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KOMPONENTEN » Maschinenelemente Flachdraht-Wellenfedern ermöglichen hochwertige Wälzlager-Lösungen Präzise und zuverlässig 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 Vorteile. Veranschaulichen lässt sich das anhand einiger Praxisbeispiele. Marco Sturm, Freier Fachjournalist, Darmstadt wendet. Sie arbeiten bei kurzen Federwegen und geringen bis mittleren Belastungen mit höchster Präzision und Zuverlässigkeit“, sagt Johannes Lambertz, General Manager von TFC. 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. Bild: TFC Geht es um die Einstellung der Vorspannungen und den Toleranzausgleich in Wälzlager-Baugruppen, so bieten gewalzte Flachdraht-Wellenfedern (im Bild rot) entscheidende Vorteile. INFO Mehr Informationen zu den Wellenfedern von Smalley: hier.pro/X3wkx 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 beziehungsweise gerolltem Flachdraht. Im C-Teile-Sortiment von TFC finden sie mit den einlagigen Smalley-Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR geeignete Elemente für die Realisierung von Wälzlager-Vorspannungen. „Diese Wellenfedern werden branchenübergreifend für viele Vorspannungs-Anwendungen ver- Dünnringlager sicher vorspannen 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 Außenund 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. Lambertz erklärt: „Herkömmliche Wellenfedern fallen meist zu breit aus, so dass sie bei der radialen Ausdehnung in »Die Wellenfedern unserer Baureihen YSSB und YSSR werden branchen übergreifend für viele Vorspannungs-Anwendungen verwendet.« Johannes Lambertz 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 Wellenfedern des Herstellers mit Spalt oder überlappenden Enden treten diese Pro- 52 KEM Konstruktion » 05 | 2023
Bild: TFC Wellenfeder mit überlappenden Enden, radial eingespannt in die Bohrung. Sie drückt gezielt auf den Außenring des Wälzlagers und kann frei in der Bohrung agieren. bleme 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 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 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. Der Hersteller 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 des Herstellers 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 Bild: TFC 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 Wellenfedern dank ihrer Geometrie bis zu 50% weniger axialen Bauraum als konventionelle Runddraht- oder Spiralfedern. Die dadurch erzielbaren Raumoptimierungen und Miniaturisierungen ermöglichen in der Baugruppen-Konstruktion die Realisierung mitunter wegweisender Innovationen. (jg) www.tfcdeutschland.com Bild: TFC Optische Vermessung und Prüfung einer mehrlagigen Smalley- Wellenfeder in einem Profilprojektor. Spielausgleich durch Federvorspannung TFC General Manager Johannes Lambertz: „Die Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR werden für viele Vorspannungsanwendungen verwendet.“ Beim Vorspannen eines Wälzlagers wird eine permanente Axiallast auf das Lager aufgebracht. Dies geschieht, um spezielle Funktionen zu realisieren oder um montagebedingte Toleranzen auszugleichen. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwei Techniken: Die feste Vorspannung, bei der Innen- und Außenring per Verriegelungsmechanik positioniert werden, und die flexible Vorspannung, bei der eine Feder eine konstante Axiallast auf eine Seite des Lagers ausübt. Die Federvorspannung gilt als einfacher und kostengünstiger. Die ausgleichende Konstantkraft der Feder gewährleistet den sicheren, immerzu gleichstarken Kontakt zwischen Wälzkörpern (Kugel, Nadel etc.) und Lagerringen, und minimiert das Axial- und Radialspiel. Ziel des Vorspannens im Rahmen des Toleranzausgleichs ist die Optimierung der Funktionalität und Langlebigkeit von Wälzlagern. KEM Konstruktion » 05 | 2023 53
