Kaum eine Anlage im Bereich der erneuerbaren Energietechnik kommt ohne Getriebe, Pumpen, Turbinen oder Bremsen aus. Die Konstrukteure solcher Baugruppen stehen dabei vor ähnlichen Herausforderungen wie ihre Kollegen in anderen Branchen. Die Aggregate sollen kompakt und robust sein sowie temperatur-, vibrations- und korrosionsbeständig. Um diese Anforderungen zu erfüllen, greifen immer mehr Entwickler zu Non-Commercial-Parts, wie den Wellenfedern und Sicherungsringen aus dem Portfolio von AFC Europe.
Einsatzfelder von Wind bis Solar
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 neuer Vorspannungslösungen. Das Entscheidende dabei ist, dass diese aus gewalztem Flachdraht gefertigten Elemente des US-amerikanischen Herstellers Smalley als Non-Commercial-Parts gelten und häufig als Alternative zu konventionellen Runddrahtfedern und gestanzten Ringen herangezogen werden.
„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.
Individuell angepasst statt von der Stange
AFC ist Exklusivpartner von Smalley und bietet eine große Auswahl an Wellenfedern und Sicherungsringen von Smalley an. Da das Unternehmen seinen Kunden hierbei viel Freiraum für individuelle Anpassungen gibt, lassen sich diese Flachdrahtprodukte an viele Szenarien der energietechnischen Baugruppenkonstruktion anpassen. Während im Bereich der Wellenfedern die mehrlagigen Typen Crest-to-Crest und Nestawave den Ton angeben, spielen bei den Sicherungsringen die Ausführungen Spirolox, WaveRing und 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, bei denen 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 zwischen parallel geführten Enden mit planen Auflageflächen oder gewellten Enden, die auf den Scheitelpunkten aufliegen, wählen. Mit den Crest-to-Crest-Wellenfedern lassen sich Raumverbesserungen realisieren, da sie bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als Runddraht- und Spiralfedern benötigen. Auch konstruktive Kollisionen lassen sich so vermeiden.
Die Schwerlast-Wellenfeder Nestawave hat eine hohe Federkraft, einen großen Federweg und eine flexibel auslegbare Federkonstante. Mögliche Einsatzgebiete sind 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 bietet AFC eine kompakte Alternative, die die Konstruktion vereinfacht und den Montage- und Lageraufwand senkt.
Bündig, korrosionsbeständig und vielseitig
Bei den Sicherungsringen ist es vor allem der Typ Spirolox, der sich inzwischen in vielen Getrieben alternativer Energieanlagen findet. Er wird oft aus gewalztem Edelstahl-, Federstahl- oder Sonderlegierungs-Werkstoff gefertigt, liegt ein- oder mehrlagig vor und bietet im Gegensatz zu gestanzten DIN-Sicherungsringen einen Vorteil: Da er keine Nasen, Ösen oder Bohrungen hat und je nach Ausführung auch keinen Spalt, schließt er rundum bündig ab. Dadurch eignet er sich 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 durchmesserspezifischen Prüfungen wurden aber auch schon Sonderlösungen für bis zu 17.000 U/min realisiert. Während gestanzte Sicherungsringe kaum in dem korrosionsbeständigen Edelstahl AISI 316 verfügbar sind, bietet AFC die Spirolox-Sicherungsringe standardmäßig in diesem Werkstoff an.
Wellenform wird zum konstruktiver Vorteil
Der WaveRing bietet einen weiteren Vorteil: Durch 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. Darüber hinaus 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.
Eigensperrung für High-Speed-Anwendungen
Das Besondere am Revolox-Sicherungsring ist seine spezielle Eigensperrung: Kleine, in den Ring eingearbeitete Erhebungen rasten in wenige Millimeter breite Öffnungen der unteren und oberen Ringwindungen ein. Bei exakter Auslegung 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.
Support vom ersten Gespräch bis zur Sonderlösung
AFC bietet Konstrukteuren energietechnischer Baugruppen neben einer großen Auswahl an Wellenfedern und Sicherungsringen zahlreiche Serviceleistungen rund ums Engineering. Diese reichen von der Erstberatung und Fallbesprechung beim Kunden über die Bereitstellung von technischen Unterlagen, Gratis-Mustern und CAD-Daten bis hin 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.
