Leichtbau und Dynamik: Drahtwälzlager mit Direktantrieb

Das Prinzip der Drahtwälzlager ist so einfach, wie bestechend: Beim Drahtwälzlager rollen die Wälzkörper nicht direkt in den Lagerschalen ab. Sie laufen auf speziellen Drähten, die in umschließende Konstruktionen eingelegt werden. Durch diesen konstruktiven Kniff ermöglichen die Drahtwälzlager eine freie Gestaltung der umschließenden Konstruktion. Auch die Werkstoffauswahl der Gehäuseteile kann der Entwickler frei wählen. Dadurch ist es möglich, diese Teile des Lagers auf die Anschlusskonstruktion abgestimmt zu fertigen und alternative Werkstoffe wie Aluminium oder gar Kunststoff oder Karbon zur Fertigung der umschließenden Konstruktion zu verwenden. Das Ergebnis sind einbaufertige Systeme mit hohem Einsparungspotenzial bei Gewicht und Antriebsenergie.

Weil die Drahtwälzlager modular aufgebaut sind, können Entwickler auch die Ausbaustufe wählen. Die reicht vom reinen Lagerelement, bestehend aus Laufringen und Wälzkörpern, bis zu kompletten Systemen mit integriertem Antrieb und Steuerung. Der Clou dabei ist: Durch Verwendung von Aluminiumkomponenten können Leichtbau und Dynamik direkt miteinander vereint werden.

In ihrer höchsten Ausbaustufe sind die Drahtwälzlager als Komplettsysteme aus Lagerung, Antrieb und Steuerung erhältlich. Der Antrieb wird direkt in das Gehäuse integriert. Das ruhende Lagerteil bildet den Stator, das bewegte Lagerteil fungiert als Rotor des Elektroantriebs. Es sind keine weiteren Bauteile notwendig, um das Lager mechanisch in Gang zu setzen, was den Wirkungsgrad des Systems erhöht. Durch den Einsatz von Gehäuseteilen aus Aluminium kann das Gewicht des Motors kompensiert werden. Ein solches Leichtbaulager mit Direktantrieb ist daher immer noch wesentlich leichter als ein herkömmliches Stahllager ohne Antrieb. Die geringen zu bewegenden Massen sorgen außerdem dafür, dass der Motor kleiner ausgelegt werden kann und mit höherer Dynamik und Geschwindigkeit arbeitet. In Rundtakttischen werden auf diese Weise hohe Taktraten, in angetriebenen Fahrzeugfelgen hohe Drehzahlen realisiert.

Die Drahtwälzlager mit Direktantrieb sind ausgereifte Systeme. Einsatzgebiete sind Pick-and-Place-Maschinen zur Bestückung von Leiterplatten, Abfüllanlagen sowie erste Prototypen von Elektrofahrzeugen. Auch in Computertomographen werden Drahtwälzlager mit Direktantrieb eingesetzt. Denn hier spielen die maßgeschneiderten Komplettpakete aus Lagerung und Antrieb ihre Vorteile aus. Die Lager mit Direktantrieb können mit Blick auf Geometrie und Werkstoff individuell angepasst werden. Dadurch entsteht weiterer Nutzen für die Ingenieurslösungen. Soll das Lager beispielsweise eine Radareinheit im Bug eines Flugzeugs bewegen, kann es aus Aluminium gefertigt und so ausgelegt werden, dass es Vibrationen und Temperaturveränderungen problemlos verkraftet.

Für die Radnabe eines Elektrofahrzeugs werden die Gehäuseteile so gestaltet, dass sie der Form einer Felge entsprechen, auf die ohne weitere Bauteile Reifen aufgezogen werden können. Das spart Baugruppen, Adapterscheiben und ähnliche Zusätze. Und damit Kosten und Gewicht.

Auch für Rundtakttische oder Werkzeugwechsler sowie Komponenten für die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie sind die Lager geeignet. Hier punkten die Drehverbindungen des Unternehmens mit Direktantrieb vor allem mit speziellen Materialien und Abdichtungen für das Lagergehäuse, um in feuchter oder aggressiver Umgebung ein überzeugendes Bewegungssystem anzubieten. Aber auch für zukunftsträchtige Anwendungen bietet sich die Technologie an.

Denkbar sind Drahtwälzlager auch in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und für die Robotik, die sich gegenwärtig verstärkt mit kleinen, leichten Baureihen für den Arbeitsplatz und im Service beschäftigt. Hier können die Antriebe klein und leistungsstark direkt in die Gelenke integriert werden, um aufwändige Getriebe oder gar Konstruktionen aus Hebeln und Pneumatikzylindern überflüssig zu machen.

Auch bei den Materialien geht die Entwicklung ständig weiter. Ganz gleich ob Aluminium, Kunststoff, Karbon – Leichtbau-Drehverbindungen mit integrierten Drahtwälzlagern realisiert Franke in vielen unterschiedlichen Werkstoffkombinationen. Nun geht es an alternative Fertigungsverfahren zur Herstellung der Gehäuseteile und hier bietet die additive Fertigung großes Potenzial. Lasergesinterte Aluminiumringe aus dem 3D-Drucker sind gegenwärtig in der Erprobung. Dieses Verfahren macht es möglich, im Inneren der Ringe eine Art Wabenstruktur zu erstellen, die den Ring leicht macht und ihm gleichzeitig die notwendige Steifigkeit verleiht. Durch die neu gewonnene Gestaltungsfreiheit des 3D-Druckverfahrens sind auch neue Möglichkeiten der Integration von Antriebs- und Mess-Systemen denkbar und wälzend lagern wird noch schneller und leichter.   ssc