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Kernkompetenz: Maßgeschneiderte Federscheiben

Geringe Abmessungen, extreme Temperaturen, spezifische Umgebungen: Federscheiben sind ein hoch effizientes Konstruktionselement, weil sie mit geringem Materialeinsatz vergleichsweise viel Energie speichern können.

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Die Zufriedenheit unserer Kunden hat höchste Priorität für die Projektleitung.
Die Zufriedenheit unserer Kunden hat höchste Priorität für die Projektleitung.
(Bild: DidierMichalet)

Sie sichern lösbare Verbindungen, sorgen für die Vorspannung von Ventilen und Wälzlagern, unterdrücken Geräusche in Antrieben und gleichen Spiel und Toleranzen aus: Technische Federn sind universelle Konstruktionselemente in Maschinen, Anlagen und Fahrzeugen.

Ganz gleich, ob es um Prototypen oder die Produktion großer Serien geht: Die Forschungsabteilung von Borrelly entwickelt Spezialfederscheiben nach Maß und geht auf der Suche nach neuen Produkten, Geometrien und Fertigungsprozessen permanent neue Wege.

Ein vielseitiges Konstruktionselement

Der bekannteste Federntyp ist die Spiralfeder als Druckfeder aus gewickeltem Runddraht. Bei vielen Konstruktionen in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus steht aber die Federscheibe im Fokus – als (einfache oder „gepackte“) Tellerfeder oder als Wellenfeder. Der Grund: Sie kann auf sehr knappen Bauraum die benötigte Federwirkung entfalten, weil Federn in horizontaler Richtung mehr Federkraft pro Volumeneinheit aufnehmen können. Je nach Anwendung reichen wenige Millimeter Bauhöhe, um z.B. ein Kugellager permanent unter Vorspannung zu halten.

Vieles ist möglich: Biegen, Verdrehen, Schub

Außerdem erlaubt dieses Konstruktionsprinzip Materialbelastungen, die vom Biegen über das Verdrehen bis zum Schub reicht. Durch die Kombination verschiedener Beanspruchungen können – je nach Verformung – Kräfte erreicht werden, die unproportional zu den Bewegungen sind. Dabei lässt sich die Elastizitätskennlinie präzise an die benötigte Kraft anpassen. Hier ist die Kompetenz des Federn-Konstrukteurs gefragt – und die Fantasie des Anwenders.

Katalogprogramm oder maßgeschneidert

Auch wenn die namhaften Hersteller ein breites Katalogprogramm an Tellerfedern vorhalten, ist das mögliche Anwendungsspektrum dieser Federn – und damit auch der Einsatzparameter – so breit, dass es für den Konstrukteur sinnvoll sein kann, eine maßgeschneiderte Feder einzusetzen.

Bei dieser Entscheidung sind die Projektingenieure von Borrelly die richtigen Ansprechpartner. Das Unternehmen bietet ein breites Spektrum an kompakten und hochwertigen Federn, die ab Lager verfügbar sind. Die Mitarbeiter von Borrelly entwickeln und fertigen unterschiedlichste Federn, die speziell für den jeweiligen Einsatzfall projektiert wurden.

Breites Anwendungsspektrum

Dabei decken die Anwendungen die wichtigsten Industriebereiche ab:

  • Maschinenbau
  • Automobilindustrie
  • Luft- und Raumfahrt
  • Oil & Gas
  • Medizintechnik
  • und viele mehr

Innovationen und Expertise seit 1933

Basis jedes einzelnen Projekts und jeder Federscheiben-Baureihe ist die in Jahrzehnten gewonnene Kompetenz des Unternehmens, das 1933 von Alexandre Borrelly in St. Laurent d´Agny/ Frankreich (bei Lyon) gegründet wurde – schon damals mit der Aufgabe, anspruchsvolle mechanische Konstruktionen zu realisieren.

Seitdem hat das Unternehmen immer wieder Innovationen hervorgebracht – insbesondere seit Albert Borrelly 1968 die Geschäftsführung übernahm und sich auf die Entwicklung und Produktion von Federscheiben konzentrierte. Hier gibt es viele Ansätze und „Stellschrauben“, die von den Konstrukteuren konsequent genutzt werden. Dazu gehören die Form der Feder, der Einsatz neuer Werkstoffe und auch die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren.

Heute ist das Familienunternehmen, in dritter Generation inhabergeführt, ein führender Hersteller von hochwertigen Federscheiben für industrielle Anwendungen – mit einem sehr breiten Produktspektrum von Standard-Federscheiben und zahlreichen kundenspezifischen Federn.

Eigenentwicklung: die gewellte Federscheibe

Zu den Eigenentwicklungen gehört die gewellte Federscheibe, die aus dem Firmennamen eine generische Typen- und Markenbezeichnung gemacht hat: Die Borrelly-Federscheibe ist weltweit bekannt. Sie besteht aus einem einzigen Flachdraht aus Federstahl. Die Federwirkung wird allein durch die Formgebung bestimmt.

Zu den Eigenschaften dieser Feder, die ihr einen festen Platz unter den verschiedenen Bauarten von Federscheiben sichern, gehören der äußerst sparsame Materialeinsatz (und das heißt auch: niedriges Gewicht, geringe Werkstoffkosten) bei sehr guter Anpassungsfähigkeit an die individuellen Bedingungen. Davon abgesehen: Das Konstruktionsprinzip ist ganz einfach und deshalb auf Anhieb überzeugend.

Elegante und effiziente Konstruktion, entwickelt im eigenen Haus: die gewellte Borrelly-Federscheibe.
Elegante und effiziente Konstruktion, entwickelt im eigenen Haus: die gewellte Borrelly-Federscheibe.
(Bild: DBorrelly)

Für höhere Anforderungen: die Ondufil-Federscheiben

Wenn die Durchbiegung der Borrelly-Federscheibe nicht ausreichend für den individuellen Anwendungsfall ist, ermöglicht die Geometrie der Ondufil-Federscheibe eine vorteilhaftere Lösung als die Spiralfeder. Denn dieser Federscheibentyp bietet die gleiche Federwirkung auf erheblich geringerem axialem Bauraum. Das bedeutet: Der Konstrukteur spart Platz und kann z.B. einen kompakteren Antrieb mit höherer Leistungsdichte entwickeln.

Gewellte Federscheiben bieten den Vorteil der gleichmäßigen Lastverteilung bei reduziertem axialem Bauraum.
Gewellte Federscheiben bieten den Vorteil der gleichmäßigen Lastverteilung bei reduziertem axialem Bauraum.
(Bild: DBorrelly)

Einzeln oder im Paket: Belleville-Federscheiben

Unter dem Markenzeichen Belleville entwickelt und fertigt Borrelly hochwertige Federscheiben aus unterschiedlichen Materialien – als einzelne Federscheibe oder als Tellerfederpaket. Auch geschlitzte Tellerfedern gehören zum Fertigungsprogramm.

Von Offshore-Technik bis in die Raumfahrt - Belleville Federscheiben lassen sich an die individuellen Anforderungen des Einsatzes anpassen.
Von Offshore-Technik bis in die Raumfahrt - Belleville Federscheiben lassen sich an die individuellen Anforderungen des Einsatzes anpassen.
(Bild: DBorrelly)

Optimiert und patentiert: die ROB-Tellerfeder.

Bei dem von Borrelly entwickelten und patentierten Konzept der ROB-Tellerfeder wirken sowohl Zug- als auch Druckkräfte. Das ermöglicht eine beträchtliche Gewichtsreduzierung gegenüber anderen Tellerfedern.

Auf der Basis von analytischen Modellrechnungen und IT-Modellen sind die Borrelly-Projektingenieure in der Lage, in kurzer Zeit eine kundenspezifische ROB-Tellerfeder zu entwickeln und zu fertigen – in demjenigen Werkstoff, der sich am besten für die Anforderungen der konkreten Anwendung eignet.

Die Ermittlung von passenden Materialien ist eine der Aufgaben, denen sich das Personal in der Zentrale widmet.
Die Ermittlung von passenden Materialien ist eine der Aufgaben, denen sich das Personal in der Zentrale widmet.
(Bild: DidierMichalet)

Bei Projektstart: kompetente Werkstoffauswahl

In der ersten Projektphase der Federscheiben-Entwicklung wird der Werkstoff ermittelt, der am besten den individuellen Anforderungen entspricht. Die Forschungsabteilung von Borrelly wählt einen Werkstoff, der ein günstiges Verhältnis von Dehngrenze und Längselastizitätsmodul aufweist und somit für die gewünschten elastischen Verformungen geeignet ist.

Dabei steht ein breites Spektrum an möglichen Werkstoffen zur Verfügung. Neben Federstählen werden auch „exotische“ Materialien verarbeitet wie beispielsweise Beryllium-Kupfer, nickelbasierte Legierungen und Titan. Und selbst in der Entwicklung und Produktion von Tellerfedern aus Kunststofffaser-Verbundwerkstoffen (CFK) verfügt Borrelly über umfangreiche Erfahrungen.

Die umfangreiche Lagerhaltung an Rohmaterialien gibt dem Anwender die Gewissheit, dass Borrelly sehr kurzfristig jeden gewünschten Federscheibentyp herstellen kann. Und die Produktion „made in France“ in der eigenen Fertigung ist nicht nur ein Qualitätsversprechen, sondern auch ein Garant für kurze Wege und schnelle Belieferung.

Einsatzbeispiel: Vorspannung von Kugellagern

Eine der häufigsten Anwendungen von gewellten Federscheiben ist die Vorspannung von Kugellagern. Sie müssen ein gewisses Spiel aufweisen, das allerdings auch Geräusche und Vibrationen erzeugt und die Lebensdauer des Lagers beeinträchtigen kann. Bringt eine passend konstruierte Federscheibe Vorspannung ins Lager ein, werden Geräusche und Vibrationen unterdrückt, zugleich läuft das Lager leicht und reibungsarm.

Einsatzbeispiel: Elektrostecker

Für anspruchsvolle Kunden in der Luft-und Raumfahrtindustrie fertigt Borrelly jährlich mehrere Millionen Federscheiben, die das Öffnen und Schließen von elektrischen Verbindungselementen ermöglichen und ein unbeabsichtigtes Öffnen des Steckers verhindern.

Einsatzbeispiel: Spiel- und Längenausgleich

Ebenfalls in der Luftfahrtindustrie kommen Ondufil-Mehrfachwellenscheiben aus Inconel 718 zum Einsatz. Sie sorgen z.B. in On-board-Luftaufbereitungsanlagen für den Ausgleich von Längenänderungen, die aufgrund der starken Temperaturunterschiede während des Flugs entstehen.

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