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In der Luft- und Raumfahrt sind kompakte Komponenten gefragt. Deswegen setzen Konstrukteure dort oft Wellenfedern ein. - Bild: MO:SES / Fotolia.com

Eine Wellenfeder erhält ihre Form, indem ein vorgehärterter Flachdraht über die hohe Kante gewunden wird. Durch dieses spezielle Verfahren sind diese Federn für Anwendungen mit geringer Arbeitshöhe geeignet, da nur rund 50 Prozent der axialen Höhe einer herkömmlichen Runddrahtfeder erforderlich sind. Aber auch wenn die Flachdraht-Wellenfeder eine Runddrahtfeder im gleichen Hohlraum ersetzt, führt die effizientere Nutzung des Bauraums zu einer besseren Produktleistung.Es ist damit eine Verringerung der Federrate möglich, die eine bessere Aufteilung der linearen Last gewährleistet, wenn die Feder auf mehr als einer Arbeitshöhe arbeitet.

Grundsätzlich sind Wellfedern in Situationen nützlich, wo wenig Bauraum zur Verfügung steht und eine größere Menge mechanischer Arbeit geleistet wird. Üblicherweise sind Wellfedern für eine kompakte Bauweise ausgelegt, aber sie können für eine bestimmte radiale oder axiale Vorspannung ausgelegt werden. Die kantengewundenen Produkte können je nach geforderter Spezifizierung auf jeden Innendurchmesser zwischen sechs Millimeter und 2300 Millimeter und mit einer beliebigen Anzahl von Windungen gewickelt werden. Die Fertigung des Herstellers TFC Smalley ist so ausgerichtet, dass ein breites Spektrum an Materialien und Einstellungsparametern ständig zur Verfügung stehen. Ein wärmebehandelter Federstahl und drei Edelstahlgüten sowie Sonderlegierungen wie Inconel und Elgiloy ermöglichen den Einsatz der Komponenten in unterschiedlichen Anwendungen zum Beispiel in Weltraumsatelliten und Unterwasserbohrungen.

Material sparen

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Luftdüse: Bei der Klimaanlage im Flugzeug sorgen Wellenfedern in den Bedienelementen für die nötige Vorspannung. - Bild: TFC

So hat TFC vor kurzem eine große Passagierfluglinie bei der Entwicklung einer LED-Beleuchtungskomponente mit einer Smalley-Crest-to-Crest-Wellenfeder unterstützt. Diese wird für die Vorspannung einer Arm-Vorrichtung mit dem LED-Licht am Ende verwendet. Solch ein Design ermöglicht die Montage der Komponente in einem geschlossenen Raum und ist gleichzeitig zum Verstauen geeignet. Gerade die Luftfahrtindustrie verwendet oft Wellenfedern anstelle von Runddraht-Schraubenfedern, um Material und Bauraum zu sparen.

Wellenfedern üben Druckkraft auf die beiden Hälften eines geteilten Lagers rund um ein Kugelgelenk aus und unterstützt die Arm-Vorrichtung, die das Licht ausrichtet. Der Druck einer Wellenfeder ermöglicht das Fokussieren des Lichtstrahls, erlaubt jedoch einen relativ weichen Widerstand, wenn zusätzliche Bewegung erforderlich ist.

Leselampe genauer ausrichten

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Auch elektrische Anschlüsse sind ein Einsatzort für die unauffälligen, kleinen Bauteile. Die Federn dämpfen Stöße und Schwingungen. - Bild: TFC

Verschiedene Flugzeugshersteller setzen Wellenfeder- und Sicherungsringe als Komponente für PSU (Passanger Service Units) ein. Die PSU sind bei Großraumflugzeugen in der Druckkabine über jeder Passagiersitzreihe eingebaut und beinhalten unter anderem Leselampen, Lautsprecher und Sauerstoffmasken. Wellenfedern und Sicherungsringe werden für die Sicherung der PSU, als Vorspannung für Licht, Heiz- und Klimaanlageelemente, im Armaturenbrett über dem Sitz eingesetzt.

Durch Abmessung der Wellenfeder kann das Beleuchtungsgehäuse mit einem geringeren Platzbedarf ausgelegt werden und bieten dennoch ein höheres Maß an Schwung, sodass der Fluggast das Licht noch genauer ausrichten kann. Ähnliche Vorteile bei der Kontrolle und Funktionalität haben die Federn auch für die Heizungs- und Klimaanlagen in Flugzeugen sowie privaten Passagierjets.

Auch Raumfahrsteckverbinder sind mögliche Anwendungen für Wellenfedern. In diesem Fall empfiehlt der Hersteller zwei einlagige Wellenfedern mit einem Schnappring zu kombinieren. Somit kann der Anwender eine konstante Vorspannkraft in einem robusten, militärisch spezifizierten, elektrischen Steckverbinder erzeugen, der für Anwendungen in der Raumfahrt- und Militärkommunikation benutzt werden.

Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dynamische Stöße und Schwingungen abzufangen und im Zusammenspiel mit anderen Bauteilen zu dämpfen. Da TFC-Smalley-Produkte keine Wärmebehandlung nach der Produktion benötigen, ist eine genauere Steuerung der Vorspannkraft gewährleistet.

Ähnlich funktionieren in dieser Anwendung auch die Schnappringe mit schmalen, radialen Wanddimensionen. Sie sind geeignet für Anwendungen mit niedrigem Arbeitsraum und können eine Art Unterstützung anbieten, ohne dass Wellenfedern und Ringe innerhalb einer Baugruppe aufeinander abgestimmt werden müssen.

Flexible Herstellung

Üblicherweise sind Wellfedern für eine kompakte Bauweise ausgelegt. Durch die enorme Diversifizierung des vorhandenen Materialsortiments können sie auch für eine bestimmte radiale oder axiale Vorspannung ausgelegt werden. Die kantengewundene Produkte werden je nach geforderter Spezifizierung auf Innendurchmesser zwischen sechs Millimeter und 2300 Millimeter und mit einer beliebigen Anzahl von Windungen gewickelt. Das Unternehmen bietet einen kostenlosen Engineering-Service an und unterstützt Anwender bei der Produkt- und Materialauswahl. Mit der Zertifizierung nach DIN EN 9100 entsprechen die Produkte den Qualitätsanforderungen der Luft- und Raumfahrt.