Leichtbaulager mit Gehäuseteilen aus dem 3D-Drucker sind 90% leichter als herkömmliche Wälzlager aus Stahl. Lesen Sie im Anwendungsbeispiel wie Franke bei Aerolite die Stärken von additiv gefertigten Drehverbindungen unter Beweis stellen konnte.
In Leichtbauweise gefertigte Komponenten zeichnen sich vor allem durch die Einsparung von Material und damit einhergehend einen reduzierten Energiebedarf aus. Aus diesen Gründen wird derzeit in verschiedenen Branchen, wie bspw. der Fahrzeugtechnik und Robotik, verstärkt auf das Thema Leichtbau gesetzt.
Gewichtseinsparung vs. Belastbarkeit
Mit dem Vorteil der Gewichtseinsparung beim Einsatz leichter Bauteile geht jedoch oftmals auch das Problem einer unzureichenden Belastbarkeit einher. Wälzlager, welche z.B. rein aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt sind, würden den hohen Belastungen in der Praxis nur schwer standhalten können.
Ideale Lösung für additiv gefertigte Bauteile
Genau hier können Drahtwälzlager von Franke den entscheidenden Vorteil liefern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lagern findet bei Drahtwälzlagern der Abrollvorgang nicht direkt zwischen dem Wälzkörper und der umschliessenden Konstruktion statt, sondern auf vier exakt angepassten Laufringen. Diese werden in die Konstruktion integriert, wodurch eine Hybridlösung entsteht, welche für eine gleichmäßige Aufnahme der Belastungen sorgt. Da Beschaffenheit und Material der umschliessenden Konstruktion frei wählbar sind, eignen sich Franke Lager ideal für additiv gefertige Bauteile. Beim wohl bekanntesten additiven Verfahren, dem 3D-Druck, werden Objekte schichtweise aus Partikeln aufgebaut. Die Geometrien des Bauteils sind hierbei frei gestaltbar. Dadurch kann eine zusätzliche Gewichtsersparnis erzielt werden: 3D-gedruckte Lager sind um bis zu 30% leichter als herkömmliche Aluminiumlager. Dennoch bieten die entsprechenden Drehverbindungen aufgrund des integrierten Drahtwälzlagers die gleiche Belastbarkeit wie konventionelle Aluminium-Drehverbindungen.
Additiv gefertigte Drehverbindungen von Franke bieten somit das Beste aus beiden Welten. Ein geringes Gewicht aufgrund der eingesetzten "Gehäuseteile" und gleichzeitig eine ausreichende Belastbarkeit aufgrund integrierter Drahtwälzlager. Durch diese Eigenschaften sowie eine gute Laufkultur eignen sich Drehverbindungen mit 3D-gedruckten Bauteilen vor allem für den Einsatz bei allen mobilen bzw. hochdynamischen Anwendungen wie bspw. der Luft- und Raumfahrt.
Eine Anwendung, bei welcher Franke die Stärken von additiv gefertigten Drehverbindungen bereits unter Beweis stellen kann, ist der Longitudinal Stretcher von Aerolite. Hierbei handelt es sich um eine schwenkbare Patientenliege, welche in einem Rettungshelikopter eingesetzt wird. Trotz des somit erforderlichen, geringen Gewichts muss das Lager belastbar sein, da es sich ausschließlich im Falle einer Notlandung nachhaltig verformen darf.
Eine additiv gefertigte Drehverbindung stellt hier die ideale Lösung dar: Das Gewicht der eingesetzten Drehverbindung darf maximal 1 kg betragen. Das Gewicht einer konventionell gefertigten Drehverbindung wäre hier mit mindestens 1,3 kg deutlich zu hoch. Eine für diesen Einsatz additiv gefertigte Drehverbindung hingegen wiegt lediglich 800 g und unterschreitet das Maximalgewicht somit deutlich. Durch den Einsatz von Siliziumnitrid-Kugeln lassen sich sogar noch weitere 100 g einsparen. Dank der integrierten Laufringe aus Stahldraht weist die Konstruktion trotz des geringen Gewichts die gleichen Tragzahlen wie eine konventionelle Drehverbindung auf. So führt selbst der extremste Lastfall nur zu einer elastischen Verformung von wenigen zehntel Millimetern.
Der dargestellte Anwendungsfall verdeutlicht, welche neuen Möglichkeiten Franke durch seine additiv gefertigten Drehverbindungen bietet:
Eine herkömmliche Aluminium-Drehverbindung würde in punkto Belastbarkeit zwar die Anforderungen erfüllen, jedoch das zulässige Gewicht überschreiten. Ein reines Leichtbaulager wäre wiederum leicht genug, jedoch nicht ausreichend belastbar. Additiv gefertigte Drehverbindungen hingegen vereinen das Beste aus beiden Welten und stellen somit die perfekte Lösung dar.
