Federauslegung: Eingehende Überlegungen zur Umgebung

Bei der Konstruktion von Federn ist es wichtig zu wissen, wie sich Umweltfaktoren auf ihre Leistung, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit auswirken können. In diesem umfassenden Leitfaden werden die detaillierten Aspekte der Korrosionsbeständigkeit und die Auswirkungen von Temperatur und Feuchtigkeit auf die Federauslegung untersucht. Dies gilt für unsere Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Torfedern

Korrosionsbeständigkeit

Korrosion ist ein natürlicher Prozess, bei dem Metalle durch chemische Reaktionen mit ihrer Umgebung beschädigt werden. Bei Federn führt Korrosion zum Verlust der mechanischen Integrität und damit zu einem möglichen Versagen. Dieser Prozess kann besonders heimtückisch sein, da er oft unbemerkt abläuft, bis erhebliche Schäden entstanden sind.

 

Faktoren, die die Korrosion beeinflussen

1. Materialzusammensetzung: Die inhärenten Eigenschaften von Metallen bestimmen ihre Korrosionsanfälligkeit. Eisen und seine Legierungen (wie Kohlenstoffstahl) sind beispielsweise sehr anfällig für Rost, wenn sie Sauerstoff und Feuchtigkeit ausgesetzt sind und Eisenoxid (Rost) bilden.
2. Umweltbelastung: Faktoren wie Feuchtigkeit, Salz, Industriechemikalien und Schadstoffe beschleunigen die Korrosion erheblich. So können beispielsweise Meeresumgebungen mit hohem Salzgehalt eine schnelle Zersetzung von ungeschützten Metallen verursachen.
3. Oberflächenbeschaffenheit: Die Oberflächenbeschaffenheit einer Feder beeinflusst ihre Korrosionsanfälligkeit. Raue Oberflächen mit Rissen oder Defekten können Feuchtigkeit und korrosive Stoffe beherbergen und den Prozess beschleunigen.

 

Arten von Korrosion

1. Gleichmäßige Korrosion: Diese tritt gleichmäßig über die Oberfläche der Feder auf und dünnt das Material allmählich aus.
2. Lochfraßkorrosion: führt zu kleinen, lokal begrenzten Korrosionsbereichen, die Gruben oder Löcher in der Feder bilden können. Dies ist besonders gefährlich, da es zu plötzlichen und unvorhersehbaren Ausfällen führen kann.
3. Spaltkorrosion: Sie tritt in engen Räumen auf, z. B. unter Dichtungen oder in Spalten, wo stagnierende Lösungen eingeschlossen werden, was zu einer beschleunigten Korrosion führt.
4. Spannungsrisskorrosion (SCC): eine Kombination aus Zugspannung und einer korrosiven Umgebung, die zur Bildung und Ausbreitung von Rissen führt.

 

Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit nach Art des Werkstoffs

Rostfreier Stahl

– Enthält Chrom, das eine passive Oxidschicht bildet, die vor Korrosion schützt.
– Gängig sind die Sorten 304 und 316, wobei 316 aufgrund des Molybdängehalts eine bessere Beständigkeit aufweist.

Legierte Stähle

Hochleistungslegierungen wie Inconel und Hastelloy sind für außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften unter extremen Bedingungen ausgelegt.

Nicht-metallische Werkstoffe

Polymere wie PTFE (Teflon) sind von Natur aus resistent gegen die meisten Chemikalien und korrodieren nicht.

 

Schutzbeschichtungen

Zinkbeschichtung (Verzinkung)

– Bietet einen Opferschutz. Zink korrodiert bevorzugt und schützt den darunter liegenden Stahl.
– Gängige Verfahren sind Feuerverzinkung und galvanische Verzinkung.

Galvanische Verzinkung

– Verfahren wie die Verchromung oder Vernickelung schaffen eine widerstandsfähige, korrosionsbeständige Oberfläche.
– Die elektrolytlose Vernickelung bietet eine gleichmäßige Abdeckung und einen verbesserten Schutz.

Passivierung

– Bei der Passivierung wird rostfreier Stahl mit einer Säurelösung behandelt, um freies Eisen zu entfernen und die Chromoxidschicht zu verbessern.
– Dieses Verfahren verbessert die natürliche Korrosionsbeständigkeit.

Schutzbeschichtungen

Zinkbeschichtung (Verzinkung)

– Bietet einen Opferschutz. Zink korrodiert bevorzugt und schützt den darunter liegenden Stahl.
– Gängige Verfahren sind Feuerverzinkung und galvanische Verzinkung.

Galvanische Verzinkung

– Verfahren wie die Verchromung oder Vernickelung schaffen eine widerstandsfähige, korrosionsbeständige Oberfläche.
– Die elektrolytlose Vernickelung bietet eine gleichmäßige Abdeckung und einen verbesserten Schutz.

Passivierung

– Bei der Passivierung wird rostfreier Stahl mit einer Säurelösung behandelt, um freies Eisen zu entfernen und die Chromoxidschicht zu verbessern.
– Dieses Verfahren verbessert die natürliche Korrosionsbeständigkeit.

Oberflächenbehandlungen

Lackieren

– Durch das Auftragen von Farbe wird eine Barriere geschaffen, die den Kontakt mit korrosiven Elementen verhindert.
– Anstriche auf Epoxidharzbasis bieten hervorragenden Schutz und Haltbarkeit.

Pulverbeschichtung

– Bietet eine dicke, haltbare und optisch ansprechende Schutzschicht.
– In Bezug auf Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abplatzen und Zerkratzen ist sie der herkömmlichen Farbe überlegen.

Umgebung Kontrollen

Versiegeln

– Die Verwendung von Dichtungen oder O-Ringen kann verhindern, dass Feuchtigkeit und Verunreinigungen an die Feder gelangen.
– Das Einschließen der Feder in ein Schutzgehäuse oder eine Schutzhülle kann sie zusätzlich vor Umwelteinflüssen schützen.

Kontrollierte Umgebung

– Der Betrieb von Federn in einer Umgebung mit kontrollierter Luftfeuchtigkeit und Temperatur kann das Korrosionsrisiko erheblich verringern.
– Der Einsatz von Trocknungsmitteln und Feuchtigkeitskontrollsystemen in Verpackungs- und Lagerungsumgebungen kann Federn bis zum Einbau schützen.

Auswirkungen von Temperatur

Auswirkungen der Temperatur

Federn sind oft einer großen Temperaturspanne ausgesetzt, was ihre Leistung und Lebensdauer erheblich beeinflussen kann.

Thermische Ausdehnung und Kontraktion

– Ausdehnung: Wenn die Temperaturen steigen, dehnt sich das Material der Feder aus. Dadurch können sich die Abmessungen und mechanischen Eigenschaften der Feder verändern, was sich auf die Leistung auswirken kann.
– Kontraktion: In kalten Umgebungen ziehen sich die Materialien zusammen, wodurch die Feder spröder und anfälliger für Risse werden kann.