TFC-Local Manager Johannes Lambertz über den Wellenfeder-Einsatz in E-Drives
Schlank im Design und stark in der Leistung sollen sie sein – die Elektromotoren für moderne E-Mobility-Anwendungen. Einen konstruktiven Beitrag dazu leisten die Wellenfedern des US-amerikanischen Herstellers Smalley, die in Deutschland von Zulieferer TFC angeboten werden. Lesen Sie im Interview mit Local Manager Johannes Lambertz, wie diese besonderen Produkte aus gewalztem Flachdraht die E-Drive-Hersteller bei der Bauraum-Reduzierung und der Optimierung des Toleranzausgleichs in den Motoren unterstützen.
Herr Lambertz, der E-Mobility-Boom befeuert seit geraumer Zeit die Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet des Elektromotorenbaus. Was bedeutet das für TFC als Zulieferer von Wellenfedern?
Lambertz: Viele Hersteller stehen in diesem Zusammenhang vor der Frage, wie sie ihre Motoren noch kompakter, noch effizienter und noch langlebiger auslegen können. Da ein prägendes Moment dieser Optimierungsarbeit die Umsetzung zahlreicher Detailverbesserungen ist, überprüfen viele Konstrukteure und Produktentwickler auch die Auswahl der verwendeten Konstruktionselemente. Hierbei erweisen sich gerade die platzsparenden Smalley-Wellenfedern in unserem Portfolio als überaus vorteilhafte Alternative zu bisherigen Federlösungen.
Können Sie das an einem praxisnahen Beispiel veranschaulichen?
Lambertz: Erst kürzlich wandte sich ein bekannter Hersteller von Elektromotoren an uns. Er war unzufrieden mit der Performance der von ihm für eine Lagerbaugruppe verwendeten Wellenfedern. Dabei handelte es sich um gestanzte Federn mit nur einer Windung, die funktionell sowohl für den mechanischen Toleranzausgleich zwischen verschiedenen Lagerkomponenten verantwortlich waren als auch für die thermische Kompensation der betriebsbedingten Wärmeausdehnung im Lager. Das Problem bestand darin, dass deren Federkonstanten für die in der oberen Arbeitshöhe bereitzustellende Last sehr hoch ausgelegt werden mussten, so dass die Last in der unteren Arbeitshöhe zwangsläufig übermäßig groß ausfiel. In der Praxis führte dieses Missverhältnis häufig zum verfrühten Ausfall des Lagers und zu einem erhöhten MRO-Aufwand.
Und wie konnten Sie dieses konstruktive Problem lösen?
Lambertz: Unsere Problemlösung kam aus dem Sortiment der Crest-to-Crest®-Wellenfedern von Smalley, die wir schon seit vielen Jahren anbieten. Diese in vielen Größen in metrischen und Inch-Maßen lieferbaren Federn sind keine Stanztechnik-Produkte, sondern bestehen aus gewalztem Flachdraht aus Federstahl, Edelstahl oder Sonderlegierungen. Sie erreichen nicht nur hohe Standzeiten, sondern überzeugen vor allem durch einen entscheidenden konstruktiven Vorteil: Bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit beanspruchen sie bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als klassische Runddrahtfedern. Sie bieten daher viel Potenzial für konstruktive Vereinfachungen und die Minimierung von Bauräumen. Im Fall des erwähnten E-Drive-Herstellers führte der Weg zur Lösung über die proportionale Reduzierung der Federkonstante.
Wie dürfen wir uns das konkret vorstellen?
Lambertz: Ausgehend von der Zielsetzung, grundsätzlich geringere Federkonstanten zu erreichen, rieten wir in diesem Fall zum Einsatz von Crest-to-Crest®-Wellenfedern mit mehreren Windungen. Da sich hierbei die Federkonstante proportional zur Anzahl der verwendeten Windungen verringert, lies sich die ganze Feder so konstruieren, dass der Unterschied zwischen den Belastungen der oberen und unteren Arbeitshöhe nur noch minimal ausfällt. Durch die Verwendung unserer Smalley-Wellenfeder konnte schließlich der gesamte mechanisch-thermische Toleranzausgleich in der Lagerbaugruppe des Elektromotors erheblich harmonisiert werden.
Dieses Anwendungsbeispiel ist aber schon recht komplex…
Lambertz: …ja, es ist aber auch sehr typisch für den Einsatz unserer Wellenfedern im Elektromotorenbau. Eine Crest-to-Crest®-Feder kann die erforderliche Last bei niedrigster Federrate liefern und dabei sowohl die mechanischen Toleranzen als auch die Wärmedehnungen innerhalb kleiner Lastunterschiede ausgleichen. Auf diese Weise leistet sie einen konstruktiven Beitrag zur Laufruhe eines E-Drives und zur Verlängerung seiner Lebensdauer. Wir können diese Wellenfedern inzwischen auch in sehr kleinen Varianten mit nur 4,0 mm Durchmesser bereitstellen, so dass selbst die Konstrukteure ultrakompakter E-Mobility-Motoren weitere Möglichleiten haben, ihre Aggregate noch kleiner auszuführen.
Wie läuft denn in der Praxis die Zusammenarbeit zwischen TFC und den E-Drive-Herstellern ab?
Lambertz: Besteht die Zusammenarbeit schon länger, beliefern wir den Kunden mitunter just-in-time oder docken mit den Leistungen unserer Kanban- oder Kitting-Services direkt an die E-Drive-Montagelinien an. Hier sind wir also unmittelbar in die Wertschöpfungskette der Hersteller eingebunden. Geht es um Neuentwicklungen, stehen wir dem Kunden mit Knowhow, 3D CAD-Systemen und unserem Prototyping als kompetenter und vielseitiger Partner zur Seite.
Wie kurzfristig können Sie denn mit den ersten Serienteilen dienen?
Lambertz: Erste Musterteile sowie Null- und Vorserien können wir dank der hohen Flexibilität der Wellenfeder-Fertigung sehr schnell realisieren. Denn unsere Flachdraht-Produkte entstehen in einem Verfahren namens No-Tooling-Cost® bzw. Circulair-Grain®. Das ist eine spezielle Kantenwindungstechnik, bei der – um einen nahezu idealen Kreis zu erhalten ¬– ein vorgehärteter, gewalzter Flachdraht über eine hohe Kante gezogen wird. Da Smalley dieses Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt hat, lassen sich damit inzwischen Federn in zahlreichen verschiedenen Werkstoffen und in fast allen Durchmessern fertigen. Davon profitieren alle E-Mobility- und Automotive-Konstrukteure, zu deren Aufgabe es gehört, kompakte Baugruppen mit Vorspannungs-, Rückstellungs- oder eben Ausgleichsfunktionen zu realisieren.
Herr Lambertz, wir danken Ihnen für das Gespräch.
