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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2021

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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2021

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE KLEINE HELFER IM GETRIEBEBAU PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Der Einsatz von Wellenfedern und Sicherungsringen bei der Konstruktion von Getrieben kann nicht nur Bauraum sparen, sondern auch funktionelle Verbesserungen ermöglichen. Die gewalzten Flachdraht-Produkte können dabei an verschiedenen Stellen zur Anwendung kommen. Lesen Sie mehr über das Potenzial der kleinen Helfer im Getriebebau. Wellenfedern und Sicherungsringe gleichen Toleranzen aus, erlauben die Drehzahlerhöhung von Wellen, setzen Wälzlager unter Vorspannung, halten Zahnräder in Position oder reduzieren Unwuchten. Über diese Vorteile auf funktionell-kinematischen Gebiet hinaus punkten die beiden C-Teile-Produkte des US-amerikanischen Multi-Tier-Zulieferers Smalley vor allem mit einem ganz entscheidenden Pluspunkt: Da sie aus gewalztem Flachdraht bestehen und außerdem über einige sehr typische Designmerkmale verfügen, ebnen sie den Weg für erhebliche konstruktive Vereinfachungen und Bauraum- Reduzierungen. Sie bieten den Ingenieuren und Konstrukteuren im Getriebebau also die Chance, sich mit relativ einfachen Mitteln ein großes Optimierungspotenzial zu erschließen. Das gilt sowohl für die Entwicklung riesiger Aggregate für den Maschinen- und Anlagenbau als auch für die Realisierung mittelgroßer Automobilund kompakter E-Bike-Getriebe. Autor: Julius Moselweiß, Freier Fachjournalist, Darmstadt DESIGN BIRGT VORTEILE GEGENÜBER RUNDDRAHTFEDERN BIETEN WELLENFEDERN DIE MÖG- LICHKEIT, GERINGERE LASTHÖHEN BEI GLEICHEM FEDERWEG UND GLEICHER LAST ZU REALISIEREN Die Wellenfedern und Sicherungsringe von Smalley gehören zum Lieferprogramm des weltweit tätigen und auch in Deutschland präsenten Unternehmens TFC, einem Zulieferer von C-Teilen und Federelementen. Dabei ist es im Bereich der Wellenfedern insbesondere die Crest-to-Crest-Serie, die für die Getriebebauer von Interesse ist. Die mehrlagigen Wellenfedern dieses Typs zeichnen sich durch ein spezielles Design aus, bei dem sich die Hoch- und Tiefpunkte der gewellten Flachdrahtspirale mit hoher geometrischer Präzision an ihren Maxima berühren. Daraus ergibt sich ein enormer Vorteil: Im direkten Vergleich mit konventionellen Runddrahtfedern und bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit beanspruchen die Crest-to-Crest-Wellenfedern bis zu 50 % weniger axialen Bauraum. Das ermöglicht den Getriebebauern beispielweise die Realisierung kompakter Vorspannungslösungen mit kleinen Hubwegen und platzsparenden Konstruktionen für den axialen Ausgleich von Toleranzen bzw. Toleranzketten. Da solche Bauraum-Reduzierungen in der Regel einhergehen mit einem geringeren Materialeinsatz, sinkt auch das Gewicht der Getriebe, was in letzter Konsequenz der Umsetzung ressourcenschonender Leichtbau-Konstruktionen zugute kommt. 28 DER KONSTRUKTEUR 2021/01-02 www.derkonstrukteur.de

KONSTRUKTIONSELEMENTE Daher schließen sie rundum bündig ab und eignen sich bestens für das Design raumoptimierter Konstruktionen, bei denen es auf jedes Zehntel weniger ankommt. GROSSE AUSWAHL Ab Lager stehen die Spirolox-Sicherungsringe in 6 000 Ausführungen mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm (1/4 bis 16") zur Verfügung. Dabei haben die Kunden die Wahl zwischen Schnapp-, Hoopsterund Flachdraht-Wellenringen mit Ein- und Mehrfach-Windungen. Alle Varianten lassen sich mit konventionellen Schraubendrehern setzen und entfernen. Die Sicherungsringe in Getriebe und Antriebstechnik dienen unter anderem zur Lagerfixierung auf Wellen, als Sicherungselemente in Zahnradgruppen oder als Rutschkupplungen, auch bei stark begrenztem radialen Bauraum oder wenn rotierende Komponenten nur minimale Unwuchten aufweisen dürfen. In der ösenfreien Ausführung werden sie zudem zur Sicherung von langsamen und schnelldrehenden Antriebswellen verwendet. Dabei eignen sie sich – je nach Typ und Variante – serienmäßig für Umdrehungen von bis zu 8 000 min -1 . Im Rahmen der Neuentwicklung von e-Drive-Lösungen wurden allerdings in zwischen auch Spirolox-Sicherungsringe für bis zu 17 000 min -1 realisiert. Bilder: Aufmacher Hintergrund: K!NGW!N – stock.adobe.com, Sonstige: TFC/Smalley www.tfcdeutschland.com Weitere Beispiele für den Einsatz von Wellenfedern in Getriebebau und Antriebstechnik sind der Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen, die Realisierung von schwimmenden Konstruktionen sowie Kolbenventil-Einstellungen und mechanischen Gegendrucksystemen (Schalthebel u. a.). Dabei sind es neben den Crest-to- Crest-Federn häufig auch die einlagigen Wellenfedern oder – wenn höhere Kräfte gefragt sind – die Spirawave-Wellenfedern, bei denen die Flachdrahtspirale aus mehreren parallelen und direkt aufeinander liegenden Lagen besteht. CIRCULAIR-GRAIN-VERFAHREN Sämtliche Smalley-Wellenfedern im Portfolio von TFC werden in einer Technik hergestellt, die in Fachkreisen als No-Tooling-Cost- oder Circulair-Grain-Verfahren bekannt ist. Mit dem Ziel, einen nahezu idealen Kreis zu fertigen, wird bei dieser Kantenwindungs-Technologie ein gewalzter Flachdraht über eine hohe Kante geführt. Smalley hat diese Methode über Jahrzehnte weiterentwickelt, sodass sich damit inzwischen Federn aus verschiedenen Werkstoffen und mit winzigen Durchmessern herstellen lassen. Crest-to-Crest-Wellenfedern etwa sind mittlerweile in vielen Größen lieferbar – in metrischen und Inch-Maßen. Als Sonderlösung gibt es sie sogar mit nur 4 mm Durchmesser. Davon profitieren insbesondere jene Getriebebauer oder Systemzulieferer, die auf sehr kompakte Aggregate spezialisiert sind – etwa für E-Mobility-Anwendungen. Das No-Tooling-Cost- bzw. Circular-Grain-Verfahren nutzt Smalley auch für die Produktion seiner Spirolox-Sicherungsringe, die sich ebenfalls in vielen Konstruktionen des Getriebebaus finden. Diese Flachdrahtringe werden aus gewalzten Edelstahl-, Federstahl-, Titanoder Sonderlegierungs-Werkstoffen gefertigt, liegen in ein- oder mehrlagigen Varianten vor und zeichnen sich im Vergleich zu gestanzten Sicherungsringen (DIN 471/472) durch einen wesentlichen Vorteil aus: Sie haben keine vorstehenden Nasen oder Ösen, keine Bohrungen und – je nach Ausführung – auch keinen Spalt. Bei der Getriebekonstruktion ermöglichen die Wellenfedern und Sicherungsringe von Smalley/TFC eine erhebliche Bauraum-Reduzierungen und die Umsetzung zahlreicher kinematisch-funktioneller Verbesserungen www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2021/01-02 29