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DER KONSTRUKTEUR 12/2019

DER KONSTRUKTEUR 12/2019

LEICHTBAU

LEICHTBAU DER LEICHTE WEG ZUM PASSENDEN LAGER SPECIAL Weniger Material bedeutet weniger Gewicht. 3D-Druckverfahren ermöglichen die Herstellung von Bauteilen, deren Form und innerer Aufbau frei gestaltet werden kann. Kombiniert mit Drahtwälzlagern entstehen auf diese Weise extrem leichte Drehverbindungen. Gekonnter Leichtbau ist die Fähigkeit, überall dort Material wegzulassen, wo es nicht gebraucht wird. Traditionelle Leichtbaulager von Franke setzen genau hier an. Das Funktionsprinzip der Franke Drahtwälzlager bietet eine große Bandbreite an Möglichkeiten, individuell auf den Anwendungsfall zugeschnittene Leichtbaulager zu konstruieren. Drahtwälzlager werden aus gehärtetem Stahl gefertigt und sorgen in nahezu jedem umschließenden Material für die erforderliche Steifigkeit und Präzision des Lagers. Das integrierte Drahtwälzlager trägt die Hauptlast und nimmt Kräfte aus allen Richtungen auf. Um die Lager den Anforderungen des Einsatzfalles anzupassen, stehen zahlreiche Möglichkeiten in Bezug auf Drahtprofil, Anschliff, Kugeldurchmesser und Material zur Verfügung. Autor: Jörg Egelhaaf, Leiter Konstruktion & Entwicklung, Franke GmbH, Aalen Durch die Verwendung leichter Materialen und modernster Fertigungstechniken ermöglichen Leichtbaulager von Franke substantielle Gewichts-, Energie- und Platzeinsparungen bei vergleichbarer Steifigkeit und höchster Präzision über die gesamte Lebensdauer. Eine individuelle Konstruktion und ein breites Spektrum an Materialien garantiert die optimale Anpassung an jeden Anwendungsfall. 3D-DRUCK MISCHT DIE KARTEN NEU Beim 3D-Druck werden Objekte schichtweise aus Metallpartikeln aufgebaut, dadurch ergeben sich völlig neue Möglichkeiten der Gestaltung. Innere Wabenstrukturen, veränderliche Wandstärken und sogar ein Mix in der Beschaffenheit des Materials sind möglich und tragen dazu bei, noch filigraner und leichter zu konstruieren. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist die schnelle Verfügbarkeit. Eine entsprechend konfigurierte CAD-Datei reicht aus, um den Drucker in Aktion zu setzen. Bereits ab Losgröße eins wird 3D- Druck in diesem Produktsegment somit zur idealen Fertigungsform, da keinerlei Werkzeuge oder Formen benötigt werden. So ergeben sich für Kunden von 3D-gedruckten Leichtbaulagern von Franke eine Reihe von Vorteilen: n äußerst geringes Gewicht, n kompakte Bauform, n kundenspezifisches Design, n Lagerdurchmesser gegenwärtig von 80 – 300 mm erhältlich (größere Durchmesser auf Anfrage), n Losgröße 1 möglich, n schnelle Verfügbarkeit, n hohe Belastbarkeit durch integriertes Drahtwälzlager 40 DER KONSTRUKTEUR 12/2019

LEICHTBAU Die Gewichtsersparnis von 3D-gedruckten Drehverbindungen gegenüber Wälzlagern herkömmlicher Bauart ist eklatant. Bei gleichem Lagerdurchmesser und dem Einbau eines vergleichbaren Drahtwälzlagers in die Gehäuseringe liegt die Gewichtseinsparung gegenüber eines herkömmlichen Stahllagers bei fast 90 %. VERIFIZIERUNG DER ERGEBNISSE IM TESTLABOR Was in der Theorie vielversprechend klingt, muss in der Praxis erst einmal verifiziert werden. Hierzu werden Protoypen angefertigt, die dann umfangreichen Tests unterzogen werden. Moderne Auslegungsprogramme und FEM-Analysen ergänzen das in vielen Jahren gewachsene Fachwissen über Lagersysteme. Dadurch können bereits in der Entwicklungsphase die richtigen Parameter gesetzt werden. Erstmuster und Prototypen durchlaufen dann später die Einrichtungen des Testlabors, wie beispielsweise Shaker, Klimakammern und Einlaufstände, um den Einsatz in der realen Anwendung zu simulieren. Durch die Shakertests konnte festgestellt werden, dass die Steifigkeiten der additiv gefertigten Drehverbindungen identisch zu den der konventionellen Aluminium-Drehverbindungen waren. RETTUNGSHELIKOPTERAUSRÜSTER SETZT AUF LEICHTBAULAGER Konstrukteure von Komponenten für die Luftfahrt nutzen jede Gelegenheit zur Gewichtseinsparung. Ein erster Einsatzfall für ein Drahtwälzlager mit umschließenden Teilen aus dem 3D-Drucker ist die Lagerung einer Patientenliege in einem Rettungshelikopter. Die Liege sollte schwenkbar gelagert werden, um das Ein- und Ausladen des Patienten zu erleichtern. Hier punktet das Speziallager durch extrem geringes Gewicht und durch seine Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und Vibrationen. Die technischen Anforderungen an das Lager sind hoch, denn die Liege muss sich leicht und gleichmäßig drehen lassen. Das Ge- wicht der gesamten Einheit beträgt 46 kg, wobei das Gewicht der Drehverbindung bei maximal 800 g liegen darf. Zudem muss das Lager belastbar sein, d. h. es muss Stöße, Vibrationen und die großen Schwankungen der Umgebungstemperatur im Verlauf eines Fluges verkraften. Dem Kunden wurde ein Musterlager aus dem 3D-Drucker vorgestellt. Berechnungen hatten ergeben, dass ein 3D-gedrucktes Lager lediglich 700 g auf die Waage bringen würde. Der Kunde willigte DIE GEWICHTSERSPARNIS VON 3D- GEDRUCKTEN DREHVERBINDUNGEN GEGENÜBER HERKÖMMLICHEN WÄLZLAGERN IST ENORM ein, einen Prototypen zu testen und die Franke Entwicklungsabteilung machte sich an die Arbeit. Zusammen mit einem auf 3D-Druck spezialisierten Unternehmen wurde die Geometrie des Lagers entworfen und der Druck realisiert. Nach Fertigstellung der Konstruktion und Übermittlung der Daten konnten die Teile schon drei Tage später mit einem passenden Drahtwälzlager ausgestattet werden. Umfangreiche Tests im Franke- Labor bestätigten die Erwartungen. Trotz des geringen Gewichts weist die Drehverbindung aus 3D-Druck die gleiche Belastbarkeit auf wie eine herkömmliche Drehverbindung aus Aluminium. Weitere Anwendungen finden sich überall, wo es auf geringes Gewicht ankommt oder die Antriebsenergie reduziert werden soll. Zielbranchen sind daher Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau oder die Medizintechnik. Auch MRK-Roboter, die klein und leicht gebaut sind, können von 3D-gedruckten Leichtbaulagern profitieren. Bilder: Franke GmbH www.leichtbaulager.de „3D-DRUCK HAT EINIGES ZU BIETEN“ www.DerKonstrukteur.de Sascha Eberhard, Geschäftsführer, Franke GmbH Leichtbaulager mit Gehäuseteilen aus dem 3D-Drucker und integriertem Drahtwälzlager Wir sind ständig auf der Suche nach innovativen Technologien, die uns dazu befähigen, die Ansprüche unserer Kunden zu erfüllen. Leichtbau ist derzeit branchenübergreifend in aller Munde. 3D-Druck hat diesbezüglich einiges zu bieten. Seit kurzem verfügen wir bei Franke auch über unseren eigenen 3D-Drucker. DER KONSTRUKTEUR 12/2019 41

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