Der Einsatz entscheidet

Federn – Wellenfedern können sehr verschieden sein in ihren Abmessungen. Aber ob groß oder klein, Anbieter Smalley im Programm von TFC bietet für jede Anwendung das richtige Bauteil.

19. März 2019
Der Einsatz entscheidet
Die winzigen Wellenfedern haben einen Durchmesser von nur fünf Millimetern oder weniger. (Bild: TFC)

Viele Gerätehersteller in der Medizintechnik verwenden sie, sie kommen in Montage- und Handhabungssystemen zum Einsatz und die Konstrukteure in Automobil- und Fahrzeugbau nutzen sie ebenfalls. Gemeint sind die Wellenfedern von Smalley, in Deutschland von TFC vertrieben. Es geht vor allem um weniger Bauraum, wie es die mehrlagigen Wellenfedern vom Typ Crest-to-Crest erfüllen. Denn bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit beanspruchen diese Flachdrahtfedern aufgrund ihrer speziellen Geometrie bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als konventionelle Runddrahtfedern. In großen Anlagen sind so hohe Einsparungen möglich durch die Konstruktion schlankerer, leichterer Strukturen und den Einsatz kleinerer, kostengünstigerer Antriebsaggregate.

Smalley ist zudem in der Lage, die oft überdurchschnittlichen Anforderungen der Sonder- und Schwermaschinenbauer an die Größen und Kräfte der Federn umzusetzen. Als Maß der Dinge gilt dabei der Durchmesser der Bohrung. Serienmäßig sind etwa die einlagigen Flachdraht-Wellenfedern der Produktlinien YSSB und YSSR mit Bohrungsdurchmessern von bis zu 580 Millimetern und die einlagigen Runddraht-Wellenfedern der Serie YRW mit Bohrungsmaßen von bis zu 152,4 Millimetern lieferbar. Die mehrlagigen Wellenfedern gibt es mit Bohrungsdurchmessern von bis zu 60 Millimetern. Kundenspezifisch sind aber sogar Durchmesser bis 3.500 Millimeter denkbar.

In direkter Abhängigkeit zum Bohrungsdurchmesser der Wellenfeder steht auch die Federkraft. Dabei gilt grundsätzlich: je größer der Durchmesser, desto größer die maximal mögliche Kraftaufnahme. Eine mehrlagige Crest-to-Crest Flachdraht-Wellenfeder mit einem Durchmesser von 175 Millimetern kann über ihren gesamten Arbeitsbereich eine maximale Last von bis zu 23.000 Newton aufnehmen. Eine nur 30 Millimeter hohe Wellenfeder mit gleichem Durchmesser vom Bautyp »Nested«, bei dem die Flachdraht-Windungen ohne Zwischenraum direkt aufeinander liegen, lässt sich mit bis zu 60.000 Newton belasten. Wichtig für die Auslegung sind auch die Auswahl des Werkstoffs und die Dicke des Materials.

Die Flachdraht-Wellenfedern werden im sogenannten No-Tooling-Cost oder Circular-Grain-Verfahren gefertigt. Dabei muss sich ein vorgehärteter, gewalzter Flachdraht über eine hohe Kante winden. Das Endresultat ist ein nahezu perfekter Kreis. Da sich dieses Bearbeitungsverfahren flexibel modifizieren lässt, ist auch die kurzfristige Realisierung konstruktiver Anpassungen oder innovativer Neuentwicklungen möglich. Typische Anwendungen der großen Wellenfedern sind zum Beispiel das Vorspannen von Wälzlagern oder das präzise Fixieren von Wellen.

Es geht bei den Wellenfedern aber auch in die andere Richtung: Nachdem es Smalley vor knapp zwei Jahren erstmals gelungen ist, die Crest-to-Crest-Wellenfedern mit winzigen Durchmessern von unter fünf Millimetern zu fertigen, drängen sie immer stärker in das Marktsegment der Kleinformat- und Miniatur-Baugruppen, wie in Elektronik, Optik, Robotik oder Messtechnik der Fall. Ermöglicht wurde diese Miniaturisierung durch die konsequente Weiterentwicklung der Kantenwindungstechnik.

Noch mehr Bauraum sparen

Mit den kleinen Crest-to-Crest-Wellenfedern erschließen sich den Konstrukteuren neue Möglichkeiten für die axiale und radiale Reduzierung von Bauräumen und die Miniaturisierung ihrer Funktionsmodule und Komponenten. Außerdem lassen sich damit viele konstruktiv bedingte Kollisionsprobleme in kleinformatigen Baugruppen aus der Welt schaffen. Druckventile, Schaltknöpfe, Steckverbinder, Gelenke sowie viele andere kinematische Baugruppen, die ohne einen Federweg, eine Vorspannung oder eine Rückstellung nicht auskommen, können durch den Einsatz der Mini-Wellenfedern deutlich schlanker ausgelegt werden.

Gleichzeitig unterstützen diese »Knopfzellen-Federn« den Leichtbau. Denn überall, wo sich der Bauraum reduziert, sinkt auch der Materialaufwand für die periphere Konstruktion. Davon profitieren Geräte- und Apparatebauer in Medizin-, Labor-, Mess- und Fluidtechnik sowie Hersteller von kleinformatigen Komponenten für die Automation oder den Automobilbau.

TFC bietet die kleinen Wellenfedern in einlagigen Varianten mit offenem Spalt oder überlappenden Enden. Weitere Unterscheidungskriterien sind unter anderem die Anzahl der Windungen und Wellen und die sogenannte freie Höhe. Im Fokus der Auswahl sollte immer die Frage nach der aufzunehmenden bzw. zu bewegenden Last stehen. Werkstofftechnisch betrachtet kann der Kunde zwischen Federstahl, rostfreiem Edelstahl und Sondergüten wählen.

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Auf einen Blick

Fachlicher Tiefgang garantiert

Das Team von TFC unterstützt die Anwender und Konstrukteure im Schwer- und Sondermaschinenbau mit qualifizierter Beratung und einem kostenlosen Service rund um die Auswahl der richtigen Werkstoffe, Abmessungen und Varianten aus dem umfangreichen Wellenfeder-Sortiment. In der Praxis bedeutet das, dass im Vorfeld alle Anwendungsfälle mit dem nötigen fachlichen Tiefgang behandelt werden. Anschließend legt TFC dem Kunden die Daten und Zeichnungen zur Freigabe vor, um sicherzustellen, dass das ausgewählte Federn-Design genau zur konkreten Applikation passt. Darüber hinaus lassen sich auch kundenspezifische Abmessungen kurzfristig realisieren.

www.tfc.eu.com/de

Und wie bei allen anderen Wellenfedern so unterstützt das Team von TFC die Anwender auch bei den kleinen Wellenfedern mit Beratung und kostenlosem Service rund um die Auswahl der richtigen Werkstoffe, Dimensionen und Varianten aus dem Wellenfeder-Sortiment. mk

Erschienen in Ausgabe: 02/2019