Anwendungsbereiche von Flachspiralfedern: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Elektronik und mehr

Bei Lesjöfors verfügen wir dank unserer 170-jährigen Fertigungstradition über umfassende Erfahrung in diesen Branchen. In diesem Blogbeitrag zeigen wir, wo Flachspiralfedern eingesetzt werden, wie sie sich in den jeweiligen Anwendungen verhalten und worauf Sie bei der Auslegung für Ihre Anwendung achten sollten.

Was ist eine Flachspiralfeder?

Eine Flachspiralfeder besteht aus einem flachen Metallband, das zu einer engen, flachen Spirale gewickelt ist. Sie unterscheidet sich damit von der Runddrahtfeder, an die die meisten Menschen beim Begriff Feder denken. Diese flache, bandförmige Konstruktion ermöglicht ein hohes Drehmoment auf überraschend kleinem Bauraum. Deshalb werden die Begriffe „Flachspiralfeder“ und „Uhrfeder“ häufig synonym verwendet. Die Bezeichnung Uhrfeder stammt von der Zugfeder in einem traditionellen mechanischen Uhrwerk.

Ein Ende der Feder ist an einer zentralen Welle befestigt, das andere an einem äußeren Gehäuse oder Federhaus. Dreht sich ein Ende relativ zum anderen, wickelt sich das Band enger um die Welle und speichert Energie. Diese Energie kann anschließend als gleichmäßige, kontrollierte Drehkraft wieder abgegeben werden.

Die Funktionsweise erläutern wir ausführlicher in unserem Leitfaden dazu, was eine Uhrfeder ist und wie sie funktioniert. Die Kombination aus kompakter Bauweise und präziser Drehmomentabgabe erklärt, warum Flachspiralfedern in so unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt werden.

Wie funktionieren Flachspiralfedern?

Das Funktionsprinzip ist einfach, auch wenn die technische Auslegung dahinter komplex ist. Während sich das äußere Ende der Feder um die feststehende Welle wickelt, spannt sich das Band und speichert mechanische Energie. Wird diese Spannung gelöst, wickelt sich die Feder über mehrere Umdrehungen ab und gibt das Drehmoment gleichmäßig und kontrolliert ab, statt es in einem einzigen kurzen Impuls freizusetzen.

Da die Windungsgeometrie offen und nicht eng gepackt ist, bleibt die Reibung zwischen den Lagen gering. Dadurch arbeitet die Feder auch über viele Zyklen hinweg zuverlässig und gleichmäßig. Abhängig von Werkstoff, Konstruktion und Einsatzbedingungen können diese Federn eine Lebensdauer von mehreren Tausend bis weit über eine Million Zyklen erreichen.

Das verfügbare Drehmoment hängt davon ab, wie weit die Feder gespannt wird, wie dick und breit das Band ist und aus welchem Werkstoff es besteht. Deshalb richtet sich die Auswahl der Feder nicht nur nach dem verfügbaren Bauraum, sondern ebenso nach dem Last- und Einsatzzyklus der Anwendung.

Anwendungsbereiche von Flachspiralfedern

Anwendungen in der Automobilindustrie

In der Fahrzeugtechnik begegnen die meisten Menschen täglich einer Flachspiralfeder, oft ohne es zu bemerken. Meist wird sie erst dann wahrgenommen, wenn eine Störung auftritt.

Uhrfedern in Lenksystemen

Die Uhrfeder sitzt hinter dem Lenkrad und stellt eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem drehbaren Lenkrad und der fest installierten Verkabelung im Armaturenbrett sicher. Moderne Lenkräder verfügen über elektrische Anschlüsse für den Fahrerairbag, die Hupe sowie Bedienelemente für Audio, Geschwindigkeitsregelung und Telefonfunktionen. All diese Systeme müssen unabhängig von der Lenkradstellung zuverlässig funktionieren.

Im Vereinigten Königreich schreiben die Fahrzeugsicherheitsvorschriften vor, dass Insassenschutzsysteme, einschließlich Airbags, bei einem Unfall zuverlässig funktionieren müssen. Dadurch steigen die Anforderungen an jede Komponente in diesem System, auch an die Uhrfeder. Die einschlägigen Anforderungen sind im britischen Rechtsrahmen für übernommene Vorschriften und Typgenehmigungen festgelegt, darunter die UNECE-Regelung Nr. 94 zum Schutz der Insassen bei einem Frontalaufprall. Eine verschlissene oder beschädigte Feder ist eine häufige Ursache für eine leuchtende Airbag-Warnleuchte oder nicht reagierende Bedienelemente am Lenkrad. Zuverlässigkeit ist hier daher keine Option, sondern eine Sicherheitsanforderung. Um diese Anforderungen zu erfüllen, setzen Automobilhersteller Flachspiralfedern mit engen Toleranzen und hoher Ermüdungsbeständigkeit ein. Diesen Bereich unterstützen wir eng im Rahmen unserer Arbeit für Automotive-OEMs..

Sitzlehnenversteller, Aufrollmechanismen und Innenraumsysteme

Abseits der Lenksäule übernehmen Flachspiralfedern unauffällig zahlreiche kleinere Aufgaben im Fahrzeug. Sitzlehnenversteller nutzen sie für gleichmäßige Bewegungen mit kontrolliertem Widerstand. Sicherheitsgurtaufroller sind auf sie angewiesen, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten. Verschiedene Verkleidungs- und Ablagemechanismen im Innenraum verwenden sie für selbstschließende oder selbsttätig zurückkehrende Bewegungen. Diese Anwendungen sind nicht in gleicher Weise sicherheitskritisch wie ein Airbagsystem, müssen aber dennoch über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässig funktionieren. Deshalb unterstützt Lesjöfors sowohl die Automobilindustrie als auch Hersteller im Ersatzteilmarkt mit passenden Ersatzfedern und kundenspezifisch entwickelten Federn.

Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt stellen höhere Anforderungen an Bauteile als fast jede andere Branche: extreme Temperaturschwankungen, Vibrationen, strenge Gewichtsvorgaben und in manchen Fällen keine Möglichkeit zur Reparatur während einer laufenden Mission. Flachspiralfedern liefern in dieser Umgebung zuverlässig ein hohes, wiederholbares Drehmoment, ohne das zusätzliche Gewicht oder die Komplexität einer motorisierten Alternative.

Flachspiralfedern kommen in Auslöse- und Entfaltungsmechanismen, Steuerungssystemen und Präzisionsinstrumenten, zum Einsatz, überall dort, wo eine kompakte, eigenständige Quelle für Drehkraft zusätzlichen elektronischen Komponenten vorzuziehen ist.

Lesjöfors-Komponenten sind bis zum Mars geflogen und unterstützten das Landesystem des NASA-Rovers Perseverance. Das in unserer Fallstudie Mars 2020 vorgestellte, Projekt setzte Rollfedern. ein. Flachspiralfedern kommen jedoch ebenfalls in Anwendungen der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, wenn auf engem Raum präzise Rotationsenergie benötigt wird. Dieses Projekt zeigt anschaulich, welche Anforderungen Federn in dieser Branche erfüllen müssen: Sie müssen beim ersten Versuch exakt funktionieren, denn eine zweite Chance gibt es nicht. Entdecken Sie unser vollständiges Angebot an Lösungen für die Luft- und Raumfahrt und erfahren Sie, wie wir die Branche umfassend unterstützen.

Anwendungen in der Medizintechnik

Medizinprodukte werden kontinuierlich weiterentwickelt, damit sie kleiner und zugleich zuverlässiger werden. Flachspiralfedern erfüllen beide Anforderungen. Sie ermöglichen gleichmäßige, kontrollierte Drehbewegungen und benötigen nur sehr wenig Bauraum. Durch ihre kompakte Bauweise eignen sie sich ideal für handgeführte chirurgische Instrumente, Systeme zur Medikamentenverabreichung und Diagnosegeräte, bei denen Präzision, Zuverlässigkeit und Platzeffizienz entscheidend sind.

Da sie keinen Motor benötigen, sind sie häufig die einfachere und kostengünstigere Lösung für Anwendungen wie einziehbare Nadelmechanismen, chirurgische Instrumente und Drehregler an tragbaren Überwachungsgeräten. Dort ist eine gleichmäßige, reibungsarme Bewegungssteuerung wichtiger als eine variable Geschwindigkeitsregelung.

Federn für diesen Bereich werden so gefertigt, dass sie die Einhaltung der ISO 13485:2016, unterstützen, der spezifischen Qualitätsnorm für die Herstellung von Medizinprodukten. Dies ist besonders wichtig, wenn der Ausfall eines Bauteils ein Sicherheitsrisiko darstellen kann. Erfahren Sie mehr über unsere Arbeit in der Herstellung von Medizinprodukten..

Anwendungen in Elektronik und Konsumgütern

In Elektronik- und Konsumprodukten sorgen Flachspiralfedern unter anderem für einziehbare Kabel, federbelastete Steckverbindungen und drehbare Baugruppen, von Kopfhörern bis hin zu Kameraausrüstung. Eine Flachspiralfeder kann in einem nur wenige Millimeter dicken Gehäuse überraschend viel nutzbare Energie speichern. Das ist besonders wichtig bei Geräten, in denen jeder Kubikmillimeter bereits verplant ist.

Sie kommen außerdem häufig in Konsumgütern zum Einsatz, bei denen eine angenehme Bedienung entscheidend ist. Dazu gehören Scharniere, Drehregler und Einzugsmechanismen, die einen gleichmäßigen Widerstand statt eines ruckartigen Rückschnellens bieten sollen. Erfahren Sie mehr darüber, wie wir Elektronikhersteller mit Lagerfedern und kundenspezifischen Federlösungen unterstützen.

Anwendungen im Maschinenbau

In der industriellen Fertigung kommen Flachspiralfedern überall dort zum Einsatz, wo Maschinen eine kontrollierte Drehbewegung in die Ausgangsposition benötigen und nicht nur eine lineare Kraft.

Kabel- und Schlauchtrommeln nutzen sie für eine konstante Rückzugsspannung. Ventilantriebe und Durchflussregelmechanismen in Hydrauliksystemen sind auf ihre präzise und wiederholgenaue Bewegung angewiesen. Auch verschiedene Indexier- und Positioniermechanismen verwenden sie, um Bauteile automatisch in ihre Ausgangsposition zurückzuführen.

Diese Anwendungen stellen eigene hohe Anforderungen. Industrieanlagen laufen häufig im Dauerbetrieb. Deshalb sind Ermüdungsbeständigkeit und ein gleichmäßiges Drehmoment über Millionen von Zyklen ebenso wichtig wie die ursprüngliche Federspezifikation. Auf unseren Seiten zu Hydraulik und Energie erfahren Sie mehr über unsere Lösungen für diese industriellen Einsatzbereiche.

Auswahl einer Flachspiralfeder für Ihre Anwendung

Bei der großen Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten für Flachspiralfedern gibt es keine einzelne Spezifikation, die für jede Anwendung geeignet ist. Einige Faktoren sind besonders wichtig:

• Drehmoment und Drehwinkel: Wie viel Kraft wird benötigt und über wie viele Grad oder Umdrehungen soll die Feder arbeiten?

   

• Werkstoff: Edelstahl, hochfester Federstahl oder Speziallegierungen wie Inconel, abhängig von der Einsatzumgebung.

• Lebensdauer: Wie oft wird die Feder während ihrer gesamten Nutzungsdauer gespannt und entspannt?

• Bauraum: Verfügbarer Durchmesser und axiale Bauhöhe, da Flachspiralfedern speziell für enge, flache Einbauräume gewählt werden

• Umgebungsbedingungen: Extreme Temperaturen, Feuchtigkeit oder korrosive Einflüsse, die sich auf die Werkstoffwahl und Oberflächenbehandlung auswirken können.

Werden diese Anforderungen von Anfang an richtig berücksichtigt, lassen sich vorzeitige Ausfälle und kostspielige Neukonstruktionen vermeiden.

Kundenspezifische Flachspiralfedern von Lesjöfors

Lesjöfors entwickelt und fertigt Flachspiralfedern für Lager- und kundenspezifische Anwendungen. Dabei kommen Werkstoffe von Edelstahl und hochfestem Federstahl bis hin zu Speziallegierungen zum Einsatz. Unsere Ingenieure arbeiten direkt mit unseren Kunden zusammen, um Drehmomentbereich, Drehwinkel, Werkstoff und Befestigungsart festzulegen. Unterstützt wird dies durch zertifizierte Qualitätsmanagementsysteme wie ISO 9001, ISO 14001 und ISO 45001 sowie ISO 13485 für Anwendungen in der Medizintechnik.

Ganz gleich, ob Sie eine Feder aus unserem umfangreichen Lagersortiment oder eine vollständig kundenspezifische Lösung für Ihre Anwendung benötigen, unser Team unterstützt Sie bei der Auswahl der passenden Feder.

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