Das parallele Einspannen mehrerer Kugellager zur Wellenlagerung gehört zu den klassischen Standardaufgaben vieler Getriebebau-Konstrukteure. Häufig werden hier durch den Einsatz vorgespannter Flachdraht-Wellenfedern sehr steife, schwingungsarme Verbindungen realisiert. Um die Montage zu vereinfachen und höhere Genauigkeitsansprüche umsetzen zu können, entscheiden sich viele Ingenieure allerdings gegen gestanzte Wellenfedern und für Wellenfedern aus gewalztem bzw. gerolltem Flachdraht. Im C-Teile-Sortiment von TFC finden sich mit den einlagigen Smalley-Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR geeignete Elemente für die Realisierung von Wälzlager-Vorspannungen.
„Diese Wellenfedern werden branchenübergreifend für viele Vorspannungs-Anwendungen verwendet. Sie arbeiten bei kurzen Federwegen und geringen bis mittleren Belastungen mit höchster Präzision und Zuverlässigkeit“, sagt Johannes Lambertz, General Manager bei TFC. Dank ihres speziellen Designs mit Spalt oder überlappenden Enden sollen sie erhebliche Vorteile gegenüber gestanzten Federn bieten. So können sie beispielsweise radial in Bohrungen eingespannt werden, um gezielt auf den Außenring eines Wälzlagers zu drücken. In der Bohrung erlauben ihre Enden ein freies Agieren der Feder. Das Risiko eines Verrutschens besteht nicht und die Über-Kopf-Montage ist problemlos möglich, so der Händler.
Dünnringlager sicher vorspannen
Wie vielseitig sich die Smalley-Wellenfedern als Lösung für Vorspannungsaufgaben einsetzen lassen, zeigen auch Anwendungen mit Dünnringlagern. Dieser Wälzlagertyp zeichnet sich durch sehr schmale Außen- und Innenringe aus und kommt aus Gründen der Raum- und Gewichtsoptimierung unter anderem in Robotergelenken, Werkzeugkarusellen, Prüfanlagen oder optischen Systemen zum Einsatz. Dabei stellt die schlanke Bauform dieser Lager besondere Anforderungen an die Konstruktion der Vorspannungslösung und die hierfür verwendeten Wellenfedern.
Lambertz: „Herkömmliche Wellenfedern fallen meist zu breit aus, sodass sie bei der radialen Ausdehnung in der Bohrung auf die Wälzkörper des Lagers drücken, was Lagerschäden verursacht. Zwischen der überbreiten Wellenfeder und dem Dünnringlager muss dann ein Distanzring sitzen, der den direkten Kontakt zwischen Feder und Wälzkörper vermeidet. Das aber verkompliziert die Konstruktion und widerspricht den Prinzipien der Teilereduzierung und Raumoptimierung.“
Beim Einsatz gewalzter Smalley-Wellenfedern mit Spalt oder überlappenden Enden sollen diese Probleme nicht auftreten. Denn sie lassen sich aus einem sehr schmalen Flachdraht fertigen, der ideal auf dem Außenring des Dünnringlagers aufliegt, nur minimal nach innen übersteht und daher nicht mit den Wälzkörpern in Berührung kommt. Ein Distanzring wird daher nicht benötigt.
„Das spart ein komplettes Bauteil, vereinfacht die Montage und schließt eine potenzielle Fehlerquelle aus“, betont Lambertz. Dabei können Kraft und Federrate der Wellenfeder auf die Anforderungen abgestimmt werden, und für die Montage gilt auch hier: Einfach in die Bohrung klemmen.
Für hochbelastete Vorspannungen
Als Standardlösung offeriert TFC die Wellenfedern der Baureihen YSSB und YSSR in Feder- und Edelstahl mit Durchmessern von 9,0 bis 580 mm. Auf Kundenwunsch werden sie auch aus exotischen Werkstoffen und in Abmessungen von 5,0 bis 2.000 mm gefertigt. Für Vorspannungs-Anwendungen, bei denen größere Kräfte wirken, ließen sie sich auch stapeln.
Allerdings gibt es für diesen Fall mit der Nested Spirawave eine bereits einbaufertige Alternative, da die Flachdraht-Windungen dieser Wellenfeder werkseitig parallel und vollflächig aufeinanderliegen. Der Hersteller Smalley gewährleistet zudem, dass sie aus ein und demselben Stück Flachdraht bestehen. Eine Nested Spirawave soll eine zwei bis drei Mal höhere Federkraft als eine einlagige Wellenfeder bieten.
Kein Verformungsrisiko
Die gewalzten Flachdraht-Wellenfedern finden sich heute überall, wo Vorspannungen einzustellen, Spiele auszugleichen und betriebsbedingte Toleranzen in Baugruppen zu kompensieren sind. Gestanzten Federprodukten gegenüber zeigen sie sich TFC zufolge überlegen, da sich ihre Belastbarkeiten, Toleranzen und Federkonstanten präziser spezifizieren lassen: Die Federkraft einer Smalley-Wellenfeder steigt über weite Teile ihres Dehnbereichs gleichmäßig an.
Zudem können bei gestanzten Wellenscheiben in nachgeschalteten Bearbeitungsprozessen Ermüdungsrisse, Ungenauigkeiten bei der Federkraft und andere Probleme auftreten. Die Wellenfedern von Smalley hingegen werden aus massivem, gehärtetem und temperiertem Stahl- oder Metalldraht gefertigt und unterliegen daher – etwa bei der weiteren Wärmebehandlung – keinem Verformungsrisiko, so der Händler.
Hinzu kommt: Bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit beanspruchen die Smalley-Wellenfedern dank ihrer Geometrie bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als konventionelle Runddraht- oder Spiralfedern. (ys)
Effektiver Spielausgleich durch Federvorspannung
Beim Vorspannen eines Wälzlagers wird eine permanente Axiallast auf das Lager aufgebracht. Dies geschieht, um spezielle Funktionen zu realisieren oder um montagebedingte Toleranzen auszugleichen. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwei Techniken: Die feste Vorspannung, bei der Innen- und Außenring per Verriegelungsmechanik positioniert werden, und die flexible Vorspannung, bei der eine Feder eine konstante Axiallast auf eine Seite des Lagers ausübt.
Die Federvorspannung gilt laut TFC als einfacher und kostengünstiger. Die ausgleichende Konstantkraft der Feder gewährleistet den sicheren, immerzu gleichstarken Kontakt zwischen Wälzkörpern (Kugel, Nadel etc.) und Lagerringen, und minimiert das Axial- und Radialspiel. Ziel des Vorspannens im Rahmen des Toleranzausgleichs ist die Verbesserung der Funktionalität und Langlebigkeit von Wälzlagern.
Hier finden Sie mehr über:
