Zumeist werden Wellenfedern aus flachgewalztem Federndraht hergestellt. Dieser wird gewellt und zu einem zylindrischen Körper aufgerollt. Kommt Druck auf die Feder, ebnen sich die Wellen. Mehreren Wellenwindungen übereinander können Schraubenfedern ersetzen. Einlagig Wellenfedern sind für Bajonettverschlüsse und Wellenlagerungen zum axialen Spielausgleich geeignet.
Ob kleine oder große Durchmesser, leichte oder hochbelastbare Teile, Kohlenstoffstahl oder Spezialwerkstoffe, Wellenfedern bewähren sich in vielen Anwendungen. Von gewöhnlichen Konsumgütern wie einer Smartwatch oder einer Kaffeemaschine über Erdölbohrlöcher bis hinauf ins Weltall – Wellenfedern sind überall.
Beispielsweise steuert die Crest-to-Crest-Wellenfeder von Smalley bei zunehmendem Druck einer Flüssigkeit präzise die lineare Verschiebung des Kolbens. Der eindringende Luftdruck erhöht die Lastaufnahme und drückt die Platte von der Dichtoberfläche weg, so dass Überdruck abgelassen wird. Mit nachlassendem Druck kehrt die Feder in ihre ursprüngliche Arbeitshöhe zurück, damit das Ventil wieder schließen kann. Die Wellenfeder übt einen Druck gegen die Oberfläche des Gegenstücks aus, um eine Abdichtung zu gewährleisten.
Was sind die Vorteile von Wellenfedern?
Da Wellenfedern wenig Arbeitshöhe benötigen, sind sie bei Anwendungen mit engem axialem Bauraum eine gute Wahl. Wellenfedern besitzen dieselbe Federkraft wie herkömmliche Spiraldruckfedern, allerdings bei einer niedrigeren Arbeitshöhe. Das liegt an ihrem Aufbau von mehrerer Wellen pro Lage. Durch diese reduzierte Arbeitshöhe lassen sich Wellenfedern in kleinere Federräume einbauen. So fällt die Baugruppe insgesamt kleiner aus.
Sowohl bei statischen als auch dynamischen Anwendungen kann die Lastaufnahme einer Wellenfeder genau bestimmt werden. Diese eng tolerierten, kritischen Lasten bei vorgegebenen Arbeitshöhen sprechen für eine zuverlässige, konstante Leistung der Anwendung.
Die meisten Federnhersteller bieten Wellenfedern mit unterschiedlicher Windungszahl und Federnbreite an. Smalley beispielsweise nutzt ein Kantenwindungsverfahren, das Durchmesser von 4 bis 3.000 mm ermöglicht. Auch Werkstoff und Werkstoffdicke können oft gewählt werden. Zu den Standardwerkstoffen gehören Kohlenstoffstahl und Edelstahl 17-7. Aber für Wellenfedern gibt es einige Werkstoffe, die auch für extreme Umgebungsbedingungen geeignet sind
Passgenauigkeit ist bei Wellenfedern eine entscheidende Größe. Diese sowie die Funktion sollte immer an einem Prototypen getestet werden.
Dieser Beitrag entstand auf Grundlage des Blog-Eintrags „Top 6 Gründe, die für die Wahl einer Wellenfeder sprechen“ von Smalley.