Der Vorteilskatalog der Wellenfeder

Wenn erfahrene Konstrukteure auf der Suche nach der optimalen Feder für eine Anwendung sind oder wenn sie feststellen, dass der Bauraum der bisher eingesetzten Runddrahtfedern zu groß ist, greifen sie häufig zu Wellenfedern. Zumal sich dadurch meist weitere innovative Möglichkeiten für die Konstruktion auftun. Zu wissen, wann der Einsatz einer Wellenfeder sinnvoll ist und welche kinematisch-funktionellen Vorteile sich dadurch ergeben, ist eine wichtige Grundlage zur Optimierung einer Konstruktion.

Die Frage, unter welchen Bedingungen es grundsätzlich von Vorteil ist, sich dem Thema Wellenfeder zuzuwenden, lässt sich am besten anhand der folgenden sechs Argumente beantworten.

Argument 1: Um bis zu 50 Prozent weniger Arbeitshöhe

Wellenfedern verfügen über mehrere Wellen pro Lage. Bei erheblich geringerer Arbeitshöhe weisen sie daher die gleiche Federkraft auf wie herkömmliche Spiraldruckfedern. Aufgrund dieser niedrigeren Arbeitshöhe lassen sie sich in kleinere Federräume einbauen, weshalb die gesamte Baugruppe kleiner ausfallen kann. Da die Fertigung kleinerer, leichter Baugruppen weniger Zeit- und Materialaufwand beansprucht, lassen sich mit Wellenfedern bedeutende Kosteneinsparungen erzielen.

Argument 2: Hohe Flexibilität

Wellenfedern werden im No Tooling-Cost^TM-Verfahren hergestellt. Es erlaubt auch die schnelle und kostengünstige Realisierung von Sonderanfertigungen. Das Unternehmen TFC ist daher in der Lage, perfekt auf kundenspezifische Anforderungen abgestimmte Wellenfedern zu konstruieren. Dabei können beispielsweise die Anzahl der Windungen, die Ausführung der Enden oder der Werkstoff optimal angepasst werden – um nur einige Parameter zu nennen. Diese Flexibilität basiert auf den Kantenwindungsverfahren von Smalley, bei dem Flachdraht über eine hohe Kante gewunden wird. Die Kantenwindung ermöglicht die Fertigung beliebig großer Wellenfeder-Durchmesser (0,157 bis 120 Zoll bzw. 4 bis 3.000 mm), ohne dass dafür der Einsatz zusätzlicher Werkzeuge nötig ist.

Argument 3: Exakte, voraussehbare Lastaufnahme

Aufgrund enger Toleranzen bei der Auslegung der Last(en) und Arbeitshöhe(n) lassen sich präzise und prognostizierbare Lastaufnahmen realisieren. Das bedeutet: Sowohl bei statischen als auch bei dynamischen Anwendungen lassen sich die Lastaufnahmen von Wellenfedern sehr genau bestimmen. Infolge eng tolerierter kritischer Lasten bei vorgegebenen Arbeitshöhen ist eine zuverlässige, konstante Leistung der Anwendung zu erwarten.

Argument 4: Hohe Vielseitigkeit

Wellenfedern erweisen sich in vielen verschiedenen Industriezweigen und Anwendungen als überaus zuverlässige Problemlösung. Ob kleine oder große Durchmesser, ob geringe oder hohe Belastungen, ob Kohlenstoffstahl oder Spezialwerkstoff – Wellenfedern bewähren sich täglich in abertausend Varianten. Sie kommen in Konsumgütern wie der Smartwatch oder Kaffeemaschinen zum Einsatz, im Automobilbau und in der Petrochemie oder in der Messtechnik und in der Luft- und Raumfahrt. Den Anwendungsmöglichkeiten von Wellenfedern sind kaum Grenzen gesetzt. Hier einige Beispiele für typische Wellenfeder-Applikationen:

Strömungsventile: Bei zunehmendem Druck einer Flüssigkeit steuert eine Wellenfeder der Baureihe Crest-to-Crest® präzise die lineare Verschiebung des Ventilkolbens.

Überdruckventile: Der eindringende Luftdruck erhöht die Lastaufnahme einer Wellenfeder und drückt eine Platte von der Dichtoberfläche weg, so dass Überdruck abgebaut werden kann. Mit nachlassendem Druck kehrt die Feder in ihre ursprüngliche Arbeitshöhe zurück, so dass das Ventil wieder dicht schließen kann.

Axialdichtungen: Die Wellenfeder übt Druck gegen die Oberfläche eines Gegenstücks aus, um eine Abdichtung zu gewährleisten.

Vibrationsdämpfer: Bei konstanter Belastung dämpft das Bauteil die betriebsbedingten Vibrationen. Durch den Einsatz von Wellenfedern lassen sich präzise und vorhersagbare Lastaufnahmen erzielen.

Typische Wellenfeder-Applikationen: Überdruckventil (li.) und Axialdichtung (re.). Bild: TFC

Argument 5: Alternative Superlegierungen

Wellenfedern aus Superlegierungen sind für Anwendungen unter extremen Bedingungen geeignet. Bei der Wahl des optimalen Werkstoffs für eine konkrete Anwendung sind eine Reihe wichtiger Faktoren wie Umgebung, Budget und Lebensdauer zu berücksichtigen. Wichtig zu wissen: Entspricht das Material der Feder nicht den Umgebungsbedingungen, kann das die Leistung und Lebensdauer einer Anwendung beeinträchtigen.

Für Fälle, in den Wellenfedern aus Kohlenstoffstahl und Edelstahl 17-7 den Anforderungen einer Anwendung nicht mehr gerecht werden, bietet TFC eine Vielzahl von Werkstoffalternativen an. Sie decken den Bereich der Tief- und Hochtemperatur-Anwendungen ab, eignen sich für den Einsatz in der Tiefsee oder im Weltraum oder zeichnen sich durch starken Magnetismus oder eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus. Dabei ist jede von den TFC-Ingenieuren passgenau konstruierte Wellenfeder auf optimale Leistung ausgelegt.

Argument 6: Gratismuster und Prototyping

Da es in vielen Fällen von zentraler Bedeutung ist, die Passgenauigkeit und Funktion anhand von seriennahen Prototypen zu testen, bietet TFC kostenlose Muster von Standardlösungen an. Darüber hinaus realisiert das Unternehmen kostengünstige Prototypen. Dass es dafür keine Mindestbestellmengen gibt, ist dem erwähnten Kantenwindungsverfahren von Smalley zu verdanken. Im Gegensatz zu gestanzten Teilen entstehen hierbei keine hohen Vorlaufkosten für Werkzeuge, Mindestbestellmengen und längere Lieferzeiten.

Fazit: Die Smalley Wellenfedern im Sortiment von TFC sind die ideale Lösung für Anwendungen, die wenig Platz bieten. Der Kunde kann wählen zwischen mehr als 4.000 Standardfedern aus Kohlenstoff- bzw. Edelstahl oder eine Sonderanfertigung anfordern. Dabei profitiert er von Smalleys Präzisionsfertigungsmethode No-Tooling-Costs™ und dem kostenfreien Engineering Service von TFC. Ein erster Einstieg in die Materie ist zudem die Broschüre mit dem Titel Fragen Sie den Experten – Wellenfeder (FAQ).