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Die Verfahren der additiven Fertigung scheinen eine vielversprechende Antwort auf viele neuen Anforderungen eines sich ständig ändernden Marktes zu sein. Sie stellen ein höchst dynamisches aufstrebendes Feld dar und werden zunehmend über die Prototypenfertigung hinaus auch in der (Klein-)Serienproduktion eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde ihre grundlegende Eignung, Möglichkeiten und Grenzen für die Herstellung von Federn aus Kunststoff untersucht. Diese grundlegende Eignung der additiven Fertigung für die Herstellung von Kunststofffedern ließ sich hierbei feststellen, insofern die verfahrens- und werkstoffspezifischen Einschränkungen berücksichtigt werden. Es wurde ein Anforderungskatalog an additiv herzustellende technische Federn und eine Bewertungsmethode erstellt, welche die Eignung der Verfahren überprüft und den Anwender bei ihrer Auswahl unter Berücksichtigung von Art, Geometrie und Einsatz der Feder sowie verschiedener Prioritätensetzungen für die Wichtung von bspw. der Nachhaltigkeit, Bauteilqualität oder Verfahrenskosten, unterstützt. Die in dieser Bewertungsmethode abgedeckten Verfahren waren SLA und PolyJet, SLS und MJF, FLM und 3DP. Anschließend wurde in der Testphase eine Reihe an Testfedern verschiedener Geometrien und Arten aus PETG, PLA und TPC entworfen, gedruckt und eine Auswahl in statischen Versuchen auf ihr Federverhalten untersucht. Es wurde eine Reihe an Handlungs- und Gestaltungsempfehlungen abgeleitet, die Hinweise zu grundlegenden Eignung, Konstruktion und zum FLM-Druck verschiedener Federtypen aufführen. Beim Vergleich der gemessenen Federkennlinien mit zuvor auf Basis der durch die Hersteller gegebenen Werkstoff-Kennwerte simulierten Kennlinien ließ sich ein Zusammenhang feststellen. Im Vergleich mit konventionellen Federn mit vergleichbarem Bauraumbedarf und Gewicht konnten sie in den meisten Fällen größere Federraten erreichten. Die drei Werkstoffe wurden im Hinblick auf die Federrate, die Hysterese, das Relaxationsverhalten, die Bruchneigung, die plastische Verformung und Veränderung der Kennlinie über die Versuche und die Reproduzierbarkeit der Bauteileigenschaften in mehreren Drucken verglichen. PETG und PLA erreichten im Schnitt die besten Werte und TPC die niedrigsten.

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten, technische Federn mittels additiver Fertigungsverfahren herzustellen. Dabei werden diese auf die Metallverarbeitung beschränkt. Dazu werden die Verfahren wie auch verschiedene Federtypen vorgestellt. Die Möglichkeiten, Chancen und Probleme der Verfahren werden aufgezeigt, und die Eignung für die Federherstellung bewertet. Darauf aufbauend wird eine Musterfeder konstruiert, und mit dem Verfahren Laserschmelzen gefertigt. Dabei ist der Ausgangspunkt der Konstruktion eine konventionell gefertigte Schraubendruckfeder. Ausgehend von den ermittelten Messergebnissen werden die Feder und das Verfahren bewertet. Durch die Erkenntnisse der Musterfeder können grundlegende Ausblicke für andere additive Verfahren beschrieben werden.

Für die Auslegung von zyklisch beanspruchten Schraubendruckfedern enthält die Norm DIN EN 13906-1 Goodman-Diagramme mit zulässigen Spannungen. Deren Ermittlung liegt Jahrzehnte zurück, weshalb die Norm im Vergleich zum heutigen Stand der Technik zu Ungenauigkeiten in der Federauslegung führt, die je nach Material größtenteils konservativ, teilweise aber auch kritisch im Betrieb sind. Um diese Unzulänglichkeiten zu überwinden, wurden die zulässigen Spannungen in einem Forschungsvorhaben mithilfe der 2020 erstmals erschienenen FKM-Richtlinie für Federn neu ermittelt, mit Schwingversuchen validiert und anschließend neue Schwingfestigkeitsdiagramme erstellt. Weiterhin wurde eine Übertragung der zulässigen Spannungen in den neuen Diagrammen auf andere, ähnliche Schraubendruckfedern entwickelt. Der Beitrag soll die Ergebnisse des Vorhabens zusammenfassen und einen Eindruck vermitteln, welche Einflüsse auf die Schwingfestigkeit nun berücksichtigt werden können, um mit besser passenden Schaubildern konkurrenzfähige Federn in kürzerer Zeit und mit weniger Versuchsaufwand nach dem aktuellen Stand der Forschung auszulegen.

In einem Ende 2018 abgeschlossenen Forschungsprojekt (IGF 1899BR) wurden mathematische Zusammenhänge für das Kriech- und Relaxationsverhalten von Federstahldrähten und daraus gefertigten Schraubendruckfedern auf Basis von zweitägigen bis maximal zweiwöchigen Versuchen erarbeitet. Darauf aufbauend wurde im Nachgang exemplarisch das Langzeitkriechverhalten (etwa ein Jahr) von Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung untersucht.

Die Einsatzgebiete von Drähten sind heute sehr breit gefächert. und eines der wich-tigsten davon sind Stahlseile. Diese Seile werden in vielen verschiedenen Bereichen wie Minen, Ölquellen, Brücken, Kranseile, Turmdrehkrane, Aufzug, Schiffsseile, Angelseile eingesetzt. Es gibt bestimmte Werte, die bei der Herstellung dieser Drähte eingehalten werden müssen. Die Mindestbiegezahl aus diesen Werten ist in DIN EN 10264 - 1...4 angegeben. Die in DIN ISO 7801 angegebenen Biegeradius-Werte variieren je nach Durchmesser des Drahtes, und diese Biegeradius-Durchmesseränderungen wirken sich auf die Dehnung und damit auf die Biegezahl aus. Das Ziel dieser Studie ist es, ein System zu entwerfen, das die Dehnung von Drähten beim Biegeversuch mit unterschiedlichen Durchmessern (0,8-2 (4) mm) konstant hält. Vor Beginn der Konstruktion wurde eine Anforderungsliste für Teilaufgaben erstellt sowie eine Marktforschung durchgeführt. Dann wurden verschiedene Lösungen für Teilaufgaben gefunden. Diese Lösungen wurden mit den Lösungen in früheren Studien verglichen und verschiedene Kombinationen erstellt. Diese Kombinationen wurden untereinander bewertet und das System mit der höchsten Punktzahl wurde ausgewählt. Im letzten Schritt wurden alle Systemdetails gezeichnet. Zu kaufende Teile und alle zu verwendenden Teile sind aufgelistet.