Wellenfedern und Sicherungsringe von AFC punkten in der regenerativen Energietechnik
Kaum eine Anlage im Bereich der erneuerbaren Energietechnik kommt ohne Getriebe, Pumpen, Turbinen oder Bremsen aus. Dabei stehen die Konstrukteure solcher Baugruppen vor ähnlichen Aufgaben wie ihre Kollegen in anderen Branchen: Kompakt und robust sollen die Aggregate sein sowie temperatur-, vibrations- und korrosionsbeständig. Um diese Herausforderungen zu meistern, greifen immer mehr Entwickler zu Non-Commercial-Parts wie den platzsparenden Wellenfedern und Sicherungsringen im Portfolio von AFC Europe.
In komplexen Batteriesystemen ermöglichen sie die Gestaltung raumoptimierter Baugruppen, in Getrieben von Windkraftanlagen dienen sie der Sicherung von An- und Abtriebswellen und bei der Konstruktion von Gelenk- und Nachführsystemen für Solaranlagen unterstützen sie die Realisierung innovativer Vorspannungslösungen – das sind nur einige wenige Beispiele für Anwendungen der alternativen Energietechnik, in denen sich die Wellenfedern und Sicherungsringe aus dem Sortiment von AFC derzeit bewähren. Das Entscheidende dabei: Diese aus gewalztem Flachdraht gefertigten Elemente des US-amerikanischen Herstellers Smalley gelten als Non-Commercial-Parts und werden häufig als Alternative zu konventionellen Runddrahtfedern und gestanzten Ringen herangezogen. „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.
Große Auswahl, viele Werkstoffe
AFC ist Exklusivpartner von Smalley und bietet dessen Wellenfedern und Sicherungsringe in großer Auswahl an. Da das Unternehmen seinen Kunden hierbei selbst bei Kleinserien viel Freiraum für individuelle Anpassungen einräumt und eine breite Palette an Werkstoffen bietet, lassen sich diese Flachdrahtprodukte auf fast jedes Szenario der energietechnischen Baugruppen-Konstruktion anpassen. Geben im Bereich der Wellenfedern unter anderem die mehrlagigen Typen Crest-to-Crest® und Nestawave® den Ton an, so spielen bei den Sicherungsringen vor allem die Ausführungen Spirolox®, WaveRing® sowie Revelox® eine wachsende Rolle bei der Realisierung antriebstechnischer Aktuatoren für die grüne Energietechnik.
Die Wellenfedern vom Typ Crest-to-Crest® haben mehrlagige, durchgängig gewickelte Windungen, wobei sich die Scheitelpunkte der Flachdrähte berühren. Geliefert werden sie in zölligen und metrischen Baureihen und vielen Größen mit bis zu 15 Windungen. Je nach Einbausituation kann der Anwender zudem wählen zwischen parallel geführten Enden mit planen Auflageflächen oder gewellten Enden, die auf den Scheitelpunkten aufliegen. Mit den Crest-to-Crest®-Wellenfedern lassen sich erhebliche Raumoptimierungen realisieren, da sie bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als Runddraht- und Spiralfedern fordern. Auch konstruktive Kollisionen lassen sich so vermeiden.
Die Schwerlast-Wellenfeder Nestawave® punktet hingegen mit hoher Federkraft, großem Federweg und einer flexibel auslegbaren Federkonstante. Einsatzgebiete dafür sind etwa Stellantriebe, Ventile, Spannaufnahmen, Verdichter und Schwingungsdämpfer, die in Anlagen der Wasser- und Windkrafttechnik hohe Kräfte bewältigen müssen. Lange Zeit waren solche Applikationen gestapelten Tellerfederpaketen vorbehalten. Mit der Nestawave® aber bietet AFC eine kompakte Alternative, die sowohl die Konstruktion vereinfacht als auch den Montage- und Lageraufwand senkt.
Hohe Drehzahlkapazität
Bei den Sicherungsringen ist es vor allem der Typ Spirolox®, der sich inzwischen in vielen Getrieben alternativer Energieanlagen findet. Er wird oft aus gewalzten Edelstahl-, Federstahl- oder Sonderlegierungs-Werkstoffen gefertigt, liegt ein- oder mehrlagig vor und bietet im Gegensatz zu gestanzten DIN-Sicherungsringen einen wesentlichen Pluspunkt: Da er keine Nasen, Ösen oder Bohrungen und – je nach Ausführung – auch keinen Spalt hat, schließt er rundum bündig ab und eignet sich bestens für das Design raumoptimierter Konstruktionen, bei denen jedes Zehntel weniger ein Gewinn ist. AFC liefert die Spirolox®-Ringe in 6.000 Ausführungen mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm. Alle Varianten eignen sich serienmäßig für Wellen, die mit bis zu 8.000 U/min drehen. Nach Durchmesser-abhängigen Prüfungen wurden aber auch schon Sonderlösungen für bis zu 17.000 U/min realisiert. Und während gestanzte Sicherungsringe kaum in dem korrosionsbeständigen Edelstahl AISI 316 verfügbar sind, bietet AFC die Spirolox®-Sicherungsringe schon standardmäßig in diesem Werkstoff an.
Sicherung plus Vorspannung
Einen anderen Vorteil bietet der WaveRing®: Dank seiner Wellenform kann er bidirektionale Vorspannkräfte bereitstellen, die er gegen die Wandung der Nut und gegen das vorzuspannende Bauteil entfaltet. Neben der Lagesicherung kann er also auch Toleranzen ausgleichen, das freie Spiel einer Baugruppe kompensieren und Vibrationen reduzieren. Überdies lässt er sich für schwimmende Lagerungen verwenden. „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.
Das Besondere am Revolox®-Sicherungsring ist seine spezielle Eigensperrung, bei der kleine, in den Ring eingearbeitete Erhebungen in wenige Millimeter breite Öffnungen der unteren und oberen Ringwindungen einrasten. Exakte Auslegung vorausgesetzt, erhält der Ring dadurch einen sehr sicheren Sitz in der Wellennut und erreicht eine deutlich höhere Drehzahlkapazität als ein vergleichbarer nicht-sperrender Ring. Er eignet sich daher gut für High-Speed-Applikationen.
Viel Service fürs Engineering
Übrigens: Über seine Auswahl an Wellenfedern und Sicherungsringen hinaus bietet AFC den Konstrukteuren energietechnischer Baugruppen zahlreiche Serviceleistungen rund ums Engineering. Sie reichen von der Erstberatung und Fallbesprechung beim Kunden über die Bereitstellung von technischen Unterlagen, Gratis-Mustern und CAD-Daten bis zur kostenlosen Designverifikation und konstruktiven 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.
Autor: Marco Sturm, Freier Fachjournalist, Darmstadt