WIE BLATTFEDER HERGESTELLT WERDEN

Blattfeder-Stähle und ihre Herstellung
 

Die Grundlage jedes leistungsfähigen Blattfeder-Fahrwerksystems.Die Leistung, Haltbarkeit und Sicherheit einer Blattfeder hängt in erster Linie vom verwendeten Werkstoff ab. Ob für leichte Nutzfahrzeuge oder 40-Tonnen-Lkw – nur ein geeigneter Federstahl kann Millionen von Lastwechseln standhalten, ohne zu reißen, sich zu setzen oder zu versagen. Die Herstellung hochwertiger Blattfedern beginnt daher mit präzise legiertem und verarbeiteten Federstahl, der in spezialisierten Stahlwerken unter strengsten Qualitätskontrollen produziert wird.

 

Was ist Federstahl für Blattfedern?
 

Blattfedern bestehen typischerweise aus hochfesten, legierten Federstählen, die folgende Eigenschaften aufweisen:

• hohe Streckgrenze

• hervorragende Ermüdungsfestigkeit

• gute Zähigkeit und Duktilität

• Eignung für exakte Wärmebehandlung

• Stabilität bei zyklischer Biege- und Torsionsbelastung

Die gängigsten Stahlsorten für Blattfedern sind:

• 51CrV4 (EN 10089) – Chrom-Vanadium-Stahl mit exzellenter Lebensdauer (häufig für Parabelfedern verwendet)

• 55Cr3 – weit verbreiteter Chrom-Federstahl

• 60SiCr7 / 60SiMn5 – Silizium-Mangan-Stähle mit guter Ansprechbarkeit auf Anlassprozesse

• SUP9 / SUP11A – häufig im asiatischen Markt verwendet

Die Auswahl des Stahls hängt von der Anwendung, den zu erwartenden Lastbedingungen, der gewünschten Lebensdauer und den Kostenzielen ab.

 

Chemische Zusammensetzung von Federstählen
 

Federstähle werden gezielt legiert, um ein optimales Verhältnis zwischen Festigkeit und Elastizität zu erreichen. Ein typischer 51CrV4-Stahl enthält:

• Kohlenstoff (0,47–0,55 %) – erhöht Härte und Festigkeit

• Chrom (0,9–1,2 %) – verbessert Verschleißfestigkeit und Härtbarkeit

• Vanadium (0,10–0,25 %) – verfeinert das Korngefüge, erhöht Ermüdungsfestigkeit

• Silizium (0,15–0,40 %) – erhöht Zähigkeit und Elastizität

Geringe Anteile an Schwefel und Phosphor sind entscheidend, um innere Risse und nichtmetallische Einschlüsse zu vermeiden, da diese die Lebensdauer unter Ermüdung erheblich verkürzen können.
 

Herstellung von Federstahl
 

Die Produktion von Federstahl erfordert hochreine Verfahren, kontrollierte Legierungen und präzise thermomechanische Behandlungen. Führende Stahlhersteller fertigen Federstähle in folgenden Schritten:

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Elektroofen-Stahlherstellung (EAF)
Hochwertiger Schrott und Rohmaterialien werden im Lichtbogenofen geschmolzen. Legierungszusätze werden zur Zielzusammensetzung hinzugegeben. Sekundärmetallurgie wie Pfannenbehandlung und Vakuumentgasung entfernen Verunreinigungen und sorgen für chemische Homogenität.

 

Strangguss
Die Stahlschmelze wird in Knüppel oder Brammen gegossen. Die Abkühlraten werden kontrolliert, um innere Fehler, Seigerungen und Einschlüsse zu vermeiden.

 

Warmwalzen
Die Knüppel werden wiedererwärmt und zu Flachstählen gewalzt – je nach gewünschtem Endprofil, z. B. 50 × 8 mm oder 70 × 10 mm. Für Blattfedern ist warmgewalzter Flachstahl der Standardrohstoff.

 

Kontrolliertes Abkühlen und Normalglühen
Nach dem Walzen erfolgt ein kontrolliertes Abkühlen zur Kornfeinung. Gelegentlich wird auch ein Normalisierungsprozess (Erwärmen auf ca. 900 °C und Luftkühlung) angewendet, um das Gefüge zu homogenisieren.

 

Oberflächen- und Maßkontrolle
Jede Charge wird auf Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität, Härte und Reinheit geprüft. Oberflächenfehler wie Entkohlung, Risse oder Zunder müssen vermieden werden, da sie als Ausgangspunkte für Ermüdungsrisse dienen können.
 

Bedeutung von Reinheit und Mikrostruktur
 

Die Ermüdungsfestigkeit einer Blattfeder ist besonders empfindlich gegenüber inneren Fehlern. Moderne Federstahlhersteller streben an:

• geringe Gehalte nichtmetallischer Einschlüsse

• feines, gleichmäßiges Korngefüge

• minimale Entkohlungstiefe

• enge mechanische Toleranzen

Zur Qualitätsprüfung werden moderne Verfahren wie Ultraschallprüfung, Mikrostrukturanalyse und Härteprofile eingesetzt.
 

Kundenspezifische Stahlqualitäten für Blattfeder-Hersteller

Einige Stahlhersteller bieten maßgeschneiderte Qualitäten für spezifische OEMs oder Fahrzeugplattformen an, z. B.:

• angepasste Legierungszusammensetzungen

• besonders reine Stähle für hohe Lebensdauer

• spezifische Abmessungen oder Oberflächenbehandlungen

• OEM- oder Militärzertifizierungen

Die enge Zusammenarbeit zwischen Stahlwerken und Blattfeder-Herstellern stellt sicher, dass das Vormaterial für Biegung, Wärmebehandlung und Lebensdauer optimal geeignet ist.
 

Klassifizierung von warmgewalzten Flachstählen für Blattfedern

Als Ausgangsmaterial dienen warmgewalzte Flachstähle mit spezifischen Querschnittsprofilen, die die Fertigung und Leistung der Blattfedern maßgeblich beeinflussen. Diese Profile werden branchenweit mit Codes wie A, B, C, D und E klassifiziert.
 

Was ist ein gewalztes Federstahlprofil?
 

Ein Federstahlprofil beschreibt den Querschnitt eines Flachstahls. Obwohl grundsätzlich rechteckig, unterscheiden sich die Profile in Kantenform, Rundungen und Eignung für weitere Verarbeitungsschritte.

Die Geometrie beeinflusst:

• das Verhalten beim Wickeln von Federaugen oder beim Tapering

• die Kontaktfläche zwischen Federlagen

• die Spannungsverteilung unter Last

• die Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit

 

Profilcodes für Federstahl

„A“-Profil

• rechteckig, scharfe Kanten, flache Oberflächen

• für spanende Bearbeitung oder Taperung geeignet

• bevorzugt bei Parabelfedern

„B“-Profil

• leicht gerundete Kanten

• reduziert Spannungsspitzen

• einfache Verarbeitung bei Trapezfeder-Fertigung

„C“-Profil

• abgerundete obere Kanten, ggf. konvexe Oberfläche

• reduziert Reibung und Verschleiß zwischen Lagen

• verwendet bei progressiven oder Schwerlastfedern

„D“-Profil

• oben und unten gerundet, teils halb-elliptisch

• minimiert Kontakt und Reibung zwischen Lagen

• bevorzugt bei Parabelfedern und Z-Federn

„E“-Profil

• Sonderprofil, oft asymmetrisch oder teilkonisch

• für spezifische OEM-Anforderungen oder Spezialfertigungen

Alle Profile sind in diversen Breiten und Dicken erhältlich (z. B. 40 × 6 mm, 70 × 10 mm, 100 × 12 mm) und werden mit enger Toleranz gefertigt, um eine gleichbleibende Qualität bei der Blattfeder-Herstellung zu gewährleisten.

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Herstellungsprozess von Blattfedern (aus Stahl)

How raw spring steel becomes a finished suspension component.

 

SCHRITT 1: Rohmaterialvorbereitung und Ablängen

Der Prozess beginnt mit warmgewalzten Flachstahlprofilen aus Federstahl, typischerweise aus Werkstoffen wie 51CrV4, 55Cr3 oder 60SiCr7. Diese Profile werden in genormten Querschnittsformen (z. B. Profil A, B oder C) geliefert und vor der Weiterverarbeitung auf folgende Punkte geprüft:
• Oberflächenfehler (Risse, Zunder, Entkohlung)
• Maßtoleranzen (Breite, Dicke, Kantenform)
• Mechanische Eigenschaften (Härte, Reinheit, Mikrostruktur)

Anschließend werden die Stahlstangen gemäß dem vorgesehenen Federdesign auf die erforderliche Länge zugeschnitten.
 

SCHRITT 2: Stanzen des Mittellochs

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Das Mittelloch erfüllt eine strukturelle Funktion: Es ermöglicht, dass das gesamte Federpaket – bestehend aus mehreren Federlagen – mit einem Mittelbolzen sicher miteinander verschraubt wird.

Bevor eine Umformung oder Bearbeitung erfolgt, wird in das Federblatt ein Mittelloch gestanzt. Dieses Loch dient als Hauptreferenzpunkt für viele nachfolgende Arbeitsschritte – insbesondere dann, wenn das Federblatt asymmetrisch geformt ist oder ungleiche Längen aufweist.

Das Mittelloch wird später benötigt, um das Federblatt bei folgenden Endbearbeitungsschritten präzise zu positionieren:
• Augenwickeln
• Endenbearbeitung (z. B. bei Parabelfedern oder progressiven Federprofilen)
• Endenbeschneiden (schräg oder konturiert)
• Endenwickeln (z. B. bei Sicherheitslagen oder Hakenenden)

Die exakte Lage des Mittellochs stellt sicher, dass die Geometrie der Blattfeder über den gesamten Fertigungsprozess hinweg erhalten bleibt und korrekt ausgerichtet ist.

Je nach Materialdicke und Anwendungsfall kann das Loch auf drei Arten hergestellt werden:
• Heißstanzen – bei dickeren Querschnitten, unter lokaler Erwärmung und mit hohem Pressdruck
• Kaltstanzen – bei dünnerem Material (typischerweise unter 10 mm), mit mechanischen oder hydraulischen Pressen
• Bohren – für Spezialanwendungen, bei denen hohe Maßgenauigkeit gefordert ist oder bei denen das Stanzen Spannungen oder Risse verursachen könnte

Besonders wichtig ist, dass das Mittelloch keine scharfen Kanten, Grate oder Mikrorisse aufweist. Auf der Zugseite der Feder (in der Regel die Oberseite bei Trapezfedern) sollte das Loch mit einem kleinen Radius oder einer leichten Fase versehen sein, um die Gefahr von Ermüdungsrissen zu verringern. Diese Maßnahme verbessert die Dauerfestigkeit und Gesamtlebensdauer der fertigen Blattfeder erheblich.

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SCHRITT 3. Walzen (je nach Federart)

In diesem Stadium unterscheidet sich der Bearbeitungsweg je nachdem, ob es sich um ein Blatt einer konventionellen Trapezfeder oder einer Parabelfeder handelt.

Parabelfeder-Blätter

Parabelfederblätter benötigen einen zusätzlichen Umformprozess (Walzen), um ihr variables Dickenprofil zu erzeugen. Dadurch werden Gewicht und Reibung zwischen den Lagen reduziert, bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit.

• Das Federblatt wird abschnittsweise erhitzt – meist eine Hälfte nach der anderen – auf 900–950 °C. (Moderne Parabelfeder-Walzmaschinen, z. B. Morita, können beide Enden in einem Heizzyklus walzen.)

• Nach Erreichen der Zieltemperatur erfolgt das Walzen mit CNC-gesteuerten Parabelfeder-Walzmaschinen.

• Die Walzrollen verringern die Dicke progressiv vom Zentrum zu den Enden entlang einer definierten parabolischen Kontur.

• Standardmäßig wird symmetrisch gewalzt; asymmetrische Federkennlinien sind möglich, wenn die Anwendung es erfordert.

Nach dem Walzen kühlt das Blatt in der Regel an der Luft ab, bevor der nächste Prozessschritt folgt.

Trapezfedern (konventionelle Mehrlagenfedern)

Bei konventionellen Mehrlagenfedern bleibt das Blatt über seine Länge im Wesentlichen gleich dick. Dennoch werden die Blattenden oft lokal gewalzt, um Spannungen zu reduzieren und den Verschleiß zwischen den Lagen zu verringern.

• Gleichmäßiges Erhitzen auf ca. 850–950 °C (werkstoffabhängig).

• Erwärmung in Gas- oder Induktionsöfen.

• Endenwalzen auf den letzten ca. 50–100 mm: Die Blattenden werden mit erhitzten Walzrollen oder Formwerkzeugen ausgedünnt.

Diese Endenwalzung reduziert Spannungsspitzen an den Blattspitzen und ermöglicht ein geschmeidigeres Arbeiten des Federpakets bei Teilbelastung. Im Gegensatz zur Parabelfeder bleibt der mittlere Bereich des Blattes unverändert dick.

 

SCHRITT 4. Endenbearbeitung
 

Nach dem Erhitzen und ggf. Walzen werden die Federenden geformt. Welche Bearbeitung erfolgt, hängt von der Funktion der Federlage im Fahrwerkssystem ab. Übliche Endenbearbeitungen sind:

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Federauge rollen

Der häufigste Arbeitsgang bei Hauptblättern: Das erhitzte Blattende wird auf einer hydraulischen oder mechanischen Rollmaschine um einen Dorn definierten Durchmessers zum Federauge gerollt. Dieses Federauge dient zur Befestigung der Feder am Fahrgestell mittels Buchse und Schraube. Wichtige Qualitätskriterien:

• exakter Innendurchmesser und Ausrichtung

• glatter Übergangsradius zur Vermeidung von Ermüdungsrissen

• definierte Innenfläche / Passung für die Buchse

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Endenumschlag (Wrap Leaf)

Vor allem bei Sicherheits- bzw. Umschlagblättern: Das erhitzte Umschlagblatt wird teilweise um das Federauge des Hauptblattes herumgerollt, ohne ein eigenes Federauge auszubilden. Dadurch bleibt die Achsaufnahme auch bei einem Bruch des Hauptblattes gesichert (Blattfeder Verstärkung).

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Endenzuschnitt / Endenformen

Das Federende wird entsprechend dem Design gekürzt oder profiliert. Häufig:

• angefaste oder abgeschrägte Enden

• runde oder „Fischschwanz“-Konturen

• eingehakte oder eingerollte Formen

Die richtige Endgeometrie steuert Spannungsflüsse und verbessert die Lage der Blätter im Federpaket.

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Zusatz-Bohrungen / Stanzungen für Anbauteile

In manchen Konstruktionen werden nahe dem Federende Bohrungen oder Stanzlöcher für Gummipuffer, Klemmen, Reibungszwischenlagen oder Geräuschdämpfer gesetzt. Dabei ist zu beachten:

• Lochqualität: keine Grate, keine Mikrorisse

• Querschnittsreduzierung minimieren

• Symmetrie und Ausrichtung behalten

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Temperaturhinweis: Endenbearbeitungen erfolgen üblicherweise im heißen Zustand (ca. 750–850 °C), damit das Material formbar bleibt und keine Rissbildung auftritt.

 

SCHRITT 5. Wärmebehandlung einschließlich Biegen
 

In diesem Schritt wird der weiche Federrohling durch eine Kombination aus kontrollierter Erwärmung, präzisem Biegen und Wärmebehandlung in eine gehärtete, flexible und langlebige Blattfeder umgewandelt. Der Prozess bringt erhebliche metallurgische Veränderungen mit sich und muss äußerst sorgfältig durchgeführt werden, um Ermüdungsbeständigkeit und Maßhaltigkeit sicherzustellen.

 

Phase 1: Ausgangszustand des Materials – weicher Federstahl
Zu Beginn dieses Schrittes befindet sich das Federblatt noch im weichen, ungehärteten Zustand, der manchmal als geglühter Federstahl bezeichnet wird. Seine metallurgische Struktur besteht typischerweise aus Ferrit-Perlit, und die Brinellhärte (HB) liegt je nach Stahlgüte und Lieferzustand bei etwa 180–220 HB. Dieser weiche Zustand ermöglicht das Warmformen und präzise Walzen der Feder.

 

Phase 2: Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur
Das Federblatt wird auf 900–950 °C erhitzt, entweder in einem gasbeheizten Ofen oder mittels Induktion, abhängig vom Aufbau der Produktionslinie. Die Anforderungen in diesem Schritt sind:

• Der gesamte Querschnitt muss die Zieltemperatur gleichmäßig erreichen.

• Die innere Gefügestruktur muss sich vollständig in homogenes Austenit umwandeln, um eine effektive Härtung zu ermöglichen.

• Die Haltezeit im Ofen wird je nach Materialdicke und Ofentyp angepasst.

Eine gleichmäßige Erwärmung stellt sicher, dass die mechanischen Eigenschaften über das gesamte Bauteil hinweg konstant sind und beugt Rissbildung beim anschließenden Abschrecken vor.

 

Phase 3: Biegung
Sobald das Federblatt vollständig austenitisiert ist, wird es aus dem Ofen in einen hydraulischen Biegerahmen oder eine Biegepresse überführt. In diesem noch heißen und verformbaren Zustand:

• Wird die Feder auf die erforderliche Krümmung gebogen, entsprechend ihrer Funktion im Fahrwerkssystem.

• Dient das zuvor gestanzte Zentrumloch als Referenz, um Symmetrie und Ausrichtung sicherzustellen.

• Muss die Formgebung äußerst präzise erfolgen, da sie die Einbauhöhe und das Tragverhalten bestimmt.

Der Biegeprozess muss zügig abgeschlossen werden, da das Material bei Umgebungstemperatur schnell abkühlt.

 

Phase 4: Abschrecken (Härten)
Unmittelbar nach dem Biegen muss die Feder schnell abgekühlt werden, um die Austenitstruktur in Martensit umzuwandeln – eine harte, aber spröde Phase mit hoher Festigkeit. In der Industrie gibt es zwei gängige Verfahren:

• A. Abschrecken im Rahmen: Der gesamte Biegerahmen mit dem eingespannten Federblatt wird in ein 50 °C warmes Ölbad abgesenkt. Durch Bewegung im Öl wird eine gleichmäßige Abkühlung gewährleistet.

• B. Freies Abschrecken: Nach dem Biegen wird das Federblatt aus der Presse entnommen und von einem Roboterarm oder Bediener in das Ölbad eingelegt. Dieses Verfahren erlaubt mehr Flexibilität, erfordert jedoch exaktes Timing.

Das Timing des Abschreckens ist entscheidend. Der Stahl muss schnell genug abgekühlt werden, um der Zeit-Temperatur-Umwandlungskurve (TTT-Diagramm) zu folgen und die Bildung von Bainit oder Perlit zu vermeiden. Dies wird als „innerhalb der C-Kurve bleiben“ bezeichnet. Bei richtigem Abschrecken entsteht ein überwiegend martensitisches Gefüge, das sehr hart, aber auch spröde ist.

 

Phase 5: Anlassen (Spannungsabbau und Zähigkeit)

Um die Zähigkeit und Duktilität wiederherzustellen, wird die gehärtete Blattfeder angelassen (manchmal auch als „Weichglühen“ bezeichnet). Der Prozess umfasst:

• das Wiedererwärmen der Feder auf 400–450 °C

• das Halten dieser Temperatur über eine definierte Zeitspanne (abhängig von Material und Querschnittsdicke)

• das sehr langsame Abkühlen im Ofen oder in kontrollierter Luft, um Eigenspannungen zu vermeiden

Das Anlassen baut innere Spannungen ab und verleiht der Feder ihr endgültiges elastisches und ermüdungsfestes Verhalten.

 

Phase 6: Endkühlung und Härtebereich

Nach dem Anlassen verlässt die Feder den Ofen. Um die Temperatur zu stabilisieren und Ölrückstände zu entfernen, wird sie in der Regel mit ca. 30 °C warmem Wasser abgespritzt. Diese schonende Abkühlung bringt das Stahlbauteil kontrolliert auf Umgebungstemperatur.

In diesem Stadium erreicht die Feder ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften:

• Härte: 350–500 HB, je nach Stahlgüte und Anwendung

• ausgezeichnete Flexibilität und Ermüdungsbeständigkeit

• eine stabile, angelassene martensitische Gefügestruktur

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SCHRITT 6. Endbearbeitung und Maßanpassung (optional)
 

Dieser Schritt ist optional und hängt vom konkreten Federdesign, den Toleranzanforderungen und der Einbausituation ab. Da das Federblatt nun seine endgültige Form und metallurgischen Eigenschaften erreicht hat, können eventuelle Feinbearbeitungen sicher durchgeführt werden, um höchste Passgenauigkeit und Montagetauglichkeit zu erzielen.

Typische Bearbeitungsschritte nach der Wärmebehandlung sind:

• Aufreiben des Federauges
  Nach dem Härten und Anlassen kann sich das Federauge leicht verziehen. Durch ein kontrolliertes Aufreiben wird:

  • der exakte Innendurchmesser sichergestellt

  • die korrekte Passung des Buchseneinsatzes garantiert

  • die Ausrichtung und Rundlaufgenauigkeit erhalten, um ungleichmäßigen Verschleiß zu vermeiden

• Seitliches Fräsen
  Die Seitenbereiche der Feder werden bearbeitet:

  • im Bereich des Mittelbolzens, wo U-Bolzen oder Mittelklemmen sitzen

  • an den Enden, falls sie in Führungsbügel oder Schwingenplatten eingreifen
    Dadurch werden Breitentoleranzen und Parallelität eingehalten.

• Bohren oder Nachbearbeiten zusätzlicher Zubehörbohrungen
  Falls erforderlich, werden in diesem Schritt Bohrungen für Befestigungen, Halterungen oder Dämpferelemente exakt gesetzt.

Diese Bearbeitungsschritte müssen ohne Wärmeentwicklung oder starke Vibrationen erfolgen, da sich das Material nun im gehärteten Zustand befindet. Die Werkzeuge müssen scharf und die Einspannungen stabil sein, um Oberflächenrisse zu vermeiden.

 

SCHRITT 7. Kugelstrahlen / Spannungsstrahlen

Das Kugelstrahlen ist ein wichtiger Nachbehandlungsprozess, der zur Erhöhung der Dauerfestigkeit und Lebensdauer von Blattfedern eingesetzt wird. Es ist besonders entscheidend, um vorzeitige Ausfälle durch zyklische Belastungen und Spannungskonzentrationen an der Oberfläche zu verhindern. Die Methode unterscheidet sich je nachdem, ob es sich um eine Trapezfeder oder eine Parabelfeder handelt.

 

Zweck des Kugelstrahlens

Während der Wärmebehandlung und der Biegung (Vorkrümmung) können an der Oberfläche der Feder restliche Zugspannungen entstehen. Diese sind langfristig schädlich, da sie die Entstehung von Ermüdungsrissen begünstigen. Beim Kugelstrahlen werden diese durch Druckspannungen ersetzt, die die Ermüdungsfestigkeit der Feder erheblich verbessern.

 

Funktionsweise

• Kleine Stahl- oder Keramikkugeln („Shots“) werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Feder geschossen.

• Jeder Aufprall erzeugt eine mikroskopische Vertiefung, wodurch die Oberfläche plastisch verformt wird.

• Dadurch entsteht eine Schicht von Druckeigenspannungen, typischerweise in einer Tiefe von 0,1–0,3 mm, abhängig von den Strahlparametern.

• Die eingebrachte Druckspannung wirkt der Betriebsspannung entgegen und verzögert oder verhindert die Rissbildung durch Ermüdung.

 

Unterschiede zwischen Trapezfedern und Parabelfedern beim Kugelstrahlen

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1. Trapezfedern – klassisches Kugelstrahlen

• Wird nur auf der Zugseite angewendet (in der Regel die Oberseite).

• Das Federblatt ist während des Strahlens unbelastet.

• Typisch für mehrlagige Federpakete, bei denen nur die obersten Lagen signifikante Zugspannungen aufweisen.

• Verbessert die Lebensdauer je nach Belastungsbedingungen um 30–70 %.

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2. Parabelfedern – Spannungsstrahlen (Stress Peening)

• Eine weiterentwickelte Form des Kugelstrahlens, speziell für Parabelfedern, die in der Regel aus ein oder zwei Lagen bestehen und höher belastet werden.

• Das Federblatt wird zuerst in eine entgegengesetzte Richtung der ursprünglichen Wölbung vorgespannte (vorverformt), meist mit einer hydraulischen Presse oder Vorrichtung.

• In diesem Zustand wird es in eine spezielle Kassette eingelegt, die die Verformung aufrechterhält.

• Die Kassette mit der vorgespannten Feder wird dann in die Strahlkammer eingebracht, wodurch ein kontrolliertes und gleichmäßiges Strahlen ermöglicht wird.

• Das Kassetten-Design erlaubt, dass das Strahlmittel beide Seiten erreicht:

  • Die Zugseite, die unter künstlicher Spannung steht,

  • und die Druckseite, die ebenfalls von einer Spannungsangleichung profitiert.

• Diese Methode führt zu tieferen und effektiveren Druckspannungen über die gesamte Oberfläche hinweg.

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Das Spannungsstrahlen ist für Parabelfedern unerlässlich, um eine langfristige Zuverlässigkeit unter hohen dynamischen Belastungen zu gewährleisten und wird häufig von OEM-Vorgaben für LKW- und Busanwendungen gefordert.

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SCHRITT 8. Beschichtung und Lackierung

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Nachdem die Federblätter alle wichtigen mechanischen und oberflächentechnischen Prozesse durchlaufen haben – einschließlich Wärmebehandlung, Wölbung und Kugelstrahlen –, folgt im letzten Produktionsschritt die Beschichtung oder Lackierung. Dieser Schritt dient dem Korrosionsschutz, erhöht die Lebensdauer und verbessert das Erscheinungsbild des Produkts – insbesondere bei sichtbaren Anwendungen.

 

Hauptziele der Beschichtung

• Schutz des Federstahls vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Salz oder Chemikalien

• Sauberes Erscheinungsbild gemäß OEM- oder Aftermarket-Vorgaben

• Reibungsreduzierung zwischen übereinanderliegenden Blättern bei Trapezfederpaketen (sofern reibungsmindernde Beschichtungen verwendet werden)

• Markenerkennung durch Farbgebung oder Kennzeichnung

 

Gängige Beschichtungsverfahren

1. Tauchlackierung

• Das traditionellste und kostengünstigste Verfahren

• Federblätter werden in einen industriellen schwarzen Lack getaucht

• Bietet einfachen Rostschutz und gleichmäßige Abdeckung

• Häufig bei Trapezfedern eingesetzt

2. Elektrostatische Pulverbeschichtung

• Wird bei hochwertigen oder OEM-Anwendungen verwendet

• Trockener Lack wird elektrostatisch aufgetragen und anschließend im Ofen eingebrannt

• Erzeugt eine widerstandsfähige, dicke und stoßfeste Oberfläche

• In verschiedenen Farben erhältlich (z. B. Schwarz, Grau, Rot)

• Oft bei Parabelfedern oder optisch anspruchsvollen Anwendungen im Einsatz

3. KTL-Beschichtung (Kathodische Tauchlackierung)

• Hochwertige elektrochemische Tauchlackierung, ähnlich der Fahrwerksbeschichtung in der Automobilindustrie

• Bietet exzellenten Korrosionsschutz, selbst bei Salznebeltests

• Aufwendiger und teurer, wird aber von führenden Herstellern für Premium- und Exportmärkte bevorzugt

4. Zinkphosphat- oder Manganphosphat-Beschichtung

• Wird als Vorbehandlung für Lackierungen oder Pulverbeschichtungen eingesetzt

• Verbessert die Haftung und Korrosionsbeständigkeit

• Optional, je nach Spezifikation

 

Wichtige technische Aspekte

• Die Oberfläche muss vor der Beschichtung sauber und trocken sein (z. B. durch Sandstrahlen oder chemische Reinigung)

• Die Schichtdicke muss innerhalb definierter Toleranzen bleiben, um Passprobleme bei der Montage zu vermeiden (z. B. Einbau von Federbuchsen oder Passung der Mittellöcher)

• Keine Farbe darf auf kritische Flächen gelangen, insbesondere:

  • die Innenbohrung des Federauges

  • die Zentrierbohrung

  • die Reibzonen bei mehrlagigen Blattfedern (es sei denn, es wird eine spezielle trockene Gleitbeschichtung verwendet)

 

SCHRITT 9. Montage des vollständigen Federpakets

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Nachdem alle einzelnen Federblätter hergestellt, behandelt und beschichtet wurden, erfolgt die Endmontage zum vollständigen Federpaket (auch bekannt als Blattfederpaket). Dieser Vorgang ist zwar mechanisch, muss jedoch mit hoher Präzision durchgeführt werden, um die richtige Ausrichtung, Vorspannungsverteilung und Sicherheit zu gewährleisten.

 

Montageschritte im Detail

1. Sortieren und Ausrichten der Blätter

• Die Federblätter werden der Länge nach geordnet – vom Hauptblatt bis zum kürzesten Blatt – entsprechend dem Federdesign (z. B. Trapezfeder, progressive Feder, Military Wrap usw.).

• Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei: der Übereinstimmung der Wölbung (Camber), der Symmetrie, der Ausrichtung von Endverjüngungen, Bohrungen, dem Einbau des Federaugenbuchsen in das Hauptblatt

2. Spannen der Federblätter

• Die gestapelten Blätter werden in eine Vorrichtung oder Spannstation eingelegt.

• Mit hydraulischen oder mechanischen Spannvorrichtungen werden die Blätter zusammengedrückt, um die Anfangsvorspannung aufzubringen.

• Diese Vorspannung ist notwendig, um:  einen engen Kontakt zwischen den Blättern sicherzustellen, Bewegung und Geräusche im Fahrbetrieb zu vermeiden, eine sichere Montage des Mittelbolzens zu ermöglichen

3. Einbau des Mittelbolzens

• Ein Mittelbolzen (auch Federbolzen genannt) wird durch die vorgebohrten Zentrierlöcher geführt.

• Der Bolzen wird mit einem definierten Drehmoment angezogen, um das Paket zusammenzuziehen.

• Der Bolzenkopf dient oft als Zentrierstift für die Achsbefestigung.

• Überstehendes Gewinde wird abgeschnitten oder abgeschert, um den Einbau zu erleichtern.

4. Montage von Seitenklammern oder Rückhalteschellen

• Je nach Konstruktion wird das Federpaket mit folgenden Elementen ausgestattet: U-förmige Klammern, Rückhalteschellen (Rebound Clips), ggf. reibungsreduzierende Einlagen

• Diese helfen dabei, die Ausrichtung des Pakets bei dynamischer Kompression und Ausfederung aufrechtzuerhalten.

• Die Positionierung der Klammern ist entscheidend, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

5. Einbau von Gummi- oder Kunststoffeinlagen (wenn erforderlich)

• In geräuschsensiblen oder reibungsreduzierten Anwendungen werden häufig Gummi- oder Kunststoffpads zwischen die Blätter eingelegt.

• Besonders verbreitet bei Anhängerfedern oder in komfortorientierten Anwendungen im Personenverkehr.

 

SCHRITT 10. Einrichten (Setzen) der Blattfeder und Überprüfung der Last-/Durchbiegungskurve

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Der letzte Schritt in der Montage von Blattfedern ist das sogenannte Einrichten (auch als „Vorspannen“ oder „Setzen“ bezeichnet). Dieser Prozess stellt sicher, dass die Feder ihre endgültige Wölbung (Camber) erreicht und ihr Last-/Durchbiegungsverhalten stabilisiert ist, bevor sie zum Kunden oder an die Fahrzeugmontage geliefert wird.

 

Was bedeutet „Einrichten“ einer Blattfeder?

Beim Einrichten wird eine definierte statische Last auf die vollständig montierte Feder aufgebracht. Die Feder wird dabei auf eine Zielkraft zusammengedrückt – typischerweise in der Nähe oder leicht oberhalb des vorgesehenen Einsatzbereichs.

 

Ablauf des Prozesses

1. Einlegen der Feder in die Prüfpresse

• Die montierte Feder wird in einen kalibrierten Prüfrahmen eingelegt

• Die Vorrichtung gewährleistet die korrekte Ausrichtung und Auflage an beiden Federaugen bzw. Befestigungspunkten

2. Aufbringen der definierten Belastung

• Eine Kraft in Höhe der nennmäßigen statischen Belastung der Feder (oder darüber) wird durch einen Hydraulikzylinder aufgebracht

• Typische Belastungsstufen:

  • 100–120 % der Auslegungslast bei Trapezfedern

  • 80–100 % bei Parabelfedern

3. Kontrolle des finalen Camber

• Nach dem Entfernen der Belastung wird die Feder auf ihre Ziel-Wölbung im unbelasteten Zustand überprüft

• Dies bestätigt, dass die plastische Verformung und die Stabilisierung der inneren Spannungen abgeschlossen sind

 

Messung der Last-/Durchbiegungskurve und Dokumentation

Nach dem Einrichten wird eine kontrollierte Prüfung der Last-/Durchbiegungskurve durchgeführt, um die Federsteifigkeit (Federrate) und das elastische Verhalten zu ermitteln:

• Die Feder wird schrittweise belastet (z. B. alle 100–200 kg)

• Die Durchbiegung in mm wird bei jedem Lastpunkt aufgezeichnet

• Die resultierende Kennlinie wird digital gespeichert oder ausgedruckt

• Jede Feder oder Fertigungscharge erhält ein Prüfzertifikat oder ein QR-Code-Etikett, das auf die Prüfdaten verweist

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SCHRITT 11. Qualitätsprüfung – mit Schwerpunkt auf metallurgischer Kontrolle
 

Während des gesamten Produktionsprozesses von Blattfedern erfolgt die Qualitätssicherung in mehreren Stufen – vom Wareneingang des Rohmaterials über die Wärmebehandlung bis zur Endmontage und Funktionsprüfung. Eine der wichtigsten und technisch anspruchsvollsten Prüfungen ist jedoch die stichprobenartige metallurgische Kontrolle des Federstahls.

Ziel ist es, sicherzustellen, dass die mechanischen Eigenschaften, die Ergebnisse der Wärmebehandlung und die Mikrostruktur des Stahls den vorgeschriebenen Spezifikationen entsprechen – denn diese sind entscheidend für Lebensdauer, Sicherheit und Ermüdungsfestigkeit der Feder.

 

Wann wird die metallurgische Prüfung durchgeführt?

• In der Regel chargenweise (z. B. alle X Tonnen oder alle X Federn)

• Nach der Wärmebehandlung und vor oder nach dem Kugelstrahlen

• Üblicherweise an Hauptblättern, teilweise auch an zufällig ausgewählten kurzen Blättern oder Hilfsfedern

 

Wie läuft die metallurgische Prüfung ab?

1. Entnahme einer Probe

• Ein kleines Stück wird vom Federblatt abgetrennt (meist am Ende oder an einem Prüfstück)

• Die Funktionsbereiche der Feder bleiben dabei unberührt

• Die Proben werden markiert und dokumentiert, um Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten

2. Härteprüfung

• Brinell- (HBW) oder Rockwell- (HRC) Prüfverfahren

• Es wird sowohl die Oberflächenhärte als auch teilweise die Kernhärte gemessen, um die korrekte Abschreck- und Anlassbehandlung zu überprüfen

• Typische Härtebereiche: 350–500 HB, je nach Anwendung

3. Mikrostruktur-Analyse

• Die Proben werden geschliffen und geätzt, um die Stahlstruktur unter dem Mikroskop sichtbar zu machen

• Ziel: Nachweis einer gleichmäßigen, angelassenen Martensitstruktur mit minimalem Ferrit- oder Bainitanteil

• Entkohlung, Korngrenzenprobleme oder Einschlüsse nahe der Oberfläche werden dokumentiert

4. Einschlussbewertung (optional, bei hoher Beanspruchung)

• Nichtmetallische Einschlüsse werden mit Lichtmikroskop oder Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht

• Kritisch bei ermüdungsrelevanten Anwendungen wie Parabelfedern

• Klassifizierung der Einschlüsse nach DIN 50602, ASTM E45 oder ISO 4967

5. Oberflächenprüfung

• Rissprüfung mittels Magnetpulververfahren (MPI) oder Farbeindringverfahren

• Besonders wichtig nach der Wärmebehandlung und vor der Beschichtung

• Stellt sicher, dass keine Mikrorisse an der Oberfläche vorhanden sind, wo Spannungsspitzen auftreten können

 

Entkohlungskontrolle – ein kritischer Aspekt der metallurgischen Prüfung

Ein zentrales Ziel ist die Prüfung auf Entkohlung an der Oberfläche – also dem Verlust von Kohlenstoff im Randbereich. Ursachen sind u. a.:

• Offene Flammenbehandlung, z. B. bei manuellen Reparaturen oder unsachgemäßer Umformung

• Unzureichende Ofensteuerung

• Zu lange Haltezeiten bei hohen Temperaturen während der Wärmebehandlung

Da Kohlenstoff entscheidend für Härte und Ermüdungsfestigkeit ist, kann eine entkohlte Zugseite die Feder massiv schwächen.

 

Wie wird Entkohlung geprüft?

1. Härteprofilmessung

• Die Härte wird in verschiedenen Tiefen mittels Mikrohärteprüfung (z. B. Vickers oder Knoop) gemessen

• Typische Messpunkte:

  • 0,1 mm unter der Oberfläche (Zugseite)

  • 0,5 mm unter der Oberfläche

  • Kern (Materialmitte)

• Die Werte werden verglichen, um die Homogenität zu bewerten

2. Annahmekriterien

• Die Differenz zwischen Oberflächen- und Kernhärte muss innerhalb der Toleranzen liegen

• Beispielhafte Anforderungen:

  • Oberflächenhärte ≥ 90 % der Kernhärte

  • oder: Entkohlungstiefe < 0,2 mm bei den meisten Federstählen

• Vorgaben nach ISO 3887, DIN EN 10328 oder ASTM E1077

3. Mikrostrukturanalyse (optional oder bei Abweichungen in der Härteprüfung)

• Schliffe werden geätzt und unter dem Mikroskop untersucht

• Eine sichtbare Ferritzone nahe der Oberfläche weist auf Entkohlung hin

• Die Tiefe wird gemessen und mit den Vorgaben verglichen

 

Warum ist das so wichtig?

• Eine entkohlte Zugseite reduziert die Ermüdungsfestigkeit erheblich

• Erhöhtes Risiko für Mikrorisse, Korrosion und Frühversagen

• Besonders häufig bei reparierten oder lokal erhitzten Federn, weshalb OEMs das Schweißen oder Flammrichten von Federstahl streng verbieten

 

Herausforderungen einer effizienten

Blattfederproduktion

​

Die Herstellung hochwertiger Blattfedern ist ein komplexer Industrieprozess, der metallurgische Präzision, mechanische Umformung, Oberflächenbehandlung und enge Maßtoleranzen vereint. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Hersteller Produktqualität, Kosteneffizienz und Flexibilität in Einklang bringen – und das unter steigendem Druck durch Rohstoffpreise, Energiekosten und volatilen Marktnachfragen.

Im Folgenden werden die wichtigsten Herausforderungen aufgezeigt, mit denen Blattfederhersteller heute konfrontiert sind:

 

Chargengröße vs. Umrüstzeiten

​

Viele kritische Produktionsschritte – insbesondere Wärmebehandlung, Walzen von Parabelfedern und das Rollen von Federaugen – erfordern lange Umrüstzeiten beim Produktwechsel.

Herausforderung:

• Kleine Chargen erhöhen die Flexibilität, verursachen aber höhere Stückkosten durch häufiges Umrüsten

• Große Chargen senken die Rüstkosten pro Einheit, führen jedoch zu höherem Lagerbestand und langsameren Reaktionszeiten

​

Automatisierung vs. Produktionsflexibilität

​

Die Einführung von Automatisierung und Robotik in der Blattfederproduktion – insbesondere für:

• Rollen der Federaugen

• Parabelwalzen

• Handling während Wärmebehandlung und Abschrecken

• usw.

… kann den Personalbedarf senken, die Prozesswiederholbarkeit verbessern und die Arbeitssicherheit erhöhen.

Herausforderung:

• Automatisierte Systeme sind oft weniger flexibel

• Ein Produktwechsel kann aufwendige mechanische Umrüstung, Neuprogrammierung oder separate Roboterstationen erfordern​

 

Stahlkosten und Kapitalbindung
 

Federstahl macht 50–70 % der Gesamtkosten einer fertigen Feder aus, abhängig vom Federdesign und der Anzahl der Lagen. Enthalten sind:

• Hochwertige Walzprofile

• Transport und Lagerung

• Verschnitt und Abfall bei Zuschneiden, Augenrollen oder Parabelwalzen

Herausforderung:

• Hohe Stahlkosten binden erhebliches Umlaufvermögen

• Lange Lieferzeiten der Stahlwerke führen zu Lagerhaltung, was Finanzierungs- und Lagerkosten erhöht
   

Energieeffizienz: Gas- vs. Induktionserwärmung

Die Wärmebehandlung ist einer der energieintensivsten Prozesse der Federherstellung. Die Entscheidung zwischen:

• Gasöfen (kontinuierliche Massenverarbeitung)

• Induktionsöfen (lokale, schnelle und präzise Erwärmung)

… wird mit steigenden Energiepreisen zunehmend relevant.

Herausforderung:

• Gasöfen bieten hohe thermische Trägheit und längere Aufheizzeiten, sind aber für Großserien geeignet

• Induktion ist schneller und energieeffizienter, jedoch weniger effektiv bei dicken Querschnitten oder großen Losgrößen

• Beide Systeme unterscheiden sich in Wartung, Emissionen und Flächenbedarf

 

Qualitätssicherung unter Kostendruck

Kunden, insbesondere OEMs, fordern:

• Hohe Ermüdungsfestigkeit

• Rückverfolgbarkeit

• Einhaltung der Last-/Durchbiegungskurve

• Korrosionsschutz (z. B. KTL- oder Pulverbeschichtung)

Herausforderung:

• Diese Anforderungen bei niedrigen Produktionskosten zu erfüllen, ist schwierig

• Das Auslassen oder Vereinfachen von Prozessen (wie Spannungsstrahlen, Oberflächenfinish oder Mikrostrukturprüfung) reduziert Kosten, gefährdet aber die Haltbarkeit

 

Investitionskosten und Markteintrittsbarrieren

Obwohl Blattfedern als einfaches Fahrwerksbauteil erscheinen, erfordert ihre Fertigung eine kapitalintensive und hochspezialisierte Produktionsinfrastruktur. Im Gegensatz zur allgemeinen Metallverarbeitung oder Stanztechnik sind die meisten Maschinen nicht branchenübergreifend nutzbar.

Folge:

• Hohe Einstiegshürden für neue Marktteilnehmer – sowohl in Bezug auf Investition als auch Know-how

 

Hohe Investitionen erforderlich

Der Aufbau einer effizienten Blattfederfabrik mit ca. 5.000 Tonnen Jahreskapazität (mittlere Größe) erfordert erhebliche Investitionen – ohne Grundstücks- und Gebäudekosten.

 

Anlagentyp - Geschätzte Kosten (EUR)

Wärmebehandlungslinie (Ofen, Ölabschreckung, Biegeeinheit, Automatisierung)

1 – 2 Mio. €

Walzanlage für Parabelfedern mit integrierter Erwärmung

0,5 – 1 Mio. €

Spannungsstrahlanlage mit Kassettensystem

~1 Mio. €

Augenrollmaschinen, Endbearbeitung, Lochpressen

0,5 – 0,8 Mio. €

Kugelstrahlanlage (für Trapezfedern)

0,3 – 0,6 Mio. €

Montageeinrichtungen (Spannvorrichtungen, Pressen, Messstationen)

0,2 – 0,4 Mio. €

Beschichtung (KTL, Pulverbeschichtung oder Spritzkabine)

0,4 – 0,6 Mio. €

Qualitätskontrolle (Härteprüfer, Mikroskop, Prüfstand)

0,1 – 0,2 Mio. €

Materialhandling (Roboter, Krane, Fördertechnik)

0,3 – 0,5 Mio. €

 

Gesamtinvestition (ohne Gebäude, Infrastruktur, Lagerbestand):
mindestens 10 – 15 Millionen Euro für eine moderne, schlanke Fertigungslinie

 

Hochspezialisierte Anlagen

Die meisten Maschinen wie Biegestationen, Walzanlagen, Camber-Presse oder Kugelstrahlanlagen sind OEM-spezifisch oder maßgeschneidert.

Folgen:

• Geringer Wiederverkaufswert bei Produktionsstopp

• Lange Lieferzeiten für Ersatzteile und Wartung

• Wenige globale Lieferanten – hohe Abhängigkeit

 

Lange Anlaufphase und versteckte Kosten

Selbst nach der Installation dauert es mehrere Monate, bis eine stabile Serienfertigung erreicht wird:

• Prozesskalibrierung (insbesondere Wärmebehandlung und Last-/Durchbiegung)

• Schulung von Personal (Bediener, QS, Wartung)

• Produktfreigaben durch OEMs

• Hohe Ausschussraten zu Beginn

Folgen:

• Hohe Stückkosten in der Anlaufphase

• Verzögerter Umsatzfluss

• Bedarf an Betriebskapital zur Liquiditätsüberbrückung

 

Betriebliche Herausforderungen im laufenden Betrieb

Auch nach Produktionsstart bleibt die Effizienz ein ständiges Thema:

• Optimierung der Chargengrößen

• Preisschwankungen beim Stahl

• Ausbalancieren von Automatisierung und Flexibilität

• Steigende Energiekosten bei thermischen Prozessen

 

Fazit

Die Gründung einer Blattfederfabrik ist kein risikoarmes Vorhaben. Sie erfordert:

• Hohe Anfangsinvestitionen in spezialisierte Anlagen

• Technisches Fachwissen in den Bereichen Metallurgie, Dauerfestigkeit und Maßkontrolle

• Eine lange Anlaufphase bis zur stabilen Produktion und Kundenfreigabe

Aus diesen Gründen wird der globale Markt von einigen wenigen erfahrenen Herstellern mit OEM-Beziehungen und vertikal integrierten Strukturen dominiert.

Wer jedoch erfolgreich ist, erschließt sich eine strategische Nische mit stabiler Nachfrage – insbesondere in Regionen mit wachsendem Nutzfahrzeug- und Anhängermarkt.

 

​​​

Kritische Parameter in der Blattfederproduktion: Was muss kontrolliert werden, um die Funktion der Blattfeder sicherzustellen

Damit eine Blattfeder über tausende Lastzyklen sicher und effizient funktioniert, muss sie strenge mechanische und geometrische Vorgaben erfüllen. Schon geringe Abweichungen bei bestimmten Parametern können zu vorzeitigem Verschleiß, Beschädigungen an Gummibuchsen, Fehlausrichtung der Achse oder sogar Federbrüchen führen.

Nachfolgend sind die wichtigsten kritischen Fertigungsparameter aufgelistet, die sowohl bei Trapez- als auch Parabelfedern eng überwacht werden müssen:

​

Halbe Länge (Abstand zwischen Mittelloch und Federauge)

• Definiert die Asymmetrie der Feder

• Beeinflusst die Achslage, Lastverteilung und Fahrzeughöhe

• Besonders wichtig bei asymmetrischen Federn (mit kurzem und langem Arm)

Kontrolliert bei:

• Stanzen der Mittelpunktbohrung

• Rollen des Federauges

• Camber-Formgebung

🔧 Toleranzbereich: typischerweise ±1,5 mm

​

 

Durchmesser des Federauges

• Entscheidend für das Einpressen der Buchse

• Beeinflusst Geräuschverhalten, Bewegungsspiel und Lebensdauer

• Zu groß = Klappern; zu eng = Buchsenschäden

Kontrolliert bei:

• Rollen des Federauges

• Nachbearbeitung durch Reiben oder Fräsen

🔧 Typische Toleranz: ±0,1 mm, je nach Buchsendesign

​

 

Parallelität der Federaugenachsen

• Beide Federaugen müssen in einer Ebene liegen

• Abweichung führt zu Verspannung in den Schäkeln, Reibung und ungleichmäßiger Lastübertragung

🛠 Kontrolliert bei:

• Rollen des Federauges

• Endkontrolle mit Parallelitätslehren oder 3D-Messarmen

🔧 Toleranz: meist unter 0,5° Winkelabweichung
 

 

Ebenheit im Bereich der Mittelloch

• Gewährleistet flächigen Kontakt mit dem Achssitz und verhindert Spannungsspitzen

• Schlechte Ebenheit kann zu Lockerung der U-Bolzen und Folgeschäden führen

Kontrolliert bei:

• Richten nach dem Abschrecken

• Endbearbeitung durch Fräsen oder Schleifen

Toleranz für Ebenheit: typischerweise < 0,3 mm über die gesamte Auflagefläche

 

Wölbung (Camber)

• Bestimmt die Tragfähigkeit und Federrate

• Inkonsistenter Camber führt zu:

  • einseitiger Fahrzeugneigung

  • falscher Höhe

  • ungleichmäßiger Federung

Kontrolliert bei:

• Camber-Biegung (Schritt 5)

• Verifizierung durch Last-/Durchbiegungstest (Schritt 10)

🔧 Toleranz: ±2 mm in der Mitte, abhängig vom Federdesign

 

Härte

• Entscheidend für die elastische Rückverformung ohne bleibende Dehnung

• Beeinflusst Dauerfestigkeit, Elastizität und Verschleißfestigkeit

Kontrolliert bei:

• Wärmebehandlung (Abschrecken + Anlassen)

• Verifizierung durch Brinell- oder Rockwell-Härteprüfung

🔧 Zielhärte: 350–500 HB, abhängig vom Design

 

Breite in Funktionszonen

• Gilt für U-Bolzenbereich, Federarme

• Beeinflusst:

  • Passgenauigkeit

  • Kontakt mit Klammern, Schäkeln, Distanzstücken

  • Reibung und Spannungskonzentrationen

Kontrolliert bei:

• Walzen, Rollen, Fräsen

🔧 Toleranz: typischerweise ±0,5 mm in Schlüsselsegmenten

 

Parabelprofil (nur bei Parabelfedern)

• Die Dicke muss einer echten Parabelkurve folgen

• Beeinflusst:

  • Flexibilität der Feder

  • Spannungsverteilung

  • Federkennlinie

  • Blattabstand bei Kompression

Kontrolliert bei:

• Parabelwalzen oder Fräsen (Schritt 3 – Parabelfedern)

• Verifizierung durch Dickenmessung entlang der Länge

🔧 Max. Abweichung vom Sollprofil: ±0,2 mm über die gesamte Blattlänge

 

Fazit

Blattfedern erscheinen robust, doch ihre Funktionalität beruht auf Präzision. Die oben genannten Parameter müssen kontinuierlich überwacht werden – nicht nur bei der Endkontrolle, sondern in jeder Produktionsphase.

Die Investition in präzise Werkzeuge, CNC-gesteuerte Prozesse und messtechnische Qualitätssicherung ist unerlässlich, um die Anforderungen an OEM-Dauerfestigkeit, Sicherheit und Fahrverhalten zu erfüllen.
 

GFK-Blattfedern: Vorteile, Materialien und Vergleich mit Stahlfedern

Im Zuge des Leichtbaus – insbesondere bei Elektrofahrzeugen und modernen Nutzfahrzeugen – gewinnen Blattfedern aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zunehmend an Bedeutung als Alternative zu klassischen Stahlsystemen.

In diesem Abschnitt werden behandelt:

• die Funktionsweise von GFK-Blattfedern

• Herstellungsprozess und verwendete Materialien

• Hybridfedersysteme

• Akzeptanz im Ersatzteilmarkt

• und ein detaillierter Vergleich mit Stahlblattfedern
   

 

Was ist eine GFK-Blattfeder?

GFK-Blattfedern bestehen aus:

• kontinuierlichen Glasfasern (meist E-Glas)

• eingebettet in eine duroplastische Matrix (z. B. Epoxid- oder Polyurethanharz)

Diese Materialkombination bietet gerichtete Festigkeit, geringes Gewicht und elastisches Verhalten, ideal für moderne Fahrwerkslösungen.

 

Warum machen GFK-Blattfedern Sinn?

Der Einsatz von GFK-Blattfedern bietet mehrere technische Vorteile:

Wichtige Vorteile:

• bis zu 70 % Gewichtsersparnis gegenüber Stahl

• Korrosionsfreiheit – ideal für nasse oder salzhaltige Umgebungen

• Geräuschreduktion durch Wegfall von Zwischenlagenreibung

• Hohe Dauerfestigkeit bei üblicher Beanspruchung

• Nicht leitend und nicht magnetisch, vorteilhaft für Elektrofahrzeuge

Nachteile:

• Höhere Kosten

• Komplexere Fertigung

• Geringere Akzeptanz im Ersatzteilmarkt
  Beispiel: Eine GFK-Feder für den Mercedes Sprinter kann das Zwei- bis Dreifache einer vergleichbaren Stahlfeder kosten.

 

Hybride Federkonfigurationen

In bestimmten Anwendungen werden Hybridblattfedern eingesetzt:

• Hauptblatt (mit Federauge) aus Stahl

• Sekundärblätter (2., 3. Lage usw.) aus GFK

Vorteile:

• Strukturelle Sicherheit und klassische Befestigung durch Stahl

• Gewichtseinsparung und Schwingungsdämpfung durch GFK

• Geringere Reibung zwischen den Lagen, verbesserter Komfort

Hybridsysteme werden zunehmend in leichteren Nutzfahrzeugen und Elektrofahrzeugen eingesetzt.

 

 

Herstellungsprozess von GFK-Blattfedern

GFK-Federn werden durch harzbasierte Formgebungsverfahren hergestellt:

a. Fasereinlage

• Glasfasern werden lastpfadgerecht in eine Form gelegt

• Die Ausrichtung wird an Federverhalten und Belastung angepasst

b. Harzinfusion und Formgebung

• Fasern werden mit Harz getränkt (RTM, Nasspressverfahren oder Kompressionsformen)

• Vakuumtechniken sorgen für lunkerfreie Struktur

c. Aushärtung

• Das Bauteil wird bei 130–180 °C im Werkzeug ausgehärtet

• Nach der Aushärtung behält es seine endgültige Form

d. Nachbearbeitung

• Enden und Kontaktflächen werden gebohrt oder gefräst

• Optional: Oberflächenbehandlung gegen Abrieb und UV-Strahlung

 

 

Marktakzeptanz und Einschränkungen

Obwohl GFK-Blattfedern bei OEMs etabliert sind, gibt es Skepsis im Ersatzteilmarkt.

Häufige Bedenken:

• Werden als „Plastikfedern“ bezeichnet

• Gelten als zu schwach oder unsicher

• Ersatzteile schwer verfügbar

• Werkstätten haben keine Erfahrung mit GFK-Bauteilen

Stahl als Ersatz für GFK

Ein Austausch ist möglich, jedoch nur mit:

• Überprüfung der Fahrwerksgeometrie (Höhe, Federverhalten, Freigängigkeit)

• Austausch von Befestigungsteilen (U-Bolzen, Halter, Dämpfer)

• Abweichende Federkennlinie und Fahrverhalten

Ein solcher Umbau sollte nur mit technischer Beratung erfolgen.

​

 

 

Fazit

GFK-Blattfedern bieten eine moderne Alternative zu traditionellen Stahlfedern mit Vorteilen in Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Komfort. Sie erfordern jedoch:

• Spezialisiertes Design und Simulation

• Eigene Fertigungstechnologien

• Markteinführung und Schulung des Marktes

• Preislich das Zwei- bis Dreifache von Stahlfedern

Auch wenn sie Stahl nicht vollständig ersetzen, gewinnen sie Marktanteile in fahrzeugtechnischen Segmenten, in denen Gewicht, Komfort und moderne Architektur im Vordergrund stehen.

​

Wichtige Erkenntnisse

• Die Federstahlqualität bestimmt Ermüdungslebensdauer und Leistung

• Warmgewalzte Profile (A, B, C, D, E) entsprechen verschiedenen Fertigungsanforderungen

• Die Produktion umfasst präzises Erwärmen, Formen, Abschrecken und Anlassen

• Kugelstrahlen (oder Spannungsstrahlen) verbessert die Ermüdungsfestigkeit dramatisch

• Die Beschichtung schützt vor Korrosion und erhöht die Haltbarkeit

• Die Montage erfordert präzise Ausrichtung und Vorspannungsverteilung

• Das Setzen der Feder stabilisiert die Geometrie und verifiziert die Leistung

• Metallurgische Inspektion sichert Materialqualität und Wärmebehandlungserfolg
   

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