Flachdraht-Elemente für heikle Aufgaben Wellenfedern und Sicherungsringe bewähren sich in der Wehrtechnik

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Die Wellenfedern und Sicherungsringe von Smalley zählen zu den Kernprodukten von AFC Europe (vormals TFC). Sie vereinfachen die Arbeit der Konstrukteure und bewähren sich als Problemlöser bei der Realisierung kinematischer Baugruppen. 

Auf welche Aspekte legen Konstrukteure kinematischer Baugruppen ihr Hauptaugenmerk? Zweifellos auf die Aufnahme spezifischer Lasten und die Einstellung von Vorspannungen sowie den Ausgleich von Lagerspielen und die Kompensation betriebsbedingter Toleranzen. Als ebenso wichtig dürften sich die Reduzierung von Bauraum, die Sicherung rotierender Bauteile und die Realisierung spielfreier Verriegelungen erweisen.

Die passenden Konstruktionselemente zur Bewältigung all dieser Aufgaben bietet das Zulieferunternehmen AFC Europe (vormals TFC) mit seiner Auswahl an Wellenfedern und Sicherungsringen von Smalley. Sie kommen als funktionelle Problemlöser in vielen Branchen zum Einsatz, wobei es in jüngster Zeit insbesondere die Hersteller wehr- und verteidigungstechnischer Systeme sind, die diesen Premiumprodukten aus gewalztem Flachdraht den Vorzug geben gegenüber Federn und Ringen aus gestanztem Blech. Ein wichtiger Grund dafür ist unter anderem, dass sich die Smalley-Produkte in puncto Belastbarkeit, Toleranz, Werkstoff – und Federkonstante – sehr genau spezifizieren lassen. Gerade bei der Konstruktion stark beanspruchter, ausfallsicherer Baugruppen für sensible Anwendungen spielt das eine große Rolle

Veranschaulichen lässt sich dies am Beispiel der Wellenfedern, die AFC in vielen Ausführungen bereitstellt. Ihre Federkraft steigt über weite Teile des Dehnbereichs gleichmäßig an und ihre Herstellung aus gehärtetem, temperiertem Stahl- oder Metalldraht schließt das Risiko fertigungsbedingter Verformungen – etwa bei späteren Wärmebehandlungen – nahezu aus. Bei der Nachbearbeitung gestanzter Wellenscheiben hingegen tauchen mitunter Ermüdungsrisse oder Ungenauigkeiten bei der Federkraft auf. Hinzu tritt ein Faktor, der auch bei der Realisierung kompakter Module für die Wehr- und Sicherheitstechnik hohe Relevanz hat: Bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit benötigt eine Wellenfeder von Smalley bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als eine Runddraht- oder Spiralfeder. Das verhindert konstruktive Kollisionen und ermöglicht erhebliche Raumoptimierungen.

Wellenfedern: Hochpräzise Platzsparer

Die Smalley-Wellenfeder steht den Ingenieuren der Wehr- und Verteidigungstechnik in ein- und mehrlagigen Typen, vielen Größen sowie metrischen und zölligen Abmessungen zur Verfügung.Die einlagigen Varianten (Serien YSSB/ YSSR) decken vor allem Anwendungen mit kurzen Federwegen und kleinen bis mittleren Lasten ab. AFC bietet sie mit offenem Spalt oder überlappenden Enden an, die klemmend eingesetzt werden und eine freie, problemlose Federarbeit erlauben.

Die mehrlagigen Wellenfedern haben durchgängig gewickelte Windungen. Sie werden unter anderem in der Variante Crest-to-Crest angeboten, bei der sich alle Scheitelpunkte (Maxima) der Flachdrähte berühren. AFC liefert diese Wellenfeder in den Baureihen YC/YCS (zöllisch) und YCM/YCMS (metrisch) in vielen Größen mit bis zu 24 Windungen. Zudem hat der Kunde die Wahl zwischen zwei Enden für verschiedene Einbau-Situationen: Gewellten Enden, die auf zwei Scheitelpunkten der Drahtwellen aufliegen, oder parallel geführten Enden, die rundum geschlossene Auflageflächen bilden. Da bei diesem Wellenfeder-Typ die Federrate proportional zur Anzahl der Windungen abnimmt, ist er eine Ideallösung für Applikationen mit großen Federwegen, die eine gleichmäßige, lineare Kraftentfaltung erfordern. Ein Ausrichten der Windungen, der Einsatz von Passscheiben oder die Fixierung von Schweißpunkten sind dabei unnötig. Zudem lassen sich mit Crest-to-Crest-Wellenfedern die größten Bauraum-Reduzierungen erzielen.

Eine Lösung für viele Fälle mit Wellenfedern

Typische wehrtechnische Wellenfeder-Anwendungen sind Steuereinheiten von Flugkörpern, Rückstoßvorrichtungen von Abschusssystemen, Stabilisierungsachsen von Gyroskopen und Navigationsoptiken sowie Satellitengehäuse und Servoantriebe. Je nach Baugruppe steht dabei die Bewegungsführung, die Energieaufnahme, der Erhalt von Vorspannungen, die Vibrationsdämpfung oder die Kontrolle axialer Lasten im Fokus. Speziell ausgelegt für das Vorspannen der Lagerbuchsen hydraulischer Teleskoprohre sowie für Anwendungen mit wenig radialem Bauraum sind die schmaldrahtigen Wellenfedern des Typs YSSR-N. Für Szenarien, in denen große Kräfte und lange Federwege benötigt werden, bietet AFC die Wellenfeder vom Typ Interlaced an. Sie besteht aus bis zu drei integrierten Crest-to-Crest-Federn und kann gestapelte Teller- oder zusammengesteckte Spiralfedern ersetzen.

Als One-Piece-Lösung vereinfacht sie die Montage und da kein Stapeln oder Ausrichten nötig ist, entfällt die Konstruktion von Aufnahme- und Stützumgebungen. Ebenfalls interessant für wehrtechnische Anwendungen ist die für Hochlast-Applikationen prädestinierte Wellenfeder vom Typ Nested Spirawave. Deren gewellte Flachdraht-Windungen verlaufen parallel und liegen vollflächig an. Smalley garantiert zudem, dass sie vollständig aus ein und demselben Stück Flachdraht bestehen. Da eine Nested Spirawave eine bis zu drei Mal höhere Federkraft als eine einlagige Wellenfeder hat, entfällt das Stapeln oder Verschachteln mehrerer einlagiger Wellenfedern. Zudem sind Versatz und ungleichmäßige Belastungen ausgeschlossen.

Sicherungsringe: Auch für hohe Anforderungen

Ähnlich wie bei den Wellenfedern, so offeriert AFC auch im Bereich der Sicherungsringe eine große Auswahl. Von besonderem Interesse für den Einsatz in Wehr-, Verteidigungs- und Sicherheitstechnik ist dabei der Spirolox-Ring von Smalley. Denn er verfügt über eine integrierte Selbstsperrfunktion und lässt sich daher zur Sicherung hochbelasteter und schnelldrehender Wellen nutzen. Serienmäßig eignet er sich für Drehzahlen von bis zu 8.000 U/min; bei Bedarf kann er aber auch für Wellen ausgelegt werden, die mit mehr als 17.000 U/min drehen. Konventionelle Sicherungsringe hebt es bei den hierbei wirkenden Fliehkräften aus der Nut, sodass sie von der Welle rutschen. Im worst case führt das zum Systemcrash

Die Spirolox-Ringe im AFC-Portfolio bestehen aus gewalzten Edelstahl-, Federstahl-, Titan- oder Sonderwerkstoffen und haben im Unterschied zu anderen Sicherungsringen nach DIN 471/472 weder Nasen noch Ösen, Bohrungen oder Spalte. Auch deshalb sind sie eine ideale Lösung zur Realisierung kompakter Baugruppen. Der Spirolox hat an seiner Innenwindung zwei kleine Dorne, die sich in gegenüberliegenden Slots im Außenring einrasten. Je schneller eine Welle dreht, desto fester wird diese Dorn-Slot-Verbindung, so dass der Sicherungsring selbst bei hohen Beschleunigungen und heftigen Vibrationen in Position bleibt.

AFC liefert den Spirolox-Sicherungsring in vielen Varianten, die sich mit normalen Schraubendrehern setzen und abziehen lassen. Ab Lager erhältlich sind 6.000 Ausführungen mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm (1/4“ bis 16“). In der Wehr- und Verteidigungstechnik bewährt hat sich dieser Sicherungsring insbesondere bei der Realisierung gap-freier Rotationssysteme für Radaranlagen oder Geschütztürme, bei der platzsparenden Montage von Getriebekomponenten, beim spielfreien Befestigen von Sensormodulen oder bei der Konstruktion hydraulischer und pneumatischer Systeme, die hohe Ansprüche an die Druckbelastung und Korrosionsfestigkeit erfüllen müssen.

Verfahrenstechnische Basis für die Herstellung der Wellenfedern und Sicherungsringe von Smalley ist die Circular-Grain-Methode, eine Variante der Kantenwindungstechnik. Sie erlaubt es, Modifikationen an den Flachdraht-Elementen ohne den Einsatz zusätzlicher Werkzeuge vorzunehmen. Vor diesem Hintergrund ist auch AFC Europe in der Lage, seinen Kunden eine rasche Prototypen-Fertigung und – selbst bei geringen Losgrößen – eine kostengünstige Herstellung von Sonderlösungen anzubieten.

Werkstoffe

Bei Wellenfedern entscheidet die richtige Materialauswahl