KEM Konstruktion 01-02.2018

TRENDS PERSPEKTIVEN

TRENDS PERSPEKTIVEN Bild: Oiles „Bestimmte Rahmen - bedingungen erfordern Wälzlager, andere Gleitlager. Nur in wenigen Fällen könnte man beide Varianten als Alternative verwenden.“ Holger Dietz, Teamleader Industry / Key Account Manager, Oiles Deutschland GmbH Bild: Schaeffler Dietmar Rudy, Leiter Zentrale Technik Industrial Automation, Schaeffler AG „Wir kooperieren mit DMG Mori auf dem Gebiet der additiven Fertigung von Wälzlagerkomponenten: Der Übergang zwischen zwei Werkstoffen kann gezielt gesteuert werden, Zähigkeit und Härte lassen sich so regulieren und auf die spezifischen Anforderungen abstimmen.“ Aber natürlich eröffnet die additive Fertigung dem Kunden neue kostengünstige Möglichkeiten, vor allem im Bereich der Prototypen und Kleinserien. Inzwischen haben wir sechs verschiedene Tribo- Filamente im Programm sowie zwei Pulver für das selektive Laser - sintern. In Versuchen in unserem Testlabor konnten wir zeigen, dass die gedruckten Teile dabei nicht nur deutlich verschleißfester sind als Standard-ABS-Materialien, sondern diesbezüglich auch mit gespritzten Teilen vergleichbar sind. Zudem gibt es bei uns die Möglichkeit, Spritzgussformen additiv zu fertigen. Dadurch muss für Serien bis 500 Stück kein eigenes metallisches Werkzeug hergestellt werden. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch deutlich an Kosten. Haider (NKE): Da vor allem die Funktionsflächen eines Wälzlagers eine sehr hohe Fertigungspräzision benötigen, um eine entsprechende Funktionsfähigkeit zu gewährleisten, wird es noch längere Zeit dauern, bis komplette Lager aus einem 3D-Druck-Fertigungsprozess ohne gröbere Nachbearbeitung angeboten werden können. Außerdem sind die benötigten Materialeigenschaften der Wälzkörperstähle zumindest momentan noch nicht im 3D-Druck umzusetzen. Auch für Einzelbedarf wie Sonderlager oder dringenden Ersatzteilbedarf zeichnet sich aus unserer Sicht aktuell noch keine Lösung ab. Für Umgebungskonstruktion und Käfig wird sich der 3D-Druck für den individuellen Bedarf aber relativ zügig durchsetzen. Rudy (Schaeffler): Die additive Fertigung ist ein strategisches Schwerpunktthema bei Schaeffler. Diese Technologie bietet grundsätzlich nicht nur die Option der Stückzahl 1 und damit individuell hergestellte Lager, sondern konstruktiv und werkstofftechnisch ganz neue Möglichkeiten. Bereits seit Ende 2016 kooperieren wir mit DMG Mori auf dem Gebiet der additiven Fertigung von (Wälz-)Lagerkomponenten. Basis für die gemeinsame Entwicklungsarbeit ist ein Fünfachs-Bearbeitungszentrum mit integrierter Laserstrahl-Auftragschweißeinheit, das bei Schaeffler erprobt wird. Unser Ziel ist es, das Verfahren so weiterzuentwickeln, dass es zur flexiblen Herstellung von (Wälz-)Lagerkomponenten für Prototypen und für kleine Losgrößen eingesetzt werden kann. Hierbei stehen neben Prozessthemen auch die eingesetzten Werkstoffe und deren Ertüchtigung im Fokus. Ein Vorteil des Verfahrens: Es besteht die Möglichkeit, den Übergang zwischen zwei Werkstoffen gezielt zu steuern. Dadurch entstehen sogenannte gradierte Materialien. Zähigkeit und Härte lassen sich im Aufbauprozess so regulieren und optimal auf die spezifischen Anforderungen abstimmen. Die Rohteile können außerdem direkt nach dem Auftragschweißen endbearbeitet werden, damit ist das Verfahren auch für eine Serienfertigung industrietauglich. Der klassische 3D-Druck von Metalllegierungen bietet vor allem das Potenzial, durch Hohlräume und Hinterschneidungen beträchtlich Material und Gewicht einzusparen. Insbesondere die Umgebungskonstruktion um die Lagerringe herum lässt sich damit völlig neu denken. Konstruktionen mit Dünnringlagern stehen hier im Fokus. Deren – im Vergleich zu Standard-Wälzlagern – geringere Tragfähigkeit deckt sich sehr gut mit der Tragfähigkeit hohler Strukturen. Weiteres Potenzial sehen wir für Hohlräume in speziellen Wälzlageranwendungen, etwa im Turbinenbau. Nur mit generativen Verfahren sind Wälzlagerringe mit integrierten Kühlkanälen überhaupt technisch herstellbar. Bei Kunststoffgleitlagern lassen sich durch die additive Fertigung ideal Schmiernuten und Schmiertaschen formen, welche eine ganz neue Leistungsdimension von Kunststoffgleitlagern ermöglichen. Dietz (Oiles): Unsere Gleitlager werden aus verschiedensten Materialien hergestellt, wobei Kunststoff aber nur einen kleineren Anteil am Gesamtvolumen hat. 3D-Druck-Technologie wird von uns aktuell noch nicht eingesetzt. Dennoch sind wir der Spezialist für individuelle, gemeinsam mit Endkunden entwickelte Sonderlösungen ab Losgröße 1. Der Großteil unserer Produkte sind Sonderanfertigungen, teils nach Kundenzeichnung, teils in enger Kooperation mit unseren Technikern entwickelt. Entsprechend aufgestellte Prozesse vom Design bis zur Produktion und Logistik ermöglichen eine hohe Individualisierung. www.findling.com www.igus.de www.nke.at www.nsk.com www.oiles.de www.schaeffler.de Hinweis: Im zweiten Teil des Interviews in der Ausgabe 3 der KEM Konstruktion sprechen wir mit den Experten über die Vor- und Nachteile der jeweiligen Technik und horchen nach, was derzeit in den Laboren in der Lagerbranche köchelt, etwa hinsichtlich Industrie 4.0. 36 K|E|M Konstruktion 01-02 2018

Advertorial Das neue Highlight von SOLIDWORKS Simulation 2018: die Topologiestudie Industrielle Mittelständler sehen sich zahlreichen Herausforderungen gegenüber. Zunehmend innovative, komplexere und individuellere Produkte sollen in immer kürzeren Zeiten gefertigt werden. Gleichzeitig müssen Materialkosten gesenkt und die Produktleistungsfähigkeit gesteigert werden. Gerade die additive Fertigung eröffnet hier weitreichende Möglichkeiten. Für diese komplexen Entwicklungsaufgaben bietet Dassault Systèmes SOLIDWORKS mit der neuen Topologiestudie in SOLIDWORKS Simulation 2018 eine innovative und kostensparende Lösung. Die Topologiestudie ermöglicht es Konstrukteuren und Ingenieuren, bei der Entwicklung leistungsfähiger, innovativer und gewichtsoptimierter Produkte völlig neue Wege zu gehen. Auf Basis von definiertem Bauraum, Belastungsszenarien, Randbedingungen und spezifischen Fertigungsrestriktionen entstehen optimale Entwürfe hinsichtlich maximaler Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Materialaufwand. „Teile, die heute additiv gefertigt werden, sind ursprünglich für klassische Fertigungstechnologien wie Guss, Fräsbearbeitung oder Umformtechnik entwickelt worden. Mithilfe der Topologieoptimierung lassen sich aber ganz neue Geometrien finden, die, auch wenn sie noch so komplex sind und mit anderen Fertigungsverfahren nicht herstellbar wären, im 3D-Druck relativ einfach produzierbar sind“, betont Uwe Burk, Senior Director Sales, Professional Channel, Dassault Systèmes, und ergänzt: „Dies erbringt echten Mehrwert für die Unternehmen, denn es lassen sich nicht nur Materialkosten einsparen, sondern auch Teile mit bisher nie dagewesener Funktionsintegration auf den Markt bringen.“ Ein Beispiel: Bei einem Scharnierhubmechanismus mit Gasdruckfeder soll die Konstruktion eines Bauteils, im Bild blau, verbessert werden, um dessen Masse bei gleicher Steifigkeit zu reduzieren. Optimierung eines Scharnierhubmechanismus mit Gasdruckfeder. Bild: SOLIDWORKS Der erste Schritt im Optimierungsprozess ist die Ermittlung der Belastungen, die auf dieses Bauteil bei Betätigung des Scharnierhubmechanismus einwirken. Durch die Bewegungsanalyse (Mehrkörpersimulation) können die während des Betriebs wirkenden Gelenkkräfte berechnet und auf das Bauteil zur Analyse übertragen werden. Die Erstellung einer Topologiestudie ist einfach und erfolgt analog einer statischen Studie. Die Definition von Bauraum, Material, Lasten und Auflager sind quasi identisch. Hinzu kommen lediglich Angaben zum Optimierungsziel und zu möglichen Fertigungsrestriktionen. Je nach Anforderung stehen unterschiedliche Optimierungsziele, wie zum Beispiel das beste Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht oder die Minimierung der maximalen Verformung, zur Verfügung. Die abschließende Angabe möglicher Fertigungsrestriktionen erlaubt jederzeit die Kontrolle über das zu erwartende Ergebnis. Ohne diese Einschränkungen entstehen Bauteile, die in der Regel optimal, aber hochkomplex und nur additiv fertigbar sind. Soll der Algorithmus jedoch zum Beispiel Dickensteuerung, Entformungsrichtung oder Symmetrieebenen berücksichtigen, lassen sich die Ergebnisse häufig auch mit konventionellen Verfahren, wie zum Beispiel Fräsen oder Gießen, fertigen. Somit erhält jeder Konstrukteur basierend auf seinen Angaben optimale Designvorschläge, die er anschließend weiter detaillieren kann. Die Resultate einer Topologiestudie lassen sich unterschiedlich weiterverarbeiten. Das geglättete Netz lässt sich einerseits direkt an einen entsprechenden 3D- Drucker zur additiven Fertigung senden. Andererseits kann es in SOLIDWORKS als Basis für eine konventionelle Fertigung, beispielsweise durch entsprechende Ausschnitte oder Taschen, weiterverwendet werden. Für eine einfache Umsetzung sorgen dabei die Integration und die Benutzerfreundlichkeit der Lösung. Mit der neuen Topologiestudie lassen sich gewichtsoptimierte und hochfunktionale Bauteile erstellen. Je nach verfügbaren Produktionsmöglichkeiten, ob 3D-Druck (oben) oder klassische Fertigungsmethoden (unten), ergeben sich unterschiedliche Konzeptvorschläge. Bild: SOLIDWORKS Mehr Info zu SOLIDWORKS Simulation und der neuen Topologiestudie unter: www.solidworks.de/2018-Validate K|E|M Konstruktion 01-02 2018 37