Räume optimieren und Kollisionen vermeiden Mini-Wellenfedern von TFC bewähren sich in medizintechnischen Baugruppen

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Medizintechnische Baugruppen sind oft feinmechanische oder mechatronische Meisterwerke, bei deren Konstruktion alle Räume optimal auszunutzen und Kollisionen zwischen Einzelteilen unbedingt zu vermeiden sind. Der Einsatz der Miniatur-Wellenfedern aus dem Smalley-Sortiment von TFC kann hierbei wertvolle Dienste leisten. Denn sie haben Durchmesser von nur wenigen Millimetern und beanspruchen signifikant weniger axialen und radialen Bauraum als konventionelle Runddrahtfedern.

Die Entwicklung medizin- und dentaltechnischer Produkte folgt einer Vielzahl von Qualitätsvorgaben und Regulierungsauflagen. Im Fokus der Konstrukteure von Baugruppen und Komponenten für Diagnose-, Analyse- und Therapiegeräte sowie für Prothesen und Implantate stehen dabei insbesondere die EU-Medizinprodukte-Verordnung (engl. Medical Device Regulation, MDR) und die ISO 13485:2016. Zusätzliche Grenzen setzen der Trend zu immer höheren Genauigkeiten, die voranschreitende Miniaturisierung sowie mannigfaltige Anforderungen, die sich aus den Faktoren Hygienic Design, Biokompatibilität und Usability ableiten. Zum Dreh- und Angelpunkt werden dabei immer wieder drei Fragen: Wie kann der ohnehin knapp bemessene Bauraum noch besser genutzt werden? Wie lässt sich eine Baugruppe insgesamt weiter reduzieren? Und wie können bei alledem Kollisionskonflikte zwischen einzelnen Bauteilen vermieden werden?

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Als Problemlösung erweist sich an dieser Stelle häufig der Einsatz der Smalley-Wellenfedern aus dem Zuliefer-Portfolio von TFC. Geht es bei der Herstellung medizin- und dentaltechnischer Baugruppen beispielsweise um die Realisierung von Federwegen, Vorspannungen oder Rückstellungen, so lassen sich mit ihrer Hilfe erhebliche Optimierungspotenziale freisetzen. Der Grund dafür: Im direkten Vergleich mit konventionellen Runddrahtfedern beanspruchen diese Wellenfedern – es handelt sich hierbei um Flachdraht-Produkte – bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum und einen etwas geringeren radialen Bauraum. Den Konstrukteuren medizin- und dentaltechnischer Baugruppen kann das jene Zehntel Spielraum verschaffen, um selbst unter den branchentypisch strengen Anforderungen entscheidende und möglicherweise sogar wettbewerbsrelevante Optimierungen zu realisieren. Eine Erfahrung übrigens, die auch viele Ingenieure kinematischer Baugruppen zum Einsatz in Mechatronik oder Feinwerktechnik teilen.

Nur 4,0 mm Durchmesser

Die Serienfertigung der Wellenfedern erfolgt in einem Verfahren, das in Fachkreisen unter den Begriffen No-Tooling-Cost oder Circulair-Grain bekannt ist. Dabei handelt es sich um eine Variante der traditionellen Kantenwindungstechnik, entwickelt und angewendet vom US-amerikanischen Hersteller Smalley. Unabhängig von der gewünschten Losgröße eignet sich diese Methode sowohl zur Herstellung einlagiger als auch zur Produktion mehrlagiger Wellenfedern in vielen Größen und Werkstoffen. Gerade für die Konstruktion medizin- und dentaltechnischer Baugruppen ist von hoher Relevanz, dass damit die Serienfertigung von Wellenfedern aus Edelstahl, Titan und Superlegierungen mit nur noch 4,0 mm Durchmessern möglich ist.

Insgesamt deckt das aktuelle Wellenfeder-Sortiment von TFC Durchmesser von bis zu 400 mm ab. Im Fokus vieler Konstrukteure der Medizin- und Dentaltechnik stehen dabei vor allem Wellenfedern des Typs Crest-to-Crest. Sie haben durchgängig gewickelte Mehrfachwindungen und sind in zwei Varianten lieferbar: Mit auslaufenden Enden oder 360°-geschlossen parallel verlegten Enden. Mit ihnen lassen sich erfahrungsgemäß die größten Bauraum-Reduzierungen erzielen. Darüber hinaus offeriert TFC auch einlagige Wellenfedern mit Spalt oder überlappenden Enden sowie Wellenfedern des Typs Nested, die sich durch mehrfache, durchgehend plan-parallel aufliegende Windungen auszeichnen. Die Federrate einer solchen Wellenfeder steigt proportional zur Anzahl ihrer Windungen. Das heißt, dass sich damit sehr hohe Vorspannkräfte realisieren lassen.

Geringe Losgrößen realisierbar

Mit dem bereits erwähnten Circulair-Grain-Verfahren von Smalley können alle Typen von Flachdraht-Wellenfedern kostengünstig hergestellt werden. Selbst die Fertigung geringer Losgrößen bleibt wirtschaftlich. Gerade für Baugruppen-Konstrukteure in den Bereichen Medizin- und Dentaltechnik oder auch Feinwerktechnik, Elektromechanik und Mechatronik ist das von Vorteil, da hier häufig nur kleine Stückzahlen eines Federtyps benötigt werden. Basierend auf der hohen Flexibilität der Smalley-Technologie kann TFC außerdem kundenspezifische Sonderlösungen und Prototypen kurzfristig bereitstellen.

Übrigens: TFC präsentiert sein Wellenfeder-Sortiment auf der kommenden Motek (8. bis 11. Oktober 2024) in Stuttgart auf dem Stand 7410 in Halle 7.

* Der Autor: Marco Sturm, freier Fachjournalist, Darmstadt

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