Schmiermittelfreie Getriebe für den Leichtbau

In diesem Jahr erleben wir die Hannover Messe in virtueller Form und auch das  Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist als Aussteller mit dabei und zeigt mit sogenannter Piezoaktorik, schmiermittelfreien Leichtbau-Getrieben und 3D-gedruckter Elektronik herausragende Lösungen aus den Anwendungsfeldern Anlagen- und Maschinenbau sowie E-Mobilität. Mit diesen steigen Qualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Produktion, wovon KMU und Großindustrie direkt profitieren können.

Der Elektromobilität gehört die Zukunft. Um sie möglichst umweltfreundlich zu gestalten, bedarf es weiterer Innovationen. Dazu gehören schmiermittelfreie und somit nahezu wartungsfreie Getriebe, die durch extremen Leichtbau dabei helfen, das Fahrzeuggewicht zu minimieren. Die Herstellung mit 3D-Druck-Verfahren, hier dem pulverbettbasierten Laserschmelzen von Metall in Kombination mit filamentbasiertem Kunststoff-3D-Druck, ermöglicht eine geringe Masse bei Beibehaltung von Stabilität und Festigkeit.

Die 3D-gedruckten Strukturen werden dafür dem Kraftfluss im Getriebe angepasst. Das spart zugleich Material. Die Produktion wird ressourceneffizienter. Ein weiterer großer Vorteil der additiv gefertigten E-Fahrzeug-Getriebe: „Cool“ werden sie durch eine konturnahe Innenkühlung, die Schmiermittel überflüssig macht. Auch das schont die Umwelt.

Wie begegnet die Industrie der zunehmenden Variantenvielfalt durch immer individuellere Kundenwünsche, z. B. in der Automobilproduktion? Ein Lösungsansatz ist der vollständige Verzicht auf komplexe Kabelstränge. Stattdessen werden elektrische Leitungen, Sensoren, Tasten oder Heizelemente einfach auf 3D-gekrümmte Bauteile gedruckt. Das Drucken – etwa von Leitungen für elektrische Fensterheber – übernimmt dabei ein Roboter.

In Kombination mit einem Lasertrockner des Forschungspartners Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT können so nicht nur Flächen, sondern auch große dreidimensionale Bauteile schnell, effizient und völlig individuell mit gedruckten Funktionen versehen werden. Das ermöglicht auch höhere Funktionsdichten bei Bauteilen und Baugruppen. Zudem sind die aufgetragenen Strukturen deutlich leichter als Kabelstränge und zugleich so robust, dass sie sich zusammen mit den Werkstücken im Presswerk umformen lassen, ohne ihre Funktionalität zu verlieren.

Die klassische Profilschienenführung in Werkzeugmaschinen steht immer vor einem Zielkonflikt: verschleißarmer Betrieb einerseits oder hohe Präzision durch hohen Anpressdruck anderseits. Maschinenbetreiber müssen sich vorab auf eine Druckstärke, also eine Vorspannungsklasse festlegen. Im Betriebsalltag wird dann meist zu viel Vorspannung genutzt, was die Maschinen unnötig früh verschleißen lässt.

Das Fraunhofer IWU hat eine Lösung für dieses Problem entwickelt: Mittels sogenannter Piezoaktorik lässt sich die Vorspannungsklasse hochdynamisch im Betrieb einstellen. Die Fraunhofer-Forschenden haben dafür zusätzliche Aktoren an den Führungswagen angebracht, die den Anpressdruck je nach Bedarf steuern. Die Größe und Abmessungen des Führungswagens wurde dafür nicht verändert. Bestehende Werkzeugmaschinen können mit dieser Technologie nachgerüstet und damit wirtschaftlicher betrieben werden.