Kleine Wellenfedern von TFC: Raumspar-Support für die Miniaturisierung

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MPDV Mikrolab GmbH

Optimale Raumnutzung und Kollisionsvermeidung gehören heute zu den wichtigsten Prinzipien der Baugruppen-Konstruktion. Im besonderen Maße gilt dies bei der Realisierung mechatronischer, elektromechanischer und feinwerktechnischer Miniatur-Komponenten. Um hierbei die entscheidenden Zehntel gut zu machen, setzen viele Konstrukteure und Entwickler in diesem Bereich die Wellenfedern aus dem Portfolio von TFC ein. Denn sie beanspruchen deutlich weniger axialen und radialen Bauraum als konventionelle Runddrahtfedern – bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit!

Typisch für viele Bereiche der Baugruppen-Entwicklung sind heute die fließenden Übergänge zwischen mechatronischen, elektromechanischen und feinwerktechnischen Aspekten. In zunehmendem Maße bestimmt zugleich die Forderung nach immer kleineren Komponenten und Modulen die Arbeit der Konstrukteure. Zum zentralen Leitgedanken wird dabei die Frage, wie sich der ohnehin meist knappe Bauraum besser aufteilen, ausnutzen oder gar noch weiter reduzieren lässt – und die dadurch entstehenden konstruktiven Kollisionskonflikte umschifft werden können. Welches beachtliche Optimierungspotenzial sich an dieser Stelle allein durch die Auswahl der richtigen C-Teile freisetzen lässt, veranschaulicht der Einsatz der Smalley-Wellenfedern aus dem Zuliefer-Sortiment von TFC. Geht es beispielsweise bei der Herstellung von kinematischen Baugruppen für Getriebe, Messgeräte, Roboter, Pumpen oder Regelsysteme um die praktische Realisierung von Federwegen, Vorspannungen oder Rückstellungen, so übernehmen diese Flachdraht-Produkte eine maßgebende Rolle im Rahmen der Bauraum-Optimierung. Denn im direkten Vergleich mit konventionellen Federn aus Runddraht beanspruchen die Smalley-Wellenfedern bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum und einen etwas geringeren radialen Bauraum. Den Konstrukteuren in Mechatronik, Elektromechanik und Feinwerktechnik verschafft das die entscheidenden Zehntel mehr Platz, um selbst unter schwierigen Bedingungen substanzielle und eventuell wettbewerbsrelevante Schritte für die Miniaturisierung von Baugruppen umzusetzen.

Durchmesser von nur 4,0 mm realisierbar

Unabhängig von der geforderten Losgröße erfolgt die Serienfertigung dieser Wellenfedern in einem Verfahren, das als No-Tooling-Cost oder auch Circulair-Grain bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich um eine spezielle Variante der Kantenwindungstechnik, die die Ingenieure des US-amerikanischen Herstellers Smalley entwickelt haben und mit der sich sowohl ein- als auch mehrlagige Wellenfedern in vielen verschiedenen Durchmessern herstellen lassen. Als für die Baugruppen-Miniaturisierung von entscheidender Bedeutung erweist sich, dass es damit möglich ist, hochwertige Wellenfedern mit Durchmessern von nur noch 4,0 mm zu fertigen. Sie können aus Federstahl und nichtrostenden Edelstählen bestehen, aus Superlegierungen sowie aus Kupferlegierungen, Phosphorbronze und Titan.

Diese Wellenfedern machen einen Großteil des C-Teile-Angebots von TFC aus, wobei das Standardsortiment des Zulieferunternehmens aktuell Durchmesser von 5,0 mm bis 400 mm abdeckt. Im Mittelpunkt des Interesses vieler Konstrukteure in Feinwerktechnik, Elektromechanik und Mechatronik stehen dabei insbesondere die Wellenfedern des Typs Crest-to-Crest. Sie verfügen über durchgängig gewickelte Mehrfachwindungen und sind in zwei Varianten mit auslaufenden Enden oder 360°-geschlossen parallel verlegten Enden lieferbar. Mit ihrer Hilfe lassen sich die größten Bauraum-Reduzierungen erreichen.

Wellenfedern in einlagiger Ausführung

TFC bietet darüber hinaus Wellenfedern in einlagiger Ausführung mit Spalt oder überlappenden Enden an sowie die Wellenfedern vom Typ NESTED, deren mehrfache Windungen durchgehend plan aufliegen. Erwähnenswert an dieser Stelle: Die Federrate einer NESTED-Wellenfeder steigt proportional zur Anzahl ihrer Windungen. Infolgedessen lassen sich damit sehr hohe Vorspannkräfte realisieren. Häufig nachgefragt werden auch zwei Sondervarianten aus dem TFC-Portfolio: Die Runddraht-Wellenfeder des Typs WAVO – sie hat einen Spalt – und die lineare Wellenfeder, deren stabförmiges Federband je nach Einbaulage definierte Kräfte in axialer oder radialer Richtung aufnimmt.

Geringe Stückzahlen bleiben wirtschaftlich

Da sich mit dem Circulair-Grain-Verfahren von Smalley alle Flachdraht-Wellenfedern sehr wirtschaftlich fertigen lassen, bleibt selbst die Herstellung kleiner Stückzahlen recht kostengünstig. Gerade für feinwerktechnische, elektromechanische und mechatronische Anwendungen ist das von Vorteil, denn hier werden oft nur geringe Losgrößen eines Federtyps verbaut. Auf der Grundlage der hohen Flexibilität der Smalley-Technologie kann TFC auch kundenspezifische Sonderlösungen und Prototypen kurzfristig realisieren. Denn komplizierte Spezialwerkzeuge oder aufwändige verfahrenstechnische Modifikationen sind dazu nicht erforderlich.

Autor:  Marco Sturm, freier Fachjournalist, Darmstadt

Mehr Informationen zu den Wellenfedern von TFC finden Sie hier.

Infobox: Platzsparende Sicherungsringe
Eine weitere große Flachdraht-Produktgruppe von TFC sind die Spirolox-Sicherungsringe, die ebenfalls einen platzsparenden Vorteil aufweisen: Im Vergleich zu konventionellen Sicherungsringen (DIN 471/472) haben sie – sofern nicht anders gewünscht – weder Nasen und Ösen noch Bohrungen oder Spalte. Sie bilden einen 360° bündigen Kreis und benötigen darüber hinaus keinen weiteren Bauraum. Vielfach erweisen sie sich daher als ideale Lösung für die Raumoptimierung funktioneller Baugruppen wie sie typisch sind für Feinmechanik, Elektromechanik und Mechatronik. Spirolox-Sicherungsringe bietet TFC zur Innen- und Außenmontage an und sowohl als Schnappringe als auch mit Mehrfach-Windungen. Sie lassen sich mit handelsüblichen Schlitzschraubendrehern demontieren. Die Bandbreite der Durchmesser reicht standardmäßig von 6,0 bis 400 mm (1/4“ bis 16“). Ab Lager beziehbar sind fast 6.000 Ausführungen aus nichtrostenden Edelstählen.