Wellenfedern: Bauraum-Optimierer aus gewalztem Flachdraht

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Wellenfedern unterstützen die Miniaturisierung von Produkten, ermöglichen Raumoptimierungen und helfen dabei, konstruktive Kollisionen zu vermeiden.

Die Wellenfedern von Smalley im C-Teile-Sortiment von TFC gehören in vielen Branchen zu den Problemlösern bei der Realisierung kinematischer Baugruppen. Sie unterstützen die Miniaturisierung von Produkten, ermöglichen wichtige Raumoptimierungen und helfen dabei, konstruktive Kollisionen zu vermeiden. Lesen Sie hier, in welchen Varianten diese Federn aus gewalztem Flachdraht angeboten werden. Von Marco Sturm

Das Anwendungsgebiet der gewalzten Flachdraht-Wellenfedern von Smalley erstreckt sich heute über alle Branchen und Technologiefelder. Funktionell betrachtet kommen sie überall dort zum Einsatz, wo Lasten aufzunehmen, Vorspannungen einzustellen, Spiele auszugleichen und betriebsbedingte Toleranzen in Baugruppen zu kompensieren sind. Dabei erweisen sich die Wellenfedern in vielen Fällen als innovative Alternative zu anderen Federtypen. Gestanzten Federprodukten gegenüber zeigen sie sich überlegen, da sich ihre Belastbarkeiten, Toleranzen und Federkonstanten genauer spezifizieren lassen: Die Federkraft einer Smalley-Wellenfeder steigt über weite Teile ihres Dehnbereichs gleichmäßig an. Zudem kann es bei gestanzten Wellenscheiben während nachgeschalteter Bearbeitungsprozesse zu Ermüdungsrissen, Ungenauigkeiten bei der Federkraft und anderen Problemen kommen.

Die Wellenfedern von Smalley hingegen werden aus massivem, gehärtetem und temperiertem Stahl- oder Metalldraht gefertigt und unterliegen daher – etwa bei der weiteren Wärmebehandlung – keinem Verformungsrisiko. Hinzu tritt ein weiterer Pluspunkt, den viele Konstrukteure nicht mehr missen wollen: Bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit beanspruchen die Smalley-Wellenfedern dank ihrer speziellen Geometrie bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als konventionelle Runddraht- oder Spiralfedern. Die dadurch erzielbaren Raumoptimierungen und Miniaturisierungen ermöglichen in der Baugruppen-Konstruktion die Realisierung wegweisender und mitunter wettbewerbsrelevanter Innovationen.

Wellenfedern: Variantenreiche Auswahl

Um Produktentwicklern und Konstrukteuren die Möglichkeit zu geben, all diese Vorteile in vollem Umfang zu nutzen, bietet TFC die Flachdraht-Wellenfedern von Smalley in mehreren ein- und mehrlagigen Ausführungen und mit verschiedenen Enden an. Sie alle stehen in vielen Größen sowie teilweise sowohl in metrischen als auch in zöllischen Abmessungen zur Verfügung.

Die einlagigen Wellenfedern sind in den Serien YSSB und YSSR zusammengefasst. Hierbei handelt es sich größtenteils um Standardlösungen, die insbesondere bei Anwendungen mit kurzen Federwegen und niedrigen bis mittleren Lasten durch ein hohes Maß an Präzision und Zuverlässigkeit überzeugen. Rund um den Globus kommen diese Wellenfeder-Typen für das Vorspannen von Lagern zum Einsatz. In Antriebssystemen dienen sie etwa der Lebensdauer-Optimierung von Wälzlager-Baugruppen, indem sie als Mittel des Toleranzausgleichs die Betriebstemperaturen senken und Vibrationen reduzieren, so dass sich der Lagerverschleiß minimiert und eine dauerhaft hohe Laufruhe erreicht wird.

Die einlagigen Wellenfedern gibt es mit offenem Spalt oder überlappenden Enden. Beide Varianten lassen sich klemmend in Bohrungen einsetzen. Dabei erlauben ihre Enden ein freies Bewegen und problemloses Arbeiten der Feder innerhalb der Bohrung. Als weitere einlagige Variante bietet TFC die Wellenfedern der Baureihe YSSR-N an, die über eine geringere Drahtbreite verfügen. Sie eignen sich beispielsweise zum Vorspannen von Lagerbuchsen in hydraulischen Teleskoprohren und werden vorrangig in Anwendungen mit sehr geringem radialem Bauraum eingesetzt. Zum Ausgleich ihrer radialen Ausdehnung weisen diese Wellenfedern einen Spalt zwischen den Enden auf.

Parabel statt Spirale

Die mehrlagigen Wellenfedern von Smalley bestehen aus durchgängig gewickelten Windungen und werden unter anderem in der Variante Crest-to-Crest angeboten. Dieser Markenzusatz betont das besondere Federdesign, bei dem sich alle hohen und tiefen Scheitelpunkte (Maxima) der in der Form gestauchter Parabeln verlegten Flachdrähte berühren. TFC führt diese Wellenfedern in den Baureihen YC/YCS (zöllisch) und YCM/YCMS (metrisch). Sie sind ebenfalls in vielen Größen lieferbar und stehen serienmäßig mit bis zu 24 Windungen zur Verfügung. Zudem kann der Anwender zwischen zwei Enden-Varianten für verschiedene Einbau-Situationen wählen: Gewellten Enden, die jeweils auf zwei Scheitelpunkten (Maxima) der parabelförmigen Drahtwellen aufliegen, oder parallel geführten Enden, die rundum geschlossene und flache Auflageflächen bilden.

Es sind vor allem diese Crest-to-Crest-Wellenfedern, die sich gezielt zur Bauraum-Reduzierung einsetzen lassen und hierbei traditionelle Runddrahtfedern substituieren. Sie können dieselbe Kraft aufnehmen und sämtliche Spezifizierungen einer herkömmlichen Spiralfeder übernehmen, zusätzlich aber bis zu 50 Prozent des axialen Bauraums einsparen, da sie viel geringere Arbeitshöhen haben und mehr freie Höhe lassen. Da sich bei diesem Wellenfeder-Typ die Federrate proportional zur Anzahl der Windungen reduziert, eignet er sich sehr gut für Anwendungen, die große Federwege mit einer gleichmäßigen, linearen Kraftentfaltung verlangen. Ein Ausrichten der Windungen, die Zuhilfenahme von Passscheiben oder das Setzen fixierender Schweißpunkte sind hierbei unnötig!

Verschachtelte Alternative

Mehrlagig ausgeführt ist auch die Flachdraht-Wellenfeder des Typ Interlaced. Sie besteht aus zwei oder sogar drei ineinander verschachtelten Crest-to-Crest-Federn und ist ausgelegt für Anwendungen, in denen sehr hohe Kräfte und große Federwege benötigt werden. Dabei ist sie der optimale Ersatz für gestapelte Tellerfedern oder ineinander gesteckte Spiralfedern, denn als One-Piece-Solution vereinfacht sie die Montage erheblich. Es entfällt das bei Tellerfedern nötige Stapeln und Ausrichten, und als Substitut für mehrere Spiralfedern entlastet die Interlaced-Wellenfeder den Nutzer von der Konstruktion kostspieliger und umständlicher Aufnahme- und Stützumgebungen. Als funktionelle Faustregel für die Interlaced-Lösung gilt: Je mehr Wellenfedern ineinander geschoben werden, desto höhere Kräfte kann die Feder aufnehmen und desto stärker reduzieren sich materialbedingte Ermüdungserscheinungen – bei stets ausreichendem Federweg.

Vollflächig anliegend

Ebenfalls prädestiniert für den Einsatz in Hochlast-Applikationen und eine platzsparende Alternative zu Tellerfederpaketen sind die mehrlagigen Wellenfedern der Serie Nested Spirawave im aktuellen Sortiment von TFC. Ihre gewellten Flachdraht-Windungen verlaufen nicht versetzt zueinander und berühren sich nicht nur an den übereinander liegenden Maxima – wie beim Crest-to-Crest-Design –, sondern verlaufen parallel und liegen vollflächig an. Hersteller Smalley gewährleistet zudem, dass sie durchgehend aus ein und demselben Stück Flachdraht bestehen. Dank dieser Eigenschaften bietet eine Nested Spirawave eine zwei bis drei Mal höhere Federkraft als eine einlagige Wellenfeder. Somit erübrigt sich das Stapeln mehrerer einlagiger oder verschachtelter Wellenfedern, und Versatz und ungleichmäßige Belastung sind ausgeschlossen.

Die Nested Spirawave steht mit Durchmessern von 16 bis 100 Millimeter und mit Federkräften von bis zu 10 kN sowohl in metrischen und zöllischen Maßen zur Verfügung. Sie ist so ausgelegt, dass sie eine einfache manuelle und automatisierte Montage ermöglicht. Dabei lässt sie sich sehr vielseitig einsetzen – etwa für Wälzlager-Vorspannungen und Anschlusskupplungen, Ventilkonstruktionen und Dichtungssysteme und viele andere Anwendungen. Dank ihrer hohen Federkraft ist sie auch eine ideale Lösung zur Lagerung von Wellen, die höheren Belastungen standhalten müssen.

Von der Projekt- zur Serienlösung

Die Nested Spirawave wurde mehr als drei Jahrzehnte nur als Sonderlösung gefertigt, ist aber inzwischen fester Bestandteil des Standardangebots. Diese Entwicklung ähnelt den Produktkarrieren vieler anderer Wellenfedern von Smalley. Denn das Unternehmen ist jederzeit in der Lage, auf der Basis der von ihm entwickelten Circular-Grain-Methode kundenspezifisch modifizierte Produkte oder sogar komplett neue Spezialanfertigungen zu realisieren. Das Verfahren dient dem Ziel, nahezu perfekt kreisrunde Feder- und Ringelemente aus vorgehärtetem, gewalzten Flachdraht zu fertigen. Es lässt sich überaus flexibel und ohne aufwändige Werkzeugarbeiten an wechselnde Anforderungen anpassen und eröffnet daher viel Spielraum für die kostengünstige Anfertigung von Prototypen oder kundenspezifischen Kleinserien. Immer wieder entstehen daraus innovative Wellenfeder-Lösungen im Großserien-Maßstab.

Bild oben: Die Wellenfedern des Typs Crest-to-Crest im Portfolio von TFC lassen sich gezielt zur Bauraum-Reduzierung einsetzen. Sie können dieselbe Kraft aufnehmen und sämtliche Spezifizierungen einer herkömmlichen Spiralfeder übernehmen, zusätzlich aber bis zu 50 Prozent des axialen Bauraums einsparen. (Bild: Stöcker)

Weitere Informationen: www.tfcdeutschland.com

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