Beste Lagesicherung auch bei hohen Drehzahlen

Zu den großen Einsatzgebieten für Sicherungsringe nach DIN 471 und DIN 472 gehören die axiale Lagesicherung von rotierenden Maschinenelementen – zum Beispiel von Wälzlagern auf Wellen – und die Lagesicherung von Bolzen in Bohrungen. Dabei ist es in kinematisch-dynamischen Anwendungen insbesondere die Zentrifugalkraft (Fz) drehender Wellen, die die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Sicherungsringen limitiert. Wird sie nämlich zu groß, so vermag diese nach außen „fliehende“ Kraft den Ring aus seiner Nut zu heben. Das kann zu Unwuchten und Vibrationen führen oder sogar – falls der Ring aus der Fassung rutscht und von der Welle wandert – zum Totalausfall des Antriebsstrangs. Oft lässt sich dieses Risiko mit herkömmlichen Spreng- und Seegerringen aus gestanztem Blech eindämmen. Das gilt aber nur solange, wie sich die Anwendung hinsichtlich der Beschleunigung, der Umdrehungsgeschwindigkeit oder anderer Faktoren im Bereich üblicher Standards bewegt. Steigen aber die physikalischen Anforderungen der Anwendung und ihrer Umgebung, treten konstruktive Probleme auf oder sind besonders innovative Lösungen gefragt, schneiden andere Typen von Sicherungsringen wesentlich besser ab. Viele Konstrukteure und Ingenieure greifen in solchen Fällen beispielsweise zu den Sicherungsringen des US-amerikanischen Herstellers Smalley, die hierzulande von TFC angeboten werden. Das hat mehrere Gründe: Erstens, es handelt sich hierbei um Produkte aus gewalztem Flachdraht, die in zahlreichen Werkstoffen abrufbar sind – in Edelstahl (z.B. für die Lebensmitteltechnik), in Titan (z.B. für die Medizintechnik), in Kupferlegierungen (z.B. für die Elektrotechnik) und vielen anderen Materialien. Zweitens, sie weisen konstruktive Details auf, die die üblichen Probleme mit traditionellen Sicherungsringen vergessen lassen. Und drittens, TFC offeriert diese Sicherungsringe inzwischen in einer technischen Bandbreite, die für fast jede Branche und jede Anwendung eine Lösung bietet.

Als einfache, klassische Lösung für viele Standardapplikationen bietet TFC bereits seit geraumer Zeit den einlagigen Smalley-Schnappring an. Er ist in über 1.000 Größen bestellbar und eignet sich für den Einsatz in kinematischen Baugruppen, die im Betrieb stoßartigen Belastungen ausgesetzt sind. Ein wichtiger Vorteil: Je nach Einbausituation können Konstrukteure und Einkäufer in diesem Fall zwischen verschiedenen Enden-Varianten wählen – beispielsweise U-förmigen Kerben, Bohrungen, Enden mit abgewinkelten Stirnflächen und anderen Ausführungen.

Sicherheit ohne Nasen und Ösen

Ebenfalls fast schon als Klassiker etabliert haben sich auch die Sicherungsringe der Serie Spirolox®, die es in ein- und zweilagigen Ausführungen, mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm und in mehreren Belastungsklassen gibt. Von gewöhnlichen Sicherungsringen unterscheiden sie sich durch den vollständigen Verzicht auf Nasen, Ösen und Bohrungen und – je nach Version ¬– auch Spalte. Da sie also über ihre eigenen Abmessungen hinaus keinen zusätzlichen Platz beanspruchen, erweisen sie sich als Ideallösung bei knapp bemessenen Einbausituationen oder für die Realisierung raumoptimierter Baugruppen. Spirolox®-Sicherungsringe liefert TFC serienmäßig für Drehzahlen von bis zu 8.000 U/min. Allerdings: Für High-Speed-Applikationen in der E-Mobility wurden jüngst auch Varianten für Drehzahlen von bis zu 17.000 U/min mit Ablösesicherung entwickelt.

Eigensicherung als Mehrwert

Besonders gut geeignet als Lagesicherung für Anwendungen mit schnell drehenden Wellen wie man sie in vielen Antriebsträngen von Automations-, Automotive- oder Aerospace-Systemen findet, ist auch der Sicherungsring vom Typ Revolox™. Er besteht ebenfalls aus mehrlagigem, gewalztem Flachdraht und ist rundum bündig, hat aber zusätzlich eine Eigensperrung. Diese im angelsächsischen Sprachraum als Dimple- and Slot-Design bezeichnete Lösung besteht aus kleinen, in den Sicherungsring eingearbeiteten Erhebungen, die bei der Montage in wenige Millimeter breite Öffnungen in den oberen und unteren Ringwindungen einrasten. Bei präziser Auslegung verleiht diese integrierte Eigensperrung dem Revolox™-Ring einen extrem sicheren Sitz in der Nut einer Welle oder eines Bolzens. TFC empfiehlt ihn daher insbesondere für Anwendungen, bei denen sehr hohe Drehzahlen auftreten oder betriebsbedingt mit Vibrationen zu rechnen ist.

Die Drehzahlkapazität eines Revolox™-Sicherungsrings liegt signifikant höher als die eines gleichwertigen Sicherungsrings ohne Eigensperrung. Da er laut Hersteller außerdem präziser gewuchtet ist als übliche Spreng- oder Seegerringe, unterstützt er die Rundlaufgenauigkeit einer Welle. Damit lässt sich also der Wunsch nach geringeren Unwuchten der rotierenden Massen umsetzen, der in vielen antriebstechnischen Anwendungen eine Voraussetzung für eine verbesserte Energieeffizienz, eine bessere Performance und längere Standzeiten ist. Insbesondere für High-Speed-Applikationen im Triebwerk- und Motorenbau ist der Revolox™-Ring eine gute Wahl.

Integrierte Vorspannung

Ein- oder mehrfach gewunden, spiralförmig und zusätzlich in Wellenform gestaltet ist der Sicherungsring vom Typ Wavering®. Über seine Sicherungsfunktion hinaus kann er bidirektionale Vorspannkräfte bereitstellen. Einmal in der Nut platziert, entfaltet er Vorspannkräfte gegen die Wandung der Nut und gegen das vorzuspannende Bauteil. Der Wavering® dient unter Beibehaltung seiner Funktion als Lagesicherung als auch als Element des Toleranzausgleichs. Er kann das freie Spiel in der Baugruppe kompensieren und Vibrationen reduzieren. Außerdem lässt er sich zur Realisierung schwimmender Lagerungen (Stützlagerungen) heranziehen, die immer dann relevant werden, wenn ein kinematisches System mechanisch oder thermisch bedingte Lageänderungen tolerieren soll, die rotierenden Wellen aber nicht verspannen dürfen. Wellen oder Bolzen werden hierbei nicht fixiert, sondern erhalten mit dem Wavering® ein definiertes Axialspiel.

Prototypen und Sonderwünsche

TFC bietet alle Sicherungsringe in metrischen und zölligen Maßen an. Da ihre Herstellung auf dem No-Tooling-Cost®-Verfahren von Smalley beruht – einer Variante der Kantenwindungstechnik – lassen sich konstruktive Anpassungen und Optimierungen an den Sicherungsringen ohne zusätzliche Tools oder Werkzeug-Modifikationen vornehmen. Zudem erlaubt das Verfahren die rasche Prototypen-Fertigung und die wirtschaftliche Realisierung von Kleinserien und Sonderlösungen.

Übrigens: Seit einigen Tagen liegt der neue TFC-Gesamtkatalog vor. Er ist online kostenfrei abrufbar und bietet Entwicklern, Technischen Einkäufern und Konstrukteuren eine aktuelle Komplettübersicht über alle Wellenfedern, Sicherungsringe und Verbindungselemente im Portfolio des Unternehmens.