Federrate: Die eine Zahl, die eine Feder ausmacht

**Eine Kraft halten.** Eine Ventilfeder, eine Rast, eine Bürstenfeder, eine Wäscheklammer. Entscheidend ist die Kraft in der Arbeitsposition und die Tatsache, dass sie sich bei Verschleiß kaum ändert. Eine weiche Feder mit viel Vorspannung erledigt das besser als eine steife, weil die Kraft langsamer abfällt. **Energie speichern.** Eine Antriebsfeder, eine Schleuder, ein federgetriebenes Spielzeug. Entscheidend ist die Gesamtenergie, also die Fläche unter der Kraft-Weg-Linie. Ein langer Federweg ist deshalb mehr wert als eine hohe Kraft. **Einen Stoß abfangen.** Eine Fahrwerksfeder, ein Puffer, ein Türstopper. Entscheidend ist, wie weit sich die Feder bewegen kann, während die Kraft noch akzeptabel bleibt. Der Gegner ist das Durchschlagen, bei dem die Kraft senkrecht ansteigt. **Die Federrate verbindet alle drei.** Sie wird in Newton pro Millimeter (oder Pfund pro Zoll) angegeben, und eine Schraubenfeder hält sie über fast ihren gesamten Federweg konstant. Diese Linearität ist kein Naturgesetz, sondern eine Eigenschaft der Geometrie: Sie hört auf zu gelten, sobald sich die Windungen berühren. **Zwei Dinge verrät dir die Rate NOT nicht.** Wie stark die Feder im Ruhezustand unter Kraft steht, also die **Vorspannung**, die durch die Montage festgelegt wird und nicht durch die Feder selbst. Und wie weit sie gehen kann, bevor etwas bricht, was eine Spannungsfrage ist und Thema der nächsten Stufen ist.

**Messen Sie nicht nur einen Punkt.** Eine einzelne Kraft und eine einzelne Länge sagen nichts aus, denn Sie kennen die freie Länge nicht, von der aus die Kraft gemessen wurde, und Sie können nicht erkennen, ob die Feder linear ist. **Messen Sie zuerst die freie Länge**, wobei die Feder auf der Werkbank liegt und nichts sie berührt. Notieren Sie den Wert. Bei einer Zugfeder messen Sie zwischen den Innenseiten der Haken und vermerken dies in der Notiz, da es drei Konventionen gibt, die sich um eine Windung unterscheiden. **Nehmen Sie dann mindestens fünf Messpunkte** über den Arbeitsbereich verteilt auf. Hängen Sie bekannte Gewichte an eine Zugfeder oder drücken Sie eine Druckfeder in einem Schraubstock gegen ein Kraftmessgerät. Erfassen Sie Last und Länge, nicht Last und Federweg. Der Federweg wird berechnet, und wenn Sie ihn erfassen, verbirgt sich darin ein Fehler bei der freien Länge. **Zeichnen Sie das Diagramm und betrachten Sie die Linie.** Eine gerade Linie bedeutet, dass die Federrate der Steigung entspricht. Eine Linie, die am Ende nach OBEN knickt, bedeutet, dass die Windungen zu berühren beginnen oder dass eine Zugfeder über das Ende ihres Hakens hinaus gedehnt wurde. Eine Linie, die nicht durch die freie Länge verläuft, bedeutet, dass die Feder eine Vorspannung besitzt – bei einer Zugfeder normal, bei einer Druckfeder ein Fehler. **Passen Sie die Steigung nur an den geraden Teil an.** Die Federrate aus dem ersten und letzten Punkt zu bestimmen ist der häufigste Fehler, da der letzte Punkt meist bereits außerhalb des geraden Bereichs liegt. **Zählen Sie dabei die federnden Windungen.** Gesamtwindungen minus die toten Windungen an jedem Ende. Bei einer angeschliffenen Druckfeder mit planen Auflageflächen sind es etwa zwei. Wenn die aus der Geometrie berechnete Federrate und die gemessene Federrate um mehr als etwa 10 % voneinander abweichen, haben Sie die federnden Windungen falsch gezählt oder den Drahtdurchmesser falsch gemessen.

**Windungsblock.** Drückt man eine Druckfeder weit genug zusammen, berühren sich alle Windungen. Dann ist sie im Grunde ein Stahlrohr: Die Federrate geht praktisch gegen unendlich, und was sie zusammendrückt, belastet nun eine massive Säule. Niemand konstruiert bewusst darauf hin, doch sehr viele Dinge erreichen diesen Zustand. **Ausgehakt.** Wird eine Zugfeder so stark gezogen, dass sich ihre Endösen gerade ziehen, bevor die Windungen überhaupt etwas Interessantes tun, verläuft die Kraft-Weg-Kennlinie weich, und dann öffnet sich der Haken dauerhaft. **Bleibende Setzung.** Wird eine Feder über die Streckgrenze des Drahtes hinaus belastet, bricht sie nicht, sondern kehrt kürzer zurück, als sie begonnen hat. Die Federrate bleibt unverändert, doch jede Kraft ist nun geringer, weil die freie Länge kleiner ist. Dies ist der schleichende Ausfall, und deshalb misst eine Feder, die „schwach geworden ist“, fast immer zu kurz statt zu weich. **Knicken.** Eine lange, dünne Druckfeder wird nicht gerade zusammengedrückt, sie weicht seitlich aus. Es handelt sich dabei überhaupt nicht um einen Festigkeitsversagen und hat seine eigene Stufe. **Federschwingung (Surge).** Wird eine Feder schnell genug wechselbelastet, geraten ihre eigenen Windungen in Resonanz, und eine Welle läuft durch sie hindurch. Die Feder trägt dann Spannungen, die weit über dem liegen, was der Arbeitsweg vermuten lässt. Deshalb wird bei Ventilfedern eine Eigenfrequenz vorgeschrieben. **Der gemeinsame Nenner:** Jede dieser Erscheinungen ist eine Grenze für die DEFLECTION, nicht für die Rate. Eine Feder verhält sich linear und gutmütig bis zu dem Punkt, an dem sie es nicht mehr tut, und dieses Grenzgebiet zu kennen ist wichtiger als die Rate selbst.