Snelle en voordelige productie van complexe speciale componenten

• Wat er nodig was: speciale glij-elementen met complexe geometrieën
• Productiemethode: lasersintering
• Vereisten: geoptimaliseerde glij-eigenschappen, zelfsmerend, lange levensduur
• Materiaal: iglidur I3
• Industrie: automotive
• Succes van de samenwerking: kosteneffectieve, snelle productie van kleine aantallen. Componenten met een lange levensduur bij droog bedrijf.

Bestuurders die hun benen niet kunnen gebruiken kunnen nu versnellen met de handen op het stuurwiel, dankzij de Darios digitale gasring. Ontwikkeld door de firma Kempf in de Elzas, zorgt de elegante en onopvallende gasring voor veilig, comfortabel rijden en kan deze worden geïntegreerd in de meeste voertuigen met automatische versnelling. De uitdaging waarmee de ingenieurs kregen te maken voor het aanpassen van de gasring aan afgeplatte sturen was het ervoor zorgen dat de ring de hoek om kon glijden. De oplossing kwam in de vorm van speciale glij-elementen gemaakt van het voor glijden geoptimaliseerde iglidur I3 3D-geprinte kunststof en daarmee verdiende het bedrijf de 2019 manus award voor innovatieve kunststof lageroplossingen.

Complexe speciale componenten kunnen worden gemaakt van het iglidur I3 zelfsmerende lasersintering kunststof in de igus 3D-printservice binnen 24 uur. Componenten geprint met iglidur glij-polymeren kennen een grote slijtvastheid en voorspelbare levensduur. 

 

De positie van de gasring wordt gedetecteerd door twee sensoren en via een draadverbinding doorgegeven aan een computer die zich onder het zijpaneel bevindt. Elk stuur wordt gemeten met een 3D-scanner teneinde het mechanisme, de sensoren en een DARIOS printplaat optimaal te integreren. Bron: Kempf

Probleem

Voor de productie van gasringen voor afgeplatte sturen, heeft de klant regelmatig speciale glij-elementen nodig die aan elkaar worden bevestigd en "de hoek om" glijden, over een metalen ring. Er zijn meer dan 200 elementen nodig voor elk stuurwiel. De enige optie om deze beweging te realiseren is het ontwerpen van speciale glij-elementen met een complexe geometrie, met talloze ondersnijdingen, waardoor productie middels conventionele productiemethoden niet alleen moeilijk is, maar ook duur. Omdat er 30 jaar garantie wordt geboden op Kemp rijhulpmiddelen, moeten de speciale glij-elementen betrouwbaar zijn en een extreem lange levensduur kennen. De componenten kunnen niet worden gesmeerd omdat ze permanent in de leren huls van de gasring zijn geïnstalleerd.

Oplossing

De complexe structuren van de sliders en de undercuts kunnen alleen efficiënt worden geproduceerd middels additieve productie. iglidur I3, een hoogwaardig polymeer met geoptimaliseerde glij-eigenschappen, was voor Kempf het materiaal waaruit ze de delicate elementen konden printen. De speciale glij-elementen die worden gelasersintered binnen 24 uur, hebben geen smering of onderhoud nodig om soepel de bocht om te gaan. Ondanks de grote order hoeveelheid (meer dan 10.000 units per order), maken de grote complexiteit van de speciale glij-elementen het 3D-printen nog kosten-effectiever dan spuitgieten.  

De Darios digitale gas-ring betekent dat beide handen aan het stuur kunnen blijven. De bestuurder kan dus sturen en gas geven met één hand en de handrem bedienen met de andere hand. Bron: Kempf

Rijden met alleen de handen: Darios, de digitale gas-ring op het stuurwiel

 "De versnellingsring is het beste product op de markt. Het vakmanschap is fantastisch en de betrouwbaarheid ervan is ongeëvenaard. Tot nu toe heb ik in totaal 785.000 kilometer gereden zonder technische problemen. Ja, 785.000 kilometer of 19,6 keer de wereld rond."

Dit is slechts een van de vele enthousiaste klantreferenties van Darios-gebruikers. En geen wonder, Kempf eist immers de hoogste kwaliteit voor zijn producten en biedt zijn klanten 30 jaar garantie op al zijn rijhulpmiddelen.

KEMPF werd in 1955 opgericht door Hans Kempf, die door polio moeilijk kon lopen. Als een enthousiaste monteur, vond hij de gasring uit, om in staat te zijn te rijden met beide handen aan het stuur. Tegen de tijd dat hij in 2002 stierf, had hij hulpmiddelen bij meer dan 100.000 voertuigen ingebouwd.

Het door Kempf ontwikkelde handgassysteem is het enige op de markt dat zich aanpast aan de snelheid van het voertuig: bij lage snelheden is de acceleratie zacht, progressief en zuinig, terwijl het bij hoge snelheden dynamisch is, zodat rijden veiliger is en de bestuurder kan snelle inhaalmanoeuvres nauwkeurig en gemakkelijk uitvoeren. Alle gebruikelijke stuurfuncties, zoals verstelbaarheid, airbag en claxon, blijven behouden. Ook de pedalen blijven functioneel – Darios kan worden gedeactiveerd door middel van een schakelaar, zodat andere bestuurders het voertuig op de gebruikelijke manier kunnen bedienen.

De gas-ring kan worden geïnstalleerd in vrijwel alle auto's met een automatische transmissie. Het past naadloos en stijlvol in het design van het interieur. Bron: Kempf

Precieze acceleratie dankzij vrij bewegende mof

Om te accelereren wordt de ring in de richting van het stuur geduwd. Dit vereist slechts een zeer kleine hoeveelheid kracht (ongeveer drie Newton). De slag tussen stationair en maximale acceleratie is slechts ca. 18 mm. Wanneer het stuurwiel terug gaat naar de rechtuit positie na een bocht, dan maakt de vrij roterende huls een nauwkeurige acceleratie mogelijk wanneer men uit de bocht komt, ongeacht de positie van de hand op het stuur. Beide handen kunnen aan het stuur blijven als Darios in bedrijf is, maar de gasring is ook met één hand te bedienen zodat met de andere hand de handrem kan worden bediend. 

Met zijn fijne lederen bekleding past de gasring harmonieus in het interieur van voertuigen en kan de kleur van het leer worden gekozen indien nodig. Sinds Darios 211 is ontwikkeld, hebben veel auto's nu afgeplatte stuurwielen. Deze gasring is vlak maar is ook voorzien van een vrij roterende huls. Maar hoe kan een afgeplatte ring worden voorzien van een glijdende afdekking? 

Veel nieuwe voertuigen zijn voorzien van vlakke sturen. De gas-ring moest daarom een afgeplat ontwerp hebben voor deze voertuigen en hierdoor liepen de ontwikkelaars tegen enkele lastige technische problemen aan. Bron: Kempf

Meer dan 200 speciale glij-elementen gemaakt van iglidur I3 waarborgen een wrijvingsloos glijden

De nieuwe trend om voertuigen uit te rusten met afgeplatte in plaats van ronde sturen betekende een grote uitdaging voor de ingenieurs van Kempf. Voor een afgeplat stuur, is een afgeplatte gas-ring net zo plat als het stuur noodzakelijk voor zwel technische als esthetische redenen. Het onopvallende apparaat, dat een natuurlijk onderdeel lijkt te vormen van het voertuig, zit in werkelijkheid vol met complexe details. Het uitrusten van een ronde gas-ring met een glijdende mof is relatief eenvoudig. Het afdekken van een afgeplatte gas-ring met een mof die net zo vrij loopt als bij een rond stuur vraagt om een technisch complexe oplossing.  
 
De productontwikkelaars van Kempf vonden deze oplossing is samenwerking met het igus 3D-printteam. In de nieuwe Darios 211, de eerste afgeplatte gas-ring in de wereld, werden additief geproduceerde componenten gemaakt van iglidur I3 polymeer dat geoptimaliseerde glijkarakteristieken kent, gebruikt. De afgeplatte gas-ring bestaat uit meer dan tweehonderd dergelijke elementen die flexibel met elkaar zijn verbonden. Ze vormen een glijring rond de metalen kern van de gas-ring en maken zo een naadloos glijden van de mof mogelijk. Voor deze bijzonder innovatieve oplossing ontving de firma Kempf de bronzen manus onderscheiding op de Hannover Messe in 2019.

Een Darios 211 gas-ring bevat meer dan 200 complexe speciale glij-elementen welke een wrijvingsloos glijden van de leren mof over de metalen ring mogelijk maken. Bron: Kempf

Voordelen van geprinte speciale glij-elementen gemaakt van iglidur I3

De ingenieurs besloten om de complexe speciale glij-elementen in 3D te printen, omdat de vele ondersnijdingen het spuitgieten erg ingewikkeld en dus duur maakten. Additieve productie geeft vrijwel geen beperkingen ten aanzien van ontwerpregels en maakt de productie van componenten met complexe geometrieën voordelig. Het elimineert ook matrijskosten.

Een van de belangrijkste redenen om iglidur I3 als fabricagemateriaal voor het speciale glij-element te kiezen, waren de vaste smeermiddelen die het bevat. Er is geen componentenonderhoud nodig en de levensduur van de componenten neemt aanzienlijk toe omdat er nauwelijks slijtage is. iglidur I3 is een SLS-poeder dat verwerkt kan worden door alle conventionele lasersintering-machines. Het poeder wordt laag voor laag gesmolten met een laser, waardoor fijne structuren nauwkeurig kunnen worden gereproduceerd. Afhankelijk van de grootte van het component, kunnen enkele duizenden stuks worden geproduceerd in een printproces dat ca. 24 uur in beslag neemt. De klant profiteert niet alleen van de hoge kostenbesparingen, maar ook van de snelle fabricage- en levertijd. Een ander speciaal kenmerk dat alleen lasersintering mogelijk maakt in deze vorm is het printen van verpakking voor de fijne onderdelen in hetzelfde printproces. De kosten van het verpakken en het bijbehorende werk worden vermeden en er is geen risico dat losse onderdelen verloren gaan of beschadigd raken.

iglidur I3 is verreweg het meest gebruikte kunststof voor 3D-printen in de igus 3D-printservice. Naast haar geschiktheid voor verschillende glijtoepassingen, laat het haar kracht zien als één van de beste kunststoffen op de markt voor 3D-geprinte tandwielen.