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Anwendungsbeispiele
3D gedruckte Kunststoffzahnräder im E-Auto-Ladepad

Rapid Prototyping<br>mit Kunststoffzahnrädern

3D-gedruckte Kunststoffzahnräder für Elektroauto-Ladesystem

Steckbrief

Was wurde benötigt: Kunststoffzahnräder für Prototypen
Herstellungsverfahren: igus 3D-Druckservice
Anforderungen: Verschleißfestigkeit, Robustheit, schnelle Lieferung
Material: iglidur i6
Branche: Automotive
Erfolg durch die Zusammenarbeit: Zeitersparnis durch einfache Online-Konfiguration und schnelle Lieferung, Entfallen von Werkzeugkosten, Variantenvielfalt

Easelink, ein Unternehmen aus Graz, hat das „Matrix Charging“ entwickelt, ein Ladesystem, das aus zwei Komponenten besteht. Auf dem Parkplatz ist ein Ladepad montiert, welches an das Stromnetz angeschlossen ist. An der Unterseite des E-Autos befindet sich ein Konnektor, der sich beim Parken auf das Pad absenkt. Die Stromübertragung beginnt automatisch, ohne dass der Fahrer ein Kabel anschließen muss – ähnlich wie beim induktiven Laden, allerdings mit bis zu zehnfacher Ladeleistung und mit 99 Prozent Übertragungswirkungsgrad. Bei der Entwicklung müssen die Konstrukteure sich einem serienreifen Bauteil langsam über mehrere Prototypen nähern. Um die Ausgaben möglichst gering zu halten und trotzdem hohe Qualität zu ermöglichen, nutzten sie den igus 3D-Druckservice.

Zeit- und Kostenersparnis mit dem igus 3D-Druckservice

Die Zukunft soll in der E-Mobilität liegen. Nur konnten sich die Elektroautos bislang nicht weitgehend durchsetzen. Einen wichtigen Faktor spielt die noch nicht ausreichend entwickelte Ladeinfrastruktur. Vielen Autofahrern reichen die Möglichkeiten des Stromtankens nicht aus. Ändern will das Easelink. Das Unternehmen aus Graz hat das „Matrix Charging“ entwickelt, ein Ladesystem, das aus zwei Komponenten besteht. Auf dem Parkplatz ist ein Ladepad montiert, welches an das Stromnetz angeschlossen ist. An der Unterseite des E-Autos befindet sich ein Konnektor, der sich beim Parken auf das Pad absenkt. Die Stromübertragung beginnt automatisch, ohne dass der Fahrer ein Kabel anschließen muss – ähnlich wie beim induktiven Laden, allerdings mit bis zu zehnfacher Ladeleistung und mit 99 Prozent Übertragungswirkungsgrad. Bei der Entwicklung müssen die Konstrukteure sich einem serienreifen Bauteil langsam über mehrere Prototypen nähern. Geraten in dieser Phase Kosten und Zeitaufwand aus dem Ruder, kann die Prototypenherstellung zum Stolperstein werden. Doch Easelink hat bei der Fertigung der Bauteile Geschick bewiesen. Denn die Zahnräder in der Mechanik der Konnektor-Prototypen stammen aus dem 3D-Drucker.

Matrix Charger mit 3D-gedruckten Zahnrädern aus iglidur Material zusammnen mit einem Elektroauto

Schnell online konfiguriert

Matrix Charger mit 3D-gedruckten Zahnrädern aus iglidur Material

Eine Online Konstruktion für Zahnräder beim igus 3D-Druckservice dauert etwa 60 Sekunden. Die Lieferung erfolgt dann ab 24 Stunden. Anders als bei Zahndrädern, die mit Industriedruckern gefertigt werden und nach bis zu 3 Tagen versandfertig sind. „Beim Prototypenbau sind hohe Flexibilität und rasche Lieferzeiten entscheidend“, sagt Easelink Gründer Hermann Stockinger. „Genau diese Eigenschaften schätzen wir an der Möglichkeit bei igus Zahnräder in einer Vielzahl an Varianten schnell über den Onlinekonfigurator auszuwählen und drucken zu lassen.“

Ein weiterer Vorteil, neben der unschlagbaren Zeitersparnis ist die Wirtschaftlichkeit des Service von igus, da sämtliche Werkzeugkosten entfallen. Der Konstrukteur muss lediglich das Zahnmodul wählen und die Anzahl der Zähne und die Drehmomentübertragung festlegen. Der Konfigurator erstellt ein 3D-Modell des Zahnrads, die Basis für den 3D-Druck. Ohne eine Computer-Aided-Design (CAD) Software lassen sich so hunderte Varianten einfacher Zahnräder und Doppelzahnräder realisieren.

iglidur i6 für hohe Verschleißfestigkeit

Als Druckmaterial für Zahnräder eignet sich besonders das iglidur i6. Der Hochleistungskunststoff trotzt Umgebungstemperaturen von -40 bis +80 Grad Celsius, ist druckfest bis 44 Mpa und besitzt eine hohe Abriebfestigkeit. Dass er deutlich robuster als der klassische Kunststoff Polyoxymetylen (POM) ist, haben Labortests bewiesen. Dabei wurden Zahnräder mit 12 Umdrehungen pro Minute laufen gelassen und mit 5 Nm belastet. Das Ergebnis: Das 3D-gedruckte Zahnrad aus iglidur i6 war auch nach einer Million Zyklen noch voll funktionstüchtig, die Abnutzung kaum messbar. Anders ein gefrästes Zahnrad aus POM. Es war nach 321.000 Zyklen verschlissen und nach 621.000 gebrochen.