Wellenfedern lösen Bauraumprobleme in Energieanlagen

Warum Wellenfedern in der Energietechnik an Bedeutung gewinnen

In Anlagen der erneuerbaren Energietechnik sind Getriebe, Pumpen, Turbinen und Bremsen zentrale Baugruppen. Für Konstrukteure ergeben sich dabei Anforderungen, wie sie auch aus anderen industriellen Anwendungen bekannt sind: Aggregate sollen kompakt, robust sowie temperatur-, vibrations- und korrosionsbeständig ausgelegt sein.

Wie AFC Europe mitteilt, greifen Entwickler dafür zunehmend auf Non-Commercial-Parts wie Wellenfedern und Sicherungsringe zurück. Die Bauteile aus gewalztem Flachdraht stammen aus dem Sortiment des US-amerikanischen Herstellers Smalley und werden häufig als Alternative zu konventionellen Runddrahtfedern und gestanzten Ringen eingesetzt.

In komplexen Batteriesystemen unterstützen sie raumoptimierte Baugruppen. In Getrieben von Windkraftanlagen sichern sie An- und Abtriebswellen. Bei Gelenk- und Nachführsystemen für Solaranlagen ermöglichen sie Vorspannungslösungen. Damit adressieren die Komponenten zentrale Aufgaben in der regenerativen Energietechnik.

„Vielerorts im Maschinen- und Anlagenbau spielen sie inzwischen eine zentrale Rolle bei der konstruktiven Umsetzung von Anforderungen rund um die Bauraum-Reduktion, den Leichtbau und die funktionelle Effizienz. In der alternativen Energietechnik sind es darüber hinaus die hohe Beständigkeit gegenüber Temperaturschwankungen, Korrosion, betriebsbedingten Vibrationen und Witterungseinflüssen, die diese Wellenfedern und Sicherungsringe zu echten Problemlösern machen“, sagt Johannes Lambertz, Technischer Leiter von AFC Europe in Bochum.

Welche Auswahl AFC für grüne Baugruppen bietet

AFC ist Exklusivpartner von Smalley und bietet dessen Wellenfedern und Sicherungsringe in großer Auswahl an. Das Unternehmen räumt seinen Kunden nach eigenen Angaben auch bei Kleinserien Freiraum für individuelle Anpassungen ein. Hinzu kommt eine breite Werkstoffpalette, mit der sich Flachdrahtprodukte auf viele Szenarien der energietechnischen Baugruppen-Konstruktion auslegen lassen.

Bei den Wellenfedern stehen unter anderem die mehrlagigen Typen Crest-to-Crest und Nestawave im Fokus. Bei den Sicherungsringen spielen vor allem Spirolox, WaveRing und Revelox eine wachsende Rolle bei antriebstechnischen Aktuatoren für die grüne Energietechnik.

Crest-to-Crest-Wellenfedern sparen axialen Bauraum

Die Wellenfedern vom Typ Crest-to-Crest verfügen über mehrlagige, durchgängig gewickelte Windungen. Dabei berühren sich die Scheitelpunkte der Flachdrähte. Geliefert werden sie in zölligen und metrischen Baureihen sowie in vielen Größen mit bis zu 15 Windungen.

Je nach Einbausituation können Anwender zwischen parallel geführten Enden mit planen Auflageflächen und gewellten Enden wählen, die auf den Scheitelpunkten aufliegen. Der zentrale konstruktive Vorteil liegt in der Raumoptimierung: Bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit benötigen Crest-to-Crest-Wellenfedern laut AFC bis zu 50 % weniger axialen Bauraum als Runddraht- und Spiralfedern. Auch konstruktive Kollisionen lassen sich dadurch vermeiden.

Wo Nestawave hohe Federkräfte übernimmt

Die Schwerlast-Wellenfeder Nestawave ist auf hohe Federkraft, großen Federweg und eine flexibel auslegbare Federkonstante ausgelegt. Einsatzgebiete sind etwa Stellantriebe, Ventile, Spannaufnahmen, Verdichter und Schwingungsdämpfer, die in Anlagen der Wasser- und Windkrafttechnik hohe Kräfte bewältigen müssen.

Solche Anwendungen waren lange Zeit gestapelten Tellerfederpaketen vorbehalten. Mit Nestawave bietet AFC eine kompakte Alternative, die die Konstruktion vereinfachen sowie Montage- und Lageraufwand reduzieren soll.

Spirolox-Sicherungsringe für hohe Drehzahlen

Bei den Sicherungsringen wird laut AFC vor allem der Typ Spirolox in vielen Getrieben alternativer Energieanlagen eingesetzt. Er wird häufig aus gewalzten Edelstahl-, Federstahl- oder Sonderlegierungs-Werkstoffen gefertigt und liegt ein- oder mehrlagig vor.

Gegenüber gestanzten DIN-Sicherungsringen bietet Spirolox einen konstruktiven Vorteil: Da der Ring keine Nasen, Ösen oder Bohrungen und je nach Ausführung auch keinen Spalt hat, schließt er rundum bündig ab. Damit eignet er sich für raumoptimierte Konstruktionen, bei denen jedes Zehntel zählt.

AFC liefert Spirolox-Ringe in 6.000 Ausführungen mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm. Alle Varianten sind serienmäßig für Wellen geeignet, die mit bis zu 8.000 U/min drehen. Nach durchmesserabhängigen Prüfungen wurden laut Unternehmen auch Sonderlösungen für bis zu 17.000 U/min realisiert. Während gestanzte Sicherungsringe kaum in korrosionsbeständigem Edelstahl AISI 316 verfügbar sind, bietet AFC Spirolox-Sicherungsringe bereits standardmäßig in diesem Werkstoff an.

Wie WaveRing Sicherung und Vorspannung kombiniert

Der WaveRing kombiniert Lagesicherung mit Vorspannung. Aufgrund seiner Wellenform kann er bidirektionale Vorspannkräfte bereitstellen, die gegen die Wandung der Nut und gegen das vorzuspannende Bauteil wirken.

Damit kann der Ring Toleranzen ausgleichen, freies Spiel einer Baugruppe kompensieren und Vibrationen reduzieren. Zudem eignet er sich für schwimmende Lagerungen. „Diese Art der Stützlagerung nutzen Ingenieure oft, wenn ein kinematisches System mechanischen oder thermisch bedingten Lageänderungen unterliegt, die rotierenden Wellen aber nicht verspannen dürfen. Ohne weitere Fixierung erhalten Bolzen oder Wellen mit dem WaveRing® dann ein definiertes Axialspiel“, erklärt Johannes Lambertz.

Revolox für High-Speed-Applikationen

Das Besondere am Revolox-Sicherungsring ist seine spezielle Eigensperrung. Kleine, in den Ring eingearbeitete Erhebungen rasten dabei in wenige Millimeter breite Öffnungen der unteren und oberen Ringwindungen ein.

Bei exakter Auslegung erhält der Ring dadurch einen sicheren Sitz in der Wellennut. Zugleich erreicht er eine deutlich höhere Drehzahlkapazität als ein vergleichbarer nicht-sperrender Ring. Damit eignet sich Revolox nach Angaben von AFC gut für High-Speed-Applikationen.

Welchen Engineering-Service AFC anbietet

Über die Auswahl an Wellenfedern und Sicherungsringen hinaus bietet AFC Konstrukteuren energietechnischer Baugruppen mehrere Serviceleistungen rund um das Engineering. Dazu zählen Erstberatung und Fallbesprechung beim Kunden, technische Unterlagen, Gratis-Muster, CAD-Daten, kostenlose Designverifikation und konstruktive Ausarbeitung.

„Da das von Smalley entwickelte Fertigungsverfahren für Flachdrahtprodukte es uns ermöglicht, kostengünstig und ohne aufwändige Werkzeugarbeiten Prototypen sowie Vorserien zu fertigen, eröffnet sich zudem ein großer Freiraum für die Entwicklung kundenspezifischer Sonderlösungen“, sagt Johannes Lambertz.