Schnelle und wirtschaftliche Fertigung von komplexen Sonderteilen

• Was wurde benötigt: Sondergleiter mit komplexen Geometrien
• Herstellungsverfahren: Lasersintern
• Anforderungen: Gleitoptimiert, selbstschmierend, langlebig
• Material: iglidur I3
• Branche: Automotive
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: Kostengünstige, schnelle Herstellung von Kleinserien. Langlebige Komponenten mit Trockenlauf.

Autofahrer, die ihre Beine nicht benutzen können, können dank des digitalen Gasrings Darios mit den Händen am Lenkrad Gas geben. Der von der Firma Kempf im Elsass entwickelte elegant unauffällige Gasring bietet Komfort und Sicherheit beim Autofahren und lässt sich in die meisten Automatik-Fahrzeuge integrieren. Für die Anpassung des Gasrings an abgeflachte Lenkräder standen die Ingenieure vor der Herausforderung, den Ring um die Ecke gleiten zu lassen. Für ihre Lösung - die Sondergleiter aus dem gleitoptimierten 3D-Druck-Kunststoff iglidur i3 - erhielt das Unternehmen im Jahr 2019 den Manus-Award für innovative Problemlösungen mit Kunststoff-Lagerungen.

Mit dem selbstschmierenden SLS-Kunststoff iglidur i3 können im 3D-Druck-Service von igus komplexe Sonderteile innerhalb von 24 Stunden hergestellt werden. Die aus den iglidur Gleit-Polymeren gedruckten Bauteile zeichnen sich durch ihre hohe Verschleißfestigkeit sowie berechenbare Lebensdauer aus.

Für die Herstellung von Gasringen für abgeflachte Lenkräder benötigt das Unternehmen regelmäßig beweglich miteinander verbundene Sondergleiter, die über einen Ring aus Metall "um die Ecke" gleiten. Pro Lenkrad werden mehr als 200 Elemente benötigt. Die einzige Möglichkeit diese Bewegung zu realisieren, besteht in der Konstruktion von Sondergleitern mit komplexer Geometrie. Diese Gleiter enthalten zahlreiche Hinterschneidungen, was die Herstellung mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht nur schwierig, sondern auch sehr kostenintensiv macht. Da es auf die Fahrhilfen von Kempf 30 Jahre Garantie gibt, müssen die Sondergleiter extrem langlebig und verlässlich sein. Es ist nicht möglich, die Bauteile zu schmieren, da sie fest innerhalb der Lederhülle vom Gasring verbaut sind.

Die komplexen Strukturen und Hinterschneidungen der Sondergleiter können nur mittels additiver Fertigung effizient hergestellt werden. Mit dem gleitoptimierten Hochleistungskunststoff iglidur i3 fand Kempf den optimalen Werkstoff, um die filigranen Elemente zu drucken. Die im Lasersinter-Verfahren binnen 24 Stunden hergestellten Sondergleiter laufen schmier- und wartungsfrei reibungslos um die Ecke. Trotz der hohen Stückzahl von mehr als 10.000 Stück pro Bestellung erwies sich die Herstellung der Sondergleiter im 3D-Druck wegen der hohen Komplexität sogar als günstiger als im Spritzguss.

„Der Gasring ist qualitativ das beste Produkt auf dem Markt. Die Verarbeitung ist beispiellos spitze und seine Zuverlässigkeit ungebrochen. Ich bin insgesamt 785000 KM bisher gefahren ohne technische Probleme. Ja, es sind 785000 Kilometer und es sind 19,625 Erdumrundungen.“

So lautet nur eine der vielen begeisterten Referenzen von Darios-Nutzer:innen. Kein Wunder, schließlich setzt Kempf auf höchste Qualität und bietet seinen Kundinnen und Kunden 30 Jahre Garantie auf alle Fahrhilfen.

KEMPF wurde 1955 von Hans Kempf gegründet, der nach einer Kinderlähmung gehbehindert war. Als begeisterter Mechaniker erfand er den Gasring, um mit beiden Händen am Lenkrad fahren zu können. Bis zu seinem Lebensende im Jahr 2002 hat er über 100 000 Fahrzeuge umgerüstet.

Das von Kempf entwickelte Handgas-System ist das einzige auf dem Markt erhältliche, das sich an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anpasst: Bei langsamer Geschwindigkeit ist die Beschleunigung sanft, progressiv und ökonomisch, bei hohen Geschwindigkeiten ist die Beschleunigung dynamisch, um ein sicheres Fahren zu gewährleisten und schnelle Überholmanöver präzise und einfach durchzuführen. Alle gewöhnlichen Funktionen des Lenkrads wie Verstellbarkeit, Airbag und Hupe bleiben erhalten. Auch die Pedale bleiben weiterhin funktionsfähig – mittels eines Schalters kann Darios abgeschaltet werden, sodass andere Fahrer das Fahrzeug in gewohnter Weise bedienen können.

Um Gas zu geben, wird der Ring in die Richtung des Lenkrads gedrückt. Dafür wird nur eine sehr geringe Kraft benötigt (etwa 3 Newton). Der Hub zwischen Leerlauf und Vollgas beträgt nur ca. 18 mm. Wenn das Lenkrad nach einer Kurve wieder in die Geradeaus-Position zurückgleitet, ermöglicht die sich frei drehende Hülle präzises Beschleunigen im Kurvenausgang, unabhängig von der jeweiligen Lenkradstellung. Beide Hände können bei der Bedienung von Darios am Lenkrad bleiben, wobei der Gasring auch mit nur einer Hand bedient werden kann, um mit der anderen zum Beispiel die rechts liegende Handbetriebsbremse zu bedienen.

Der mit feinem Leder überzogene Gasring fügt sich harmonisch in den Innenraum der Fahrzeuge ein, auf Wunsch können die Fahrer:innen sogar die Farbe des Leders auswählen. Da viele Autos inzwischen abgeflachte Lenkräder haben, wurde Darios 211 entwickelt. Dieser Gasring ist abgeflacht, aber ebenfalls mit einer sich frei drehenden Hülle versehen. Doch wie versieht man einen abgeflachten Ring mit einem gleitenden Überzug?

Der neue Trend, Fahrzeuge mit abgeflachten statt runden Lenkrädern auszustatten, stellte die Ingenieure von Kempf vor eine große Herausforderung. Für ein abgeflachtes Lenkrad ist sowohl aus technischen als auch ästhetischen Gründen ein im gleichen Maße abgeflachter Gasring erforderlich. Der unauffällige und wie selbstverständlich in das Fahrzeug integrierte Gasring enthält in Wirklichkeit eine Vielzahl von aufwendig ausgeführten Details. Einen runden Gasring mit einer gleitenden Hülle auszustatten ist vergleichsweise einfach. Einen abgeflachten Gasring mit einer sich genauso frei drehenden Hülle zu versehen wie einen runden, erforderte eine technisch anspruchsvolle Lösung.

Diese Lösung fanden die Produktentwickler von Kempf in Kooperation mit dem 3D-Druck-Team von igus. Im neuen Darios 211, dem ersten abgeflachten Gasring der Welt, kommen additiv gefertigte Komponenten aus dem gleitoptimierten Kunststoff iglidur i3 zum Einsatz. Der abgeflachte Gasring verfügt über mehr als zweihundert solcher beweglich miteinander verbundener Elemente. Sie bilden einen gleitenden Ring um den in abgeflachter Form gestalteten Metallkern des Gasringes und ermöglichen so das nahtlose Gleiten der Hülle. Für diese besonders innovative Problemlösung wurde der Firma Kempf auf der Hannover Messe 2019 der bronzene Manus-Award verliehen.

Die Ingenieure entschieden sich, die komplexen Sondergleiter im 3D-Druck zu fertigen, da die Fertigung im Spritzguss durch zahlreiche Hinterschneidungen sehr kompliziert und damit teuer war. Die additive Fertigung macht kaum Einschränkungen hinsichtlich Designregeln, was besonders die Herstellung von Bauteilen mit komplexen Geometrien wirtschaftlich macht. Dadurch entfallen auch die Werkzeugkosten.

Einer der wichtigsten Gründe für die Auswahl von iglidur i3 als Werkstoff für die Fertigung der Sondergleiter waren die darin enthaltenen Festschmierstoffe. So entfällt der Bedarf, die Komponenten zu warten und ihre Lebensdauer erhöht sich erheblich, da kaum Verschleiß entsteht. iglidur i3 ist ein SLS-Pulver, welches auf allen herkömmlichen Lasersinter-Maschinen verarbeitet werden kann. Dabei wird das Pulver schichtweise mit einem Laser geschmolzen, was die präzise Abbildung von feinen Strukturen ermöglicht. Je nach Größe des Bauteils können mehrere Tausend Stück in einem ca. 24 Stunden dauernden Druckvorgang hergestellt werden. Die Kundinnen und Kunden profitieren dabei nicht nur von der hohen Kostenersparnis, sondern auch von der unschlagbar schnellen Fertigungs- und Lieferzeit. Eine weitere Besonderheit, die nur das Lasersintern in dieser Form ermöglicht, ist der Druck einer Verpackung für die filigranen Teile im gleichen Druckvorgang. So entfallen Kosten und Aufwand für die Verpackung und das Risiko, dass einzelne Bauteile verloren gehen oder beschädigt werden, entfällt.

iglidur i3 ist der mit Abstand am häufigsten verwendete 3D-Druck-Kunststoff im 3D-Druck-Service von igus. Neben unterschiedlichen Gleitanwendungen zeigt er seine Stärken als der beste aktuell auf dem Markt verfügbare Kunststoff für 3D-gedruckte Zahnräder.