Die Lagesicherung von rotierenden Maschinenteilen und statischen Bolzen gehört zu den klassischen Anwendungen von Sicherungsringen nach DIN 471/472. Der Smalley-Wavering im aktuellen Sortiment von TFC kann allerdings mehr: Über die Funktion der Lagesicherung hinaus stellt er Vorspannkräfte bereit und lässt sich daher auch als Element für den Toleranzausgleich und die Realisierung schwimmender Lagerungen einsetzen. Lesen Sie hier, wie ein Roboter-Hersteller diesen Spezialring als Problemlösung entdeckte.
Die Flachdraht-Sicherungsringe von Smalley im Sortiment von TFC kommen heute in vielen Bereichen der Antriebstechnik zum Einsatz. Bei der axialen Lagesicherung von rotierenden Maschinenelementen – zum Beispiel von Wälzlagern auf Wellen – und zur Lagesicherung von Bolzen in Bohrungen sind sie traditionellen Spreng- und Seegerringen deutlich überlegen. Insbesondere wenn die Einbausituation schwierig ist, innovative Konstruktionen zu realisieren sind und über die Funktion der Lagesicherung hinaus weitere Anforderungen abgedeckt werden müssen, erweist sich ein spezieller Sicherungsring von TFC immer wieder als optimale Problemlösung: der Wavering. Das Besondere an diesem Ring aus gewalztem Flachdraht ist seine ausgeklügelte Wellenform, die ihn in die Lage versetzt, bidirektionale Vorspannkräfte bereitzustellen, die sich innerhalb einer kinematischen Konstruktion nutzen lassen. „Diese Vorspannkräfte entfaltet er einerseits gegen die Wandung der Nut und andererseits gegen das vorzuspannende Bauteil“, erklärt Johannes Lambertz, Local Manager von TFC. Unter Beibehaltung seiner Funktion als Lagesicherung dient der Wavering also zugleich als Element des Toleranzausgleichs. Mit anderen Worten: Er kann das freie Spiel innerhalb einer Baugruppe kompensieren und unerwünschte Vibrationen reduzieren. Darüber hinaus kann er für die Realisierung schwimmender Lagerungen eingesetzt werden. Diese Art der Stützlagerung nutzen Konstrukteure meist dann, wenn ein kinematisches System mechanisch oder thermisch bedingte Lageänderungen tolerieren muss, ohne dass die rotierenden Wellen dabei verspannen dürfen. Bolzen oder Wellen werden hierbei nicht fixiert, sondern erhalten mit dem Wavering ein kontrolliertes Axialspiel.
Bei der Konstruktion von Roboter- und Exoskelett-Systemen erweist sich der Smalley-Wavering von TFC oft als optimale Problemlösung (Bild: shutterstock)
Platzsparende Lösung
Zahlreiche Beispiele aus der Automatisierungs- und Antriebstechnik veranschaulichen die konkreten Vorteile des Wavering von TFC. Johannes Lambertz berichtet etwa von einem Hersteller von Robotersystemen, der vor dem Problem stand, „verschiedene Miniaturlager in eine innovative Exoskelett-Konstruktion implementieren zu müssen. Die besondere Herausforderung bestand insbesondere darin, dass die gewichtsoptimierte Baugruppe nur extrem dünnwandige Lager zuließ, deren tragende Lagerflächen nur wenig mehr als 1,0 Millimeter breit waren. Der zur Verfügung stehende axiale Raum war zudem stark eingeschränkt“. Derartige Rahmenbedingungen, die sich auch in vielen Anwendungen der Feinmechanik oder Mechatronik finden, schließen den Einsatz herkömmlicher Kombinationen aus Wellenscheibe und Sicherungsring in der Regel aus. Die Dicke und der effektive Durchmesser vieler marktüblicher Sicherungsringe, die zudem meist Nasen oder Ausstülpungen aufweisen, sprengen die Platzvorgaben in solchen Fällen.
Johannes Lambertz: „Der Wavering ließ sich im Robotersystem des Kunden nicht nur zur platzsparenden Lagesicherung nutzen, sondern auch als Vorspannlösung zum Toleranzausgleich.“ (Bild: TFC)
Mit dem Smalley-Wavering aus dem aktuellen Portfolio konnte TFC dem Kunden eine konstruktiv einfach umzusetzende Problemlösung bieten. „Dank seiner Multifunktionalität ließ sich dieser spiralförmige Sicherungsring in der Exoskelett-Baugruppe des Roboters nicht nur zur platzsparenden Lagesicherung nutzen, sondern auch als Vorspannlösung zum Toleranzausgleich, so dass Vibrationen vollständig eliminiert werden konnten“, berichtet Johannes Lambertz. Hinzu gesellten sich in diesem Fall noch drei weitere Pluspunkte, die dem Kunden einen signifikanten Wettbewerbsvorteil verschafften: Erstens, er konnte die TFC-Lösung einsetzen, ohne seine bestehende Konstruktion modifizieren zu müssen. Zweitens, das – im Gegensatz zu konventionellen, gestanzten Federringen – konstante Belastungsprofil des gewalzten Wavering trug entscheidend dazu bei, die Performance des Roboters zu verbessern. Und drittens: Die Verwendung einer einzigen Komponente reduzierte den Aufwand in der Montage und senkte das Fehlerrisiko.
Ein Teil des Ganzen
Den Wavering gibt es in vielen verschiedenen Durchmessern, unterschiedlichen Werkstoffen sowie ein- oder mehrfach gewunden. Er ist Teil eines breit gefächerten Programms, in dem TFC zahlreiche Varianten von Smalley-Sicherungsringen aus gewalztem Flachdraht anbietet. Sie kommen meist dann zum Einsatz, wenn sich kinematische oder dynamische Anforderungen oder erhöhte Ansprüche an die Raum- und Gewichtsoptimierung mit herkömmlichen Spreng- und Seegerringen aus gestanztem Blech nicht mehr bewältigen lassen. Alle Sicherungsringe stellt TFC in metrischen und zölligen Maßen zur Verfügung.
Übrigens: Da die Herstellung der Flachdraht-Sicherungsringe auf dem patentierten No-Tooling-Cost-Verfahren von Smalley beruht, können konstruktive Anpassungen und Optimierungen an den Sicherungsringen ohne zusätzliche Tools oder Werkzeug-Modifikationen ausgeführt werden. Überdies erlaubt das Verfahren die einfache Prototypen-Fertigung und die wirtschaftliche Realisierung von Kleinserien und Sonderlösungen.
Schneller Durchblick bei der Substitution
Ein Problem, vor dem Konstrukteure, Einkäufer und Instandhalter bei der Auswahl von Sicherungsringen immer wieder stehen, ist die Frage der Kompatibilität der Sicherungsringe verschiedener Hersteller. Um das Dickicht zu lichten, haben TFC und Smalley die eigenen Produkte in Tabellen mit branchentypischen Normen und Markenamen gegenübergestellt. So lässt sich einfach ablesen, welche Typen von Nutenringen sich am einfachsten mit den Sicherungsringen der Serien Spirolox, Revolox, Schnappring, Wavering oder Hoopster ersetzen lassen.
Autor: Julius Moselweiß, Freier Fachjournalist, Darmstadt
Bilder: Smalley, shutterstock, TFC
