Wellenfedern und Sicherungsringe Bauraum-Optimierer für E-Bike-Antriebe

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Der Bauraum in Elektroantrieben für E-Bikes ist knapp. Es braucht also kompakte Baugruppen, die dennoch in möglichst viele Fahrradrahmen passen. Wellenfedern und Sicherungsringen von Smalley haben das Potenzial für Optimierungen.

Wie lassen sich diese kinematischen Baugruppen so kompakt und universell ausführen, dass sie sich problemlos in möglichst viele Fahrradrahmen verschiedener Hersteller integrieren lassen? Dieser Herausforderung stellen sich Konstrukteure der Elektroantriebe für E-Bikes. Laut Zulieferer TFC liegt ein Teil der Lösung in den Wellenfedern und Sicherungsringen von Smalley, die in seinem Portfolio sind.

Gerade in der elektrischen Antriebstechnik sollen diese Flachdraht-Elemente großen Spielraum für clevere Bauraum-Optimierungen bieten. Sie ermöglichen Vorspannungslösungen, dienen dem Toleranzausgleich, machen den Weg frei für Drehzahlsteigerungen, vereinfachen die Lagerung von Wälzlagern oder kompensieren Unwuchten. Insbesondere ermöglichen diese C-Teilen aus gewalztem Flachdraht laut Anbieter konstruktive Vereinfachungen und Bauraumoptimierungen. Davon machen inzwischen immer mehr Konstrukteure von E-Bike-Motoren Gebrauch.

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Halber Bauraum bei gleicher Belastbarkeit

Die Wellenfedern und Sicherungsringe des US-amerikanischen Multi-Tier-Suppliers Smalley bilden einen Schwerpunkt im Portfolio des Zulieferunternehmen TFC. Zu den erfolgreichsten Produkten in seinem Programm gehören die Wellenfedern der Smalley-Serie Crest-to-Crest, die sich auch in der E-Bike-Branche zu einer Standardlösung entwickeln, so der Anbieter.

Diese Federn verfügen über ein spezielles Design, bei dem sich die Hoch- und Tiefpunkte einer mehrlagig gewellten Flachdrahtspirale mit hoher Genauigkeit an ihren Maxima berühren. Aus dieser Formgebung resultiere der entscheidende Pluspunkt einer Crest-to-Crest-Wellenfeder: Verglichen mit einer konventionellen Runddrahtfeder beansprucht sie bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum. Diesen Raumgewinn kann bei der Konstruktion von E-Bike-Antrieben beispielsweise für die Umsetzung kompakter Vorspannungslösungen mit kleinen Hubwegen oder platzsparender Toleranzketten genutzt werden. Wie TFC betont, gehen solche Bauraumoptimierungen meist einher mit einem reduzierten Materialeinsatz, was die Antriebseinheiten auch wesentlich leichter mache – bei E-Bikes ein entscheidender Vorteil.

Weitere typische Anwendungsbeispiele für die Smalley-Wellenfedern im Portfolio von TFC, die auch bei der Konstruktion von Elektrofahrrädern eine Rolle spielen können, sind der Ausgleich temperaturbedingter Ausdehnungen sowie die Realisierung schwimmender Konstruktionen und mechanischer Gegendrucksysteme. Neben den Crest-to-Crest-Federn erweisen sich dabei häufig weitere Typen von Wellenfedern als Ideallösung. So etwa die einlagigen Ausführungen oder – falls höhere Kräfte am Werk sind – die Spirawave-Wellenfedern, deren Flachdrahtspiralen aus mehreren parallelen, direkt aufeinander liegenden Lagen bestehen.

Wie die perfekten Ringe entstehen

Alle Smalley-Wellenfedern im TFC-Sortiment entstehen in einem Verfahren, das unter No-Tooling-Cost- oder Circulair-Grain-Technik bekannt ist. Smalley fertigt damit ringförmige C-Teile aus verschiedenen Werkstoffen und mit kleinsten Durchmessern fertigen. Crest-to-Crest-Wellenfedern etwa gibt es aktuell in vielen metrischen und Inch-Maß-Größen – als Sonderlösung sogar mit nur 4,0 mm Durchmesser. Auch davon sollen all jene Konstrukteure profitieren, die sehr kompakte Antriebsaggregate realisieren müssen.

Smalley setzt das Herstellungsverfahren auch für Sicherungsringe seiner Spirolox-Serie ein. Diese gewalzten Flachdrahtringe finden sich ebenfalls in wachsendem Maße in den Antriebssystemen von Elektrofahrrädern. Sie werden aus Edelstahl, Federstahl, Titan und Sonderlegierungen gefertigt und sind in ein- und mehrlagigen Ausführungen lieferbar. Im Vergleich zu gestanzten Sicherungsringen (DIN 471/472) haben sie keine auskragenden Nasen, keine Ösen, keine Bohrungen und – je nach Variante – auch keine Spalte. Sie schließen also rundum bündig ab, weshalb auch sie laut TFC eine ideale Lösung sind für die Realisierung raumoptimierter Konstruktionen, bei denen jedes Zehntel weniger ein Gewinn ist. Die Spirolox-Sicherungsringe sind mit Durchmessern von 6,0 bis 400 mm (1/4“ bis 16“) lieferbar.

Sicherungsringe für die Antriebstechnik in E-Bikes

Darüber hinaus können die Konstrukteure und Entwickler zwischen weiteren Ringtypen wählen – etwa den Schnapp-, Revolox- Hoopster-Ring oder den ein- und mehrfach gewundenen Wavering-Ring. Alle Ausführungen lassen sich mit konventionellen Schraubendrehern einsetzen und entfernen. Für den Einsatz dieser Sicherungsringe in der E-Bike-Antriebstechnik gibt es inzwischen viele Beispiele: So dienen sie etwa zur Fixierung von Wälzlagern auf Wellen, als Sicherungselemente in Zahnrad-Baugruppen oder als Rutschkupplungen. Auch wenn der radiale Bauraum eng bemessen ist oder rotierende Elemente nur kleinste Unwuchten aufweisen dürfen, nutzen viele E-Bike-Konstrukteure die Flachdraht-Sicherungsringe.

Durch den Einsatz der Wellenfedern und Sicherungsringe von Smalley bei der Konstruktion von E-Bike-Antrieben lasse sich sowohl erhebliche Bauraum einsparen als auch kinematisch-funktionelle Verbesserungen umsetzen. Dabei ist TFC in vielen Fällen nicht nur Lieferant, sondern tritt als Entwicklungspartner seiner E-Mobility-Kunden auf. Denn das erwähnte Circular-Grain-Verfahren eignet sich über die Großserien-Produktion hinaus auch sehr gut zur kurzfristigen und kostengünstigen Realisierung von Prototypen sowie Vor- und Kleinserien.

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