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Hochwertige Wälzlager-Lösungen

Die Wellenfeder als Vorspannungstalent

19.01.2023
von Redaktion DER KONSTRUKTEUR

Die Realisierung innovativer Vorspannungslösungen zählt zu den wichtigsten Einsatzbereichen der Smalley-Wellenfedern im C-Teile-Sortiment von TFC. Da sie aus gewalztem Flachdraht bestehen und ihr Design einige charakteristische Details aufweist, sind sie konventionellen Federn in vielen Anwendungen überlegen. Insbesondere wenn es um die exakte Einstellung der Vorspannungen und den Toleranzausgleich in Wälzlager-Baugruppen geht, bieten sie entscheidende Vorteile. Veranschaulichen lässt sich das anhand einiger Praxisbeispiele.

Wellenfeder mit überlappenden Enden, radial eingespannt in die Bohrung. Sie drückt gezielt auf den Außenring des Wälzlagers und kann frei in der Bohrung agieren.

Das parallele Einspannen mehrerer Kugellager zur Wellenlagerung gehört zu den klassischen Standardaufgaben vieler Getriebebau-Konstrukteure. Häufig werden hier durch den Einsatz vorgespannter Flachdraht-Wellenfedern sehr steife, schwingungsarme Verbindungen realisiert. Um die Montage zu vereinfachen und höhere Genauigkeitsansprüche umsetzen zu können, entscheiden sich viele Ingenieure allerdings gegen gestanzte Wellenfedern und für hochwertige Wellenfedern aus gewalztem bzw. gerolltem Flachdraht. Im C-Teile-Sortiment von TFC finden sie mit den einlagigen Smalley-Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR geradezu ideale Elemente für die Realisierung von Wälzlager-Vorspannungen. „Diese Wellenfedern werden branchenübergreifend für viele Vorspannungs-Anwendungen verwendet. Sie arbeiten bei kurzen Federwegen und geringen bis mittleren Belastungen mit höchster Präzision und Zuverlässigkeit“, sagt TFC General Manager Johannes Lambertz. Dank ihres speziellen Designs mit Spalt oder überlappenden Enden bieten sie erhebliche Vorteile gegenüber gestanzten Federn. So können sie beispielsweise einfach radial in Bohrungen eingespannt werden, um gezielt auf den Außenring eines Wälzlagers zu drücken. In der Bohrung erlauben ihre Enden ein freies Agieren der Feder. Das Risiko eines Verrutschens besteht nicht und die Über-Kopf-Montage ist problemlos möglich.

Dünnringlager sicher vorspannen

Optische Vermessung und Prüfung einer mehrlagigen Smalley-Wellenfeder in einem Profilprojektor.

Wie vielseitig sich die Smalley-Wellenfedern als Lösung für Vorspannungsaufgaben einsetzen lassen, zeigt sich auch bei Anwendungen mit Dünnringlagern. Dieser Wälzlagertyp zeichnet sich durch sehr schmale Außen- und Innenringe aus und kommt aus Gründen der Raum- und Gewichtsoptimierung unter anderem in Robotergelenken, Werkzeugkarusellen, Prüfanlagen oder optischen Systemen zum Einsatz. Dabei stellt die schlanke Bauform dieser Lager besondere Anforderungen an die Konstruktion der Vorspannungslösung und die hierfür verwendeten Wellenfedern. Johannes Lambertz erklärt: „Herkömmliche Wellenfedern fallen meist zu breit aus, so dass sie bei der radialen Ausdehnung in der Bohrung auf die Wälzkörper des Lagers drücken, was Lagerschäden verursacht. Zwischen der überbreiten Wellenfeder und dem Dünnringlager muss dann ein Distanzring sitzen, der den direkten Kontakt zwischen Feder und Wälzkörper vermeidet. Das aber verkompliziert die Konstruktion und widerspricht den Prinzipien der Teilereduzierung und Raumoptimierung.“

Beim Einsatz gewalzter Smalley-Wellenfedern mit Spalt oder überlappenden Enden treten diese Probleme nicht auf. Denn sie lassen sich aus einem sehr schmalen Flachdraht fertigen, der perfekt auf dem Außenring des Dünnringlagers aufliegt, nur minimal nach innen übersteht und daher nicht mit den Wälzkörpern in Berührung kommt. Ein Distanzring wird daher nicht benötigt. „Das spart ein komplettes Bauteil, vereinfacht die Montage und schließt eine potenzielle Fehlerquelle aus“, betont Johannes Lambertz. Dabei können Kraft und Federrate der Wellenfeder exakt auf die Anforderungen abgestimmt werden, und für ihre Montage gilt auch hier: Einfach in die Bohrung klemmen.

Für hochbelastete Vorspannungen

Verschiedene Wellenfedertypen; einlagige und mehrlagige Ausführungen.

Als Standardlösung offeriert TFC die Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR in Feder- und Edelstahl mit Durchmessern von 9,0 bis 580 mm. Auf Kundenwunsch werden sie auch aus exotischen Werkstoffen und in Abmessungen von 5,0 bis 2.000 mm gefertigt. Für Vorspannungs-Anwendungen, bei denen größere Kräfte wirken, ließen sie sich auch stapeln. Allerdings gibt es für diesen Fall mit der Nested Spirawave® eine bereits einbaufertige Alternative, da die Flachdraht-Windungen dieser Wellenfeder werkseitig parallel und vollflächig aufeinanderliegen. Hersteller Smalley gewährleistet zudem, dass sie aus ein und demselben Stück Flachdraht bestehen. Eine Nested Spirawave® bietet eine zwei bis drei Mal höhere Federkraft als eine einlagige Wellenfeder.

Die gewalzten Flachdraht-Wellenfedern von Smalley finden sich heute überall, wo Vorspannungen einzustellen, Spiele auszugleichen und betriebsbedingte Toleranzen in Baugruppen zu kompensieren sind. Meist erweisen sie sich dabei als innovatives Substitut zu anderen Federtypen. Gestanzten Federprodukten gegenüber zeigen sie sich überlegen, da sich ihre Belastbarkeiten, Toleranzen und Federkonstanten präziser spezifizieren lassen: Die Federkraft einer Smalley-Wellenfeder steigt über weite Teile ihres Dehnbereichs gleichmäßig an. Zudem können bei gestanzten Wellenscheiben in nachgeschalteten Bearbeitungsprozessen Ermüdungsrisse, Ungenauigkeiten bei der Federkraft und andere Probleme auftreten. 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 kommt: 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 mitunter wegweisender Innovationen.

TFC General Manager Johannes Lambertz: „Die Wellenfedern unserer Baureihen YSSB und YSSR werden branchenübergreifend für viele Vorspannungs-Anwendungen verwendet. Sie arbeiten bei kurzen Federwegen und geringen bis mittleren Belastungen mit höchster Präzision und Zuverlässigkeit.“

Autor: Marco Sturm, Freier Fachjournalist, Darmstadt

 

TFC Deutschland: Spezialist für mechanische und fluidtechnische Verbindungstechnik

Die TFC Ltd. zählt international zu den führenden Zulieferern mechanischer Befestigungslösungen und fluidtechnischer Schnellverbinder und gilt als Spezialist für Federelemente. Das Unternehmen wurde 1961 gegründet und ist seit 2022 Mitglied der US-amerikanischen Firmengruppe AFC Industries, einem Anbieter von Befestigungs- und Vendor-Managed-Inventory-Lösungen (VMI) mit Sitz in Ohio (USA) und 42 Standorten in den USA und Mexiko. TFC, mit Sitz in Sussex (GB), ist ein führender Anbieter von VMI-Lösungen und technischen Produkten mit zehn Standorten in Großbritannien, Deutschland und der Tschechischen Republik. Die deutschen Niederlassungen in Bochum und Gottmadingen sind Ansprechpartner für alle Kunden in Europa.

TFC ist insbesondere Exklusivanbieter gewalzter Smalley® Flachdraht-Sicherungsringe und Smalley® Wellenfedern. Basierend auf diesem Produkt-Portfolio verfügt das Unternehmen über umfassende Kompetenzen und branchenübergreifendes Knowhow zur Lösung anspruchsvoller Aufgabenstellungen auf den Gebieten Bauraum-Optimierung, Vorspannungstechnik und C-Teile-Management. Darüber hinaus gehören auch klassische Stanzteile nach DIN, gestanzte Sicherungsringe in Zoll-Abmessungen sowie Drahtringe, Pass-Scheiben, Rencol-Toleranzringe und Kunststoffteile zum Lieferprogramm von TFC.

TFC bedient derzeit weltweit rund 3000 Kunden in fast allen Industriezweigen und ist zertifiziert nach ISO 9001:2015 sowie BS EN 9100:2016. Das Unternehmen ist seit Jahren auf Expansionskurs und baut sowohl sein internationales Vertriebsnetz als auch seinen global ausgerichteten Kundenservice konsequent aus. Mehr über TFC zeigt dieses Firmenvideo auf YouTube.

Text/Foto: TFC

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