Was sind Wellenfedern und warum werden sie verwendet?

Dan Carney | 12. Februar 2021

Wir haben Justyna Rapacz, Marketingingenieurin bei Smalley, gebeten, uns über das Design von Wellenfedern und deren Nutzen für Ingenieure, die Produkte entwerfen, zu informieren. Wir wandten uns an Smalley als Erfinder der kantengewickelten Wellenfeder, um uns eine fundierte Erklärung der Vorteile dieses Federtyps zu liefern.

Design News: Was ist eine Wellenfeder?

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Justyna Rapacz: Eine Wellenfeder ist eine Art Druckfeder aus Flachdraht mit einem einzigartigen Design „mehrere Wellen pro Umdrehung“. Dieses innovative Design ist der Grund dafür, dass eine Wellenfeder die gleiche Federkraft wie eine herkömmliche Runddraht-Schraubenfeder bieten kann, jedoch bei 50 Prozent ihrer Betriebshöhe.

DN: Was sind die Hauptanwendungen für Wellenfedern?

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Justyna Rapacz: Von kleinen bis großen Durchmessern, leichten bis schweren Lasten, Kohlenstoffstahl bis hin zu exotischen Materialien – Wellenfedern sind die bewährte, platzsparende Lösung für Zehntausende Anwendungen. Von alltäglichen Konsumgütern wie der Smartwatch am Handgelenk über lebensrettende medizinische Geräte wie robotergestützte chirurgische Instrumente bis hin zu extremen Umgebungen wie Ölquellen tief unter der Erdoberfläche bis hin zu Marshöhen gibt es für Wellenfedern praktisch keine Grenzen.

Eine häufige Anwendung, die die Vorteile einer Wellenfeder nutzt, ist ein Durchflussventil. Während viele Federsysteme in Ventile integriert werden können, entscheiden sich Ingenieure aufgrund ihrer Platzersparnis und ihres linearen Kompressionsverhaltens über 80 Prozent des Kompressionsbereichs häufig für Wellenfedern. Diese einzigartigen Funktionen ermöglichen eine präzisere und wiederholbare Steuerung von Durchfluss und Druck.

Wenn der Flüssigkeitsdruck zunimmt, steuert eine Crest-to-Crest-Wellenfeder präzise die lineare Verschiebung des Kolbens.

DN: Welche Vorteile bietet die Verwendung von Wellenfedern?

Justyna Rapacz: Unabhängig davon, ob Sie Platzbeschränkungen haben, mehr Designflexibilität benötigen oder eine bestimmte Lastanforderung erfüllen möchten, kann das Hinzufügen einer Wellenfeder zu Ihrem Design-Toolkit eine Welt voller neuer Designmöglichkeiten eröffnen. Wellenfedern optimieren den Platz in Ihrer Baugruppe, indem sie die gleiche Federkraft wie eine gewöhnliche Druckfeder bieten, jedoch bei einer geringeren Betriebshöhe.

Zu den größten Vorteilen von Wellenfedern gehören:

Eine herkömmliche Schraubenfeder (r) im Vergleich zu einer Wellenfeder (l).

DN: Welche Kompromisse gibt es ggf.? Kosten?

Justyna Rapacz: Wellenfedern sind die Druckfeder der Wahl, wenn der Platz knapp ist. Sie sind jedoch nicht die ideale Lösung für Anwendungen mit großen Verfahrwegen und/oder einem relativ hohen Lastbedarf. Wellenfedern sind nur für die Kompression ausgelegt. Daher sollte bei Anwendungen, bei denen eine Dehnung oder Torsion erforderlich ist, eine alternative Feder spezifiziert werden.

Aus Kostengründen können Sie mit Wellenfedern Geld sparen, wenn Sie die gesamte Baugruppe in Betracht ziehen. Wellenfedern können den Platz in der Baugruppe optimieren, indem sie die gleiche Federkraft auf kleinerem Raum bereitstellen, was zu einer Gesamtreduzierung der Baugruppengröße, des Gewichts, der Produktionszeit und der Materialkosten führt. Auch wenn der Stückpreis für Wellenfedern möglicherweise höher ist als für Schraubenfedern, können bei der Konstruktion einer Wellenfeder für Ihre Anwendung insgesamt Kosteneinsparungen erzielt werden.

DN: Wie wirkt sich die Materialwahl auf die Leistung der Feder aus?

Justyna Rapacz: Die Auswahl des richtigen Materials ist entscheidend für eine optimale Federleistung. Bei der Auswahl des Federmaterials müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, beispielsweise die Betriebsumgebung, die Lebensdauer und das Budget. Standardwellenfedern sind in Kohlenstoffstahl und 17-7-Edelstahl erhältlich.

Smalley-Marketingingenieurin Justyna Rapacz.

DN: Was ist Ihre Prognose für den künftigen verstärkten Einsatz von Wellenfedern?

Justyna Rapacz: Da die Welt um uns herum immer kleiner wird, wird Platz immer wichtiger. Wellenfedern bieten Ingenieuren die platzsparende Lösung, die sie benötigen, um den Anforderungen der Entwicklung moderner, kompakter Technologie gerecht zu werden.

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