Konstruktionselemente für die Miniaturisierung

Ganz gleich, in welche Branche man schaut: Kaum ein Baugruppen- oder Komponentenhersteller vermag sich heute noch dem Trend zur Miniaturisierung verschließen. Gelingen kann der Transfer mechanischer oder kinematischer Prinzipien ins Kleine oder Winzige aber nur, wenn alle Konstruktions- und Funktionselemente konsequent darauf abgestimmt sind. Sobald es dabei um Fragen der Vorspannung, des Toleranzausgleichs oder der gezielten Axialspiel-Einstellung geht, erweisen sich die Wellenfedern im Portfolio von TFC als geeignete Problemlösung.

Von den haptischen Feedbacks portabler Gaming-Controller über hochpräzise Steuerungssysteme für die Luft- und Raumfahrt bis hin zu den kompakten Antrieben sensitiver OP-Roboter für die minimalinvasive Chirurgie – der Trend zur Miniaturisierung ist heute allgegenwärtig. Für die Konstrukteure und Produktentwickler zeigt er sich vor allem in der Herausforderung, mechanische und kinematische Funktionen und Prozesse für kleinste Räume zu realisieren. Einher geht dies in der Regel mit der Reduzierung von Teileanzahl und Gewicht sowie der Anforderung, trotz der Miniaturisierung den einfachen Zugang zu wartungsrelevanten Bereichen einer Baugruppe zu gewährleisten.

Als globaler Partner des US-amerikanischen Wellenfederherstellers Smalley spielt das Unternehmen TFC in diesem Umfeld eine wichtige Rolle. Das hat vor allem zwei Gründe: Zum einen bietet der Einsatz von Wellenfedern im Gegensatz zur Verwendung herkömmlicher Runddrahtfedern erhebliche Vorteile hinsichtlich der Reduzierung von Bauraum und Gewicht. Zum anderen reagiert das Unternehmen auf die „Miniaturisierungsrealität“ mit der Bereitstellung einer wachsenden Auswahl an Smalley-Wellenfedern für immer kleinere Anwendungen. Das bedeutet konkret: Aktuell kann es in hoher Stückzahl Wellenfedern mit Durchmessern von nur noch 3,0 mm anbieten.

Fragen der Miniaturisierung

Konstrukteure und Entwickler von miniaturisierten Baugruppen müssen sich meist mit drei primären Fragestellungen befassen:

• Wie lässt sich der begrenzte Einbauraum optimal nutzen?
• Wie können die Abmessungen einer Baugruppe jetzt und in Zukunft weiter reduziert werden?
• Und wie lassen sich Kollisionen zwischen einzelnen Komponenten konstruktiv vermeiden?

Auf alle drei Fragen bieten die Wellenfedern des Smalley-Portfolios von TFC weiterführende Antworten, weil diese Flachdrahtelemente bis zu 50 % weniger axialen Bauraum und zudem etwas weniger radialen Platz beanspruchen als traditionelle Runddrahtfedern – und dabei die gleiche Federkraft und den gleichen Federweg bereitstellen. Sie erweisen sich daher als geeignete Lösung für alle konstruktiven Aufgaben, in denen Federwege, Vorspannungen oder Rückstellkräfte benötigt werden. Gerade für Anwendungen der Medizin- und Dentaltechnik, der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Biotechnologie oder auch der Gaming- und Unterhaltungselektronik lässt sich damit ein Optimierungspotenzial erschließen, das einem Baugruppenhersteller wettbewerbsrelevante Vorteile verschafft.

TFC kann die Wellenfedern in vielen verschiedenen Varianten in hoher Stückzahl und auf gleichbleibend hohem Qualitätsniveau bereitstellen. Möglich ist das durch eine innovative Modifikation der traditionellen Kantenwickeltechnik, die der US-amerikanische Federhersteller Smalley entwickelt hat. Unabhängig von der Losgröße erlaubt diese Technik die Fertigung sowohl einlagiger als auch mehrlagiger Wellenfedern in einer Vielzahl von Größen und Werkstoffen. Von großer Bedeutung für die Realisierung von Baugruppen der Miniaturmechatronik und -mechanik, wie sie etwa in der Medizintechnik oder Luft- und Raumfahrttechnik zum Einsatz kommen, ist es dabei, dass auch hochwertige Edelstähle sowie Titan und Superlegierungen für die Serienproduktion der Wellenfedern genutzt werden können.

Ab Lager bietet TFC die Smalley-Wellenfedern derzeit mit Durchmessern ab 5,0 mm an; kundenspezifische Sonderanfertigungen sind bis zu einem Durchmesser von nur noch 3,0 mm machbar. Im Fokus vieler Konstrukteure stehen dabei insbesondere die Wellenfedern des Typus Crest-to-Crest. Sie bestehen aus durchgehenden Mehrfachwindungen und sind in zwei Varianten erhältlich: Mit gewellten Enden oder mit über 360° geschlossenen, parallelen Enden. Diese mehrlagigen Wellenfedern ermöglichen die größten Bauraumreduzierungen. Ihr Federweg steigt proportional mit der Anzahl der Windungen, wodurch sehr hohe Vorspannungskräfte erreicht werden können. Darüber hinaus offeriert TFC auch einlagige Wellenfedern mit offenen oder überlappenden Enden sowie Nested-Wellenfedern mit mehreren parallel überlappenden Windungen.

TFC und Smalley auf der Hannover-Messe 2025: Halle 3, Stand B76

Quelle: TFC Ltd.