Gelenklager Mit Aluminium-Titan-Kombination Gewicht sparen

Redakteur: Ute Drescher

Lager aus Aluminium-Titan sparen in Verbindung mit Tie-Rods aus Verbundwerkstoffen erheblich Gewicht bei gleicher Belastbarkeit. Davon profitieren Verkehrsflugzeuge.

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„Unsere Aluminium-Titan-Lager eröffnen großes Einsparpotenzial beim Energieverbrauch in der Luft- und Raumfahrt und verbessern so die Wirtschaftlichkeit“, unterstreicht Geschäftsführer Rainer Harter.
„Unsere Aluminium-Titan-Lager eröffnen großes Einsparpotenzial beim Energieverbrauch in der Luft- und Raumfahrt und verbessern so die Wirtschaftlichkeit“, unterstreicht Geschäftsführer Rainer Harter.
(Hirschmann)

Der Treibstoffverbrauch spielt gerade in der Luft- und Raumfahrt eine entscheidende Rolle. Jedes gesparte Kilogramm in der Konstruktion reduziert die Betriebskosten und entlastet die Umwelt. „Unsere zum Patent angemeldeten Aluminium-Titan-Leichtbaulager leisten hier einen guten Beitrag“, erklärt Rainer Harter, Geschäftsführer der Hirschmann Gruppe. Die Neuentwicklung des Unternehmens senkt das Gesamtgewicht und ist gleichzeitig sehr belastbar. „So helfen unsere neuen Lager bei modernen Verkehrsflugzeugen mit einem konstruktionsbedingt hohen Anteil an Gelenklagern Treibstoff einzusparen“, fasst Harter zusammen.

Gewicht erheblich reduziert

Hirschmann hat in Zusammenarbeit mit der österreichischen Firma Teufelberger extrem leichte Tie-Rods (Stabilisatorstangen) mit Aluminium-Titan-Gelenklagern auf den Markt gebracht. Die Kombination besteht aus einem Geflecht hochfester Verbundfasern. Diese Entwicklung ermöglicht ein Produktdesign, das eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei starker Belastbarkeit bietet. Mit den Aluminium-Titan-Gelenklagern hat Hirschmann bereits den Durchbruch im Automobilrennsport geschafft – eine Disziplin, in der Gewichtsreduktion eine ebenso große Rolle spielt wie in der Luft- und Raumfahrt.

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Die Leichtbaulager erreichen identische Leistungswerte wie die bislang verwendete Standard-Lagertechnik, allerdings bei halbem Gewicht. Jetzt ist der Transfer dieser Lagertechnik in die Luft- und Raumfahrt gelungen.

Teufelberger liefert die ultraleichten Tie-Rods als Verbindungsstücke zwischen den Leichtbau-Gelenklagern. Das Unternehmen aus Wels nutzt für seine Stabilisatorstützen eine Flechttechnologie, die für Bauteile mit hohen Anforderungen in der Längsachse hohe Freiheitsgrade bei der Geometrie bietet. Der Preform wird mit Harz injiziert und der Innenkern im Wasserbad gelöst, somit bleibt im Anschluss nur die innen hohle, extrem belastbare Stabilisatorstütze übrig.

Die Endstücke für die Aluminium-Titan-Lager sind mit den patentierten T-Igel-Verbindungen von Teufelberger kombiniert. Sie werden gestaltungsgerecht konstruiert und mit 3D-Druck-Technologie in Titan gefertigt. Auf diese Weise ist ein belastungsorientiertes Produktdesign möglich. Ein spezielles Programm berechnet die individuellen Lastprofile und die Aufnahme der größten Kräfte. Daraus ergibt sich die notwendige und dennoch minimale Materialstärke. Im weiteren Prozess erfolgt die Nachbearbeitung des Lagersitzes für eine exakte Passung.

Hirschmann presst die Gelenklager dann in eine Fassung im Außenteil ein und rollt sie ein, um sie optimal axial zu sichern; Dreh- und Kippmoment sind individuell definierbar. Danach wird eine Dichtung aufgebracht, um das Lager dauerhaft zu schützen und die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.

Die Tie-Rods übertragen Bewegungen und Kräfte optimal, sodass sich aufgrund der kardanischen Aufhängung in Flugzeugen viele Einsatzmöglichkeiten für die Produkte bieten – etwa in Flugzeugtüren oder zur Befestigung des Kabinen­equipments, von Wänden und von Handgepäckablagen.

Warum Hirschmann die Werkstoffkombination Aluminium-Titan für die Gelenklager verwendet, erklärt Rainer Harter: „Bei der Entwicklung haben wir zwei grundsätzliche Anforderungen definiert. Die Gelenklager müssen die gleichen Leistungswerte wie die bislang verwendeten Standard-Lager besitzen, und sie müssen erheblich leichter sein. Beides ist unseren Ingenieuren gelungen.“ So erreicht Hirschmann eine Gewichtseinsparung von etwa 50 % bei identischen Leistungswerten.

Titan – erste Wahl im Flugzeugbau

In der Luft- und Raumfahrttechnik ist der Werkstoff Titan eine feste Größe, da er extrem leicht, außerordentlich belastbar und langlebig ist. Wo immer hohe Festigkeit und geringes Gewicht auf der Liste der Anforderungen stehen, ist dieser Werkstoff daher erste Wahl.

Hirschmann verwendet Titan für den Innenring der Gelenk­lager. Dieser überträgt Kräfte und Bewegung, muss deshalb beweglich und gleichzeitig besonders widerstandsfähig sein. Das hochwertige Material spielt in einer Liga mit Keramik, ist allerdings für Kunden besonders interessant, weil es im direkten Vergleich mit Keramik günstiger ist. Aber: Titan stellt hohe Ansprüche an die Bearbeitung und lässt sich nur schwer kalt umformen. Deshalb setzt Hirschmann bei seinen Leichtbau-Gelenklagern auf eine Materialkombination und verwendet Aluminium für den Außenring.

Die Kunden haben die Möglichkeit, aus dem Sortiment an Aluminium-Titan-Leichtbaulagern als Standardprodukt in einem modularen Baukasten das passende Produkt auszuwählen. Darüber hinaus bietet Hirschmann kundenspezifische Lösungen, das heißt, das Engineering entwickelt Applikationen exakt nach den individuellen Vorgaben des Kunden bezogen auf Einbauraum, Geometrien, Breite, Temperatur, Belastungsfähigkeit sowie Dreh- und Kippmoment. Rainer Harter versichert: „Aufgrund unserer Flexibilität sind wir in der Lage, für praktisch jede Anwendung das geeignete Leichtbaulager zu liefern“. (ud)

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