet werden, wie er ist.** Unterhalb von etwa C = 4 überschreitet die Außenseite der Biegung die Duktilität des Drahtes, und die Oberfläche reißt. Diese Risse liegen auf der Zugseite, die zur Außenseite der Feder wird, und sind daher mit einer Lupe sichtbar. Vor dem Einbau prüfen. **Und eine gewickelte Feder aus weichgeglühtem Draht ist noch keine Feder** – sie muss danach gehärtet und angelassen werden, sonst nimmt sie beim ersten Einsatz eine bleibende Verformung an. Klaviersaitendraht und hartgezogener Draht werden bereits auf Festigkeit geliefert, weshalb sie kalt gewickelt und erst danach nur spannungsarm geglüht werden.