Federn — Metall in Aktion
Vom „Awake!“-Korrespondenten in Kanada
ES LIEST sich wie ein Alptraum: Du lenkst dein Auto durch dichten Verkehr und nimmst dann den Fuß vom Gaspedal, aber — es rührt sich nichts! Das Pedal bleibt liegen, und dein Auto fährt mit unverminderter Geschwindigkeit weiter. Du reagierst schnell und trittst mit ungewöhnlicher Kraft aufs Bremspedal, um dein Auto rechtzeitig anzuhalten. Freilich, eine solche Panne kommt selten vor. Wieso? Wegen einer kleinen zuverlässigen Feder, die das Gaspedal immer, sobald du mit dem Fuß etwas nachläßt, in die Ausgangsstellung zurückholt.
In dem geschäftigen Treiben einer hochtechnisierten Gesellschaft sind Federn zu einer Selbstverständlichkeit geworden. Dennoch erfüllen sie in den Errungenschaften, auf die wir uns tagtäglich verlassen müssen, eine lebenswichtige Rolle, seien es Autos, Flugzeuge, Schreibmaschinen, Computer, Uhren, Waschmaschinen, Mausefallen oder Matratzen. Jedes Produkt, das mechanische Funktionen ausführt, hat sehr wahrscheinlich eine oder mehrere Federn, die bei dem einen oder anderen Bewegungsablauf eine wichtige Aufgabe erfüllen.
Ursprung der Federn
Federnde Bewegungen beobachtet man auch bei Gräsern, Bäumen und anderen Pflanzen. Künstlich hergestellte Federn wurden wahrscheinlich schon zu Beginn der Menschheitsgeschichte verwendet, und zwar als der Mensch Kupfer und Eisen zu schmieden begann (1. Mose 4:22). Metallfedern, die aus alter Zeit datieren (natürlich nicht aus der Zeit vor der Flut), hat man in ganz Europa und Asien gefunden. Gewöhnlich sind es Federspangen aus Kupfer oder Messing, denen geschickte Handwerker durch Hämmern die entsprechende Form gegeben haben. Es scheint, daß man damals bereits einen Gegenstand benutzte, mit dem man ähnlich wie mit unserer Sicherheitsnadel Kleidungsstücke zusammenhalten konnte.
Die Federkraft wurde schon sehr früh u. a. für eine Waffe — den Bogen — eingesetzt. Später führte man große Katapulte ein, um Steine oder andere Geschosse in „Richtung Feind“ schleudern zu können. Diese Maschinen hatten beträchtliche Abmessungen. Wenn die Spannung von Holzbalken oder verdrillten Seilen (aus verschiedenen Fasern und Materialien) plötzlich freigelassen wurde, flogen riesige Geschosse mit gewaltiger Kraft gegen feindliche Befestigungen, wo sie großen Schaden anrichteten. Der jüdische Historiker Josephus beschreibt die Wirksamkeit römischer Katapulte, die bei der Belagerung Jerusalems eingesetzt wurden. Er sagt, daß sie Steine, die ein Talent wogen, bis zu 0,4 Kilometer weit schleudern konnten. (Ein griechisches Talent, wie man es zur Zeit der Römer benutzte, wog ca. 28 Kilogramm.)
In der Bibel wird uns berichtet, daß König Usija (829—777 v. u. Z.) von seinen Technikern für die Verteidigung Jerusalems Kriegsmaschinen erfinden ließ, mit denen man von den Türmen der Stadt aus Pfeile und große Steine abschießen konnte. Über den Antrieb dieser Maschinen wird nichts gesagt, obwohl sie sehr wahrscheinlich mit Federspannung arbeiteten (andere Katapulte hatten Gegengewichte). (Siehe 2. Chronika 26:15.)
Eine weitere Verfeinerung der Federtechnik kam mit der Entwicklung der Armbrust, bei der man eine Feder anspannen und mit Hilfe eines Auslösers losschnellen lassen konnte — wirklich eine verheerende Waffe!
Federn in Zeitmessern
Der Wunsch des Menschen, zu wissen, wie spät es ist, hat bei der Entwicklung von Federn, so wie wir sie heute kennen, eine wichtige Rolle gespielt. Obwohl die historischen Beweise nicht eindeutig sind, glaubt man, daß mechanische Uhren zum erstenmal nach dem Jahr 1000 u. Z. auftauchten und von Gewichten, nicht von Federn angetrieben wurden. Diese Uhren befanden sich gewöhnlich an Kloster- und Kirchtürmen.
Allerdings verwendeten Uhrmacher schon zu Beginn des 14. Jahrhunderts Federn als Antrieb für Zeitmesser. Die Handwerker verbesserten ständig Qualität und Formgebung der Feder, so daß die Verwendung von Spiralfedern für Uhren und Taschenuhren bereits im 18. Jahrhundert allgemein verbreitet war. Da die Genauigkeit der Zeitmesser, die diese Uhrmacher herstellten, so sehr von der Qualität der verwendeten Feder abhing, befaßten sie sich vielfach auch mit der Herstellung von Federn. Stets von dem Wunsch beseelt, bessere Federn herzustellen, erprobten sie verschiedene Methoden der Stahlherstellung. Schließlich entwickelte man Stahllegierungen, aus denen man bessere Federn und genauere Zeitmesser herstellen konnte.
Federmaterialien
Man schätzt, daß dem Federnhersteller heute mehr als fünfzig verschiedene Materialzusammensetzungen und Legierungen zur Verfügung stehen. Für Federn, wie man sie beispielsweise in Matratzen findet, verwendet man einen Draht, der preiswert ist und sich für diesen Verwendungszweck eignet. Dieses Material könnte man dagegen nicht für eine Ventilfeder in einem Automobilmotor verwenden, wo Hitze, starke Schläge und Ermüdung eine gewöhnliche Feder schnell zerstören könnten. In diesem Fall nimmt der Federnhersteller einen legierten Draht, der diesen hohen Beanspruchungen standhält. Einige Federn vertragen Temperaturen bis zu 600 Grad. Für den modernen Flugverkehr und die Raumfahrt braucht man Legierungen, die extremen Temperaturänderungen standhalten können.
Die Erfindung des Elektromotors und vieler moderner elektrischer Geräte, die heute in den Haushaltungen verwendet werden, erforderte Federn, die auch als elektrische Leiter dienen können. Im allgemeinen verwendet man dafür Federdrähte aus Phosphor-Bronze oder Messing. Diese Kupferlegierungen haben einen geringeren elektrischen Widerstand als die meisten anderen Materialien. Solche Federn können nicht so stark belastet werden wie Stahlfedern. Da sie aber gute elektrische Leiter sind, verwendet man sie oft für elektrische Schalter und für die Kohlebürsten in Elektromotoren.
Auch für die mechanischen Geräte, die der Mensch noch in der Zukunft bauen wird, werden Federn zweifellos eine wichtige Rolle spielen. Doch bis dahin wirst du, wenn du das nächste Mal mit deinem Fuß das Gaspedal deines Wagens betätigst, für die kleine Feder dankbar sein, die das Pedal in seine Ausgangslage zurückholt und dafür sorgt, daß du sicher an deinen Bestimmungsort gelangst.