DER KONSTRUKTEUR 9/2015

19073
9
www.DerKonstrukteur.de
September 2015
Hart im Nehmen
Flanschlager trotzen in Steinsägen
rauen Betriebsbedingungen
Konstruktionselemente
S-förmige Verzahnung als
kompaktes Verbindungselement
Automatisierungstechnik
Mit 3D-Simulation komplexe
Systeme beherrschen
Special Werkzeugmaschinen
CNC erlaubt die einfache
Anbindung von Robotern

EDITORIAL
Die digitale Werkzeugmaschine
Die Digitalisierung schreitet voran! Das gilt für alle Lebensbereiche – vom Smart Home über autonomes Fahren bis
zur intelligenten Fabrik. Wesentliche Grundlagen dieser Entwicklungen sind Netzwerke wie Internet und Intranet,
Cloud-Technologien und große zur Verfügung stehende Datenmengen, die es letztlich erlauben, von Produkten,
Maschinen und Prozessen digitale Abbilder zu erstellen. Das Haus, das Auto oder die Produktionsanlage und
selbst Fertigungsprozesse existieren dann nicht nur in der realen sondern auch in der digitalen Welt. Dies schafft
Vorteile in allen Bereichen – Vorteile die zu revolutionären Entwicklungssprüngen und neuen Problemlösungsansätzen
führen können: zum Beispiel bei Werkzeugmaschinen.
Produktivität steigern, Energie sparen, Ressourcen schonen – das sind seit Jahren die Megatrends in der
industriellen Produktion und damit auch die Anforderungen an das Konstruktionsumfeld von Werkzeugmaschinen.
In der Tat hat hier der Konstrukteur bzw. der Maschinenbauer vielfältige Ansatzpunkte. In der
Vergangenheit wurden viele Einzelmaßnahmen realisiert in Richtung Funktionsintegration,
Verfahrenskombination und -substitution sowie Verbesserung der Leistung und Genauigkeit.
Mit CAM und der kontinuierlichen automatischen Prozessüberwachung und -regelung
durch die CNC-Steuerung wurde die Basis für Prozessstabilität und Prozesssicherheit
gelegt. Mit der Digitalisierung kommt nun der nächste Schritt, der neues Kreativitätspotenzial
in der Entwicklung freisetzen wird.
Die Digitalisierung der Werkzeugmaschine wird daher auf der EMO im Oktober in
Mailand bei vielen Ausstellern thematisiert werden. So wird zum Beispiel bei Deckel
Maho ein „realer“ Prototyp einer „Werkzeugmaschine 4.0“ zu sehen sein, der vom
Sensor bis in die Cloud bestehende Technik mit neuen digitalisierten
Komponenten vernetzt. Bleibt festzuhalten: die reale Werkzeugmaschine wird
nicht durch die digitale ersetzt – die reale wird mit Hilfe ihres digitalen Abbildes
produktiver und effizienter.
Dr. Michael Döppert
Chefredakteur
m.doeppert@vfmz.de
Die Hohlwelle im Griff
Die kompakten SPINEA Präzisionsgetriebe
sind auch mit durchgehender Hohlwelle verfügbar. r.
Dieses Konzept erlaubt einen platzsparenden Einbau
u.
Diese Getriebe werden eingesetzt, wenn Genauigkeit,
hohes Drehmoment, kippsteife Abtriebslagerung und eine
e
kompakte Einbau gefordert ist. Die zentrale Hohlwelle kann zur
Durchführung von Medien, Versorgungsleitungen, Wellen
oder
sogar Laserstrahlen durch die Mitte des Getriebes genutzt werden.
Diese besondere Eigenschaft vereinfacht in vielen Applikationen
erheblich die Konstruktion und spart somit Kosten, Bauraum,
Entwickluns- und Montagezeit. Das Produktsortiment umfasst
auch Sonderlösungen mit einer abgesetzte Vorstufe.
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Der Konstrukteur 9/2015 3

INHALT
16
34
56
Verbinden: Schürmann-Verzahnung als
kompaktes Verbindungselement bietet
große Festigkeit bei kleinem Bauraum
Abfüllen: Kompakte Linearantriebe sorgen
in vollautomatischen Füll- und Verschließmaschinen
für Produktivität und Dynamik
Übertragen: Induktive IO-Link-Koppler
übermitteln in Bearbeitungszentren
Messergebnisse zuverlässig und verlustfrei
RUBRIKEN
3 Editorial
6 KOMMENTAR Werkzeuge und Konstruktion:
Welche Möglichkeiten können Sonderwerkzeuge
in der Produktentwicklung eröffnen?
7 Aktuell
74 SERIE Wie wird die Infrastruktur der
Industrie-4.0-Fertigung aussehen?
73 Impressum und Inserentenverzeichnis
75 Vorschau
KONSTRUKTIONSELEMENTE
8 TITEL Hart im Nehmen: Flanschlager trotzen in
Blocksteinsägen rauen Betriebsbedingungen
12 Entwicklungsaufwand reduzieren: System-
Zahnstangentriebe für Automation und Robotik
16 Kleiner Bauraum, große Festigkeit: Eine innovative
Kreisbogen-Stirnverzahnung als kompaktes
Verbindungselement
20 Ein Werkstoff begeistert: Gewindespindeln aus
Aluminium im Antrieb einer Bustür
22 Intelligent geschmiert: Spezielles Compound löst
Schmierungsprobleme in Wälzlagern
24 Vorteilhaft eingebettet: Verbundseil als Tragmittel im
Aufzugbau spart Platz und mindert Geräusche
28 Zum Schutz der Maschine: Drehmomentbegrenzer
überzeugen aus Funktions- und Betriebskostensicht
15 Produkte
ANTRIEBSTECHNIK
34 Flexibel abfüllen: Kompakte Linearantriebe sorgen in
vollautomatischen Füll- und Verschließmaschinen für
Produktivität und Dynamik
37 Produkte
AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
40 Parallelkinematik für Forschung und Industrie: Hexapod
positioniert schwere Lasten auf den Mikrometer genau
44 Komplexe mechatronische Systeme beherrschen:
3D-Simulation in der Robotik und Automatisierungstechnik
43 Produkte
CAD/CAM/PLM
48 Sauber ausgelegt: Software für die Planung von
Abgasreinigungsanlagen für Schiffe
50 Produkte
WERKSTOFFTECHNIK
52 Mit Elastomeren am Limit? Kunststoffe für Leichtbau
und sportliche Höchstleistungen
53 Produkte
SPECIAL WERKZEUGMASCHINEN
56 Im übertragenden Sinne: Induktive IO-Link-Koppler
übermitteln in Bearbeitungszentren Messergebnisse
zuverlässig und verlustfrei
60 Von Plug-and-Play bis Industrie 4.0: Einbaufertige Linearsysteme
für den Werkzeug- und Sondermaschinenbau
64 Digitalisierung rund um die Werkzeugmaschine: CNC
ermöglicht die einfache Anbindung von Robotern an die
Werkzeugmaschine
66 Auslaufmodell oder zukunftsfähig? Hydraulik in Werkzeugmaschinen
- energieeffizient, intelligent und vernetzt
68 Niedrigere Wellen schlagen: Torsionsschwingungen an
Werkzeugmaschinen reduzieren mit der passenden
Kupplung
72 Flüssiger Wechsel: Hydraulisches Werkzeuglösen macht
Werkzeugmaschinen produktiver
59 Produkte
Titelbild: Findling Wälzlager GmbH, Karlsruhe
4 Der Konstrukteur 9/2015

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AKTUELL
Werkzeuge und Konstruktion
KOMMENTAR
Welche Möglichkeiten können Sonderwerkzeuge in der Produktentwicklung eröffnen?
Für Konstruktionsabteilungen kann es sinnvoll sein, sich
frühzeitig mit dem Thema Werkzeug auseinanderzusetzen. Auch
weil im Prototypenstadium zunehmend Wert auf funktionsfähige
und seriennah gefertigte Produktmuster gelegt wird. Und:
Ein Großteil der späteren Kosten der Fertigung wird bereits in der
Konstruktion festgelegt. Um also wirtschaftlich fertigen zu
können, ist es sinnvoll bereits in der Konstruktionsphase alle
Beteiligten – Konstrukteure, Zerspanungsspezialisten, Vorrichtungsbauer
und Maschinenhersteller – an einen Tisch zu holen.
Dr. Dirk Sellmer, Leiter Versuch und
Entwicklung, Mapal Dr. Kress KG, Aalen
Schon im Entwicklungsprozess können
die optimalen Präzisionswerkzeuge
zum Reiben, Bohren, Fräsen und
Drehen sowie die passende Spanntechnik
speziell auf die jeweilige Bearbeitungsaufgabe
angepasst ausgelegt werden.
Dabei helfen Werkzeugexperten.
Wir von Mapal sind seit vielen Jahrzehnten
auf Sonderwerkzeuge für die Bearbeitung
kubischer Bauteile spezialisiert
und verfügen daher über ein hohes
Prozessverständnis. Wenn wir früh im
Entwicklungsprozess einbezogen werden,
kann dieses Know-how Kunden
zur Verfügung gestellt werden.
Wir können und wollen sie aktiv bei
folgender Frage unterstützen: Wie komplex
darf die Konstruktion werden, um
die Funktionalität des Bauteils zu gewährleisten
ohne eine wirtschaftliche
Fertigung unmöglich zu machen? Zudem
müssen die nötigen Form- und
Lagetoleranzen zwischen Wirtschaft­
lichkeit und Funktionalität richtig eingeordnet
werden. Für Konstrukteure sind
diese Aspekte oft ein Balanceakt. Denn
außergewöhnliche Formen und Konturen
in engen Toleranzen tragen zwar oft der
Funktionalität Rechnung sind aber nicht
oder nur schwer in Serie zu fertigen. Sonderwerkzeuge
helfen hier, die gewünschten
Geometrien zu erzeugen, ohne lange
Bearbeitungszeiten und komplizierte Prozesse
in Kauf nehmen zu müssen. So können
mit speziell ausgelegten Werkzeugen
mehrere Abschnitte der Kontur am Bauteil
in nur einem Arbeitsschritt bearbeitet
werden. Damit werden – trotz eventuell
komplexer Formen – Bearbeitungszeit und
damit Kosten eingespart. Dies ist elementar,
denn Konstrukteure müssen immer
mehr auf die wirtschaftliche Fertigung der
Bauteile achten. Schlussendlich sind es die
Stückkosten, die über den Profit entscheiden.
Zudem bieten Sonderwerkzeuge die Möglichkeit,
in extrem engen Toleranzen zu
fertigen, es kann in anderen Toleranzbereichen
als mit vielen Standardwerkzeugen
gearbeitet werden. Denn nicht nur
das Werkzeug kann speziell auf die individuellen
Anforderungen abgestimmt werden,
sondern auch die eingesetzte Schneide.
So lässt sich in Sonderschneiden die
Kontur des Werkstücks abbilden, beispielsweise
bei Radien oder Fasen mit
engen Form- und Lagetoleranzen. Zudem
sind diese komplexen Schneiden im
Werkzeug feinjustierbar, das heißt es kann
auf Einflüsse während der Zerspanung
entsprechend reagiert werden. Wenn allerdings,
beispielsweise aufgrund sehr kurzer
Vorlaufzeiten oder einer hohen Zahl an
unterschiedlichen Varianten der Bauteile,
auf Sonderwerkzeuge verzichtet
werden soll, bieten wir von Mapal mit
mechatronischen Werkzeugsystemen
die nötigen Freiheiten sowohl für die
Herstellung von Prototypen für die Erprobung
als auch für die Fertigung in
Großserie. So eröffnet das Aussteuersystem
Tooltronic ein breites Einsatzspektrum
und ist flexibel einsetzbar.
Bearbeitungen von Bauteilen, die ansonsten
nur mit Sondermaschinen oder
mit sehr speziellen Werkzeugen ausführbar
sind, werden durch das mechatronische
System auch mit Standardwerkzeugen
möglich. Runde Profilbohrungen
und Einstiche rechtwinklig zur Achse,
unterschiedlichste Konturen oder Hinterschnitte,
sowie Formbohrungen im
Pleuel und im Ventilblock werden bereits
erfolgreich bei Kunden umgesetzt.
Grundsätzlich gilt: Je flexibler Werkzeuge
und Werkzeugsysteme sind,
umso mehr Spielraum haben Konstrukteure
bei der Entwicklung von Produktvarianten
und neuen Produkten.
Zusammengefasst sind es nicht nur die
bauteil spezifischen Sonderwerkzeuge,
die Möglichkeiten in der Produktentwicklung
eröffnen. Auch mit Standardwerkzeugen
und den entsprechenden
mechatronischen Systemen sind zahlreiche
Bearbeitungsaufgaben und
Geometrien flexibel und schnell
realisierbar.
www.mapal.com
6 Der Konstrukteur 9/2015

Sensor+Test stabil auf hohem Niveau
AKTUELL
Auch in diesem Jahr hat die Sensor+Test in Nürnberg ihre Bedeutung
als relevante Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik
wieder nachhaltig bestätigt. Die jetzt vorliegenden Ergebnisse der
Besucher- und Ausstellerbefragung belegen kaum mehr steigerungsfähige
Zufriedenheitswerte: So zeigten sich nicht weniger
als 99 % aller befragten Besucher zufrieden bis sehr zufrieden mit
dem Angebot und den Informations- und Kontaktmöglichkeiten
auf der Sensor+Test 2015. Dem durch den Bahnstreik am zweiten und dritten Messetag bedingten
Besucherrückgang um insgesamt ca. 10 % steht eine Zunahme des Anteils von Besuchern
aus Nicht-EU-Staaten und aus außereuropäischen Ländern gegenüber.
Die Sensor+Test 2016 – mit dem Sonderthema „Messtechnik in der Cloud“ – wird vom
10. bis 12. Mai wiederum im Nürnberg stattfinden, dann begleitet von der 18. GMA/ITG-
Fachtagung „Sensoren und Messsysteme“ und der 36. European Telemetry and Test Conference
etc2016. Außerdem wird die Messe im nächsten Jahr erstmals in den Hallen 1, 2 und 5
des Messegeländes stattfinden. „Erstmals seit vielen Jahren können wir aktiv auf Wünsche
nach Veränderung und Vergrößerung der Standflächen eingehen und auch neuen Ausstellern
attraktive Platzierungen anbieten. Damit sind die Weichen für ein weiteres solides Wachstum
der Sensor+Test gestellt“, so Holger Bödeker, Geschäftsführer der AMA Service GmbH.
www.sensor-test.com
Mayr Antriebstechnik setzt Expansionskurs fort
Das Unternehmen Mayr Antriebstechnik expandiert und erweitert
den Firmenkomplex am Stammsitz Mauerstetten im Allgäu.
Im Laufe des Jahres soll mit dem Bau des neuen Kommunikationszentrums
begonnen werden, in dem der Spezialist für Kupplungen
und Bremsen künftig u. a. Tagungen, Schulungen und
Sonderveranstaltungen abhalten möchte. Ein Ausbau der Fertigungs-
und Lagerflächen soll in naher Zukunft folgen. „Die
hohen Investitionen dienen der Stabilität und langfristigen
Standortsicherung im Allgäu, wo unser Unternehmen seit seiner
Gründung 1897 fest verwurzelt ist“, erläutert Geschäftsführer Günther Klingler.
Neben Mauerstetten baut Mayr Antriebstechnik zurzeit auch die Standorte in China und
Polen aus. So eröffnete das Unternehmen im Juni 2015 eine neue, 6000 m 2 große Produktionshalle
für das Werk Mayr Polen in Ostrzeszow. Klingler: „Mit der neuen Halle schaffen
wir Arbeitsplätze und sind gut aufgestellt, um auch in Zukunft erfolgreich zu arbeiten. Denn
Mayr Polen – als großer Produktionsbereich mit derzeit rund 260 Mitarbeitern – ist ein
wichtiger Garant für die zukünftige Entwicklung und den Erfolg der Mayr-Gruppe insgesamt.“
Durch das Werk in Polen ließen sich am Stammsitz nicht nur Arbeitsplätze halten,
sondern die Kapazitäten vor allem im Bereich der Schlüsseltechnologie auch erweitern
und aufbauen.
www.mayr.com
Hybrid Expo 2015: Elektronikbranche im Fokus
„Die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe bleibt eine große Herausforderung für die
Zukunft. Bei den Entwicklern und in der Industrie wird immer stärker nicht nur an Lösungen
aus einzelnen Materialien gedacht, sondern an deren geeignetes Zusammenspiel.“ Das
ist eine zentrale Aussage des Ausblicks im Composites-Marktbericht 2014 der Industrievereinigung
Verstärkte Kunststoffe e. V. (AVK).
Vor allem in der automobilen Elektronik substituieren hybride Lösungen dank zahlreicher
Vorteile zunehmend traditionell gefertigte Baugruppen. Doch die Experten verweisen darauf,
dass „die Entwicklung von Hybridstrukturen eng mit der Entwicklung der entsprechenden
Herstellungsverfahren verknüpft ist, die den spezifischen Anforderungen und Einschränkungen
der beteiligten Werkstoffe gleichermaßen gerecht werden müssen“. Die internationale
Fachmesse Hybrid Expo gibt Unternehmen, die sich mit solchen Prozessen beschäftigen
und Produkte zur Marktreife bringen, eine Plattform. Vom 22. bis 24. September
2015 präsentieren sich auf der Messe in Stuttgart zahlreiche Aussteller aus diesem Bereich.
www.hybrid-expo.com
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KONSTRUKTIONSELEMENTE I TITEL
Hart im Nehmen
Flanschlager trotzen in Blocksteinsägen rauen Betriebsbedingungen
Der Einsatz in Baumaschinen stellt Gehäuselager vor extreme Herausforderungen:
Staub und Dreck, hohe Temperaturschwankungen und
nicht zuletzt Stöße und Vibra tionen sind an der Tagesordnung. Robuste
Flanschlager haben mit diesen Extrembedingungen keine Probleme.
Kernbohren, Tischsägen, Fugenschneiden,
Wand-/Seilsägen und Schlamm-
Recycling – Maschinen für diese vielfältigen
Tätigkeiten bietet die Firma Gölz an. Zum
Sortiment zählt auch die Blocksteinsäge
BS650. Dabei handelt es sich um eine leistungsstarke
Maschine zum Trennen von
Großblocksteinen wie z. B. porosierte Mauerziegel,
Bims, Kalksandstein, Gasbeton
und Beton. Sie verfügt über einen verwindungssteifen
Rohrrahmen mit Kranösen
und einen gefederten Schneidkopf;
per Handhebelvorrichtung ist die Maschine
höhenverstellbar. Die BS650 ist für den
Dauereinsatz auf der Baustelle konzipiert
und dementsprechend robust ausgeführt –
das gilt für alle Komponenten, so auch die
verbauten Flanschlager, die Findling Wälzlager
zuliefert.
„Wir arbeiten schon seit vielen Jahren mit
Findling zusammen“, sagt Herbert Schulte,
Leiter Entwicklung und Konstruktion bei der
Gölz GmbH. Der Baumaschinen-Hersteller
schätzt die kostengünstigen und zugleich
qualitativ hochwertigen Lager des Wälzlager-Experten
und verbaut sie außer in der
Blocksteinsäge noch in weiteren Produkten.
Robust und wirtschaftlich
In der Blocksteinsäge werden Flanschlager
des Typs UCFL-206 verwendet, die die
Motorwippe und die Schneidwelle lagern.
Die Anforderungen dabei sind hoch: Die
Schneidwelle wird mit einem Riementrieb
vom E-Motor angetrieben. Die Drehzahl
beträgt 1020 min -1 . Auf der Schneidwelle
befindet sich ein Flansch zur Aufnahme der
Diamant-Trennscheibe mit einem Durchmesser
von 650 mm. Diese schneidet im
Betrieb den Stein und wird dabei mit Wasser
gekühlt. Dabei entstehen Hitze bzw.
Abkühlung, Staub, Schlamm, Vibrationen
und Stöße.
Das Flanschlager des Typs UCFL-206
kommt mit diesen besonderen Herausforderungen
ohne Probleme zurecht. Die
Lagereinheit besteht aus einem Zweiloch-
8 Der Konstrukteur 9/2015

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KONSTRUKTIONSELEMENTE I TITEL
01 Die Rillenkugellager der Xforce-Serie bieten eine überdurchschnittliche Lebensdauer
02 In den Blocksteinsägen von Gölz sind die
Flanschlager harten Umgebungsbedingungen
ausgesetzt
flanschlagergehäuse des Typs FL-206 und
einem passenden Lagereinsatz UC-206, den
Gölz in einer D1-Ausführung bezieht. Es
handelt sich dabei um ein Flanschlager mit
Lebensdauer drastisch reduzieren kann.
Die Nachschmierung kann jedoch Abhilfe
schaffen: „Bei diesem Vorgang werden
Fremdpartikel ausgestoßen und die
Die Kombination aus robuster Konstruktion und optimaler
Befettung wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Lager aus
aus Blankmaterial bestehen, sodass keine
speziellen Nachbearbeitungsprozesse notwendig
sind, um die Fertigungstoleranzen
für die Welle einzuhalten.“ Eine einfache
Montage und Demontage ermöglicht kurze
Wartungs- und Instandhaltungszeiten. Bei
den Gehäuselagern der UC-Serie ist, dank
der Befestigung über die beiden Madenschrauben,
ein unkomplizierter Austausch
der Lager gewährleistet.
einer zylindrischen Bohrung, das mit zwei
Madenschrauben an der Welle befestigt
wird. D1-Ausführung bedeutet, dass der
Anwender das Lager in regelmäßigen Zeitabständen
von außen nachschmieren
kann. Diese Lösung eignet sich gerade für
Sägemaschinen optimal. Beim Sägevorgang
entsteht sehr viel Staub, der in das
Innere der Lager eindringen und somit die
Lebensdauer wird durch einen neuen
Schmierinhalt deutlich verlängert“, weiß
Volkan Yilmaz, Anwendungstechniker bei
Findling Wälzlager.
Generell sind Gehäuselager nicht nur besonders
robust, sondern auch eine wirtschaftliche
Wahl. „Bei ihnen werden keine
Passungen auf den Lagersitzen benötigt“,
erklärt Volkan Yilmaz. „Die Welle kann also
Langlebig unter
extremen Belastungen
Unter der Bezeichnung eXtreme findet sich
bei Findling Lagertechnik für außergewöhnliche
Einsatzbedingungen. Verfügbar
sind vier Lagerserien u. a. solche für Washdown-Anwendungen
für große Kälte und
Hitze und hohe Geschwindigkeiten. Die in
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10 Der Konstrukteur 9/2015

TITEL I KONSTRUKTIONSELEMENTE
den Blocksteinsägen zum Einsatz kommenden
Lager gehören zur Xforce-Serie, mit der
Findling robuste Lösungen für schwere Lasten
bietet. Der Anbieter hat die Serie kürzlich
um neue, besonders langlebige Gehäuselager
für den Schwerlastbereich ergänzt.
Diese trotzen auch hohen Belastungen und
rauen Umgebungsbedingung und eignen
sich somit zum Beispiel für den Einsatz in
Förderstraßen, Baumaschinen, dem Anlagenbau,
der Landwirtschaft oder im klassischen
Schwermaschinenbau.
Für extreme Belastungen der Gehäuse
bietet Findling die Ausführung „Extra Solid“
an. Durch eine verstärkte Basis ist das Gehäuse
wesentlich unempfindlicher gegen
Bruch, die Belastbarkeit erhöht sich um ein
Vielfaches. „Durch die massive Befestigungsfläche
wird ein Bruch der Stege durch
Überbelastung vermieden“, erklärt Steffen
Reinbold, Leiter Technik und Entwicklung
bei Findling. „Während es im Test bei
speziellen Überbelastungs-Szenarien zum
Bruch des Lagereinsatzes kam, hielt das
Gehäuse selbst den enormen Belastungen
unversehrt stand.“
Neben den konstruktiven Maßnahmen
wird eine Verbesserung der Lebensdauer
vor allem durch den Einsatz von Sonderfetten
mit Hochlastadditiven, sprich EP-Zu-
sätzen, erzielt. Diese haben besondere verschleißmindernde
Eigenschaften und gewähren
einen ausgezeichneten Korrosionsschutz.
Die Kombination aus robuster
Konstruktion und optimaler Befettung wirkt
sich positiv auf die Lebensdauer der Lager
aus: Gemäß repräsentativen Vergleichstests
mit ausgewählten Typen konnte gegenüber
Premium-Produkten mit handelsüblicher
Standardbefettung und Ausstattung eine
6- bis 15-fache Steigerung der Lebensdauer
nachgewiesen werden. „Aber auch die
Rillenkugellager der Xforce-Serie und generell
alle Produkte unseres eXtreme-Sortiments
bieten eine überdurchschnittliche
Lebensdauer“, berichtet Reinbold.
Bilder: Aufmacher: Fotolia, 01+ 03 Findling, 02 Gölz
www.findling.com
03 Beim Xforce-Gehäuselager (unten) ist die Basis im Vergleich zur Standard-Version
(oben) verstärkt, das macht sie um ein Vielfaches belastbarer
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Entwicklungsaufwand reduzieren
System-Zahnstangentriebe für Automation und Robotik
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Zahnstangentriebe punkten seit Jahren im Maschinen- und Anlagenbau
mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten, fast unbegrenzten Verfahrwegen
und großer Positioniergenauigkeit. Erst in den letzten Jahren unterstützen
die Hersteller mit kompletten Zahnstangentrieb-Systemen den Markt im
Bereich der hochpräzisen und dynamischen Linearantriebe. Hier wird jetzt
ein System vorgestellt, das Mid-End-Anwender aus der Automatisierungstechnik
und Robotik anspricht.
01 Ritzelbefestigung mit Spannsatz
Johannes Kübler, STÖBER Antriebstechnik,
Pforzheim
Die vielfältigen Vorteile von Zahnstangentrieben
wissen Ingenieure zu schätzen.
Ihr Funktionsprinzip ist einfach und
der Entwurf eines einfachen Zahnstangentriebes
gehört zur Grundausbildung jeden
Konstrukteurs. Unzählige dieser Eigenkonstruktionen
versehen heute zuverlässig ihren
Dienst in einer Vielzahl von Maschinen
und Anlagen. Solide ausgelegt, erfüllen sie
ihre Aufgaben.
Betrachtet man die reinen Material kosten,
sind diese Lösungen sehr kostengünstig. Bezieht
man alle Entwicklungs-, Wartungsund
Reparaturkosten in die Rechnung ein,
entpuppen sich Eigenkonstruktionen oft als
Kostenfalle. Zudem steigen die Anforderungen
an die Linearantriebe kontinuierlich. Sie
sollen kompakter, ein facher zu handhaben
und prozesssicher werden. Entsprechend
müssen die Zahnstangentriebe weiterentwickelt
und optimiert werden.
Im High End Segment der Werkzeugmaschinen
haben sich seit einigen Jahren
Zahnstangentrieb-Systeme etabliert. Es
sind hocheffiziente Komplettlösungen.
Mit seinem HighForce-System ZTRS hat
der Antriebsspezialist Stöber bereits vor
zwei Jahren Zeichen bei der Präzision, einfacher
Montage, Leistungsdichte und der
Dynamik gesetzt.
Jetzt hat das Unternehmen sein Zahnstangentrieb-System
ZV vorgestellt, das für
den Bereich Automation und Robotik konzipiert
ist. Es bietet montagefertige Lösungen
im mittleren Anforderungsbereich, bei
denen die Ansprüche an die Belastbarkeit
und die Genauigkeit den Aufgaben entsprechend
angepasst sind.
Zahnstangentrieb mit System
Basis für die ZV Zahnstangentrieb-Systeme
sind einsatzgehärtete und geschliffene
Ritzel der Verzahnungsqualität 7 sowie die
darauf genau abgestimmten Zahnstangen
des Kooperationspartners Atlanta mit speziell
gehärteter und geschliffener Verzahnung.
In dem umfassenden System sind
die Ritzel u. a. für den Einsatz mit Stöber
ServoFit Servogetrieben mit Vollwellenabtrieb
ausgelegt. Dabei können die Anwender
zwischen Ausführungen mit bündiger
Ritzelverzahnung zum Wellenende oder
zur Wellenschulter wählen. In dem System
sind alle Welle-Nabe-Verbindungen spiel-
12 Der Konstrukteur 9/2015

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KONSTRUKTIONSELEMENTE
frei, schrumpfgeklebt und passfederverbunden
realisiert.
Für die unterschiedlichen Einsatzfelder
steht eine Vielzahl von Getrieben zur Auswahl,
angefangen von Planeten- und Präzisions-Planetengetrieben
über Servowinkel-
bis zu hochsteifen Winkelgetrieben.
Mit ihnen lassen sich Beschleunigungs-
Vorschubkräfte bis zu 16 kN realisieren. Da
das zulässige Linearspiel des Ritzel-Zahnstangen-Systems
im Wesentlichen von den
Faktoren Getriebespiel, Durchmesser des
Abtriebsritzels sowie der Bauart und
Qualitätsklasse der Zahnstange abhängt,
variiert es je nach Ausführung zwischen 11
bis 99 μm.
Perfekt eingestellt
und geschmiert
Bei Zahnstangentrieben bilden Ritzel und
Zahnstange erst nach der Endmontage eine
Einheit, die von den Monteuren exakt hergestellt
werden muss. Wenn der Achsabstand
zwischen Ritzel und Zahnstange
nicht genau justiert ist, arbeiten die Zahnstangentriebe
mit erhöhtem Verschleiß und
unpräzise. Ohne unterstützende Einstell-
hilfen ist eine exakte Justierung zeitaufwändig
und kostspielig.
Stöber hat für sein System eine kostengünstige
und zeitsparende Lösung in Form
von Einstellplatten entwickelt. Zwischen
Maschinenwand und dem Getriebe montiert,
lässt sich mit ihrer Hilfe der Achsabstand
zwischen Ritzel und Zahnstange über
eine Einstellleiste oder optional über vier
Zylinderschrauben fein abgestimmt und
exakt justieren.
Speziell für die kontinuierliche Schmierung
des ZV-Systems hat Stöber ein
Schmiersystem entwickelt. Ein genau auf
Zahnstange bzw. Ritzel abgestimmtes Filzzahnrad
überträgt den Schmierstoff. Die
Fettversorgung kann dezentral über einen
automatisierten Schmierstoffgeber oder
über eine zentrale Schmierstoffversorgung
Maschinenbauer müssen ihre
Zahnstangentriebe nicht selbst
konstruieren und berechnen
erfolgen. Ein auf das System abgestimmter
Spannsatz rundet das Programm ab. Er ermöglicht
es, auf einfache Weise das Ritzel
kraftschlüssig mit dem nachgeschalteten
Getriebe zu verbinden.
Zum Zahnstangen-Antriebsstrang gehört
auch ein umfassendes Angebot an kompakten,
leistungsstarken Synchronmotoren
und Antriebsreglern. Zudem stellt Stöbber
Kunden auf Wunsch eine Konfigurationssoftware
zur Verfügung, mit der sich die
meisten Zahnstangentriebe zuverlässig
auslegen lassen.
02 System-Zahnstangentrieb mit Einstellplatte mit Justiereinrichtung und Schmierritzel
www.stoeber.de
Perforierte Stahlbänder beschleunigen Produktionsprozess
Belt Technologies hat ein gelochtes Stahlband entwickelt, das bei
einem technologisch führenden Unternehmen in der Verfahrensherstellung
zur Trennung von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen
zur Anwendung kommt. Das Stahlband wird eingesetzt, um
vorbeschichtete Blutfilterelemente durch eine Heißluft-Trockenkammer
zu bewegen, wodurch der Produktionsprozess erheblich
beschleunigt werden konnte. Damit wurde bei der Porous Media
Corporation of St. Paul in Minneapolis der Maschinenwirkungsgrad
auf 96-98 % angehoben.
Die große Bandperforation ermöglicht maximalen Luftstrom durch
ein oberes und ein unteres Band, wodurch eine komplette Trocknung
der Flüssigbeschichtung stattfindet. Die nahtlose, nicht elastische
Oberfläche des Bandes schaltet das Eindringen von angehäuften
Partikeln in den Produktionsraum aus. Dadurch ist ein
völlig sauberer Prozess gegeben, was laut Belt mit keinem anderen
Bandmaterial zu diesem Standard ermöglicht werden kann.
Gleichzeitig mit der
Filterproduktion
kann eine periodische
Reinigung
des Bandes stattfinden,
wodurch
unnötiges Anhalten
der Produktion vermieden
werden
kann. Damit wird
ein Maschinenwirkungsgrad
von über 90 % erreicht. Durch die nichtelastischen
Bandeigenschaften werden besseres Positionieren und höhere
Genauig keiten ermöglicht.
www.belttechnologies.co.uk
14 Der Konstrukteur 9/2015

Erhöhung der Lebensdauer von Spindellagern in Bearbeitungszentren
KONSTRUKTIONSELEMENTE
Im Rahmen des „Added Value
Programms“ (AIP) unterstützte NSK
einen Automobilhersteller bei der
Erhöhung der Lebensdauer von Spindellagern
in Bearbeitungszentren. Die
Spindellager der Bearbeitungszentren,
die ein Automobilhersteller in einem
Produktionsbereich einsetzte, erreichten
nur eine Standzeit von etwa zwölf Monaten. Der Automobilhersteller
wandte sich an die Wälzlager-Experten, die im Rahmen
des AIP-Programms zunächst die Umgebungsbedingungen sowie
die Lager selbst untersuchten. Dabei zeigte sich, dass die vorzeitigen
Ausfälle der Hochgenauigkeits-Schrägkugellager auf externe
Verunreinigungen zurückzuführen waren. Folglich empfahl NSK
den Einsatz von abgedichteten Lagern mit berührungsloser
Dichtung. Diese Empfehlung wurde zunächst probeweise an
einem Bearbeitungszentrum umgesetzt. Das Ergebnis: Nach
36 Monaten waren die abgedichteten Hochgenauigkeits-Schrägkugellager
noch immer im Einsatz. Und da sich noch keine
Ausfallerscheinungen bemerkbar machten, war bzw. ist eine noch
längere Standzeit zu erwarten. Daraufhin beschloss der Automobilhersteller,
sukzessive alle Spindellager in dieser Abteilung – je
acht Spindellager an 15 Maschinen – entsprechend umzurüsten.
Zum AIP-Programm gehört grundsätzlich auch eine Kostenbewertung
der empfohlenen Maßnahmen. In diesem Fall ergibt
sich eine jährliche Einsparung von rund 16 800 Euro, die im
Wesentlichen aus dem Wegfall der Lagermontage und
-demontage resultiert.
www.nskeurope.de
Mechatronische
Antriebstechnik
Wittenstein bietet ein umfangreiches
Portfolio an Motoren,
Getrieben, Antriebssystemen
und mechatronischen
Komplettlösungen. Eine der
neuen Entwicklungen sind die
spielarmen Planetengetriebe
SP+ High Speed, die sich
besonders für Applikationen
mit höchsten Geschwindigkeiten
im Dauerbetrieb eignen.
Auch hat das Unternehmen
Planetengetriebe mit EHEDG-
Zertifizierung im Programm
und deckt damit unter
05.-08.10.2015
HALLE 8 | 8214
05.-08.10.2015
HALLE 8 | 8214
anderem die Anforderungen
der lebensmittelverarbeitenden
Industrie ab. Der Schritt von
spielarm zu spielfrei gelang
dem Hersteller mit dem
Galaxie-Antriebssystem.
Besonders hervorheben
möchte Wittenstein die
Linearaktuatoren Cyber Force
Motors (Bild). Sie erlauben das
Nachschmieren der Spindel im
laufenden Betrieb – also ohne
wartungsbedingten
Maschinenstillstand.
www.wittenstein.de
DIE PRÄZISEN
EXAKT UND SPIELFREI: UNSERE METALLBALGKUPPLUNGEN.
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RW-KUPPLUNGEN.DE
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DIE KUPPLUNG.
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Kleiner Bauraum, große Festigkeit
Eine innovative Kreisbogen-Stirnverzahnung als kompaktes Verbindungselement
Martin Möller, Johannes Thomas,
Bernd Künne
Verbindungselemente sind in
einem System bei einer Übertragung
von Kräften oder Momenten
eine potenzielle Schwachstelle.
Materialanhäufungen sollen dem
oftmals entgegenwirken. Die
Schürmann-Verzahnung als
innovatives Verbindungselement
benötigt nur geringen Bauraum
bei einfacher Herstellung.
M.Sc. Martin Möller, Johannes Thomas und
Prof.Dr.-Ing. habil. Bernd Künne
Technische Universität Dortmund, Fakultät
Maschinenbau, Fachgebiet Maschinenelemente,
Dortmund
Der Ursprung einer Idee ist häufig in den
einfachen Dingen zu finden. So ist die
Quelle bei dieser innovativen Verzahnung
bei dem unkomplizierten Buchstaben „S“
zu finden. Die Weiterentwicklung dieses
Gedankens ließ eine Plankeil-Kreisbogen-
Stirnverzahnung entstehen, die durch die
Fortführung der „S“-Kontur halbkreisförmige
Verläufe eines Keilprofils aufweist.
Benannt ist die Schürmann-Verzahnung
nach ihrem Erfinder Herrn Prof. Dr. Erich
Schürmann.
Reib- und formschlüssig
Diese patentierte Verzahnung ist im Gegensatz
zu konventionellen Verbindungen
sowohl reib- als auch formschlüssig. Dies
ermöglicht die Aufnahme hoher Kräfte und
Momente. Aufgrund der vollflächigen Verbindung
wird der gesamte Stirnquerschnitt
zur Übertragung der Kräfte und Momente
verwendet. Durch den keilförmigen Querschnitt
der Verzahnung wird eine spielfreie,
reibschlüssige Kraftübertragung ermöglicht.
Dadurch ist die Schürmann-Verzahnung
besonders für dynamische Belastungen
geeignet. Zusätzlich eingebrachte Bohrungen
können für die Aufbringung einer
axialen Verspannung der Verbindungselemente
genutzt werden.
Als nennenswerter Vorteil ist der geringe
Bauraum der Schürmann-Verzahnung zu
nennen, der lediglich durch die Tiefe des
Profils gegeben ist. Je nach Gestaltung passen
die beiden Verzahnungspartner entweder
alle 180° oder alle 360° zu einander,
wodurch eine sichere und einfache Montage
gewährleistet wird. Aufgrund der zentrierend
wirkenden, keilförmigen Nuten ist
die Verbindung spielfrei. Justagearbeiten
werden dadurch minimiert.
Die Schürmann-Verzahnung ist aufgrund
ihrer vorteilhaften Eigenschaften in einem
weiten Anwendungsspektrum einsetzbar.
Allgemein ist die Schürmann-Verzahnung
überall dort sehr gut geeignet, wo Querkräfte,
Längskräfte und Momente übertragen
werden. So bestehen Anwendungsmöglichkeiten
bei der Verbindung von Wellen, Ach-
16 Der Konstrukteur 9/2015

y ACE
S E R V
I C E

KONSTRUKTIONSELEMENTE I XXX
01 Anwendungsbeispiel in Getrieben zur Verbindung von Wellen (links) und Achsen (rechts)
02 Die Schürmann-Verzahnung angewendet
auf eine Flanschverbindung
03 Die geometrische Zusammensetzung des
Schürmann-Verzahnungsbildes
Auf einen Blick
Die Eigenschaften der Schürmann-Verzahnung
n Vollflächig
n Formschlüssig
n Reibschlüssig
n Übertragung hoher Kräfte und
Momente (Quer- und Längskräfte
sowie Dreh- und Biegemomente)
n Gut geeignet für dynamische
Belastungen
sen und Flanschen. Realisierbar sind
z. B. Rad- oder Wellenverbindungen in
Getrieben, da dort hohe Kräfte und Momente
übertragen werden. Der geringe
Platzbedarf der Verzahnung ist u. a. im
Automobilbau ein entscheidender Vorteil,
da vor allem bei Elektrofahrzeugen platzsparende
Getriebe gesucht werden.
Des Weiteren birgt die Nutzung der Verzahnung
auf Flanschplatten das Potenzial
einer enormen Steigerung der übertragbaren
Kräfte und Momente, wodurch die Verbindung
zu einem Hochleistungsflansch
mit höchster Präzision wird. Durch die gegebene
Möglichkeit der Demontage, die die
Schürmann-Verzahnung mitbringt, besteht
ein erheblicher Vorteil gegenüber Schweißverbindungen.
So können beispielsweise
Maschinengestelle zerlegt werden, um sie
logistisch einfacher zu handhaben. Dies
spart nicht nur Transportkosten, sondern
erleichtert auch die innerbetriebliche
Fertigung. Aufgrund der, durch die Verzahnung
gegebene, eindeutigen Lage der
Bauteile zueinander wird Montagefehlern
vorgebeugt.
n Spielfrei, da Nuten die Bauteile
zentrieren (Flankenwinkel)
n Bauteillage zueinander eindeutig
ausrichtbar (zu 180° oder 360°)
n Wiederholgenau
n Minimaler Bauraum
n Kostengünstige Herstellung
n Fest sitzende, aber lösbare Verbindung
Erzeugt wird die Schürmann-Verzahnung
durch halbkreisförmige Nuten, die auf die
Stirnfläche eingebracht werden. Übrig bleiben
Stege, die idealerweise in die Nuten des
korrespondierenden Verzahnungspartners
passen. So kann die Verzahnung mit nur
einem Fräsdurchgang (z. B. mit einem Fingerfräser)
leicht gefertigt werden.
Die Nuten verlaufen entlang von
halbkreisförmigen Bahnen, die zu unterschiedlichen
Radiusmittelpunkten gehören.
Der Abstand der Radiusmittelpunkte
muss ein ganzzahliges Vielfaches der
Nutbreite sein, um einen stetigen Übergang
zu gewährleisten.
Auf dem Prüfstand
Das Fachgebiet Maschinenelemente der
TU Dortmund erforscht momentan die
neu artige Kreisbogen-Stirnverzahnung intensiv
in anwendungsorientierten Forschungsprojekten.
Ziel dabei ist es Gestaltungs-
und Auslegungsvorschriften zu entwickeln
und so eine optimale Verzahnungsgeometrie
für den jeweiligen Anwendungsfall zu
finden. Eigens hierfür wurden Versuchsstände
entworfen, mit denen sowohl statische als
auch dynamische Belastungen aufgebracht
und deren Auswirkungen messdatentechnisch
erfasst werden können.
Erste Untersuchungen lieferten maximale
statische Drehmomente von 24 000 Nm bei
Wellen aus Federstahl (52CrMoV4) mit
einem Durchmesser von 72 mm. Für dynamische
Belastungen wurde der Dauerfestigkeitsnachweis
bei ± 3000 Nm erbracht.
Weitere Informationen zur Schürmann-Verzahnung
finden sich auf www.invenion.eu.
Bilder: Invenion GmbH
www.maschinenelemente.info
18 Der Konstrukteur 9/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Drehmomentkugelbuchsen:
Sortiment erweitert
Dr. Tretter hat sein Angebot an
Drehmomentkugelbuchsen
erweitert und für die komplette
Baureihe nun einen eigenen Katalog
herausgegeben. Die Kugelbuchsen
können Drehmomente übertragen
und abstützen – jeweils bei gleichzeitiger
Translation. Bei der Übertragung
erfüllen sie die Funktion einer
Vielkeilwelle. Durch das Wälzelement
Kugel tritt kein Stick-Slip-Effekt
auf, außerdem läuft die Kugel in
eingeschliffenen Nuten und lässt
damit höhere Belastungen zu.
Translationsbewegung und Reversierbetrieb geschehen ruckfrei.
Als Drehmomentabstützung übernimmt die Kugelbuchse die
Aufgabe einer Profilschienenführung oder von zwei parallelen
Rundführungen. Eine Variante ist die Drehmoment-Flanschkugelbuchse.
Je nach Größe hat sie einen abgeflachten oder
runden Flansch. Bei der Rotations-Drehmoment-Kugelbuchse ist
der Außenring drehbar gelagert. Sie kann gleichzeitig Linear- und
Rotationsbewegungen aufnehmen. Hier wurden zwei weitere
Typen für höhere Drehzahlen ergänzt.
www.tretter.de
Stahlprofile nach Maß
Promotech ist ein dynamisch wachsendes türkisches
Unternehmen für die Entwicklung und Herstellung von
kalt gezogenen Stahlprofilen und Spezialprofilen. In enger
Zusammenarbeit mit den Kunden werden anwendungsspezifische
Lösungen erarbeitet. Das Angebot reicht von der Entwicklung bis
zur Serienfertigung. Die meist verarbeiteten Stahltypen sind
42CrMo4, SAE8620, 18NiCrMo5, 14NiCr14, C45, X20Cr13 und
X30Cr13. Es werden Profillängen nach Kundenanforderungen bis
zu 9 m hergestellt, mit einer Geradheitstoleranz von 1 mm/m. Die
Rauheit liegt im Allgemeinen bei Ra ≤3,2 ( wenn gewünscht auch
besser). Die Toleranzen liegen bei ± 0,10 mm.
www.promotech.com.tr
WERKSTÜCKSPANNUNG
…spannende
Technik
aus einer Hand !
Neben dem umfangreichen Programm an
standardisierten Spannelementen decken
wir mit unserer Erfahrung und Produktvielfalt
auch einen großen Bereich
der Werkstückspannung ab.
… und natürlich auch
maßgeschneiderte
Sonderlösungen
nach Kundenwunsch.
• Vorrichtungssysteme
• Winkel, Würfel, Paletten
und Platten
• Normalien für die
Werkstückspannung
• Nullpunktspannsysteme
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Hersteller!
Verdrehsichere Montage
Gabelköpfe und Gabelgelenke von
MBO Oßwald sind jetzt mit einem
Zusatzgewinde erhältlich, das ein
verdrehsicheres Montieren der
Gabelköpfe ermöglicht. Dafür wird
diese Gabelkopf-Variante mit einem
Gewindestift nach DIN 913/DIN EN
ISO 4026 zusätzlich fixiert.
Ausgewählte Modelle mit Anschlussgewinde
M12 bis M36 sind direkt ab Lager und ab Stückzahl eins
lieferbar. Sie können als Einzelteil oder als komplettes
Gabel gelenk bezogen werden. Auch weitere Baugrößen der
Gabelköpfe DIN 71752/DIN ISO 8140 mit Zusatzgewinde können
auf Anfrage gefertigt werden.
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Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001 und EN 9100

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Ein Werkstoff begeistert
Gewindespindeln aus Aluminium im Antrieb einer Bustür
Ursula Schädeli
Leichtbauwerkstoffe sind heute eine
wesentliche Triebkraft für Innovationen
in zahlreichen Branchen.
Leichtere, belastungsfähige Materialien
sind im Hinblick auf Energieund
Ressourceneffizienz nicht nur in
der Fahrzeugtechnik sondern
zunehmend auch im Maschinenbau
gefragt. Mechanische Antriebskomponenten
wie Gewindespindeln aus
Aluminium sind hier ein gutes
Beispiel.
Begeistert von der Vielfältigkeit des Werkstoffes
Aluminium und angespornt
durch den konstruktiven Dialog mit den
Kunden entwickeln die Konstrukteure im
Hause Eichenberger kontinuierlich. Nebst
Kugelgewindetrieben, Rund- und Steilgewindelösungen
aus Stahl werden Rundund
Steilgewindetriebe in Aluminium für
ein breites Anwendungsgebiet konstruiert
und hergestellt. Das in der Schweiz beheimatete
Unternehmen hat sich vornehmlich
dem Rollen – also Kaltverformen – von Gewinden
und der Fertigung von Kugel- und
Gleitgewindetrieben (Spindel und Mutter)
verschrieben.
Hoher Anspruch an Mechanik
Gewindespindeln aus Aluminium mit verschleißfreien
Kunststoffmuttern bieten beste Gleiteigenschaften
Ursula Schädeli, Marketing Eichenberger
Gewinde AG, Burg (CH)
Für seine Neuentwicklung recherchierte
ein führender Hersteller von Hightech-
Bustürsystemen nach progressiven Materialien,
fortschrittlichen Fertigungsverfahren
und flexiblen Entwicklungspartnern mit
großem Know-how – und er wurde fündig:
Die robusten, kaltgewalzten Aluminium
Rund- und Steilgewindespindeln von
Eichenberger. Heute managt eine perfekt
integrierte, maßgeschneiderte Alu-Steilgewindetrieblösung
Typ Speedy mit Spindel-
Durchmesser 16 mm und einer Steigung
von 90 mm in der innovativen Öffnungsmechanik
die effektive Bewegung der
Bustüren.
Das Leichtmetall Aluminium, mit der
Dichte von 2,7 g/cm³ besitzt eine hohe Festigkeit
und zeichnet sich durch viele positive
Materialeigenschaften aus. Bei einem
Meter Gewindespindel Speedy 16 x 90 mm
kommt so nur ein Gewicht von 0,533 kg zustande.
Die Spindel in Stahl würde bei einem
Meter 1,549 kg wiegen. Der Steilgewindetrieb
erlaubt die effiziente Umsetzung
von Linear- in Drehbewegung und
höchste Verfahrgeschwindigkeiten bei
niedrigen Drehzahlen. Weiter wird durch
die optimale Kombination Aluminium,
Mutter und Schmierung der beeindruckende
Wirkungsgrad von 0,8 erreicht. Dies bietet
dem Konstrukteur die Möglichkeit, auf
kostengünstigere Teile zuzugreifen, wie
z. B. auf einen kleineren Motor.
Das neue Türsystem wird laut Bushersteller
pro Fahrzeug dreimal benötigt. Dank
dem Einsatz von Aluminium im gesamten
Türbereich und der Unterstützung von
Speedy wird im Vergleich zur herkömm-
lichen Lösung eine Gewichtsreduktion von
bis zu 35 kg pro Türe erzielt.
Weitere Pluspunkte
für Aluminium
Der Hersteller des neuen Türsystems unterstreicht
die hervorragende und wirtschaftliche
Bearbeitbarkeit von Aluminium. Das
silberweiße, leicht formbare Metall überzeugt
rundum. In Bezug auf die Toleranzhaltigkeit
steht Alu dem Stahl in keiner Weise
nach. Bekanntlich kann mit hohen Schnittdaten
gefahren werden. Der Werkzeugverschleiß
fällt 10 bis 25 Mal geringer aus, als es
bei Stahl der Fall ist. Auch präsentieren sich
die Bearbeitungszeiten für die Endenbearbeitung
im Produktionsprozess viel kürzer.
Die Leichtmetall-Steilgewindespindeln
16 x 90 sind im Einkauf bei Eichenberger
5 bis 10 % günstiger als die aus Stahl.
Die Anodisation ist ein bewährtes und
gebräuchliches Verfahren zur Oberflächenveredelung
von Aluminium. Das Ergebnis
der Eloxierung ist eine extrem harte und
kratzfeste Oberfläche, die eine Reibwertverminderung
aufweist und einen verlässlichen
Schutz gegen Korrosion garantiert,
was maßgeblich zur langen Lebensdauer
beiträgt. Die erzielbaren Schichthärten sind
von der verwendeten Aluminiumlegierung
abhängig und bewegen sich zwischen 350
und 600 HV. Die Maßhaltigkeit des Werkstücks
kann exakt berechnet werden, da
sich Aluminium maßbeschichten lässt. Ein
Drittel der erzeugten Beschichtung macht
sich als Auftrag bemerkbar, zwei Drittel der
Schicht diffundiert. Beim Eloxieren werden
üblicherweise Schichtdicken von 5 bis 30 µm
erzielt. Im Gegensatz zu anderen Metallbeschichtungen,
die sich in der Bearbeitung
anspruchsvoll zeigen und das Handling
komplex ist, gilt die Handhabung von
eloxierten Aluspindeln als einfach.
www.gewinde.ch
20 Der Konstrukteur 9/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Zahnriemen mit Carbonzugstrang
für zwei Luftkissenfahrzeuge
In zwei neuen Luftkissenfahrzeugen setzt der britische Hersteller
Griffon Hoverwork Zahnriemen mit Carbonzugstrang der
Contitech Power Transmission Group ein. Mit 5502 und 4956 mm
handelt es sich dabei um die längsten Polyurethan-Riemen in
unendlicher Ausführung, die der Hersteller bis dato gefertigt hat.
Die zwei neuen Luftkissenfahrzeuge, die sich derzeit im Bau
befinden, verfügen über je zwei Propeller und Turbinen, die im
Zusammenspiel für die Fortbewegung der Luftkissenfahrzeuge
sorgen. Angetrieben werden die Propeller und Turbinen per
Zahnriemen. Aufgrund der hohen Kräfte, die beim Antrieb der
Luftkissenfahrzeuge übertragen werden, eignet sich der Synchrochain
Carbon gut für diese Anwendung. In den Fahrzeugen
arbeiten je zwei Motoren mit 793 kW. Diese Leistung wird auch
benötigt: Die Luftkissenfahrzeuge
nehmen in etwa
die Fläche eines Tennisplatzes
ein und befördern
bis zu 88 Personen.
Herzstück des nahezu
wartungsfreien Zahn -
riemens ist der Carbonzugstrang,
der sich bei
gleicher Belastung noch
weniger dehnt als ein Zugstrang aus Aramid. Hinzu kommt die
hohe Steifigkeit des Cordes, wodurch Vorspannungsverluste
minimiert werden.
www.contitech.de
Rollenketten und Zubehör in
vielfältigen Varianten
Basierend auf einem umfassenden
Liefer- und Leistungsprogramm an
Rollenketten (Ketten, Kettenräder,
Ketten-Spannelemente, Spannritzel,
Sicherheits-Rutschnaben,
Kupplungen) in Norm-/Standardsowie
in applikationsspezifischer
Ausführung, und durch Konstruktionsservice
sowie anwendungstechnischen
Support unterstützt,
erhalten die Kunden der Nozag AG montagefertige Komponenten
oder anschlussfertige Komplettlösungen aus einer Hand. Der
Hersteller bietet in seinem Programm eine große Anzahl an
Kettentypen, die je nach Material und Auslegung vielfältigen
Ansprüchen gerecht werden. Verfügbar sind Präzisions-Rollenketten
aus Stahl und rostfreiem Stahl (DIN 8187, DIN 8188) in
Standardausführung, dehnungsarme oder wartungsfreie
Varianten sowie Ausführungen für den Dauerbetrieb bei hoher
Feuchtigkeit und im Wasser. Das Sortiment gliedert sich u. a. in:
Präzisions-Rollenketten, europäische Ausführung; Rollenkette
Delta Titanium mit Eigenschaften Delta HR plus hohem Korrosionsschutz;
Präzisions-Rollenkette, rostfrei, zum Betrieb in
feuchter Umgebung und bei flüssigen Medien; Präzisions-Rollenkette
Delta verte, wartungsfrei, für Anwendungen z. B. in der
Lebensmittelindustrie; Präzisions-Rollenkette Ansi, amerikanische
Ausführung; Kunststoff-Gleitschienen.
www.nozag.ch
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Intelligent geschmiert
Spezielles Compound löst Schmierungsprobleme in Wälzlagern
Für eine hohe Lebensdauer von Wälzlagern ist die Schmierung entscheidend.
Öl- und Fettschmierungen stoßen mitunter an ihre Grenzen. Ein
Wälzlagerhersteller hat eine neuartige Schmierung entwickelt, die in
Anwendungen mit geringen bis mittleren Drehzahlen herkömmliche
Schmierungsprobleme lösen soll.
Der Ausfall eines Wälzlagers kann eine
ganze Maschine zum Stehen bringen.
Die Ursache für Lagerschäden liegt sehr
häufig in Schmierungsproblemen. Daher
hat der Wälzlagerhersteller Koyo ein spezielles
Compound entwickelt, das diese lösen
soll: Solid Lubrication.
Aufbau
Solid Lubrication ist ein Compound, bestehend
aus einem speziell entwickelten Polyethylen,
synthetischem Öl und Additiven.
70 % Öl werden in einem speziellen Mischverfahren
mit 30 % PE und wenigen Additiven
vermengt. Die Mischung kann anschließend
mithilfe einer Spritzgussmaschine
und einem entsprechenden
Werkzeug in die freien Hohlräume eines
Lagers gefüllt werden. Solid Lubrication besitzt
eine offene, poröse Gelstruktur, die
ständig Öl abgeben bzw. aufnehmen kann.
Funktionsweise und Vorteile
Bei der herkömmlichen Schmierung mit
Fett wird dieses durch die normale Wälzbewegung
in die freien Hohlräume gedrängt
und fehlt dann unter Umständen an den
Stellen, wo es dringend benötigt wird. Solid
Lubrication füllt im Gegensatz dazu nahezu
alle Hohlräume und gewährleistet dadurch
eine permanente Zwangsschmierung. Das
Compound enthält ca. dreimal mehr Öl als
ein Fett aufnehmen kann.
Solid Lubrication kann die Effizienz eines
Lagers deutlich beeinflussen. Dies trifft besonders
bei Anwendungen mit Schwenkbewegungen
und hohen Lasten in Verbindung
mit geringen bis mittleren Drehzahlen
zu. In einigen Anwendungen wurde eine bis
zu zehnmal höhere Lagerlebensdauer im
Vergleich zu einer Fettschmierung erreicht.
Die Wartungsinter valle sind höher, die Ausfallzeiten
geringer als bei herkömmlichen
Schmierungen. Gerade bei schwer zugänglichen
Lagerungen führt das zu einer Verringerung
des Wartungsaufwands. Eine aufwändige
Zuführung des Schmierstoffs kann
überflüssig werden.
Einsatzmöglichkeiten
Bei Anwendungen in denen Schmierprobleme
mit Schwenkbewegungen oder hohe
Lasten mit geringen bis mittleren Drehzahlen
vorliegen, kann Koyo Solid Lubrication eine
sinnvolle Lösung sein. Eine weitere große Einsatzmöglichkeit
sind wartungsfreie Wälzlagerlösungen.
In einigen Fällen kann Koyo Solid Lubrication
die Funktionen von anderen Lagerkomponenten
übernehmen, wie z. B. die Nadelhalterung
in einem vollrolligen Rollensatz anstelle
Koyo-Solid-Lubrication-Wälzlager sind in
Serienproduktion seit 2006. Die Schmiertechnologie
wurde anfänglich an Nadel-
einer Montagehülse als
Transporthalterung.
und Zylinderollenlagern
für Anwendungen
im Textilmaschinenbereich
entwickelt.
Die Solid-Lubrication-Technologie
kann jedoch für viele weitere Lagerbauformen
bis ca. 250 mm Außendurchmesser
verwendet werden.
Aufgrund der geringeren Drehzahlgrenze
werden Solid-Lubrication-Lösungen meistens
als vollrollige Version ausgeführt. Unter
gewissen Voraussetzungen können
sogar vollrollige Rollensätze verspritzt
werden. Diese können dann vormontiert,
lebensdauergeschmiert und ohne auf ­
wendige Montagehülsen transportiert und
einfach montiert werden.
Als weitere Einsatzmöglichkeit wurden
wartungsfreie Axiallager für Maschinen im
Lebensmittelbereich konzipiert. Um den
hohen Anforderungen gerecht zu werden,
wurden Polyamid-Kerne verwendet, die
mit Solid Lubrication umspritzt wurden.
Diese sind dann für Maschinen im Lebensmittelbereich
zugelassen, da in diesem Fall
das Öl im Solid Lubrication eine NSF-H1-
Zulassung besitzt. Weitere mögliche Anwendungsfelder
sind:
Textil- und Druckmaschinenmaschinen
wie z. B. Webmaschinen mit ihren vielseitigen
Schwenkbewegungen.
n Achsen im Automobilbau, Agrar- oder
Baumaschinenbereich – Achsschenkel
und Gelenkverbindungen.
n Hebel und Schwenkarme im Automobilbereich
und Agrar- oder Baumaschinenbereich
wie Bremshebel, Lenkung oder
Radaufhängungen.
n Verpackungsmaschinen im Lebensmittelbereich
oder Streckblasvorrichtungen.
n Führungsrollen in Hubgerüsten wie z. B.
in Gabelstaplern.
n Alle möglichen Arten von Stütz- und Kurvenrollen
die wartungsfrei ausgelegt werden
sollen.
Der Temperaturbereich liegt zwischen -40
und 85 °C für die Anwendung. Kurzzeitige
Spitzen bis 100 °C können toleriert werden.
Die statische und dynamische Tragzahl des
Lagers bleiben nach dem Auftrag von Solid
Lubrication unverändert.
www.koyo.de
22 Der Konstrukteur 9/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Belastbare und formstabile
Sphäroguss-Kupplung
Die Flender-N-Bipex von Siemens ist eine elastische Klauenkupplung
mit optimierter Nockengeometrie und neu entwickelten
Elastomeren als Werkstoffe für verbesserte Standzeiten. Verfügbar
ist die aus Sphäroguss hergestellte Kupplung in zehn Baugrößen.
Im Vergleich zu bisherigen Lösungen hat der Hersteller das
Drehmoment um 10 bis 20 % erhöht. Die Elastomere sind in drei
Shore-Härten erhältlich. Sie erlauben einen Einsatz im Temperaturbereich
von -50 bis
+100 °C und zeichnen sich
durch hohe Druckbelastbarkeit,
Abriebresistenz,
Formstabilität und Verformungswilligkeit
aus. Durch
das angewandte Gießverfahren
erhöhen sich die
Freiheitsgrade für die
Formgebung der Nocken.
Somit ist es möglich, die
Kontur so zu gestalten, dass die Flächen der Lastflanken optimal
tragen. Dadurch ergibt sich eine Verschleißminimierung bei
Leistungserhöhung. Die Kupplungen eignen sich für Applikationen
mit Hydraulik und mit Getriebemotoren im Maschinenbau
und in der Chemie-, Umwelt- und Stahlindustrie.
www.siemens.de
Dichtungen: Neuer Werkstoff
für Pharmaindustrie und Medizintechnik
Für die hochsensiblen Produktionsprozesse
in der Pharmaindustrie,
Biotechnologie und
Medizintechnik hat der
Dichtungshersteller C. Otto
Gehrckens den EPDM-
Compound AP 306 entwickelt.
Der Werkstoff aus der Serie COG
Hygienicseal verfügt über die
wichtigsten Zulassungen für die Anwendungen in den anspruchsvollen
Branchen. Neben der Unbedenklichkeitsprüfung gemäß
FDA 21. CFR 177.2600 besitzt der AP 306 die Freigabe nach
USP-Klasse VI im Chapter 88 bis +121 °C und Chapter 87. Auch
den Test auf Zytotoxizität (nach ISO 10993-5:2009) hat der
Compound bestanden. Die niedrigen Migrationswerte dieses
EPDM-Compounds sind vor allem in Anwendungen gefordert, wo
das Risiko einer Kontamination mit den abzudichtenden Medien
besteht, z. B. bei der Zellkultivierung oder Insulinproduktion.
Darüber hinaus beweist der Werkstoff eine hohe Widerstandsfähigkeit
im Kontakt mit CIP- und SIP-Medien und ist zudem in
Anwendungen mit WFI-Wasser geeignet. Der Einsatztemperaturbereich
von -40 bis +150 °C macht den Werkstoff zur flexiblen
Größe für die besonderen Anforderungen im Produktionsprozess.
www.cog.de
Augmented-Reality-App zeigt Kupplungen in neuer Dimension
Mithilfe der neuen App der R+W Antriebselemente GmbH
erscheint die Produktpalette in einer ganz neuen Dimension.
Aufgrund der Augmented-Reality-Technologie verschmelzen
hierbei die Grenzen zwischen realer und virtueller Welt. Jede
Produktabbildung in der Broschüre des Kupplungsherstellers ist
mit zusätzlichen Informationen hinterlegt. Mithilfe eines
Smartphones oder Tablet-PCs lassen sich diese in einer
erweiterten Realität betrachten. Die App erkennt dabei die
Produktabbildung als Scanvorlage und stellt die „Augmented-
Reality-Inhalte dar. 3D-Modelle, Animationen, Videos und weitere
Informationen warten so darauf, entdeckt zu werden.
Die kostenlos verfügbare App ist über den Apple Store oder den
Google Play Store erhältlich und für alle iOS-Geräte ab Version 7.0
oder für Android ab Version 4.1 geeignet.
www.rw-kupplungen.de
VLT® Midi Drive FC 280
Passt sich Ihrer Anwendung an
flexibel, kommunikativ,
benutzerfreundlich
So wandlungsfähig wie ein Chamäleon dank seiner
Eigenschaften wie:
• Regelalgorithmus für Asynchron- und PM-Motoren
• 5 Feldbus-Schnittstellen
• Integrierte Sicherheitsfunktion, zweikanaliger STO, SIL 2, PLd
Neu
für den
Leistungsbereich
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Vorteilhaft eingebettet
Verbundseil als Tragmittel im Aufzugbau spart Platz und mindert Geräusche
MSV Liberec. Das in der tschechischen
Stadt Liberec ansässige Unternehmen ist
seit rund 20 Jahren im Aufzugbau tätig. Vier
Anlagen hat MSV Liberec bereits mit dem
Verbundseil realisiert, eine fünfte wird in
Kürze fertiggestellt.
Drei der mit dem Polyrope ausgerüsteten
Aufzüge installierte MSV Liberec in einer
Wohnanlage in Decín, einer Stadt im Norden
Tschechiens. Das Objekt: ein langgezogener,
achtstöckiger Bau mit drei Eingängen.
Die Aufzüge haben eine Nennlast von
450 kg und befördern bis zu fünf Personen.
Die alten Aufzüge waren störungsanfällig,
genügten kaum noch aktuellen Sicherheitsanforderungen.
Fahrkomfort und Optik
ließen ebenfalls zu wünschen übrig. „Bei
Über 100 Jahre war das Stahlseil als Tragmittel aus dem Aufzugbau nicht
wegzudenken. Um die Jahrtausendwende entstanden mit robusten
Polyurethanriemen erste Alternativen, die aus patentrechtlichen Gründen
zunächst nur ausgewählten Aufzugkonzernen vorbehalten waren. Wie
das Beispiel des Aufzugherstellers MSV Liberec zeigt, könnte sich diese
Situation bald grundlegend ändern. Denn das tschechische Unternehmen
setzt ein Verbundseil ein, das dem freien Markt und somit Aufzugbauern
in der ganzen Welt zur Verfügung steht.
Im Polyrope von ContiTech werden 2 mm
starke Stahlseile, die aus 49 Einzellitzen bestehen,
in einen Mantel aus Polyurethan eingebettet.
Sie verleihen dem Verbundseil seine
hohe Zug- und Bruchfestigkeit. Der Mantel ist
abriebfest, hydrolysebeständig und weist sehr
gute Traktionseigenschaften auf.
Die Zulassung des Polyrope als Tragmittel
für Aufzüge wurde vom niederländischen
Liftinstituut nach erfolgreicher
Baumusterprüfung im Jahr 2013 erteilt.
Echte Pionierarbeit
Tschechische Aufzugbauer gehören zu den
ersten, die das Polyrope als Tragmittel für
ihre Anlagen einsetzen. Großen Anteil daran
hat Bohumil Kaplan, Geschäftsführer
des tschechischen ContiTech-Partners
Tyma. Im Rahmen der Interlift 2013, Weltleitmesse
für Aufzugtechnik, nahm er das
Verbundseil erstmals in Augenschein. „Das
Polyrope hat mich auf Anhieb überzeugt, da
es weder korrodiert noch gewartet werden
muss, leichter ist und eine längere Lebensdauer
aufweist als Stahlseile“, sagt Kaplan.
Er stellte das Verbundseil zahlreichen
tschechischen Aufzugbauern vor – und
stieß dabei auf großes Interesse.
Bevor das Polyrope jedoch eingesetzt
werden konnte, galt es, echte Pionierarbeit
zu leisten. Denn während der Markt für mit
Stahlseilen betriebene Aufzüge Antriebe,
Treibscheiben und Umlenkrollen in Hülle
und Fülle bereithält, mussten diese für das
neuartige Tragmittel erst entwickelt
werden. Es fanden sich jedoch schnell
tschechische Zulieferer, die die Marktchancen
des Verbundseils erkannten. So entwickelte
das Unternehmen EM Brno Antrieb
und Treibscheibe, die Firma Z-Pro
steuerte Umlenkrollen aus Stahl bei. Zur
Befestigung des Polyrope an Aufzugkabine
und Gegengewicht standen Endverbinder
des deutschen Fördertechnikspezialisten
Süther & Schön bereit. Dem Einsatz des
Polyrope stand somit nichts mehr im Wege.
Vorteile für die Konstruktion
Zu den ersten Unternehmen, die das Polyrope
eingesetzt haben, gehört die Firma
Der Einsatz des Verbundseils
spart Raum im Schacht
näherer Betrachtung wurde klar, dass ein
Komplettaustausch langfristig wirtschaftlich
sinnvoller ist als eine Modernisierung“,
berichtet Radim Jirasek, Leiter der technischen
Abteilung von MSV Liberec.
Doch warum entschied sich MSV Liberec
für das Polyrope als Tragmittel? „Wir hatten
es mit relativ engen Schächten zu tun. In
dieser Hinsicht war das Polyrope interessant,
da wir Treibscheiben und Umlenkrollen
mit wesentlich kleinerem Durchmesser
einsetzen konnten, was Raum im Schacht
spart“, erklärt Jirasek. Durch den Einsatz des
Verbundseils werden außerdem Antriebsmotoren
möglich, die ohne Getriebe und
ohne Maschinenraum auskommen. „Da in
Decín Maschinenräume vorhanden waren,
haben wir die Antriebe auch hier eingebaut.
Nichtsdestotrotz konnten wir dank des
Polyrope viel kompakter bauen“, sagt
Jirasek. Das Verbundseil bringt zudem gute
Traktionseigenschaften mit sich, ist biegefähiger
und gleichzeitig leichter und bruchsicherer
als ein Stahlseil.
Vorteile im Betrieb
Diese Vorzüge bei der Konstruktion sind jedoch
nicht alles. Vor allem Nutzer profitieren
vom Einsatz des Polyrope. Denn die
Elastizität des Mantels aus Polyurethan mindert
Abrollgeräusche und Vibrationen im
Betrieb. „Dadurch ermöglicht das Polyrope
einen wesentlich leiseren Aufzugbetrieb,
auch der Fahrkomfort steigt“, sagt Jirasek.
www.contitech.de
24 Der Konstrukteur 9/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Gerollte Bronze-Gleitlager trotzen hohen Belastungen
Wer Lagertechnik für raue Umgebungsbedingungen sucht, ist mit gerollten Bronze-
Gleitlagern gut beraten. Die robusten Lösungen sind Teil des neuen Gleitlager-
Sortiments von Findling Wälzlager. Die Klassifizierung nach Abeg setzt das
Unternehmen auch bei den Gleitlagern um.
Gerollten Bronzegleitlagern machen hohe Belastungen und lange Standzeiten nichts
aus. Sie zeichnen sich durch einen geringen Verschleiß, ein hohes Druckaufnahmevermögen
und eine gute Schmierung aus. Der Standardwerkstoff ist Zinn-Phosphorbronze
(CuSn8P). Verfügbar ist eine große Auswahl an Legierungen, aus der anwendungsbezogen
gewählt werden sollte. Bei diesen Modellen sind Schmierstoffreservoirs
realisierbar; sie ermöglichen einerseits eine Einlagerung von Fremdkörpern und
Abrieben und andererseits eine Verlängerung der Nachschmierintervalle. Die
Reservoirs können in verschiedenen Formen ausgeführt werden: Bei einer Fettschmierung
werden bevorzugt Rauten eingesetzt, Kalotten eignen sich bei flüssigen Schmierstoffen
bzw. Ölen. Löcher sind sowohl für Fett als auch Öl verwendbar.
www.findling.com
Mineralgusssystem mit großer
Gestaltungsfreiheit in der Formgebung
Bei der Herstellung von Spannelementen aus Mineralguss setzt das
Heinrich Kipp Werk auf individuelle Lösungen. Zu diesem Zweck
nutzt das Unternehmen das System Kipp Block, das eine große Gestaltungsfreiheit
in der Formgebung ermöglicht. Gewindeeinsätze und
Führungen werden passgenau in der Gießform platziert. Lastanker
sowie Luft- und Hydraulikanschlüsse sind ebenfalls leicht
integrierbar. Kipp-Block-Elemente sind korrosionsfrei. Sie
bestehen aus Mineralguss, einem 2-Stoff-Material, das im
Kaltgießverfahren gegossen und anschließend ausgehärtet wird.
Türme und Platten verfügen über gute Dämpfungseigenschaften
und eine minimale Wärmeleitfähigkeit. Zudem haben sie ein geringes
Eigengewicht. Mit einer Dichte von ca. 2,3 kg/dm³ ist der Werkstoff leichter als
Aluminium.
Anwendung findet das Mineralgusssystem u. a. im Vorrichtungs- und Spannmittelbau.
Kipp-Block-Elemente sind in verschiedenen Größen (mit oder ohne Stahlmantel)
verfügbar. Standardmäßig sind die Elemente mit Rastersystem in den Systemgrößen
M12/F7 und 16/F7 mit Raster 40 und 50 erhältlich.
www.kipp.com
Flexibel und leicht: PET-Distanzelement
Antriebstechnik, Maschinen- und Fahrzeugbau sowie
Luftfahrttechnik benötigen hochpräzise Distanzelemente
für die schnelle und kostengünstige Montage.
Speziell abgestimmt auf die Leichtbau-Ansprüche
dieser Branchen entwickelte Martin die mehrschichtige
Polyester-Zwischenlage M-Tech L PET: Statt der
Verwendung vieler einzelner Einstellelemente schält
der Anwender hier ab, was zu viel ist und setzt den
passgenauen Rest ein. Dabei wiegt das Distanzelement
mit einer Dichte von 1,38 g/cm 3 nur halb so
viel wie die Alternative M-Tech L Alu. Zudem ist sie korrosionsfrei und preiswerter als
Passscheiben aus nichtrostendem Metall. Die mechanische Druckbelastbarkeit ist hoch
und die Hitzebeständigkeit reicht bis 85 °C. Ein weiterer Pluspunkt ist die Haptik: Die
dünnen Folien der M-Tech L PET lassen sich einfach und ohne Verletzungsgefahr anbzw.
abschälen, da sie keine scharfen Kanten haben. Die Distanzelemente sind in
Folienstärken von 0,05 und 0,1 mm erhältlich. Die Gesamtdicken reichen in
0,5-mm-Schritten bis 3,0 mm.
www.georg-martin.de
Der Konstrukteur 9/2015 25
Isel.indd 1 10.08.2015 13:03:30

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Schallschlucker für die
Kälte-, Luft- und Klimatechnik
Das Vorleitgitter Flowgrid von EBM-Papst ist
eine effiziente Maßnahme zur Schallreduzierung
für die Luft- und Klimatechnik und
zum Patent angemeldet. Bisher ist das
Vorleitgitter für größere Axial- und Radialventilatoren
bis Baugröße 990 bekannt. Seit
kurzem bietet der Hersteller den Schallschlucker
auch für kleine Radialventilatoren
mit Durchmessern von 190 bis 250 mm an.
Durch die Verwendung eines Vorleitgitters konnte bei einem
Radialventilator der Baugröße 190, der in einem Lüftungsgerät
eingebaut war, der saugseitige Schallleistungspegel um mehr als
2 dB(A) und der Drehklang um 15 dB verringert werden. Das
Vorleitgitter ist aus einem Verbundwerkstoff gefertigt und optional
auch in der Materialqualität 5VA gemäß der Brennbarkeitsklasse
nach UL94 erhältlich.
www.ebmpapst.com
Berechnungsmodell zur präziseren
Bestimmung der Wälzlagerlebensdauer
Das Unternehmen SKF hat ein
Berechnungsmodell entwickelt, das
zusätzliche Einflussfaktoren für die
Wälzlagerlebensdauer berücksichtigt
und eine realistischere Bestimmung
der Lebensdauer ermöglicht. Mit dem
neuen „SKF Generalized Bearing Life Model“ können
Erstausrüster und Endanwender die tatsächlichen Anwendungsbedingungen
genauer in die Wälzlagerauswahl einbeziehen und
dadurch die Lagerlebensdauer verlängern. Letztendlich reduziert
das Modell somit die Gesamt-Betriebskosten. Ein weiteres
Merkmal des Berechnungsmodells ist die Möglichkeit zur Integration
jüngster tribologischer und materialwissenschaftlicher
Erkenntnisse. Das bedeutet auch: Das Modell zur Berechnung der
Lagerlebensdauer lässt sich zusammen mit dem wissenschaftlichen
Fortschritt weiterentwickeln.
www.skf.com
Planetengetriebe-Baureihe mit geringem Getriebespiel
Die Planetengetriebe-Baureihe HPN von Harmonic Drive ist in fünf
Baugrößen mit acht Untersetzungen bei einem wiederholbaren
Spitzendrehmoment zwischen 9 und 752 Nm verfügbar. Aufgrund
des eingeschränkten Getriebespiels von

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Stoßdämpfer online berechnen und auswählen
Die Zimmer Group bietet eine Online-Auslegungssoftware zur Berechnung und Auswahl von
Stoßdämpfern an. Das Tool führt schnell zu fundierten Auswahlentscheidungen und vereint die
Funktionen Berechnung, Auswahlhilfe sowie Konfigurator. Der Nutzer kann zwischen einer Vielzahl
von verschiedenen Lastfällen den passenden auswählen. Dabei wird zwischen translatorischen und
rotatorischen Bewegungen unterschieden. Aus den eingegebenen Werten berechnet die Software
Werte wie etwa die Energieaufnahme pro Hub und pro Stunde, die Aufprallgeschwindigkeit sowie die
jeweilige Auslastung. Die Ergebnisse lassen sich nach der Auslastung pro Hub oder pro Stunde sowie
sämtlichen technischen Daten sortieren. Je nach Filter bietet die Software automatisch geeignetes
Zubehör oder Ausstattungsoptionen an. Da die Stoßdämpferauswahlhilfe online zur Verfügung steht,
muss der Kunde keinerlei Software installieren und kann nicht nur mit jedem PC oder Laptop,
sondern auch mit Smartphones oder Tablets darauf zugreifen.
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Neue Vierkant- und Rundprofile aus Aluminium
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2014 stellte BeeWaTec ein System aus Vierkant- und Rundprofilen
aus Aluminium vor. Das wandlungsfähige Rohrstecksystem kommt
beim Auf-, Ab- und Umbau ohne besondere Spezialwerkzeuge aus.
Das intelligente Baukastensystem mit seinen vielseitigen Verbindungs-
und Anbauteilen wie Gelenkauslegern, Ablagen, Kabelhaltern,
Lochwänden und Einhängeschienen für Greifschalen eignet
sich zum Beispiel für vielfältige stabile und zuverlässige Lösungen
wie Kanban-Systeme, Durchlaufregale, Transportwagen, Routenzüge
und Arbeitsplätze. Die Aluminium-Vierkantprofile sind in den Standardprofilmaßen
40 x 40 mm, 80 x 40 mm und – in Ergänzung zu den Vierkant-Stahlrohrprofil-Systemen
– in 45 x 45 mm erhältlich. Für höchste Belastungen stehen Vierkantprofile mit den Maßen
60 x 60 mm zur Verfügung, die durch integrierte Hubsysteme ergänzt werden können. Die neuen
Aluminium-Rundprofile sind mit 28 mm Durchmesser lieferbar.
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Komponenten hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer gewählten Materialien erfüllen müssen. Orbit
Antriebstechnik stellt hierfür eine aktuelle Broschüre vor, die sich diesem Thema widmet. In der
Druckschrift findet der technische Anwender auf 36 Seiten ein umfassendes Programm an Antriebskomponenten,
die komplett aus Edelstahl gefertigt sind oder für spezielle Branchen zugelassene
Materialkombinationen besitzen, z. B. FDA-konforme Materialien oder minimalst ausgasende
technische Kunststoffe für die Vakuumtechnologie.
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Der Konstrukteur 9/2015 27

KONSTRUKTIONSELEMENTE
Zum Schutz der Maschine
Drehmomentbegrenzer überzeugen aus Funktions- und Betriebskostensicht
Herzstück eines jeden Kunststoffextruders ist die Schnecke. In vielen Fällen
verarbeiten die Maschinen unterschiedliche Ausgangsstoffe. Hierdurch
kann es zu Blockaden der Schnecke kommen, die daher durch einen
Drehmomentbegrenzer geschützt werden müssen.
Kunststoffextruder werden in vielen
Industriebereichen zur Produktion ganz
unterschiedlicher flexibler und starrer Profile
und Produkte eingesetzt. Oft wurde die
Schnecke für eine ganz bestimmte Anwendung
entwickelt und ist das teuerste Bauteil
der Maschine. Im Betrieb muss sie deshalb
so geschützt werden, dass sie im Falle einer
Blockade oder Überlast keinen Schaden
nimmt. Außerdem sollte es möglich sein,
nach Beseitigung des Produktstaus die
Schutzmechanismen an der Maschine zu
reaktivieren und die normale Produktion
schnellstmöglich fortzusetzen.
Dass ein Sicherheitsmechanismus zum
Schutz der Schnecke im Überlastfall eine
sinnvolle Einrichtung ist, versteht sich
von selbst.
Nicht ohne Schutzkomponente
Die Lösemomente der Drehmomentbegrenzer decken einen
Einstellbereich von 450 Nm bis 15 000 Nm ab
Bei der Entwicklung einer Maschine sollte
der Drehmomentbegrenzer idealerweise so
nah wie möglich an der potenziellen
Blockadestelle angeordnet werden. So können
Drehmoment und Massenträgheit des
Systems schnell und effektiv vom blockierten
Bereich entkoppelt werden. Das System
kann dann im Leerlauf auslaufen ohne der
Maschine weiteren Schaden zuzufügen.
Bei der Konstruktion von Kunststoffextrudern
muss einerseits die Gestaltung der
Schraube auf die Anwendung und das Ausgangsmaterial
abgestimmt werden und andererseits
für ausreichend Antriebsleistung
für diesen Prozess gesorgt werden. Die
Einplanung einer Schutzkomponente zwischen
diesen beiden Elementen ist unabdingbar
für den Erhalt der teureren Komponenten
im Fall einer Blockade oder
Überlast.
Modular und zuverlässig
Die modularen Drehmomentbegrenzer der
UEP-Serie (Ultimate Extruder Protection)
von Bibby Turboflex, einem Unternehmen
von Altra Industrial Motion, wurden im
Hinblick auf maximalen Schutz vor Überlast
bzw. kostspieligen Schäden und Ausfallzeiten
entwickelt. Die wesentlichen Vorteile
sind einfacher Einbau, präzise Wiederholbarkeit
des Lösemoments bei minimalem
Unterschied zwischen statischer und
dynamischer Auslösung, einfache, schnelle
Rückstellung von Hand und geringfügige
Wartungskosten.
Der UEP-Drehmomentbegrenzer ist das
Ergebnis von über 30 Jahren Erfahrung in
rauen Anwendungsumgebungen und kontinuierlicher
Optimierung bis zum aktuellen
Produktsortiment. Dank ihrer Erfolgs bilanz
haben sich die UEP-Produkte zum Branchenstandard
für Doppelschneckenextruder
entwickelt.
Die modularen Drehmomentbegrenzer
der UEP-Serie wurden speziell als Alternative
zum Scherstiftschutz für Antriebe mit
hohen Drehmomenten konzipiert, bei denen
durch konsistentes Lösemoment und
schnelle Rückstellbarkeit die Ausfallzeiten
deutlich reduziert werden sollen. Durch die
relativ hohe Manipulationssicherheit können
außerdem Unbefugte daran gehindert
werden, das Lösemoment zu verändern,
das je nach Anwendung von 450 Nm bis
15 000 Nm reichen kann.
Die UEP-Drehmomentbegrenzer wurden
im Hinblick auf größtmögliche Flexibilität
beim Einbau konstruiert. So kann der mittlere
Teil des Moduls ausgebaut werden ohne
zuvor den Motor oder das Getriebe zu
bewegen. Ein weiterer Vorteil dieser Bauart
ist die einfache Durchführung aller Wartungsarbeiten
und einer eventuellen Neueinstellung.
Zu diesem Zweck wird, ohne
Austausch des gesamten Drehmomentbegrenzers,
lediglich das mittlere Bauteil herausgenommen.
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prozessbedingten Lastspitzen und mit einer generell um
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
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Mutter für bündiges
Einpressen
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Die Typ-F4-Einpressmuttern
von PEM
eignen sich für alle
Anwendungen,
die ein beidseitig
bündig abschließendes,
tragfähiges
Gewinde in dünnen
Edelstahlblechen erfordern.
Sie sind ab sofort über
KVT-Fastening erhältlich. Für
die Montage ist lediglich ein
rundes Loch erforderlich, das
vor dem Einpressvorgang nicht
entgratet werden muss. Bei
richtiger Installation bleiben
die Ober- und Unterseite des
Blechs flach, da nichts
übersteht. Der Sechskantkopf
der Einpressmutter und das
PEM-Einpress-Design sorgen
für eine hohe Auspress-, Zugund
Verdrehfestigkeit. Das
Blech lässt sich nach der
Montage weiterverarbeiten.
Die Muttern bestehen aus
rostbeständigem Stahl (AISI
400) und eignen sich für Bleche
ab einer Stärke von 1,53 mm
und bis zu einer Rockwell-
Härte von HRB 88 beziehungsweise
einem Brinell-Härtewert
von HB 183. Für Bleche unter
HRB 70 sollte der Typ F zur
Verwendung kommen. Die
Muttern gibt es in den
Gewindegrößen M2 bis M6.
Für einfache Frässpindeln mit Riemenantrieb oder auch schnelllaufende
Elektromotoren bietet Schaeffler eine Reihe von Spindellagern
in P4-Laufgenauigkeit an. Die offenen Einzellager sind mit einem
wälzkörpergeführten Kunststoffkäfig und großen Stahlkugeln in der
Durchmesserreihe B70 ausgestattet. Mit Druckwinkeln von 15 und
25° und einer Standardvorspannung in der Klasse UL entsprechen
die Lager bis auf die Genauigkeit mechanisch den P4S-Spindellagern
der Reihe B70. Die verfügbaren Bohrungsdurchmesser reichen dabei
von 25 bis 100 mm. Zusätzlich sind FAG-P4-Spindellager bereits mit
einem Datamatrix-Code ausgestattet, der in Verbindung mit der App
Precision Desk die Überprüfung der Echtheit des Lagers ermöglicht und zukünftig weitere Funktionalitäten
bietet, z. B. den Abruf von Informationen zu Leistungsfähigkeit
und
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Einbau.
www.schaeffler.de
Tieftemperaturflexibler Dichtungswerkstoff
Eine der zentralen Branchenforderungen der Armaturen- und Gasindustrie ist seit Jahren die nach
einem Dichtungswerkstoff mit einer geeigneten Tieftemperaturflexibilität, normkonform nach DIN
EN 14141. Bisher gab es hierfür keinen geeigneten FKM-Dichtungswerkstoff. C. Otto Gehrckens hat
jetzt den kälteflexiblen FKM-Compound Vi 840 entwickelt. Dieser ist nach DVGW DIN EN 682 (Typ
GBL) erfolgreich getestet. Darüber hinaus hält der Werkstoff aber auch die wichtige Tieftemperaturflexibilität
von über -40 °C ein und entspricht damit den
Anforderungen zur Erfüllung der DIN EN 14141. Mit einem
TR-10-Wert von -40,1 °C eignet sich dieser Hightech-
Compound für einen Einsatz bis -46 °C und erfüllt somit auch
die wichtigen API 6A & 6D Normen. Zusätzlich stellt er seine
Beständigkeit unter Beweis, belegt anhand der Norm DIN EN
13787. Diese Kombination von Eigenschaften ist laut Hersteller
für einen FKM-Dichtungswerkstoff im Markt bisher einzigartig.
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Kugellager-Gehäuseeinheiten-Baureihe erweitert
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Das Unternehmen Timken hat eine neue Produktlinie von Kugellager-Gehäuseeinheiten der
UC-Baureihe entwickelt. Diese Produktlinie erweitert das Angebot an Gehäuseeinheiten und ist eine
Reaktion auf die globale Nachfrage nach metrischen und zölligen Kugellager-Gehäuseeinheiten für
Standardbelastungen. Verfügbar sind die Einheiten in einem breiten Größenbereich von 12 bis
90 mm Wellendurchmesser. Die Einheiten werden nach präzisen Qualitätsstandards und strengen
Anforderungen gefertigt. Ihre Leistung wird in umfassenden internen Prüfungen validiert.
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Geteilte Zylinderrollenlager weiterentwickelt
NSK beliefert die Anlagenhersteller und
-betreiber der Stahlindustrie seit
Jahrzehnten mit hochwertigen, langlebigen
Wälzlagern und stellt nun eine optimierte
Version der geteilten Zylinderrollenlager
vor, die in den Führungsrollen zum Einsatz
kommen. Die geteilte Bauweise bietet den
Vorteil, dass die Lager bei ungeteilten
Führungsrollen eingesetzt werden können.
Die jetzt verfügbare optimierte Version
dieser Lager ist u. a. mit einer neuen
Labyrinthdichtung ausgestattet, deren
Dichtwirkung unabhängig von der Ausdehnung
bzw. Kontraktion des Lagerwerkstoffs ist, die durch Temperaturveränderungen in
bzw. an der Walzanlage bedingt sind. Unabhängig von diesen Veränderungen behält die
Dichtlippe immer den Kontakt zur Außenseite des Lagerinnenrings. Außerdem erlaubt
die neue Dichtung die Verwendung von bis zu 30 % breiteren Zylinderrollen, die
entsprechend höhere Kräfte aufnehmen können. Deshalb sind die neuen Lager für
höhere Lasten geeignet, sodass kleinere Führungsrollen verwendet werden können.
Zugleich konnten die Austauschintervalle verlängert werden. Eine weitere Neuerung
gegenüber der Vorgängerversion ist die Eignung der Lager für Öl-Luft-Schmierung.Die
neuen geteilten Zylinderrollenlager sind für Wellendurchmesser von 100 bis 190 mm
lieferbar. Die Anschlüsse für Schmierung, Kühlung und Befestigung der Gehäuse
werden vom Hersteller individuell nach den Anforderungen der Anwender gestaltet.
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Materialien,
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Technologien
und optimale
Arbeitsprozesse
sind die Basis
unserer Arbeit.
Sensibilität
und Erfahrung
Flanschdichtung für aseptische Prozesse
Die 2K-Flanschdichtung HD von Parker ist langfristig dicht, verschleißbeständig und für
den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen bestimmt. Sie eignet sich für aseptische
Herstellprozesse in der Pharmaproduktion, der Biotechnik, der Kosmetikindustrie, der
chemischen Verfahrenstechnik oder in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. Der
nahezu bündige Übergang zur Anschlussstelle (± 0,008") verhindert Toträume und
damit Medieneinschlüsse, die eine Kontaminierung des Systems begünstigen könnten.
Eine Erosion des Elastomerwerkstoffs wird ebenfalls vermieden. Die Dichtwirkung
ergibt sich aus einem beidseitig am inneren Durchmesser liegenden Dichtungswulst.
Eine Kunststoffeinlage bei Dichtungselementen ab 1“ Durchmesser trägt zur Stabilisierung
und dauerhaften Bündigkeit bei. Mit einer neuen Geometrie des äußeren
Dichtungswulstes wird die Dichtwirkung ohne Nutüberfüllung erzielt. Ein äußerer Clip
fixiert das Dichtungselement am Flansch.
das Geheimnis
unseres Erfolgs.
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Robuste Rotationsdichtungen
SKF Economos bietet Rotationsdichtungen für
die Abdichtung von Drehdurchführungen an,
die verschleißfest, druckstabil und medienbeständig
sind. Durch die mechanischen
Eigenschaften des Werkstoffes Ecopur sind sie
einfach zu montieren und robust gegenüber
Kerbverletzungen. Die Dichtungen sind
beständig gegenüber Kühl-Schmierflüssigkeiten
und entsprechende Temperaturen. Sie
werden per Schnappmontage in vorhandene
Einbauräume eingebracht, eine Nachkalibrierung
entfällt. Einsetzbar sind die Dichtungen als doppelt wirkende Drehverteilerdichtung
oder einfach wirkend als Abschlussdichtung und in gedrehter oder gespritzter
Ausführung realisierbar.
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Planetengetriebe-Baureihe
als Baukasten
Die XP-Planetengetriebe von
SEW-Eurodrive kommen
überall dort zum Einsatz wo
große Leistungen gefragt
sind, z. B. in Rollenpressen,
Zuckermühlen, Plattenbandaufgebern,
Kugelmühlen,
Schaufelradbaggern oder
Raupenfahrwerken. Aus der
Vielzahl der weltweiten Installation dieser Getriebereihe heraus
hat der Hersteller Standards für die komplette Baureihe entwickelt
und in einem modularen Konzept zusammengefasst. Der
modulare Aufbau des Baukastensystems und die Kombinierbarkeit
mit anderen Antriebslösungen des Herstellers bietet eine
hohe Flexibilität, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.
Als Option sind auf der Antriebsseite verschiedene Varianten
verfügbar, z. B. ein Motoradapter oder eine freie Antriebswelle mit
einer Kardanwelle oder einer Sicherheitskupplung verbunden.
Auf der Abtriebsseite sind standardisierte Abtriebswellen als
Hohlwelle mit Schrumpfscheibe, Vollwelle mit Passfeder oder als
Vierkantwelle erhältlich. Die Montage kann über eine Fuß- oder
Flanschausführung geschehen oder mit einer Drehmomentstütze.
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Kunststoffbauteile für die
Lebensmittelindustrie
Seit Herbst 2014 greifen bei der Firma Murtfeldt Kunststoffe
vernetzte Software- und Automatisierungsprozesse in den Fluss
der Warenwirtschaft. Diese Lagerhaltung garantiert eine lückenlose
Chargenrückverfolgbarkeit vom Fertigteil übers Halbzeug
zurück bis zum Pulver.
Seit Anfang 2015 sind alle Maschinen- und Anlagenbauer
verpflichtet, gemäß EG 1935/2004 und 10/2011den Nachweis
anzutreten, dass in ihren Anlagen nur Kunststoffe verbaut sind, die
diesen EU-Verordnungen entsprechen. Die Unbedenklichkeit von
Lebensmitteln müssen auch Hersteller garantieren, deren Produkte
in unmittelbaren Kontakt mit diesen treten – sei es bei der Herstellung
mit speziellen Maschinen, bei der Abfüllung, beim Transport,
der Lagerung oder Auslieferung. Murtfeldt erfüllt diese Anforderungen,
wie sie z. B. die gesamte
Lebensmittelindustrie stellt, seit
2011. Technische Kunststoffe des
Anbieters werden als Kurven- und
Kettenführungen in der Nahrungsmittelherstellung
und der Getränkeindustrie
eingesetzt sowie als Gleitund
Antriebselemente in der
Medizin- und Lebensmitteltechnik.
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Muttern und Bolzen für harte Bleche
Die PEM-Einpressbefestiger von
KVT-Fastening sind auf die
Verarbeitung in besonders harten
Blechen ausgelegt. Die Muttern SH
und die Bolzen HFLH aus
gehärtetem, legiertem Stahl eignen
sich zur dauerhaften Installation
in hochfesten Werkstoffen. Dort
können sie in direkter Nähe zur Blechkante und bei beengten
Platzverhältnissen verarbeitet werden.
Anwendungsgebiete dafür finden sich industrieweit. Im Automotive-Bereich
eignen sich die Befestiger für die Bauteilbefestigung
an Karosserie, Halteblechen und Rahmen. Für den Einpressvorgang
können normale Pressen verwendet werden, sodass eine
entsprechende Automatisierung ermöglicht wird.
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korrosionsbeständigem Stahl
Die Schneckengewindeschelle ABA Original
SMO (Syrafast Molybdenum) der Norma
Group besteht aus korrosionsbeständigem
SMO-Stahl, der ca. 20 % härter als
gewöhnliche austenitische Stähle ist.
Damit hält die Schelle starken Umwelteinflüssen
und hohen industriellen
Anforderungen, wie Salzwasser oder
Chemikalien, zuverlässig stand. Die ABA
Original SMO hat das gleiche Design wie
die ABA-Original-Schelle mit einer Bandbreite
von 12 mm. Verfügbar ist die Schneckengewindeschelle in
20 Nennweiten.
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Qualität ist maßgebend.
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hergestellt durch modernste Technologie in bewährter Schwäbischer Qualität.
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
Saubere Schrauben
Der Verbindungstechnik-
Hersteller Ejot hat sich
im Marktsegment der
technischen Sauberkeit
durch den Einsatz neuer
Reinigungstechnologien
ein umfassendes
Know-how unter dem
Markennamen Ejoclean
aufgebaut. So wurde ein
Verpackungskonzept entwickelt, welches es ermöglicht, den
Sauberkeitszustand von Schrauben nach der Feinstreinigung zu
konservieren. Die Teile werden dabei unmittelbar nach dem
Säubern in einem Reinraum portioniert und in ESD-fähigen
Vakuumbeuteln verpackt. Durch das Evakuieren ist es gelungen,
die Relativbewegung der Teile während des Transports zu
eliminieren. Bei der Reinigung von gleitbeschichteten Schrauben
für die Metall-Direktverschraubung werden in der Regel bei der
selbstfurchenden Verschraubung von Metallen Gleitmittel
eingesetzt. Diese Art der Beschichtung besitzt jedoch keine ausreichende
Stabilität gegenüber einem Reinigungsprozess. Daher hat
Ejot mit Ejoseal 4C ein Gleitmittel entwickelt, welches den Einsatz
eines abschließenden Reinigungsprozesses auch nach der
Gleitmittelbeschichtung ermöglicht.
www.industrie.ejot.de
Monitoring-Lösungen
für Pitch-Bremsen
In der
Windkraft
rückt
derzeit das
Monitoring
von elektromagnetischen
Pitch-Bremsen
immer mehr in
den Fokus. Mit Bremsenansteuermodulen
zur sensorlosen
Zustandsüberwachung und
Bremsmomentregelung setzt das
Unternehmen Mayr Antriebstechnik
deshalb neue Standards.
So kann das Modul Roba-brakechecker
Bremsen nicht nur
bestromen, sondern auch
sensorlos überwachen. Das
Modul erkennt den Schaltzustand
des Aktors und Verschleiß der
Bremsbeläge. Damit werden
sicherheitskritische Zustände vor
ihrem Eintritt detektiert. Das
Bremsmoment-Steuermodul
Roba-torqcontrol teilt diese
Eigenschaften und kann darüber
hinaus durch gezielte Beeinflussung
von Strom und Spannung
die Höhe des Bremsmoments im
Betrieb verändern. Zusätzlich hat
das Unternehmen einen
Näherungsinitiator zur Zustandsüberwachung
der Bremsen vom
Typ Roba-stop-M CCV entwickelt.
Dieser Initiator für elektromagnetische
Pitch- und Yaw-Bremsen
ist vom Hersteller für Anwen -
dungen bis -40 °C zugelassen. Ein
neuer Reibbelag, mit dem die
Bremsen höhere Bremsmomente
erreichen, sorgt zudem für eine
höhere Leistungsdichte der
Mayr-Windkraftbremsen.
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Lücken intelligent
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Der Konstrukteur 9/2015 33

ANTRIEBSTECHNIK
Flexibel abfüllen
Kompakte Linearantriebe sorgen in vollautomatischen Füllund
Verschließmaschinen für Produktivität und Dynamik
Ernst Blumer
Bereits seit 2002 vertraut die Zellwag AG bei der Realisierung ihrer vollautomatischen
Füll- und Verschließmaschinen für pharmazeutische und
kosmetische Produkte auf Linearmotoren. Sie machen Maschinen
besonders produktiv, flexibel und wirtschaftlich. Jetzt hat der Anlagenbauer
sein Portfolio mit der modularen Maschinenplattform Z-110g für
große Chargen nach oben abgerundet und dabei wieder auf die Vorzüge
der dynamischen und kompakten Linearmotoren gesetzt.
Dipl.-Ing. Heinrich Thoma, Geschäftsführer
der Zellwag AG berichtet, „als
wir 2002 an entscheidenden Stellen unserer
Füll- und Verschließmaschinenplattform
Z-201 pneumatische Antriebe durch Linearmotoren
ersetzt haben, hatte das gewichtige
Gründe“. Der Übergang in Richtung Direktantriebe
war damals nicht an der Tagesordnung.
„Doch nur mit Linearmotoren
konnten wir die Flexibilität und Performance
der Maschinen so anheben, wie es
uns und den Anwendern vorschwebte.“
Entscheidend sind hier die im Vergleich zu
Pneumatikzylindern höhere Verfahrgeschwindigkeit,
die höhere Präzision und die
besseren Möglichkeiten zur Regelung und
Synchronisierung der Linearmotoren.
„Druckluftgetriebene Zylinder haben
außerdem den Nachteil, dass sie sich je
nach Umgebungstemperatur unterschiedlich
verhalten und deshalb mit ihnen die erforderliche
Wiederholgenauigkeit kaum zu
erreichen ist“, gibt Heinrich Thoma zu bedenken.
Und Pneumatikzylinder müssen
gewartet werden, während Linearmotoren
faktisch wartungsfrei sind.
Produktwechsel auf Knopfdruck
Doch es gibt einen Punkt, der die Produktivität
noch stärker beeinflusst, gerade bei
kleinen Losgrößen: die Möglichkeit, dass
sich die Ansteuerparameter bei elektrischen
Direktantrieben über die Software
ändern lassen. Diese hat die Zellwag AG genutzt
und ihre Maschinen für die Verarbeitung
unterschiedlicher Gebindearten und
-größen konzipiert. Ein Produktwechsel ist
so auf Knopfdruck ganz ohne aufwändige
Umbauten und Justierungen möglich.
Seit einigen Jahren wandert aber auch
eine weitere Eigenschaft der Linearmotoren
unaufhaltsam in das Blickfeld der Anwender:
die ausgezeichnete Energieeffizienz.
„Der Druckluftverbrauch von Pneumatikaktoren
ist hoch, bei Schraubprozessen
sogar extrem hoch“, stellt der Zellwag-Geschäftsführer
fest. Da Druckluft mit hohem
Energieeinsatz erzeugt werden muss, davon
aber wegen des schlechten Wirkungsgrads
des Druckluftsystems am Aktor nur wenig
in Form von Arbeitsleistung ankommt, bietet
der Einsatz der elektrischen Antriebe mit
einem Wirkungsgrad von über 90 % für den
Anwender eine Möglichkeit, Betriebskosten
zu senken und die Ökobilanz zu verbessern.
Entscheidung bekräftigt
Vor dem Start der neuen Maschinenplattform
Z-110 führte Zellwag eine neuerliche
interne Bewertung der verfügbaren Tech-
Ernst Blumer: Leiter Vertrieb NTI AG, LinMot,
Spreitenbach (CH)
34 Der Konstrukteur 9/2015

ANTRIEBSTECHNIK
01 Linearachse mit Linearmotor und
zusätzlich aufmontierter Rotationsachse
zum Greifen, Platzieren und Aufschrauben
von Pumpsprühköpfen oder Drehkappen
02 Eine magnetische Feder kompensiert
das Eigengengewicht vertikaler Achsen und
entlastet den Linearmotor, so dass dieser
präziser und dynamischer reagieren kann
nologien durch. Darin wurden die vorteilhaften
technischen, ökonomischen und
ökologischen Eigenschaften der Linearmotoren
von LinMot erneut bestätigt. Dies und
über 100 verkaufte Z-201-Anlagen mit etwa
500 verbauten Linearachsen ohne nennenswerte
Ausfälle haben die Verantwortlichen
der Zellwag AG dazu bewogen, auch
Je nach Ausstattung schafft die Anlage bis
zu 7200 Einheiten pro Stunde.
Motor und Regler sparen Platz
Die Maschine nimmt nur eine Stellfläche
von 3350 x 2280 mm in Anspruch und das,
obwohl Zellwag in puncto Ergonomie und
Da die Maschine bis zu 16 Direktantriebe umfassen kann,
war die kompakte Bauform der Linearachsen besonders wichtig
SERVOMOTOREN
Wir bewegen.
bei der neuen Maschinenplattform die entscheidenden
Verarbeitungsschritte mit
Linearmotoren von LinMot zu realisieren.
Dazu gehören das Befüllen, genauer gesagt
das Verfahren der Dosiereinheiten, das
Greifen und Platzieren des Stopfens und
Verschraubdeckels sowie das Zentrieren
des Steigrohrs, für den Fall, dass Pumpsprayköpfe
als Verschluss eingesetzt
werden.
Die so entstandene Z-110 zeichnet sich
durch einen konsequent modularen Aufbau
aus und ist dank der Direktantriebe
und zahlreicher Optionen höchst flexibel
einsetzbar. Sie ist für das Abfüllen von Flüssigkeiten
unterschiedlichster Viskosität bis
hin zu Pulvern ausgelegt, wobei Ampullen
und Glasflaschen mit einem Durchmesser
zwischen 15 bis 40 mm und einer Höhe von
24 bis 100 mm verarbeitet werden können.
Zugänglichkeit keine Kompromisse eingegangen
ist. Wesentlichen Anteil an der
guten Zugänglichkeit hat die sehr kompakte
Bauweise der LinMot-Lösungen, die
es EPS Automation, dem Lieferanten der
Verschraubachsen für die Z-110 und Systemintegrator
von LinMot in Deutschland,
erlaubt hat, hohe Leistung mit minimaler
Baugröße zu ver einen. So sind die gleich
mehrfach verbauten Linearachsen vom
Typ EDM30-300 EL nur 58 mm breit, vertragen
aber in X- und Y-Richtung jeweils
40 Nm und in Z-Richtung 30 Nm als Momente
am Greiferflansch. Über den gesamten
Hub von 300 mm stellen sie konstant
eine Kraft von über 250 N (bei wVersorgung
durch einen 15-A-Regler) zur Verfügung.
Durch die bis zu vier unabhängig verfahrbaren
Pumpstationen und maximal
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ANTRIEBSTECHNIK
03 Die Ansteuerung der Linear- und
Servomotoren übernehmen besonders
kompakte Servoregler mit Profibus-Schnittstelle
(DP) und 15 A Maximalstrom
04 Die neue modulare Maschinenplattform
für die Abfüllung pharmazeutischer und
kosmetischer Produkte ist durch den Einsatz
der Linearmotoren besonders flexibel und
produktiv
vier Pick-and-Place-Achsen mit aufmontierten
elektrischen Servomotoren als Drehachsen
kann die Maschine bis zu 16 Direktantriebe
umfassen. Daher war die kompakte
Bauform der Linearachsen bei der Konstruktion
der Z-110 besonders wichtig.
„Anwender fordern fahrbare Maschinen,
sodass wir den Schaltschrank direkt in den
Maschinenkörper eingebaut haben“, fügt
der Zellwag-Geschäftsführer an. „Daher
mussten wir hier mit dem Platz ebenfalls
sparsam umgehen.“ Auch hier hatte LinMot
die passende Lösung im Programm: Die
Servoregler aus der E1130-Serie des Unternehmens
sind nur 40 mm breit, 250 mm
hoch und 180 mm tief, obwohl sie in der
HC-Variante einen Spitzenstrom von 15 A
bereitstellen können. Diese leistungsfähigen
Regler übernehmen in der Z-110 seitdem
sowohl die Ansteuerung der Linearmotoren
als auch der rotativen Servomotoren
und kommunizieren mit der Maschinensteuerung
über die optionale
Profibus-Schnittstelle (DP).
Magnetische Feder
entlastet Linearmotor
Mechanisch unterstützt werden die in der
Z-110 vertikal eingebauten Linearmotorachsen
durch MagSprings. Diese magnetische
Feder von LinMot liefert über den
ganzen Hubbereich eine konstante Kraft,
die unabhängig von Position, Geschwindigkeit
oder Einbaulage ist und kompensiert so
die Gewichtskraft der Linearachse. Der Motor
muss nur noch die dynamischen Kräfte
aufbringen und kann entsprechend schneller
agieren und kleiner dimensioniert werden.
Wird die Kraft der MagSpring größer
gewählt als die Gewichtskraft der Lastmasse
ist, kann die Last bei einer Stromunterbrechung
in eine sichere Position gebracht
werden. MagSprings sind zudem wartungsfrei,
unempfindlich gegenüber Verschleiß
und nehmen nur wenig Platz in Anspruch.
STATEMENT
Martina Bopp, Redakteurin
Sicherheit, Dynamik, Bauraum,
Gewicht, Energieeffizienz: Ein
Ausgleich des Eigengewichts von
Linearantrieben in vertikaler
Einbaulage bringt in verschiedenen
Bereichen einen Gewinn. Klassischerweise
geschieht die Gewichtskompensation
über Gegengewichte,
pneumatisch oder über eine
mechanische Feder. Die hier
eingesetzte magnetische Feder
bietet zahlreiche Vorteile: Sie
benötigt keine Energiezufuhr,
erzeugt die Kraft wegunabhängig,
ist kompakt und wartungsfrei. Ein
vielversprechendes Eigenschaftsprofil,
das auch für andere Anwendungen
interessant sein dürfte.
Fazit
„Das Gesamtpaket von LinMot bzw. EPS
Automation ist herausragend“, urteilt
Heinrich Thoma abschließend. „Es hat zwar
schon viele Wettbewerber gegeben, die bei
uns zum Zuge kommen wollten. Es zeigte
sich dann aber im weiteren Verlauf, dass sie
sich der Aufgabe letztlich nicht stellen
konnten oder wollten. Das bestätigt uns in
der Überzeugung, dass es richtig war und
ist, auf EPS Automation und LinMot zu setzen.“
www.linmot.com
Kegelradgetriebe – auch für explosionsgefährdete Bereiche
Die Kegelradgetriebe der Serie A von Bonfiglioli mit Nenndrehmomenten
von 1000 bis 14 000 Nm sind nun auch in explosionsgefährdeten
Bereichen (Gerätegruppe II) einsetzbar. Die Atexkonforme
Serie A beinhaltet nun zusätzlich Kegelradgetriebe mit
Nenndrehmomenten von 5000 bis 14 000 Nm. Dabei handelt es
sich um die Typenbezeichnungen A 70 (5000 Nm), A 80 (8000 Nm)
und A 90 (14 000 Nm). Die Kegelradgetriebe-Serie entspricht
damit den Vorschriften der aktuellen Europäischen Norm
2014-34-UE, vorher 94/9/EG und zwar klassifiziert unter den in
der Norm beschriebenen Gerätekategorien 2 und 3.
Nach ihrer Klassifikation in die Gerätegruppe II dürfen die
Ge triebe in Bereichen eingesetzt werden, deren Atmosphären
entweder aus einer Mi schung
explosiver Gase bestehen
(Zonen 1 und 2) oder mit
explosionsgefährdetem Staub belastet
sind (Zonen 21 und 22). Auch in Kombination
mit Vorschaltgetrieben verschiedener Bauart
sind Einsätze möglich. Bei den Vorschaltgetrieben handelt es sich
in erster Linie um Schneckengetriebe und Kegelradgetriebe die
mit einem Planetengetriebe kombiniert werden können. Nahezu
das ganze Produktprogramm ist damit inzwischen zugelassen.
www.bonfiglioli.de
36 Der Konstrukteur 9/2015

ANTRIEBSTECHNIK
Bürstenlose Gleichstrommotoren
mit 44 mm Außendurchmesser
Die bürstenlosen Gleichstrommotoren der
Serie EC044A von Pittman Motors, einem
Unternehmen der Ametek Precision
Motion Control-Gruppe, sind in drei
Motorlängen und 24 Wicklungsvarianten
verfügbar. Somit eignen sich die Motoren
für eine Vielzahl von Anwendungen. Um
die potenziellen Einsatzbereiche zu erweitern,
sind optional individuelle Motorlängen
und Wicklungsvarianten erhältlich. Das Motorgehäuse hat
einen Durchmesser von 44 mm und bietet Leerlaufdrehzahlen von
bis zu 15 000 min -1 . Ausgelegt ist der kleinformatige Motor für ein
kontinuierliches Ausgangsdrehmoment von max. 0,11 Nm.
Das Motorgehäuse besteht aus Aluminium und der Motor hat
eine Antriebswelle aus Edelstahl. Der 4-polige Rotor ist mit Hochleistungs-Neodymmagneten
ausgestattet. Eine interne Steuerplatine,
die drei um 120° versetzt angeordnete Hallsensoren enthält,
erzeugt das für die Kommutierung nötige Feedback.
Ausstatten lassen sich die Motoren mit Encodern, Bremsen und
Getrieben des Herstellers. Getriebe sind bis zu einem Ausgangsdrehmoment
von 24 Nm erhältlich. Zu den weiteren Standardmerkmalen
zählen vorgespannte und geschützte Kugellager, ein niedriges
Rastmoment und hohe Laufruhe. Ausführungen mit integrierter
Steuerung, höherer IP-Schutzklasse sowie anderen mechanischen
und magnetischen Anpassungen sind ebenfalls verfügbar.
www.pittman-motors.com
Kompakte Frequenzumrichter
für die Automation
Mit den Baureihen BDI50 und VDI100 entwickelte das Unternehmen
Gefran platzsparende Frequenzumrichter, die flexibel
unterschiedliche Automationsanforderungen erfüllen.
Der Frequenzumrichter VDI100 (Value Drive Industrial) verfügt
bereits ab Werk über eine integrierte Soft-SPS mit benutzerfreundlicher
Anwendungs- und Programmiersoftware. In Verbindung
mit ebenfalls programmierbaren Ein- und Ausgängen
und vordefinierten Applikations-Makros lassen sich unterschiedliche
Automatisierungsfunktionen realisieren. Der VDI100
ist sowohl für Asynchronmotoren als auch für Synchronmotoren
mit und ohne Geber einsetzbar. Dabei sind die Frequenzumrichter
dieser Baureihe mit Dual Rating mit 120 % oder 150 %
Überlast konfigurierbar.
Die Serie BDI50 (Basic Drive Industrial) umfasst Modelle mit und
ohne EMV-Filter. Bereits integriert sind ein BACnet-Protokoll und
ein Keypad mit Potentiometer. Beide Serien sind für Betriebstemperaturen
von -10 bis +50 °C geeignet und besitzen lackierte
Platinen. Die Umrichter mit U/f bzw.
sensor loser Vektorregelung sind wahlweise
für die einphasige Spannungsversorgung
mit 230 V AC (BDI50) oder für die dreiphasige
Versorgung mit 230 bzw. 400 V AC
erhältlich. Der Umrichter BDI50 deckt den
Leistungsbereich zwischen 0,4 bis 11 kW ab,
der VDI100 den Bereich von 0,75 bis 160 kW.
www.gefran.com
Tool zur Berechnung von IE- bzw. IES-Klassen
Das Tool Ecosmart von Danfoss eignet sich für die Berechnung
neuer Effizienzklassen für Frequenzumrichter sowie für die Kombination
Frequenzumrichter plus Motor. Damit lassen sich die Teillastverluste
für eine bestimmte VLT-Frequenzumrichter-/Motorkombination
errechnen – egal von welchem Hersteller die Motoren
stammen. Das Softwarewerkzeug erlaubt es auch, ein Zertifikat für
den Antrieb zu erstellen. Der VLT-Frequenzumrichter kann alle gängigen
Motorarten steuern. So hat der Anwender die Wahlfreiheit, den
für seine Applikation besten Motor auszuwählen. Mit dem Tool lässt
sich dann wiederum belegen, wie es um die Energieeffizienz steht.
www.danfoss.de
koehler-partner.de
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Frequenzumrichter SD2S für
Hochgeschwindigkeitsanwendungen
bis 55 kVA bzw. 8000 Hz
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ANTRIEBSTECHNIK
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von Groschopp
für seine Tangentialund
Selbstwende-Honigschleudern.
Der
Fachhändler entwickelt
die Honigschleudern in
verschiedenen Ausführungen
selbst. Die
Motoren müssen für diese Anwendung vor allem robust und langlebig
sein, da nur zwei bis drei Mal pro Jahr Honig geschleudert
wird. Eine weitere spezielle Anforderung ergibt sich bei den Selbstwende-Schleudern:
Sie wechseln alle paar Minuten die Richtung
und schleudern so den Honig aus den Waben. Der Motor muss
diesen Rechts- und Linkslauf unterstützen. Auf Anfrage des
Kunden verstärkte Groschopp vor einigen Jahren das Getriebe
von 80 auf 110 W, um den Antrieb kraftvoller, robuster und
ausfallsicherer zu machen.
www.groschopp.de
Rührwerksantriebe mit
erweitertem Lagerabstand
Die Industriegetriebe-Baureihe
X von SEW- Eurodrive
ist für große Drehmomente
konzipiert. Zusätzlich zum
übertragenen Drehmoment
wirken bei Antrieben
für Rühr werke vielfach
hohe Radial- oder Axialkräfte
auf die Abtriebswelle
ein. Hier bietet der Hersteller
durch sein flexibles
Produktkonzept eine standardisierte
Lösung mit
einer lastspezifischen Lagerung.
Für kleine Lasten
im Drehmomentbereich von 6,8 bis 475 kNm ist eine Ausführung
mit dem universell einsetzbaren Gehäuse für Stirnrad- und Kegelstirnradgetriebe
(von 2- bis 4-stufig) erhältlich. Im Drehmomentbereich
22 bis 90 kNm stehen für mittlere und schwere Belastungen
zwei Ausführungen zur Verfügung, die durch ein Wälzlagerkonzept
mit vergrößerten Lagerabständen gekennzeichnet sind.
Die erste Ausführung gibt es ausschließlich als 3-stufiges Stirnradgetriebe.
Aufgrund der Verwendung eines mit Kühlrippen und
Axiallüfter thermisch optimierten vertikalen Gehäuses ist die
Wärmegrenzleistung dieser Ausführung erhöht. Die zweite, auf
der Kombination eines universell einsetzbaren Gehäuses mit
verstärktem Lagerkonzept basierende Variante ist als 2- bis 4-stufiges
Stirnrad- und Kegelstirnradgetriebe erhältlich.
Alle Antriebe eignen sich für Atex-Einsatzfälle und können in der
Kombination mit den Standardoptionen Drywell-Dichtung,
Druckschmierung/Badschmierung, Flanschkupplung, Lüfterkühlung,
Fuß- oder Flanschmontage verwendet werden.
www.sew-eurodrive.de
38 Der Konstrukteur 9/2015
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ANTRIEBSTECHNIK
Antriebsregler für Servoachsen
Software-Tool zur Antriebssteuerung
Stöber erweitert seine modulare Systemtechnik für Antrieb und
Automatisierung um den Antriebsregler SD6. Zusammen mit dem
hochauflösenden EnDat-2.2-Encoder sorgt ein 32-Bit-Prozessor
für hohe Positioniergenauigkeit und Geschwindigkeit. Für die
Soll-/Istwert-Schnittstelle steht ein 32-Bit-Format zur Verfügung.
Der Regler berechnet Lage-, Drehzahl- und Drehmomentregelung
der Servoachsen alle 62,5 μs neu. Dies ermöglicht eine hohe
Dynamik und Präzision der Antriebe mit kurzen Ausregelzeiten
und schnellen Reaktionen auf Sollwertänderungen und Lastsprünge.
Alle SD6-Regler verfügen optional über die Möglichkeit
der Zwischenkreiskopplung, um die generatorisch entstehende
Energie des Antriebs
einem anderen Antrieb
zur Verfügung zu stellen.
Um eine sichere
und effiziente Zwischenkreiskopplung
aufzubauen, hat Stöber
das Schienenverbindungssystem
Quick
DC Link entwickelt.
Als Hinterbauelement
verbindet es die einzelnen Regler über Stromschienen. Die Antriebsregler
stehen für Leistungen von 0,37 bis 50 kW zur Verfügung.
www.stoeber.de
Software-Tools
wie Lasal von
Sigmatek unterstützen
die
Steuerung
elektrischer
Antriebstechnik.
Das für die
Bewegungsregelung
zuständige
Paket
Lasal Motion ist nahtlos in die Programmier- bzw. Projektierungssoftware
Lasal Class eingebunden. Mit nur einem Kommandoaufruf
lassen sich mehrere Achsen untereinander synchronisieren.
Die Synchronisation kann über Geschwindigkeit, Position,
Positionsversatz mit Getriebeübersetzung auf reale oder auch auf
virtuelle Achsen erfolgen. Die Bewegungsansteuerung ist unabhängig
von der eingesetzten Hardware. So ist es beispielsweise
aus Sicht der Kundenapplikation unerheblich, ob eine hydraulische
Achse, ein Servomotor oder ähnliches angesteuert wird.
Für häufig benötigte Funktionen steht in der Lasal-Antriebsbibliothek
eine große Auswahl an vorgefertigten Bewegungs-Funktionsbausteinen
zur Verfügung. Das Spektrum reicht von einfachen
Einachs- bis hin zu komplexen Multiachs-Anwendungen.
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AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Parallelkinematik für
Forschung und Industrie
Hexapod positioniert schwere Lasten auf den Mikrometer genau
Birgit Schulze, Ellen-Christine Reiff
Wenn es um komplexe Bewegungsführung
bzw. Positionierung im dreidimensionalen
Raum geht, bieten Hexapoden mit ihrer
Parallelkinematik außerordentliches
Potenzial. Sie können zum Beispiel
mikrometergenau selbst tonnenschwere
Lasten bewegen, wie im folgenden Beispiel
einer Anwendung zur Materialforschung
im Forschungszentrum DESY in Hamburg.
01 Prinzipaufbau: Bei parallelkinematischen
Systemen wirken alle Aktoren unmittelbar auf
die gleiche Plattform
Dipl.-Phys. Birgit Schulze, Physik Instrumente
(PI), Karlsruhe,
Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro
Stutensee
Hexapoden sind parallelkinematische
Positioniersysteme, die es heute in vielen
Ausführungen mit Stellwegen bis zu einigen
Hundert Millimetern gibt. Sie können
Lasten von einigen Kilogramm bis zu einigen
Hundert Kilogramm oder sogar mehrere
Tonnen auf den Mikrometer genau positionieren,
und das in beliebiger Raumorientierung,
also unabhängig von der Montage-
Richtung.
Die Vorteile gegenüber seriellen, also gestapelten
Systemen, sind vor allem die
deutlich bessere Bahntreue, Wiederholgenauigkeit
und Ablaufebenheit, die geringere
bewegte Masse und damit eine höhere
und für alle Bewegungsachsen gleiche
Dynamik, kein Kabelmanagement und ein
deutlich kompakterer Aufbau. Positioniert
wird mit bis zu sechs Freiheitsgraden: drei
linearen und drei rotatorischen Bewegungsachsen.
Dabei sind abhängig von der
Geometrie des Hexapoden Bewegungen
von einigen Grad bis zu 60 Grad und bei der
Linearbewegung von einigen Millimetern
bis zu mehreren Zentimetern möglich. Die
Reproduzierbarkeit erreicht ebenso wie die
kleinste Schrittweite Werte bis unter einem
Mikrometer.
Durch die geringe Masse der bewegten
Plattform sind bei den Hexapoden die Einschwingzeiten
beim Positionieren deutlich
kürzer als bei konventionellen, gestapelten
Mehrachssystemen. Diese Eigenschaften
lassen sich in den unterschiedlichsten Anwendungen
nutzen. Die Palette reicht von
Maschinenbau und Robotik bis zu Medizintechnik
und eben auch der Materialforschung
am Forschungszentrum DESY, wo
mithilfe des Speicherrings PETRA-III-Röntgenstrahlung
erzeugt wird, die stärker und
gebündelter ist als bei allen anderen Speicherringen
der Welt.
Fit für die Materialforschung
Die erzeugten Röntgenstrahlen sind bis zu
5000 mal feiner als ein menschliches Haar,
womit sich extrem kleine Proben untersuchen
lassen, z.B. winzige Kristalle aus Proteinen
oder Nanokristalle für Speichermedien
der Zukunft. Außerdem stellt PETRA
III aber auch sehr harte, also kurzwellige
40 Der Konstrukteur 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Positioniersysteme
tatsächlich in der Industrie so ablaufender
Prozesse – beim Schneiden von Werkstücken,
Beschichten von Oberflächen zur
Härtung oder Verbesserung tribologischer
Eigenschaften, Verformen, Schweißen,
Wärmebehandeln, auch Kombinationen
dieser Techniken – ermöglicht erst unser
hochsteifer Hexapod mit seiner enormen
Die Palette der Anwendungen reicht von Maschinenbau und
Robotik über Medizintechnik bis zur Materialforschung
Röntgenstrahlung zur Verfügung, die tief in
die Materie eindringen und auch größere
Materialstärken durchdringen kann. Damit
lassen sich z. B. Schweißnähte prüfen, Ermüdungserscheinungen
an Werkstücken
messen, um Aufschluss über zu erwartende
Standzeiten und Lebensdauer zu erhalten,
oder neue Metalllegierungen zu analysieren.
Dabei können Effekte nachgewiesen
werden bis hinunter zu Domänen- und
Kristallstrukturen.
Die Möglichkeiten, die sich daraus für die
Materialforschung ergeben, macht sich das
Helmholtz-Zentrum Geesthacht zunutze,
z. B. für In-situ-Messungen von Materialeigenschaften,
die während Umformprozessen
auftreten. Die mechanische Belastung
führt zu Zug- und Dehnspannungen
innerhalb des Materials. Die Untersuchung
mithilfe des Röntgenstrahls zeigt dann den
zeitlichen Verlauf der Effekte innerhalb des
Materials auf kristalliner Ebene in mikrometergroßen
Domänenbereichen.
Kräftiges Positioniersystem
Herzstück der entsprechenden Experimentierkammer
ist ein Hexapod, der von der
Karlsruher Firma Physik Instrumente (PI)
entwickelt wurde. Dr. Norbert Schell, verantwortlicher
Wissenschaftler der HEMS-
Beamline, erklärt die Zusammenhänge:
„Für eine immer größer werdende Reihe
von In-situ-Untersuchungen realer, d. h.
Tragfähigkeit und mikrometergenauen Positionierung
die Durchführung und damit
die wissenschaftliche Durchleuchtung der
dabei auftretenden Strukturänderungen
auf atomarer Ebene. Das ist hochinteressant
und auch wichtig für ein Verständnis
der ablaufenden Prozesse, die letztendlich
für maßgeschneiderte Materialien optimiert
werden.“
Das parallelkinematische Sondermodell,
der M-850K (Bild 1), bietet mikrometergenaue
Positionierung für Lasten bis
zu einer Tonne in jeder Orientierung. Er ist
ca. 700 mm hoch und hat einen Durchmesser
von 800 mm (obere Plattform, mit großer
Apertur) bzw. 900 mm (unten). Die untere
Plattform ist auf einem 360°-Drehtisch
montiert; die Verkabelung wurde schleppkettentauglich
ausgelegt. Durch seine große
Tragfähigkeit von bis zu einer Tonne
kann der Hexapod den vollständigen Messaufbau
tragen mitsamt der Vorrichtung
zum Aufbringen der mechanischen Beanspruchung.
Dabei positioniert der Hexapod auch
große Massen über Strecken von 400 mm
IEF jetzt auch auf:
Linearantriebe für Präzision, dynamisches
Verfahren oder kraftvolles
Bewegen:
neue Ideen und raffinierte Lösungen
für anspruchsvolle Handhabungsaufgaben
tausendfach erprobte Antriebskomponenten
Sicherheit im Hinblick auf Qualität,
Termine und Kosten
02 PETRA III am Forschungszentrum DESY bietet Wissenschaftlern aus aller Welt
exzellente Experimentiermöglichkeiten
ief-
.de

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
03 Das parallelkinematische Sondermodell
bietet mikrometergenaue Positionierung für
Lasten bis zu einer Tonne in jeder Orientierung
mit einer Genauigkeit von ± 1 µm und Drehbewegungen
von ± 20° bei einer Auflösung
bis 0,5 µrad. In der Experimentierkammer
lassen sich so z.B. ganze Motorblöcke, Turbinenteile,
Sinteröfen oder Schweißvorrichtungen
präzise für die geplanten Untersuchungen
ausrichten und während der Analyse
entsprechend verfahren. Trotz der hohen
Kräfte wird die erreichte Position stabil
gehalten. Die in den Hexapod-Beinen integrierten
bürstenlosen Gleichstrommotoren
sind mit Bremsen ausgestattet.
Komfortable Ansteuerung
Für die entsprechende Ansteuerung des
Hexapod-Systems kommuniziert der Hexapod-Controller
mit der übergeordneten
Steuerung der Messeinrichtung. Die Positionen
werden in kartesischen Koordinaten
vorgegeben. Alle Transformationen für die
Einzelantriebe übernimmt der Controller.
Per Softwarebefehl ist die Festlegung eines
praktisch beliebigen Punktes im Raum als
Rotationszentrum möglich. Dieser frei definierbare
Drehpunkt bleibt unabhängig von
der Bewegung erhalten. Die Bewegung der
Hexapod-Plattform lässt sich so präzise auf
die jeweilige Aufgabenstellung abstimmen.
Ähnliches gilt auch für viele andere Anwendungsbereiche.
Hexapoden gibt es
schließlich in unterschiedlichen Varianten
und mit verschiedenen Antriebskonzepten.
Sie werden je nach Anwendungsanforderungen
von hochpräzisen Antriebsspindeln und
exakt ansteuerbaren DC-Motoren oder direkt
von Linearmotoren, z. B. auf Basis
piezokeramischer Aktoren, angetrieben.
Mittlerweile haben sie sich bereits in vielerlei
Branchen bewährt, angefangen vom Maschinenbau
und der Werkzeugbearbeitung
bis hin zu Halbleiterfertigung, Astronomie,
Biotechnologie oder Life Sciences.
Bilder: Anlaufbild PI / Helmholtz-Zentrum
Geesthacht; Bilder 01 und 03 PI; Bild 02 DESY/Reimo
Schaaf
www.pi.de
Im Einsatz für die Materialforschung
STATEMENT
Dr. Michael Döppert, Chefredakteur
Lassen Sie es mich so beschreiben:
Für mich ist die Parallelkinematik
der Hexapoden heute
eine der interessantesten
Umsetzungen mechatronischer
Maschinenkonzepte. Zum einen
sind hier die Anforderungen an
mechanische und elektronische
Bauteile hinsichtlich Präzision
und Kraftdichte enorm, zum
anderen aber auch an die
Software der Steuerungstechnik,
um die extrem komplexen und
hochgenauen Bewegungsführungen
in allen Achsen sicher auf
den Punkt zu beherrschen. Die
Parallelkinematik wird sich nicht
nur im Zuge der Miniaturisierung
im Maschinenbau noch viele
neue Anwendungen erschließen
können.
PETRA III ist eine Röntgenlichtquelle am Forschungszentrum DESY in Hamburg. Seit
2010 gilt sie als die brillanteste Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle der Welt.
Hiervon profitieren vor allem Forscher, die sehr kleine Proben untersuchen wollen
oder stark gebündeltes, sehr kurzwelliges Röntgenlicht für ihre Analysen benötigen.
Die energiereiche Strahlung bis über 100 000 Elektronenvolt mit hoher Leuchtstärke
bietet z. B. für das weite Feld der Materialforschung vielseitige Möglichkeiten, um
Schweißnähte zu prüfen oder Ermüdungserscheinungen von Werkstücken zu
untersuchen. Dazu müssen manchmal allerdings recht schwere Lasten auf den
Mikrometer genau positioniert werden. „Herzstück“ der Strahlführung P07 ist deshalb
ein Schwerlast-Hexapod, der dank seiner Genauigkeit erst In-situ-Messungen
von Materialeigenschaften unter realistischen Prozessbedingungen ermöglicht.
Konfigurierbare Linearsysteme und Kugelgewindetriebe schnell geliefert
Die am häufigsten bestellten Komponenten der Lineartechnik hat
das Unternehmen Rexroth bereits vor zwei Jahren im Vorzugsprogramm
Goto zusammengefasst und liefert die Bestellungen innerhalb
von drei bis fünf Tagen aus. Hinzu kommen aktuell auch
konfigurierbare Linearsysteme, die in zehn Tagen ab Werk ausgeliefert
werden. Gleiches gilt für Kugelgewindetriebe, die Konstrukteure
und Einkäufer in Länge, Steigung, Endenbearbeitung und
Mutternart individuell zusammenstellen können.
Das Vorzugsprogramm fasst Rexroth in einem Katalog zusammen.
Über Online-Tools auf der Website des Anbieters lassen sich die
gewünschten Linearsysteme auch nach ihren Anforderungen
www.boschrexroth.com
konfigurieren. Bei jedem Schritt
zeigt der Konfigurator an, ob die
gewünschten Produktkonfigurationen
Teil des Vorzugsprogramms
sind. Der Nutzer kann
alle Produktdaten und Leistungsmerkmale
einsehen und erhält
die CAD-Daten in allen gängigen
Formaten per Download-Link.
42 Der Konstrukteur 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Elektromechanischer Schwerlastzylinder
in drei Varianten
Mit dem SLZ 63 vergrößert RK Rose+Krieger
sein Elektrozylinder-Portfolio um einen
weiteren elektromechanischen
Schwerlastzylinder. Aufgrund
seiner quadratischen Form,
Nuten im Außenprofil und
Anschlussmaßen nach DIN
ISO 15552 lässt sich der Elektrozylinder
flexibel in applikationsspezifische
Anwendungen
integrieren. Der
parallele Anbau des Motors sorgt für ein gutes Einbau-Hub-
Verhältnis. Die maximale Hublänge beträgt 1000 mm, optional
sind bis zu 1500 mm möglich. Standardmäßig sind die Varianten
des Zylinders mit IP54 ausgestattet, optional ist die Schutzart
IP65 realisierbar.
Verfügbar ist der Schwerlastzylinder in drei Varianten: In der
Fastline-Variante mit Kugelgewindetrieb erreicht der SLZ 63 eine
Verfahrgeschwindigkeit bis 1250 mm/s. Die Powerline-Version
mit Kugelgewindetrieb und die Powerline-Variante mit Trapezgewindetrieb
sind mit Druck- und Zugkräften bis 10 000 bzw.
15 000 N belastbar. Die Schwerlastzylinder mit Kugelgewindetrieb
erlauben den Betrieb mit einer 100-prozentigen Einschaltdauer.
www.rk-rose-krieger.com
Integrierte Führung für
pneumatische Linearantriebe
Das Unternehmen
Parker Hannifin
präsentiert
mit Basic
Guide eine
integrierte
Führung für pneumatische Linearantriebe der Origa OSP-P Serie.
Mit der direkt in das Zylinderprofilrohr integrierten Führung
schließt Parker die Lücke zwischen dem kolbenstangenlosen
Linearantrieb Origa OSP-P in Standardausführung und der Ausführung
mit der externen Kunststoff-Gleitführung Slideline. Die
Lebensdauer der Führungen verlängert sich aufgrund verschleißfester
und auf Langlebigkeit getesteter Gleitelemente sowie dem
integrierten Abstreifersystem erheblich. Wie bei allen Origa Zylindern
verfügt auch die Basic Guide Serie über einstellbare Endlagendämpfungen
und Magnetkolben sowie über jeweils um 90°
drehbare Enddeckel. Zudem stehen Optionen wie integrierbare
Wegeventile zur Energieeinsparung, einseitiger Luftanschluss,
Viton-Dichtungen, Niro-Version und eine Langsamlauf-Ausführung
für einen stick-slip-freien Betrieb zur Verfügung. Basic Guide
eignet sich für Anwendungen, bei denen kompakte, langlebige
Führungen mit hohen Belastungswerten und eine einfache
Spieleinstellung gefordert sind.
www.parker.com
Vakuum- und Druckschalter eröffnen neue Kommunikationsmöglichkeiten
J. Schmalz hat eine Serie an Vakuum- und Druckschaltern entwickelt,
die neue Kommunikationsmöglichkeiten eröffnen und
Prozesse transparenter machen. Die Version VSi lässt sich einfach
in Anlagen integrieren und macht wichtige Prozessdaten sichtbar.
Der Schalter kommuniziert per IO-Link in alle gängigen Feldbussysteme
und ermöglicht darüber hinaus das Auslesen von
Informationen mit dem Smartphone.
Je nach Anwendung kann zwischen einer Druck-,
Vakuum- oder einer kombinierten Version gewählt
werden. Ein integriertes oder externes Bedien- und
Anzeigedisplay visualisiert die Daten. Dabei kann die
kompakte Sensoreinheit unabhängig vom Display in
der Anlage verbaut werden, zum Beispiel direkt am
Sauggreifer. Insbesondere in dezentralen Vakuum-Systemen vereinfacht
dies die Überwachung des Prozesses.
Der Anwender trägt sein Display gewissermaßen in der Tasche,
wenn er ein NFC (Near Field Communication)-fähiges Smartphone
besitzt. Die Schmalz-Entwicklung ermöglicht den Austausch von
Daten per NFC über kurze Strecken.
Der Schalter klärt per IO-Link und NFC über Basis- und Prozesseinstellungen
auf. Umlaufende LEDs am Schalter machen auch
aus der Entfernung gut sichtbar, ob Schaltpunkte erreicht wurden
und Betriebsspannung anliegt. Service-Hinweise und detaillierte
Fehlermeldungen erscheinen auf der Leitebene und dem Smartphone
in Klartext und der Bediener kann schnell reagieren.
Zum Einsatz in Handlingsystemen mit höchster Dynamik entwickelte
Schmalz auch den Vakuum- und Drucksensor vom Typ VS.
Der Sensor verfügt über ein analoges Ausgangssignal und arbeitet
ohne IO-Link und ohne externes Display, ist jedoch ebenfalls über
NFC per Smartphone ablesbar.
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Der Konstrukteur 9/2015 43

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Komplexe mechatronische
Systeme beherrschen
3D-Simulation in der Robotik und Automatisierungstechnik
Eine frühzeitige Physik-Simulation in der Maschinen- und Anlagenentwicklung
verschafft dem Maschinenbau mehr interdisziplinäre Initiative
im Entwicklungsprozess. Wie aufwandslos beispielsweise eine Simulation
von Industrie robotik gelingt, zeigen die Ergebnisse einer Expertentagung
und wie Simulationssoftware die Maschinenentwicklung effizienter
gestaltet, zeigen die Erfahrungen eines Komplettanbieters in der
Industrieautomation.
Volkswagen macht es vor: laut dem
Manager Magazin will man mit Robotik
die Fertigungskosten weiter senken.
Noch liegen in der deutschen Automobilindustrie
die Arbeitskosten bei mehr als 40
Euro pro Stunde, in Osteuropa sind es elf,
in China gegenwärtig noch unter zehn Euro.
Für den Maschinenbau hat diese Entscheidung
eine klar erkennbare Strahlkraft,
denn im Prozess der Maschinenentstehung
gilt es, alle beteiligten Unternehmen,
vom Komponentenhersteller über
Systemintegrator bis zum Sondermaschinenbauer,
mögliche Optimierungen zu realisieren,
die zu mehr Effizienz in der Entwicklung
und Produktion der Anlagen mit
Robotik führen.
Ein immer stärker genutztes Tool für
robotikgestützte Projektierung sind 3D-
Simulationen, mit denen man aufwandsreduziert
Machbarkeits-, Erreichbarkeitsund
Zykluszeitstudien durchführen kann.
Insbesondere für die Planung moderner
Roboteranlagen sind Simulation und Off-
line-Programmierung eine zentrale Größe.
Sie ermöglichen ohne reale Hardware die
Roboterbewegungen zu simulieren, die
Arbeitsabläufe zu programmieren und auch
Taktzeiten zu bestimmen.
Fragen zur kollisionsfreien Erreichbarkeit
aller Punkte des Roboterprogramms erhalten
mit der Simulation eine augenscheinliche
Klärung. Mit echtzeitfähigen
Simulationen lässt sich die Software für das
System optimal entwickeln und testen, ohne
dass man direkt in den Prozessablauf
eingreifen muss. Crashfahrten und Ausschuss
sind damit reduzierbare Risiken.
3D-Simulation hinterfragt
Während der letztjährigen Packaging Excellence
Center-Veranstaltung von Schneider
Electric „Potenziale einer virtuellen Inbetriebnahme
durch Simulation“ demonstriert
die 3D-Simulationssoftware Industrial
Physics von Machineering die Vorteile eines
Prozesses, bei dem die Bewegungssteuerung
frühzeitig am 3D-Modell eingebunden
44 Der Konstrukteur 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Simulation und Inbetriebnahme
werden zu ineinandergreifenden
Prozessen
wird. Der Schwerpunkt des Events lag in der
Darstellung der Machbarkeit einer Hardware
in the Loop (HIL)-Anbindung für
schnelle Verpackungsvorgänge sowie auf
der Durchgängigkeit des Prozesses von
CAD bis zur realen Steuerung.
Was der Verpackungsbranche wichtig ist
gilt analog auch für die robotergestützte
Werkstückhandhabung in der Fabrikautomatisierung:
hier kommt es auf die Roboterbewegung
und die Steuerung der Abläufe
durch hochflexible und intelligente Steuerungen
an. Industrial Physics visualisiert individuelle
Geometrien von Fördergut und
Maschine, z. B. beim Aufnehmen der Werkstücke,
beim Einfädeln in die Maschine, bei
der Handhabung im Prozess sowie beim
geordneten Stapeln. Fast jede Handhabungs-
und Automatisierungsaufgabe lässt
sich schnell und ohne reale Steuerung
simulieren.
Bezieht man die Steuerungstechniker in
den frühen Entwicklungsphasen wertschöpfend
mit ein, so lassen sich wesentliche
Eigenschaften der Maschine interdisziplinär
festlegen. Komplexe Anlagen und
Roboter lassen sich schnell und einfach
simulieren und Testläufe der erstellten SPS-
Programmierung im Detail überprüfen. Für
eine Offline-Programmierung liefert es
wertvolle Erkenntnisse für das „Teachen“
der realen Applikation.
Laut Erkenntnissen von Schneider
Electric lassen sich typische Robotik-Applikationen
unterscheiden, die eine 3D-Simulation
geradezu provozieren:
Auf einem Band laufen x-Produkte,
1/2/3-reihig, die es möglichst verlustlos zu
palettieren gilt. Zu klären ist die Anzahl der
Pickerzellen; zu untersuchen die Ausfallszenarien
der Zellen. Erste Aufschlüsse ergeben
sich durch die 3D-Simulation der
Stückgüter.
n Vorgabe sind Produkte auf einer Palette,
die in definierten Abständen auf ein Band
abzulegen sind. Definiert werden soll die
erforderliche Bandgeschwindigkeit, um
einen Produktstrom ohne Lücken zu
gewährleisten.
n Stehen Layout der Maschine und Anzahl
der Picker fest, dann bleibt als offene Frage
die Leistung, wie viele Produkte pro
Minute und welche Leistungsreserven
das System noch offen hat.
n Fixe Vorgaben bezüglich der Anlage sind
Layout der Maschine, Anzahl der Picker
sowie Greiferzeiten und Verfahrwege des
Roboters. Für Auslegung der Vormaschine
und die Leistungsermittlung der Maschine
ist eine Simulation erstrebenswert
n Bei vorgegebenen Leistungsdaten sind
Sortierungsaufgaben durchzuführen, z. B.
farbliche Sortierung im Auslauf. Offene
Fragestellungen nach Pufferstrecken und
Anzahl der Picker lassen sich über eine
Simulation klären.
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01 Simulation hilft Komplexität zu beherrschen: Hier die optimale
Anpassung der Pick-and-Place-Roboter an die Handhabungsaufgabe

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
02 Die Simulation kompletter
Materialfluss- und Produktionssysteme
bietet noch großes
Wertschöpfungspotenzial
Aus Sicht von Machineering ist dieses
Variantenfeld eine typische und passende
Bandbreite der Aufgabenstellung in der
Handhabungstechnik. Mechatronische Anlagen
und deren komplexe Bewegungssteuerungen
im Einklang mit dem Produktstrom
durch die Maschine zu entwickeln,
ist ein aufwendiger und
anspruchsvoller Prozess. Der Vorteil, eine
realistische Simulation von Materialflüssen
in Echtzeit zu visualisieren, verkürzt
drastisch die Prozesse für die reale
Inbetriebnahme.
Bewertung des Nutzens
der Simulation
Interessant ist in diesem Zusammenhang
die Bewertung einer Simulation aus der
Sicht eines Anwenders, der die Belange der
Maschinenbauer kennt. Was bringt es wirklich,
alle Steuerungen vorzeitig programmieren
und im virtuellen Betrieb testen zu
können? Fundierte Aussagen über Erfahrungen
mit der Software Industrial Physics
kann AEM August Elektrotechnik GmbH in
Hohenroda machen.
Heutige Automatisierungslösungen erfordern
kürzere Realisierungszeiträume,
wobei Entwicklungs-und Umsetzungsprozesse
stetig zu optimieren sind. Die geforderte
hohe Transparenz in der Entwicklung
verlangt vom Engineering ein „Yousee-how-it-works!“
plus eine kurze Inbetriebnahme
vor Ort. Eine von AEM
durchgeführte Marktanalyse gängiger
Simulationstools favorisierte die 3D-Simulation
mit Industrial Physics, wobei auch
die Schnittstellenkompatibilität der Software
mit den eingesetzten Steuerungssystemen
zugunsten der Machineering-
Lösung entschied. Für AEM galt es nun,
Entwicklungsarbeiten durchzuführen, die
Systemkomponenten zur Simulation sowie
die interne Simulationslogik und die Funktionsbausteinlogik
im Automation Studio
zu definieren.
Im Resümée hat sich für das mittelständische
Unternehmen nach sechs-monatigen
Einsatz von Industrial Physics die Entwicklungsumgebung
für eine Anlagensimulation
ergeben, die hundert Antriebe
inklusive deren Steuerung beinhaltet – ein
Aufwand, der heute 3,5 Manntage Entwicklungszeit
umfasst. In der kompletten
Simulation sind Abläufe und Taktzeiten
visualisiert, deren Optimierung ganz augenscheinlich
ist. Die Live-Projektierung
der Software am Simulationsmodell erleichtert
die Softwareentwicklungszeit um
derzeit etwa 20 %.
Nicht exakt zu verifizieren ist der vertriebliche
Nutzen durch das Anlagenmodell.
Letztendlich schafft es eine starke Kundenbindung,
die für weitere Projektgespräche
hilfreich ist. Für die Inbetriebnahme sind die
Zahlen überzeugend, denn am Schreibtisch
erleichtert sich die virtuelle Inbetriebnahme
um satte 75 %, wohingegen die Inbetriebnahme
vor Ort derzeit eine Erleichterung von 25
bis 35 % bringt. Die Erfahrungen haben gezeigt,
dass die Potenziale mit einer 3D-Software
längst nicht ausgeschöpft sind. Die
Zahlen sind noch zu toppen, da die virtuelle
Inbetriebnahme am Schreibtisch noch bis zu
90 % steigen kann und bei der Inbetriebnahme
vor Ort sogar die Hälfte des Aufwandes
einzusparen ist. Die Tatsache, dass sich der
Aufwand der Softwareprogrammierung mit
Simulation sogar noch um 30 % reduzieren
lässt, gibt dem mechatronischen Ansatz im
Maschinenbau noch mehr Nahrung.
www.machineering.de
STATEMENT
Dr. Michael Döppert, Chefredakteur
Simulation ist längst nicht mehr
nur ein Thema für die Luft- und
Raumfahrt oder die Automobilindustrie.
Auch im allgemeinen Maschinenbau,
wie zum Beispiel in der
Robotik, ist das Thema angekommen.
Es reicht von der Werkstoff-,
über die Bauteil-, Baugruppen- bis
zur Bewegungs- und Steuerungssimulation.
Simulationssoftware wird
zunehmend zum zentralen
Werkzeug des Konstrukteurs in
einer immer stärker mechatronisch
ausgebildeten Maschinenwelt
werden. Simulations-Tools bieten
heute schon weit mehr Optimierungspotenzial
als klassische
3D-CAD Software. Es ist für mich
durchaus auch vorstellbar, dass in
Zukunft 3D-CAD-Funkltionalität in
Simulationssoftware integriert ist
und nicht umgekehrt. Dann könnte
es generell heißen: Am Anfang der
Konstruktion steht die Simulation
– und nicht mehr die geometrische
Bauteilauslegung.
46 Der Konstrukteur 9/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
Lineareinheit für hohe axiale Kräfte
Eisenloser Linearmotor
Die Produktfamilie R-Plus System aus der Actuator Line von Rollon
umfasst Linearachsen mit Zahnstangenantrieb. Die Lineareinheit
RP-160 ist für hohe axiale Kräfte ausgelegt, effizient bei langen
Hüben und auch für vertikale Anwendungen geeignet. Zusätzlich
können auf dieser Linearachse mehrere Läufer unabhängig voneinander
betrieben werden. Die Reihe R-Plus besteht aus selbsttragenden
Aluminium-Strangpressprofilen, auf denen Linearschienen
mit Kugelumlaufführungen und integrierter Kugelkette
montiert sind. Alle Kugelumlaufführungen sind mit Kugelkäfig-
Technologie ausgestattet. Die Laufrillen der Linearschienen sind
im Rundbogenprofil geschliffen und haben einen Kontaktwinkel
von 45°. Die Kraftübertragung geschieht über eine schrägverzahnte,
gehärtete und getemperte Zahnstange (Modul 2, Qualität 6) mit
geschliffenen Zähnen. Jede Lineareinheit wird komplett mit einem
vorinstallierten Reduziergetriebe und einem integrierten Schmier-
Kit zum Einfetten des Ritzels geliefert. Die Lineareinheit RP-160 ist
auf hohe Tragzahlen ausgelegt und überbrückt Hübe von 800 bis
5700 mm in einem Stück. Längere Hübe sind mit speziellen Verbindungen
von Rollon möglich. Die maximale
Wiederholgenauigkeit liegt bei ± 0,05 mm, die
maximale Quergeschwindigkeit beträgt 3 m/s und
die maximale Beschleunigung 20 m/s². Die
RP-160 bewirkt einen linearen Vorschub
von 167 mm pro Umdrehung. Das Gewicht
je 100 mm Hub beträgt 2,3 kg und
das Gewicht bei Nullhub 26 kg.
www.rollon.de
Das Unternehmen Hiwin
erweitert den oberen Leistungsbereich
seiner Linearmotorserie
LMC um die
Baugröße LMCF. Die neue Variante
erreicht Dauerkräfte bis 684 N
und kurzfristige Maximalkräfte bis
2736 N; bei einer Abmessung des Motors inkl.
Stator von 172 mm Höhe und 41,1 mm Breite.
Aufgrund der Kombination mehrerer Statoren
(Magnet bahnen) lassen sich beliebig lange Verfahrwege
realisieren. Genauso können mehrere Forcer (Linearmotoren)
auf einer Linearmotorachse betrieben werden, die sich entweder
unabhängig voneinander oder zur Erhöhung des Vorschubs
auch parallel schalten und ansteuern lassen. Das Forcer-Gewicht
des Linearmotors LMCF beträgt je nach Ausführung zwischen
2,5 und 7,5 kg. Die Synchron-Linearmotoren der Baureihe LMC
zeichnen sich durch hohe Beschleunigungen und eine hohe
Gleichlaufgüte aus. Durch den eisenlosen Forcer und den U-
förmigen Statoraufbau mit optimierter Anordnung der Permanentmagneten
treten zum einen zwischen Forcer und Stator
keine Rastmomente auf und zum anderen werden keine magnetischen
Anziehungskräfte in das Führungssystem eingeleitet.
Zudem verfügt der Forcer durch seine kompakte, eisenlose
Konstruktion und Epoxid-vergossene Spulen über ein geringes
Eigengewicht.
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CAD / CAM / PLM
Sauber ausgelegt
Software für die Planung von Abgasreinigungsanlagen für Schiffe
Josef Zeilmann
Die Antriebstechnik spielt nicht nur beim Auto, sondern auch bei Schiffen
eine zentrale Rolle. Dabei geht es natürlich auch hier nicht nur um den
Motor selbst. Um künftige Emissionsgrenzwerte einzuhalten, wird, je
nach verwendetem Kraftstoff, neben einem System zur Stickoxidreinigung
eine große Abgasreinigungsanlage für die Entschwefelung
notwendig. Der Schiffsplaner benötigt frühzeitig möglichst präzise
Angaben über den erforderlichen Platzbedarf. Ein Anbieter von Großdieselmotoren
hat von einem Hersteller im Bereich elektronischer
3D-Produktkataloge eine Software entwickeln lassen, die Konstrukteure
hier bei der Auslegung unterstützt.
Josef Zeilmann, Marine Application Engineer,
MAN Diesel, Augsburg
Wenn große Reedereien das Design von
Schiffen planen, stellt sich wie auch
beim Auto die Frage nach der Motorisierung
und dem Treibstoff. Zur Auswahl stehen
als Treibstoff u. a. preisgünstiges
Schweröl oder der im Vergleich kostspieligere
Schiffsdiesel. Hintergrund dieser Fragestellung
ist die weltweite Verschärfung
der Abgasnormen auch für die Seefahrt.
Schweröl enthält bis zu 3 % Schwefel. Um
künftige Emissionsgrenzwerte einzuhalten,
wird neben einem System zur Stickoxidreinigung
eine große Abgasreinigungsanlage
für die Entschwefelung notwendig. Solche
Abgas-Reinigungsanlagen können
durchaus Dimensionen von 10 x 30 x 40 m
erreichen. Deshalb benötigt der Schiffsplaner
frühzeitig möglichst präzise Angaben
über den erforderlichen Platzbedarf.
Die Auslegung der unterschiedlichen
Motoren inklusive der Abgasreinigung ist
für Schiffsplaner eine komplexe Fragestellung.
Die Anforderungen hängen ab vom
Schiffstyp, von den verbauten Motoren,
vom Fahrprofil und den verschiedenen
weltweit gültigen und zukünftigen Abgas­
48 Der Konstrukteur 9/2015

CAD / CAM / PLM
Kabeleinführungssysteme
EMV Innovationen
verordnungen für Schiffe. Beispielsweise ist
eine Einfahrt in den Ärmelkanal nur mit gereinigtem
Abgas nach aktuell strengster
Vorgabe erlaubt. Die verschärften Abgaswerte
müssen in den ECAs – Emission
Control Areas –, derzeit Nord- und Ostsee
und die Küsten Nordamerikas, eingehalten
werden. All dies erfordert ein komplexes
Detail-Wissen.
Führung gefragt
Die MAN Diesel & Turbo SE mit Sitz in
Augsburg ist ein weltweit führender Anbieter
von Großdieselmotoren und Turbomaschinen
für maritime und stationäre Anwendungen.
Das Unternehmen entwickelt
Zweitakt- und Viertaktmotoren, die eine
Leistung von 450 bis zu über 87 000 kW erbringen.
Der Global Player für Schiffsdiesel
war auf der Suche nach einem Dienstleister,
der ihm eine hochspezialisierte Software
zur Unterstützung seiner Kunden bei der
Schiffsplanung liefert. Speziell gefragt war
ein Expertensystem, das den Planer durch
die einzelnen Produktvarianten bis zur Auslegung
der Abgasanlage führt. Neben einer
anwenderfreundlichen Benutzerführung
mit Hinweisen und Hilfsgrafiken war eine
01 Dimensionen der Abgasanlage
im Vergleich zum Motor und den
Deckaufbauten eines Frachters
einfache Oberflächenführung durch die
technischen Optionen wichtig.
Ergebnis einer Auswahl sollte dann der
Export einer 3D-CAD-Grafik vom Planungsergebnis
zum Einbinden in die
CAD-Systeme der Planer sein. Mit der
KiM GmbH aus dem saarländischen
St. Wendel fand das Unternehmen einen
solchen Partner.
KiM entwickelte auf Basis seines Systembaukastens
CADClick eine hochspezielle
Die hochspezialisierte Software führt den Konstrukteur durch die
einzelnen Produktvarianten bis zur Auslegung der Abgasanlage
Software nach den Wünschen von MAN
Diesel & Turbo: den Clean Funnel Configurator.
„Gemeinsam mit dem Software-Haus
haben wir auf Basis der Zielsetzung ein Pro-
Konfiguration, Auslegung und 3D-Visualisierung
Die KiM GmbH ist Anbieter elektronischer 3D-Produktkataloge. Ihre CADClick-Technologie
dient zur Konfiguration, Auslegung und 3D-Visualisierung von Produkten aus
Maschinenbau, Bauwesen/Architektur, Elektrotechnik und artverwandten Branchen.
2D- und 3D-Daten lassen sich einfach und schnell für die Verwendung in Marketing
und Vertrieb aufbereiten und z. B. in elektronischen Produktkatalogen online oder
offline verbreiten. Besonders bei variantenreichen oder konfigurierbaren Produkten
kann das System seine Stärken ausspielen. Jeder Konfigurationsschritt kann live
visualisiert werden. Aufgrund der offenen Architektur ist eine Ankopplung an
bestehende Konfiguratoren oder ERP-Systeme problemlos möglich. Als Ergebnis
liefert CADClick 2D/3D-CAD-Daten für alle gängigen CAD-Systeme, Pixelbilder (auch
fotorealistisch), 3D-PDF-Datenblätter oder automatisiert aus den 3D-Modellen
erzeugte 2D-Maßzeichnungen
„Bei extremen Einsatzbedingungen
kommt es
auf die Zuverlässigkeit
jeder Komponente an.“
IP65
KEL-ER von icotek.
Konfektionierte
Kabeleinführung
mit Schutzart IP65
Schutzart IP65
Garantieerhalt konfektionierter
Leitungen
Nachrüstungen, Servicearbeiten
einfach und schnell durchführbar
Hohe Packungsdichte
Große Variabilität
Zugentlastung gem. DIN EN 62444
Vibrationssicher
bis
icotek GmbH
15. - 18.09.2015
Messe | Husum
Halle 2 | Stand 2D25
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CAD / CAM / PLM
02 Eine Abgasreinigung erfordert die
Planung umfangreicher Zusatzaggregate,
wie z. B. Steuergeräte und Urea-Tank
jekt definiert, das dann in Dienstleistung für
uns umgesetzt wurde“, berichtetet Bernd
Friedrich. „Gefallen hat uns, dass wir bei
KiM Maschinenbau-Ingenieure als Ansprechpartner
hatten, die sich schnell in
diese Aufgabenstellung eingearbeitet
haben. Dr. Matthias Müller und sein Team
haben die Anforderungen an die Software
eigenständig abgeleitet und ein sehr funktionelles
Oberflächen-Design für das
Programm erstellt.“
Enger Zeitplan
Nur wenige Monate nach dem ersten Kontakt
hat KiM im März 2012 ein Pflichtenheft
erstellt, in dem der Projektplan aufgestellt
und die verschiedenen Aufgaben zugeteilt
wurden. MAN Diesel & Turbo erhielt Excel-
Tabellen als Pflegetool, um technische
Parameter der unterschiedlichen Module
einzutragen. Dies stellt sicher, dass die Software
jederzeit und einfach aktualisiert werden
kann. Der Zeitplan sah vor, den Clean
Funnel Configurator im September 2012 auf
der Schiffsmesse SMM in Hamburg vorzustellen.
Die im Zwei-Jahres-Rhythmus stattfindende
SMM ist in technischer Hinsicht
ein maßgeblicher Trendsetter der Schifffahrt
und so für MAN Diesel & Turbo von
großer Bedeutung. KiM hat diesen Wunschtermin
gut eingehalten. „Der Clean Funnel
Configurator kam bei unseren potenziellen
Kunden sehr gut an“, sagt Robert Brendel,
Head of Gas & Emission Technologies MAN.
„Auch erfreulich war, dass schon in der
ersten Abstimmungsschleife nahezu keine
Nachbesserungen notwendig waren.“
Komplette Lösung
Wenn ein Schiffsplaner jetzt in der ersten
Planungsphase Informationen zur Dimensionierung
der Abgasanlage benötigt, dann
loggt er sich in das entsprechende Programm
auf der MAN-Extranet-Seite ein und
folgt der Menüführung. Er wählt zuerst die
zu erfüllenden Umwelt-Normen, den gewünschten
Motor und den Treibstoff aus.
Nach und nach werden verschiedene Mög-
lichkeiten abgefragt, während das System
gleichzeitig das Modell der Anlage konfiguriert
und eine 3D-Vorschau anzeigt. Die
Software legt die komplette Lösung aus:
Notwendige Module, Dimensionierung dieser
Module, automatische Generierung und
Darstellung der Abgas-Rohrleitungen. Für
die Auslegung der Module zur Entschwefelung
und Stickstoffreinigung erzeugt CAD-
Click die technisch richtigen Rohrleitungen
mit exaktem Durchmesser und zeigt deren
Verlauf an. Die Module können je nach
Schiffstyp flexibel angeordnet werden –
quer oder längs bzw. waagerecht oder
hochkant und dies in allen Kombinationen.
Die 3D-CAD-Modelle mit genauen Angaben
über Größe der Anlage, Anordnung der
einzelnen Module und Rohrführung beinhalten
zusätzlich auch den Raumbedarf für
Servicebereich und Zusatzaggregate. Wichtig
für die Anwender sind zudem die unterschiedlichen
Exportoptionen der 3D-Geometrie
für die Planungssysteme, als komplette
Anlage und für jedes Modul einzeln.
Die Ausgabe der technischen Dokumentation
für die Gesamtlösung inklusive Datenblätter,
3D-Vorschaugrafik und CAD-Dateien
in der Anlage erfolgt zudem in einem
PDF-Dokument.
Der Zugang zu diesem Konstruktionsbereich
ist per Passwort abgesichert. In den
ersten zwei Jahren nach der Freischaltung
haben sich 170 Konstrukteure so bei der
Planung ihrer Abgasreinigungsanlage unterstützen
lassen. Aufgrund der hohen Resonanz,
arbeitet MAN mit KiM bereits an
der nächsten Ausbaustufe des Clean Funnel
Configurators. Um neuen technischen Entwicklungen
Rechnung zu tragen, werden
neue Module erstellt.
www.cadclick.com
Schnelles Berechnen von Getrieben über das Internet
Kisssysweb ist ein neues Produkt von Kisssoft (Modul SYSweb)
und erlaubt Firmen über einen externen Zugang einfach und
rasch das Berechnen von Modellen über das Internet. Diese
Anwendung ist besonders für Vertriebsmitarbeiter interessant,
die schnell bestehende Getriebe mit neuen Belastungen
nachrechnen möchten. Die Kisssys-Modelle werden in einem
Strukturbaum ausgewählt und die dazugehörigen Belastungen
definiert. Dabei können neben Drehmoment und Drehzahl auch
Lastkollek tive sowie radiale und axiale Kräfte vorgegeben werden.
Durch einen einzigen Klick wird das Getriebe berechnet und ein
Protokoll mit Lebensdauer, Sicherhei ten,
Wirkungsgraden und weiteren Ergebnissen erstellt.
Dieser Bericht kann dann im PDF-Format
weiterverwendet werden. Die Modelle liegen
auf einem Webserver im Netzwerk
der Firma, wobei die Applikation
passwortgeschützt ist, sodass alle
Daten sicher sind.
www.kisssoft.ag
50 Der Konstrukteur 9/2015

CAD / CAM / PLM
Rapid Prototyping: Werkzeuge
per 3D-Druck erstellen
Das Unternehmen Pöppelmann K-Tech
wendet Verfahren der additiven Fertigung
an, um schnell funktionsfähige Muster für
technische Spritzgussteile aus Kunststoff zu
erstellen. Diese kommen zum Beispiel im
Bereich der erneuerbaren Energien, im
Maschinen- und Apparatebau, der Elektrooder
Automobil industrie zum Einsatz.
Pöppelmann nutzt ein neues und äußerst schnelles Verfahren im
Bereich des Rapid Prototyping. Um funktionale Proto typen
anzufer tigen, werden zwar bereits Muster mithilfe des 3D-Druckverfahrens
innerhalb weniger Tage erstellt. Der Trend in der generativen
Fertigung geht jedoch hin zu belastbaren Mustern aus
echtem Serien material. Die Idee: Nicht das Bauteil selbst, sondern
das Werkzeug dafür wird gedruckt. Dann kann es in eine Stammform
eingesetzt und mit Spritzgussmaterial gefüllt werden. So
entsteht in kurzer Zeit ein voll funktionsfähiges Bauteil.
www.poeppelmann.com
App für Filetransfer-Plattform um
Offline-Nutzung erweitert
Procad hat die App für seine Filetransfer-Plattform Proom um
eine Funktion zur Offline-Nutzung erweitert. Damit können
Nutzer auch ohne bestehende Internetverbindung von unterwegs
auf ihre Daten zugreifen, etwa Mitarbeiter der Projektabwicklung
auf technische Dokumente und Projektpläne, der Vertrieb auf
aktuelle Angebote oder Wartungstechniker auf Serviceunterlagen.
Außerdem können nun auch Aktionen bei Android mit langem
Gedrückthalten und bei iOS mit Nach-links-Streifen und Klick auf
den Button „mehr“ ausgelöst werden. Die App steht für iOS 7 oder
neuere Versionen und Android 4.x zur Verfügung.
www.proom.de
Automatisierungstechnik-Anbieter hat
interaktive CAD-Daten online verfügbar
Um in Produktentwicklungsprozessen zugekaufte Teile oder Komponenten
zu modellieren oder nachzuzeichnen, investieren
Unternehmen oft viel Zeit. Aus diesem Grund hat sich IEF-Werner
entschlossen, den Anwendern interaktive CAD-Daten und häufig
benötigte Dokumente wie Betriebsanleitungen kostenlos über das
CAD-Portal Tracepartsonline.net zur Verfügung zu stellen. Der
Nutzer kann hier auf ein breites Produktportfolio von IEF-Werner
zugreifen – von manuellen Verstellern bis zu vielfältigen NC-Komponenten
für lineares und rotatives Positionieren.
Produktentwickler und Ingenieure haben über das Portal weltweit
Zugang zu Millionen von 2D-Zeichnungen, 3D-CAD-Modellen
und technischen Daten. Erhältlich sind die gängigen Austauschformate
wie DXF und Step sowie Dokumente in den
nativen Formaten wie Pro/Engineer, Solidworks und Solid Edge.
Neben Downloads sind auch komplexe Konfigurationen möglich,
bei denen längenabhängige Teile automatisch an die Wüsche des
Kunden angepasst werden.
Durch einen integrierten
Viewer lassen sich die
Konfigurationen als 3D-
Modelle vor dem Herunterladen
betrachten und
überprüfen. Die Anwender
können über das Portal
auch Preisanfragen direkt
auslösen, die umgehend bearbeitet werden.
www.ief-werner.de
Die volle Bandbreite
kollaborierender Roboter
für jede Anwendung bereit
Computerkomplett Ascad baut Bereich
„Fertigung und Simulation“ aus
> Einfache Programmierung
> Schnelles Einrichtenn
> Flexibler Einsatz
> Kollaborierend und sicher
> Schnellste Amortisationszeit
der Branche
UR10
Ein flexibles durchgängiges PLM liefert die Transparenz und
Datenverfügbarkeit, die für die Realisierung von Industrie-4.0-Konzepten
benötigt werden. Das Unternehmen Computerkomplett
Ascad führt in seinem Portfolio die Lösungsbausteine zur Realisierung
eines solchen durchgängigen PLM-Konzepts. Neben den klassischen
PLM-Projekten im System Engineering rücken die Anforderungen
der Produktion immer mehr in den Fokus.
„Im Zuge des kontinuierlichen Ausbaus unserer PLM-Strategie
werden wir die Entwicklung und Bereitstellung der PLM-Lösungen
im Bereich der Fertigung und Fertigungssteuerung vorantreiben“,
führt Oliver Spölgen (Bild), Geschäftsführer der Computerkomplett
Ascad GmbH an.
Seit Jahresanfang bündeln sich die PLM-
Lösungen in der neuen Fachabteilung „Fertigung
und Simulation“. Weitere Investitionen in
die Entwicklung von Integrationskomponenten
und der Ausbau der Kundenbasis stehen an.
UR3
UR5
Der neue UR3
von Universal Robots hat eine Reichweite von 500mm und eine
Traglast von bis zu 3 kg. Damit ist der
Roboterarm
die perfekte Lösung für alle
Unternehmen, die kleinteilige und präzise Aufgaben automatisieren möchten.
Der UR5 (5 kg, 850 mm) oder der UR10 (10 kg, 1300 mm) sind ideal, wenn Sie
einen Roboter mit einer höheren Traglast und größerer Reichweite suchen. Mehr
über die gesamte UR-Familie erfahren Sie unter www.universal-robots.com.
www.computerkomplett.de
Der Konstrukteur 9/2015 51
Universal-Robots.indd 1 30.07.2015 13:33:33

WERKSTOFFTECHNIK
Mit Elastomeren am Limit?
Kunststoffe für Leichtbau und sportliche Höchstleistungen
Nicht nur im Maschinen- und Fahrzeugbau gilt es bewegte Massen
möglichst gering zu halten, um energieeffiziente Konstruktionen zu
ermöglichen. Auch bei Sportartikeln wie Laufschuhen sind Leichtgewichte
Grundlage für sportliche Höchstleistungen. Hier wie da können
Kunststoffe punkten – und das nicht nur mit geringem Gewicht.
Kann ein Mensch 100 m in 9,29 s laufen?
Oder sind doch 9,48 s das theoretische
Limit? Während sich Wissenschaftler darüber
streiten, versuchen die schnellsten
Männer der Welt den derzeitigen Weltrekord
von 9,58 s zu schlagen. Neben ihrer
persönlichen Leistungsfähigkeit ist dabei
das wichtigste Sportgerät der Schuh, z. B.
der von Asics Corporation angebotene
Spike Schuh Sonicsprint Elite, der in seiner
Sohle das Polyamid 12 Elastomer Daiamid
enthält.
Komplexe Herausforderung
Bewegung und Geschwindigkeit sind für
die Materialforscher und Schuhentwickler
eine Herausforderung. Sie arbeiten daher
seit Jahren eng zusammen, um neueste
wissenschaftliche Erkenntnisse in die
ideale Passform umzusetzen. Namhafte
Sporthersteller setzten in der Vergangenheit
bei vielen Sportschuhsohlenentwicklungen
auf die wegen ihrer geringen Dichte
von nahezu 1g/cm³ sehr leichten Polyamide
12-Formmassen Vestamid von Evonik Industries,
Essen, und Daiamid des Joint-
Ventures Daicel-Evonik.
Das geringe Gewicht eines Sportschuhs
ist besonders wichtig, um das komplexe
Zusammenspiel von Muskeln, Knochen
und Bändern im Fuß optimal zu unterstützen.
Auch sollte die eingeflossene Energie
möglichst vollständig über eine Federwirkung
an den Träger zurückgeben werden.
Dies gelingt über die Eigenschaften der
Sohle. Klaus Hülsmann, Key Account
Manager bei Evonik für den Bereich Sport,
ist sich sicher: „Bei der Entwicklung von
neuen Polymeren für den Sportsektor ist es
wichtig, den Bedürfnisses eines sich
schnell wandelnden Marktes gerecht zu
werden. Daher entwickeln wir mit unseren
Partnern gezielt maßgeschneiderte Polyamide
und Kunststoffsysteme für die
jeweilige Disziplin.“
Werkstoffeigenschaften und
konstruktive Umsetzung
Die Vestamid- und Daiamid-Typen aus der
Polyamid 12-Familie sind steif, gleichzeitig
jedoch so rückstellfähig, dass sie die beim
Verformen aufgenommene Energie zum
großen Teil beim Entspannen als Impuls
wieder abgeben. Aufgrund der guten mechanischen
Stabilität der Materialien kann
durch konstruktive Maßnahmen weiter Gewicht
eingespart werden, etwa dadurch,
dass Sohlen nicht vollflächig ausgeführt
sind oder – wie bei der Sohle des Asics
Sprintschuhs – durch eine überlegene Verstärkungstechnik.
„Die dadurch erzeugte
Das weite Eigenschaftsprofil
von Polyamiden anwendungsspezifisch
nutzen
Kombination aus Steifheit und Flexibilität
verleiht dem Schuh die für Sprints am
Startblock benötigte Explosivität“, erklärt
Hiroaki Arita, Forschungsleiter und Leiter
des Technikums bei Daicel-Evonik.
Vestamid und Daiamid sind in unterschiedlichen
Farben brillant einzufärben,
laserverschweißbar und laserbeschriftbar.
Sie werden eingesetzt vom Skistiefel über
den Laufschuh bis zum Fußballschuh und
können dabei Metallinserts für Clipverbindungen,
z. B. für Metallstollen, sicher
aufnehmen.
Daicel-Evonik ist eine weitere Entwicklung
gelungen: Die Sohle R-Compo ist ein
Verbund aus Polyamid 12 und Gumminoppen
mit einem ausgewogenen Verhältnis
von exzellenter Griffigkeit und geringem
Abrieb. Bei ihrer Entwicklung spielte
die patentierte Kunststoff-Kautschuk-Verbundtechnologie
eine wichtige Rolle. Dieser
Prozess verbindet Polyamid und Gummi
ohne zusätzlichen Haftvermittler fest
miteinander.
Unterstützung vom
Kunststoffexperten
Evonik unterstützt Kunden nicht nur durch
seine Materialentwicklung, sondern auch
bei der konstruktiven Entwicklung durch
CAD und Form-Füll-Simulationen. Bei der
Materialentwicklung setzt das Unternehmen
zunehmend auch auf biobasierte
Formmassen Vestamid Terra, die eine niedrigere
CO 2
-Bilanz aufweisen als erdölbasierte
Polyamide. Sie können genau wie
die herkömmlichen Formmassen in ihren
Eigenschaften maßgeschneidert werden –
von hart bis weich.
www.evonik.com
52 Der Konstrukteur 9/2015

WERKSTOFFTECHNIK
Polyamid ersetzt Aluminium im
Fahrwerksbereich
Den weltweit ersten
Kunststoff-Getriebequerträger
im Hinterachsrahmen
haben Contitech
Vibration Control und
BASF für die S-Klasse von
Mercedes-Benz
entwickelt. Der Träger
besteht aus dem tech -
nischen Kunststoff Ultramid A3WG10 CR, einer hoch verstärkten
und auf hohe mechanische Lasten optimierten Polyamidspezialität
der BASF. Gegenüber dem Vorgängerträger aus Aluminiumdruckguss
bietet das Bauteil eine Gewichtsersparnis um 25 %,
eine bessere Akustik und gute mechanische Eigenschaften auch
bei hohen Temperaturen und den aktuellen Crash-Anforderungen.
Zu diesen Eigenschaften trug auch die Auslegungskompetenz
der BASF mithilfe des Simulationstools Ultrasim bei. Als
eine zentrale Komponente der Hinterachse stützt das Strukturbauteil
einen Teil des Drehmoments ab, das vom Motor auf das
Getriebe übertragen wird, und trägt die permanente Teillast des
Differentialgetriebes. Um das Aluminium in dieser Anwendung zu
ersetzen, hat der Kunststoff hohe mechanische Anforderungen zu
erfüllen: Der zu 50 % kurzglasfaser-verstärkte Kunststoff Ultramid
A3WG10 CR verfügt über eine optimale Festigkeit sowie Steifigkeit
und zeigt eine geringe Kriechneigung unter Dauerlast. Darüber
hinaus kann das Material hohe Biegemomente ertragen.
www.basf.com
Perfluorkunststoff hält Dauergebrauchstemperaturen
bis 300 °C stand
Ecctreme ECA ist eine neue Familie aus der Schmelze verarbeitbarer
Hochtemperatur-Perfluorkunststoffe (HTP) von DuPont, die
langzeitig Einsatztemperaturen bis zu 300 °C widerstehen und
damit die bisher für Perfluorkunststoffe nach ISO 2578 geltende
Obergrenze von 260 °C übertreffen. Zugleich bietet diese neue
Werkstoffklasse die bekannten Merkmale der Perfluorkunststoffe,
wie Chemikalien- und Permeationsbeständigkeit, gute dielektrische
Eigenschaften und niedriger Reibwert. UL hat Ecctreme ECA
nach mechanischen, elektrischen und Brandtests bei Dicken ab
0,75 mm und darüber in die Brennbarkeitsklasse V-0 eingeordnet
und elektrische sowie mechanische RTI-Werte von 300 °C
bestätigt (RTI = Relativer Temperaturindex nach UL 746B als Maß
für die thermische Alterungsbeständigkeit bei erhöhter
Temperatur). Dies ist der höchste RTI-Wert aller in der
UL-Datenbank (UL Component File E54681) verzeichneten
Kunststoffe. Zu den Anwendungsmöglichkeiten des Perfluorkunststoffs,
der auf den gleichen Maschinen und mit der gleichen
Produktivität extrudiert, gepresst
oder spritzgegossen werden
kann wie die entsprechenden
Perfluorkunststoff-Standardtypen,
gehören Formteile, Rohre
und Schläuche sowie Ummantelungen
von Kabeln, Leitungen
und Sensoren für raue
Umgebungsbedingungen.
www.dupont.de
Biobasierter EPDM-Kautschuk als Basis
für Dichtungswerkstoff
Der Spezialchemie-Konzern Lanxess liefert seinen biobasierten
Ethylene-Propylen-Diene-Monomer-Kautschuk
(EPDM-Kautschuk) Keltan Eco an die Freudenberg Sealing
Technologies. Die Freudenberg-Gruppe, Hersteller von
Dichtungen und schwingungstechnischen Komponenten, hat in
ihrer nordamerikanischen Tochtergesellschaft
damit begonnen, Gummidichtungen
auf Basis von Keltan Eco
zu produzieren. Keltan Eco
enthält bis zu 70 %
Ethylen, das aus
Zuckerrohr gewonnen
wurde. Freudenberg
Sealing Technologies
hatte mit der Entwicklung
des auf nachwachsenden
Rohstoffen basierenden Compounds
bereits im Jahr 2012 begonnen. Die Anwendungen für
Compounds auf Basis von Keltan-Eco-Polymeren reichen von
Dichtungen für Kühlmittel, Dampf und synthetische Hydrauliköle
bis hin zu Bremsflüssigkeit und Hydraulikflüssigkeiten, wie sie in
der Luftfahrt eingesetzt werden. Das neu entwickelte Material ist
gegenüber Temperaturen von bis zu 150 °C beständig. Das
Polymer, das Freudenberg Sealing Technologies verwendet, weist
einen 45-prozentigen Anteil an biobasiertem Ethylen auf. Das
führt schließlich zu einer reduzierten Freisetzung von CO 2
in der
Produktionskette.
www.lanxess.de
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bevor es zu spät ist!
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Der Konstrukteur 9/2015 53
Jakob-Antriebstechnik.indd 1 28.07.2015 07:38:22

WERKSTOFFTECHNIK
Spektrum an Tribomaterial-
Halbzeugen ausgebaut
Igus hat sein Spektrum an
Rundstäben und Platten zur
weiteren Bearbeitung um Zwischengrößen
ausgebaut. Die insgesamt 20
verschiedenen Iglidur Hochleistungswerkstoffe
als Halbzeuge
ermög lichen eine individuelle
Bearbeitung, um Sonderteile in
kleinen Stückzahlen oder
Prototypen zu fertigen. Eine Vielzahl
an Werkstoffen ist in den Durchmessern
15, 25, 35, 45, 55 und 65 mm
direkt ab Lager bestellbar. Alle
Halbzeuge – ob Rundstäbe, Plattenmaterial
oder Profile – bestehen aus den auf Reibung und
Verschleiß optimierten und im Labor getesteten Motion Plastics,
Kunststoffe für die Bewegung. Dadurch lässt sich auch für diese
Halbzeuge die Lebensdauer verlässlich berechnen und vorhersagen.
Außerdem müssen sie nicht geschmiert werden und sind
dadurch wartungsfrei.
www.igus.de
Hochleistungspolymer zur Substitution
von Metallen für Ventilsysteme
Solvay Specialty Polymers bietet das Hochleistungspolyamid
(HPPA) Kalix 9000 für die Fertigung beispielsweise von
Pneu matikventilsystemen an. Das teilaromatische HPPA vereint
hohe mechanische Leistungsfähigkeit und ausgezeichnetes
Fließvermögen mit außergewöhnlichem Oberflächenfinish. Diese
Eigenschaften prädestinieren es zur Substitution von Metallen für
Ventilsysteme in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie
in der Automobil-, Elektronik- und Industriemaschinenbranche.
Das Polymer ermöglicht
die Reduzierung des
Bauteilvolumens und
Gewichtseinsparungen.
Die gratfreie Verarbeitbarkeit
erlaubt eine kompliziertere
Fertigteilgestaltung
bei gleichzeitiger Verbesserung
der Reproduzierbarkeit.
Trotz des leichteren, dünneren und kompakteren der
Bauteile halten die Polymer-Bauteile Drücken bis 10 bar bei
Temperaturen von -10 bis 60 °C stand.
www.solvay.com
Stranggussprofile in großen Abmessungen
Die KS Gleitlager GmbH stellt
seit kurzem Stranggussprofile
mit einem Außendurchmesser
von bis zu 500 mm her. Gefertigt
wird diese, laut Anbieter
international bislang einzigartige
Abmessung an einer selbst
konstruierten Vertikal-Stranggussanlage
in Rohrlängen von bis zu 3800 mm. Verfügbar sind die
Profile in diversen Rotguss- und Bronzelegierungen. Zusätzlich
sind eine Vielzahl von neuen Liefermaßen in den Standard-
Kupfer-Zinn-Legierungen CuSn7 und CuSn12 ab Lager erhältlich.
Das Unternehmen hat seinen bisherigen Anlagenpark von neun
Gießanlagen erweitert: Auf einer neuen, zehnten Anlage wird das
Abmessungsspektrum von 11 bis 504 mm Liefermaß produziert.
Außerdem befinden sich 4-Kant-Abmessungen bis 270 x 400 mm
im Portfolio des Herstellers.
www.kspg.com
Verbindungstechnik für den Leichtbau
Ejot bietet ein breites Portfolio leichtbaugeeigneter
Ver bindungslösungen für vielfältige Anwendungsbereiche. Für
Direktverschraubung in Kunststoffen eignet sich die
Stahlschraube Delta PT. Alternativ lassen sich durch die Ausführung
aus Aluminium bis zu 60 % Gewicht einsparen. Die Delta
PT P aus Kunststoff für weiche Thermoplaste ist bis zu 85 %
leichter als ihr Pendant aus Stahl – bei vergleichbarer verbindungstechnischer
Sicherheit. Mit dem TSSD (Thermischer Stoff-
Schluss-Dom) und dem dazugehörigen Fügeverfahren bietet
das Unternehmen ein Produkt an, das es ermöglicht, Bauteile zu
verbinden, von denen eines aus faserverstärktem Kunststoff
besteht. Beim Fügevorgang wird der Kunststoffdom unter einer
definierten Drehzahl und Axiallast in das Kunststoffbauteil
gesetzt. Geschäumte Bauteile als alternative Leichtbaulösungen,
gewinnen maßgeblich an Bedeutung im Markt. Für die Befestigung
von Bauteilen aus EPP (Expanded Polypropylen) gibt es
die Kunststoffschraube EPPsys.
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n pneumatische Klemmung mit hohen Kräften
n innen- und außenklemmende Wirkrichtung
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beaufschlagt werden, um die Klemmkraft zu erhöhen.
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54 Der Konstrukteur 9/2015

special
Werkzeugmaschinen
Effizienzsteigerung, Flexibilität, intelligente
Kommunikation, Simulation – diese Trends prägen
auch den Werkzeug maschinenbau. Die Komponenten
und Systeme entwickeln sich entsprechend weiter.
Bild: Balluff GmbH, Neuhausen

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Im übertragenden Sinne
Induktive IO-Link-Koppler übermitteln in Bearbeitungszentren
Messergebnisse zuverlässig und verlustfrei
Wolfgang Zosel
Wo Werkstückträger in ständiger Bewegung sind und es wie in Bearbeitungszentren
buchstäblich um bis zu 360° rund geht, stellt die Datenübertragung
von mobilen zu fixen Teilen der Anlage Elektrokonstrukteure vor
Herausforderungen. Induktive Kopplersysteme übertragen digitalisierte
Daten, Signale und sogar Energie zur Versorgung der eingesetzten Sensorik
und Aktorik über einen schmalen Luftspalt. IO-Link bündelt die Prozessgeräte
an Ort und Stelle und transferiert deren Daten per Dreidrahtkabel
und IO-Link-Master an die Steuerung. Eine innovative Lösung, die nicht nur
in der Automobilindustrie für mehr Produktivität sorgt.
Wolfgang Zosel, freier Fachjournalist, Reutlingen
Ein namhafter skandinavischer Automobilhersteller
bringt derzeit seine Produktionslinie
für LKW-Motoren auf den Stand
der Technik. 20 Bearbeitungszentren stehen
dort in Reih und Glied und fertigen Schritt
für Schritt aus den angelieferten Gussrohteilen
nahezu vollständig automatisiert
montagefertige Motorenblöcke. Dabei setzt
das Unternehmen auf die Kompetenz der
Gebr. Heller Maschinenfabrik mit Hauptsitz
in Nürtingen. Horizontale Bearbeitungszentren,
5-Achs-Bearbeitungszentren, Fräs-
Dreh-Zentren sowie flexible Fertigungssysteme
zählen zu den Kernprodukten des
Werkzeugmaschinenherstellers mit weltweit
ca. 2500 Beschäftigten.
Zwei dieser Bearbeitungszentren mit
einer Grundfläche von rund 8 x 4 m und
einer Höhe von gut 3 m absolvieren derzeit
ihre finalen Funktionstests im Nürtinger
56 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Werk. Ein automatisiertes Ladesystem hievt
den noch unbearbeiteten Gussmotorenblock
von oben auf einen um 360° schwenkbaren
Rundtisch, der auch in Z-Achse verfahrbar
ist. Im hinteren Bereich ist sowohl
ein Werkzeugwechsler als auch eine entlang
der Horizontal- und Vertikalachse verfahrbare
Arbeitseinheit angebracht, die erste
Bohr- und Fräsaufgaben ausführen wird.
Die Lage des Werkstücks
Doch zunächst muss der Rohling mittels einer
hydraulischen Spannvorrichtung sicher
auf der Auflagefläche des Rundtischs fixiert
werden. Weil Rohgussblöcke herstellungsbedingt
meist divergierende Abmessungen
aufweisen, muss im Zuge des Aufspannverfahrens
die relative Lage des Werkstücks auf
dem Rundtisch ermittelt und der Steuerung
mitgeteilt werden. Dazu erfasst ein auf der
Grundplatte sitzender Bolzen die auf der Unterseite
des Motorenblocks angebrachte Indexbohrung,
bevor vier massive Schwenkspanner
das Werkstück nach hinten ziehen
und 16 induktive Sensoren von Balluff
schließlich den exakten Sitz bestätigen.
Während das Gussteil in seine Bearbeitungsposition
gefahren wird, registriert ein induktiver
Messtaster quasi nebenbei, welchen
Weg der Bolzen in der Indexbohrung mitsamt
dem Werkstück zurückgelegt hat. Sitzt
der Gussblock schließlich in seiner Bearbeitungsposition,
sind die Lage- und Abmessungsdaten
bereits erfasst und an die Steuerungsebene
übermittelt. Die Bearbeitung
des Motorenblocks kann beginnen.
Ein Längenmesstaster wie der hier eingesetzte
von Marposs dient der präzisen
Messwertermittlung im Zuge der Werkzeugbearbeitung
und Qualitätskontrolle.
Er gleicht quasi die unvermeidlichen
Die induktiven Kopplersysteme
erlauben einen kompakten
konstruktiven Aufbau
Schwankungen bei den Abmessungen der
Gussteile aus und stellt somit exakte und
identische Bearbeitungsergebnisse sicher.
Das italienische Unternehmen Marposs ist
Hersteller von Fertigungsmesstechnik für
In-Prozess und Post-Prozess Werkstattanwendungen.
Zwei Herausforderungen
Bereits in der Entwurfsphase stellt sich die
Frage, auf welche Weise Signale und Daten
vom beweglichen und drehbaren Werktisch
zur Maschinenbasis und damit zur
Steuerungsebene gelangen sollen. „Den
hohen Produktivitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen
unseres Auftraggebers
entsprechend kamen konventionelle Verkabelungslösungen
ebenso wenig in Frage
wie Schleifringsysteme: zu aufwändig, an-
01 Spannvorrichtung mit Sensorhub und Messverstärker
Der Konstrukteur 9/2015 57
Rotor-Clip.indd 1 17.08.2015 08:38:09

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
02 IO-Link-Master
04 Konstruktionsskizze
03 Bearbeitungszentrum
fällig, verschleißbehaftet und damit
unzuver lässig“, sagt Peter Frommer, Projektleiter
Steuerungstechnik bei Heller. Zudem
stellt der Längenmesstaster in Verbindung
mit einem Messverstärkter von
Marposs zunächst lediglich ein analoges
Signal zur Verfügung. Dies hätte die Übertragung
über ein spezielles geschirmtes Kabel
notwendig gemacht. Im Wartungsfall wäre
diese Lösung mit hohen Kosten verbunden.
Damit war nicht nur eine Technik gefragt,
die Daten zuverlässig vom mobilen zum
fixen Anlagenteil übertragen konnte, sondern
eine, die gleichzeitig eine Lösung für
das einfache und verlustfreie Handling analoger
Messdaten anbot. Gleich mehrere
Gründe, warum sich Heller für das induktive
Kopplersystem (BIC) von Balluff entschied.
Es überträgt Signale und Energie berührungslos
über einen Luftspalt von bis zu
5 mm. Seine besondere Leistungsfähigkeit
und Einfachheit verdankt das berührungsfreie
Übertragungssystem seiner
Auslegung nach IO-Link. Die bidirektionale
Schnittstelle sorgt unterhalb
der Busebene für einen
unkomplizierten Signal- und
Datenaustausch und vereinfacht
Installations- und Verkabelungsprozesse
radikal.
Denn für sämtliche Übertragungsaufgaben
kommt ein gewöhnliches
ungeschirmtes dreiadriges
Standardkabel zum Einsatz.
IO-Link ist abwärtskompatibel
zu allen Standardsensoren und
unempfindlich gegenüber Störeinflüssen.
Bei den von Heller hergestellten Bearbeitungszentren
stehen sich der Sender
(Remote) und Empfänger (Base) in der Beund
Entladeposition austauschbereit gegenüber.
Im vorliegenden Fall ist das System
doppelt ausgelegt: Ein Kopplerset ist
für die Übertragung des Längenmesswerts,
das andere für die Übermittlung der Positionsabfragedaten
im 1/1000 mm Bereich
zuständig. Aus dem analogen Signal des
Längenmesstasters erzeugt ein Analog-Adapter
(AD-Wandler) von Balluff ein
IO-Link-Signal, das per Standardkabel direkt
an den Remote-Sender gelangt. Ein
Balluff-Sensorhub sammelt die 16 induktiven
Sensoren ein und das gebündelte
IO-Link Signal wird an den zweiten
Remote-Koppler übertragen. Selbst unter
extremen Bedingungen arbeiten die in der
Grundsätzlich bietet sich der Einsatz der
bidirektionalen IO-Link-Induktivkoppler überall
dort an, wo eine feste Verdrahtung von Sensoren
und Aktoren stört oder wo man das Risiko unvorhersehbarer
Ausfälle aufgrund von Materialermüdung
nicht eingehen will. Als schnell trennbare Einheiten
bietet das intelligente Übertragungssystem hohe
Flexibilität bei Formatwechseln, spart Rüstzeiten
und ermöglicht die Ankopplung von bis zu 16
Sensoren. In Kombination mit einem IO-Link-
Master kann das System an nahezu jeden
marktüblichen Feldbus angeschlossen
werden.
Schutzart IP67 ausgelegten berührungslosen
Koppler verschleiß- und ausfallfrei,
Späne und Kühlschmierstoffe beeinträchtigen
die Übertragung nicht. „Die induktiven
Kopplersysteme von Balluff erlauben einen
kompakten konstruktiven Aufbau, die Installation
wie auch der Austausch der Geräte
sind denkbar einfach. Gleiches gilt für Parametrierung
und Diagnose“, sagt Peter
Frommer. Keine Frage, dass man bei Heller
auch bei den nachfolgenden Bearbeitungszentren
die induktiven IO-Link-Kopplersysteme
von Balluff einsetzen wird.
www.balluff.de
58 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Spannfutter für leichte Zerspanungsaufgaben
mit Mehrschneidenreibahlen
Das Spannfutter Compensation von
Mapal eignet sich perfekt für leichte
Zerspanungsaufgaben mit Mehr -
schneidenreibahlen. Das neue
Spannfutter ist auf Basis der Mapal-
Hydrodehnspanntechnologie
aufgebaut. Zusätzlich kann an drei
Verstell-Elementen der Rundlauf exakt
eingestellt werden. Je nach Richtung
des Fehlers wird mit einem Sechskantschlüssel
der Rundlauf einfach und
schnell korrigiert. Der Verstellbereich
beträgt bis zu 10 µm und ist bis 15 µm
erweiterbar. Keile im Spannfutter
richten das Werkzeug aus, ein Klemmen des Werkzeugs wird
dadurch verhindert. Das System ist selbsthemmend, selbstständiges
Lösen während der Feinbearbeitung ist unmöglich. Ein
feststehender Ring dichtet das Ausrichtsystem ab. Es ist infolgedessen
wartungsarm und schmutzunempfindlich. Der perfekte
Rundlauf sorgt für einen gleichmäßigen Eingriff der Schneiden,
was eine erhöhte Werkzeugstandzeit zur Folge hat. Optimale
Form- und Lagetoleranzen sowie hohe Schwingungsdämpfung
sind weitere Vorteile, die das neue Spannfutter laut Hersteller
bietet. Es ist in den Spanndurchmessern 12, 16, 20, 25 und 32 mm
für HSK-63A sowie in den Spanndurchmessern 20,25 und 32 mm
für SK50 lieferbar.
www.mapal.com
Minimalmengen-Schmierung
im Großserieneinsatz
Metallverarbeitende Unternehmen
in Bayern und Baden-Württemberg
sind seit Anfang 2015 verunsichert:
Die bayerische Landesanstalt für
Umwelt und die entsprechenden
Baden-Württembergischen Dienststellen
stuften mit Kühlschmierstoff
getränkte Metallspäne nach einem Lkw-Unfall als gefährlichen
Abfall ein. Als Alternative zu diesem süddeutschen Späne-Chaos
empfiehlt Bielomatik Leuze die Minimalmengen-Schmiertechnik
(MMS): Sie schont die Umwelt, spart Geld und sorgt für trockenen,
recyclingfähigen Späneabfall.
Eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen-Spindeln ist bereits mit
MMS ausgestattet: Die Kunden von Bielomatik, darunter nahezu
alle namhaften Werkzeugmaschinen-Hersteller und Endanwender
aus vielen Branchen, setzen bevorzugt die 2-Kanal-Technik ein
– oft bei der Bearbeitung von Aluminiumdruckguss und Stahl oder
kritischen Werkstoffen wie Grauguss. Großserien-Anwender dieser
Technik sind u. a. die Autohersteller Ford und Volkswagen. Bei VW
verringerten sich dadurch laut Bielomatik die CO 2
-Emis sio nen um
54 %, der Einsatz ölhaltiger Fluide um 98 % und der Wasserverbrauch
um 90 %. Bei Ford sei der Energieverbrauch um 66 %
gesunken, während der Bedarf an Schmierstoff
auf fast null zurückgegangen sei (exakt: -99,8 %).
Weitere Informationen zu den MMS-Systemen
können Sie über den QR-Code aufrufen.
www.bielomatik.de
Sicherheitstechnik für d en Maschinenbau
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WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Von Plug-and-Play bis Industrie 4.0
Einbaufertige Linearsysteme für den Werkzeug- und Sondermaschinenbau
Geprägt durch Trends wie Industrie 4.0, Energieeffizienz, Intellegence
in Production und Condition Monitoring spielen mechatronische Komponenten
und Einheiten, vernetzte Systeme und einbaufertige Baugruppen eine immer
wichtigere Rolle. Maschinen- und Anlagenbauer fokussieren sich daher immer
öfter auf Ihre Kernkompetenz und greifen auf multifunktionale Komponenten,
auf die Anwendung angepasste Einheiten zurück.
60 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Dieser Marktforderung stellt sich auch
die Schaeffler Gruppe. Ein Blick auf die
Entwicklung des Produkt- und Engineeringportfolios
zeigt, dass es das Ziel ist,
frühzeitig als Partner bei der Entwicklung
mit eingebunden zu sein, ein entsprechendes
Anwendungs- und Systemverständnis
zu haben und von bedarfsgerechten Komponenten
für die Vorschubachse bis zur
„Ready-to-fit“-Systembaugruppe die ideale
Lösung für die Aufgabe zur Verfügung
zu stellen.
Wirtschaftliche Lösungen durch
Funktionsintegration
Um den sehr kurzen Entwicklungszeiten im
Werkzeug- und Sondermaschinenbau gerecht
zu werden, fordern die Hersteller von
ihren Lineartechnik-Lieferanten heute
nicht mehr allein Linear-Komponenten,
sondern in erster Linie Plug-and-Play-fertige
Subsysteme einschließlich Engineering,
Antriebstechnik und weiterer Services. Das
schließt auch die Endmontage, die Verkabelung,
die Parametrierung der Steuerung
und die Inbetriebnahme ein.
Genau auf diese funktionsfertigen und
projektspezifischen Linearsysteme hat sich
Schaeffler Lineartechnik in Homburg mit
dem Bereich Systemlösungen spezialisiert:
Ein intelligenter Mix aus konfektionierbaren
und leistungsfähigen Linearsystemkomponenten
aus dem Schaeffler-Programm,
mechanischen und elektrischen
Antriebselementen von namhaften Zulieferern
und Partnern bilden die Basis für funktionsfertige
und wirtschaftliche Linearsysteme
und Systemlösungen.
In hauseigene und selbst entwickelte Aluminium-Strangpressprofile
integrieren die
Schaeffler-Ingenieure Linearführungen,
Zahnriemenantriebe und Kugelgewindeantriebe,
Planetengetriebe, Messsysteme,
Drehgeber, Laufwagen, Schmiersysteme,
Endschalter, Abdeckungen usw. Mit der
Integration von vielen Funktionen in wenige
Bauteile sind wirtschaftliche Linearsysteme
realisierbar.
Über die Standardkomponenten hinaus
entwickelt und fertigt Schaeffler kundenindividuelle
und maßgeschneiderte Linearsysteme.
Diese werden mittels FEM speziell
auf den jeweiligen Belastungsfall hin optimiert.
Mit einem Programm an Direktantrieben,
Servomotoren, Steuerungen und
Sensoren werden die Linearsysteme auch
elektrisch funktionsfertig entwickelt und
gefertigt. In Verbindung mit dem umfangreichen
Schaeffler-Programm an Wälz- und
01 Ein Teleskopmodul in Verbindung mit einem
Linearmodul als einbaufertige Lösung
02 Beispiele aus dem Produktportfolio an Linearmodulen
und Lineartischen (von links): Lineartisch
LTS-KGT, Linearmodul MKUVE-KGT, Linearmodul MLF-ZR
03 Individuelle Systemlösung mit Verbindungselementen
und Antriebstechnik
Sicherheit ist ...
... nicht darüber nachdenken
zu müssen.
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WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Linearlagern sowie dem Wälzlager-Knowhow
entstehen so immer wieder innovative
Lösungen mit hohem Integrationsgrad, wie
die zwei folgenden Beispiele zeigen.
Teleskopmodul: Mehr Freiraum
für Werkzeugmaschinen
Teleskopachsen bieten im Vergleich zu
Standard-Linearachsen den großen Vorteil,
dass Sie sich nicht über den gesamten Verfahrweg
erstrecken und so den Arbeitsraum
für andere Maschinen und Prozesse freigeben
können. Teleskopmodule als Nebenachsen
eingesetzt, bieten dem Werkzeugmaschinenbau
daher die Möglichkeit, seine
Maschinen sehr viel flexibler zu gestalten.
Auch die Übergabe in Bereiche hinter
Schutzwänden oder getrennten Arbeitsräumen
wird so möglich.
Speziell für solche Nebenachsen, wie z. B.
Pick-and-Place-Anwendungen oder die
Werkzeugübergabe, entwickelte die
Schaeffler-Lineartechnik das Teleskopmodul
MTKUSE. Darin sind drei Präzisions-
Kugelumlaufeinheiten so übereinander angeordnet,
dass der mögliche Verfahrweg
mehr als doppelt so lang ist wie das Basismodul
selbst. Die Lineareinheit ist in beide
Richtungen teleskopierbar. Ein Servogetriebemotor
ist außen an das Aluminiumprofil
angeflanscht und treibt über ein Zahnstangengetriebe
das Modul an.
Es können auf Kundenwunsch Servomotoren
verschiedenster Hersteller und ent-
sprechend vorbereitete spielarme Präzisions-Planetengetriebe
montiert werden.
Endschalter und Wegmesssysteme werden
nach Kundenwunsch integriert. Über den
Servoregler ist mittels Stromerfassung und
Schleppfehlerüberwachung eine indirekte
Zustandsauswertung des Reibmomentes
und damit des Lagerzustandes möglich.
Linearpräzisionstisch: Präzise
und wiederholgenaue Bewegung
Präzisionslineartische LTP kommen zum
Einsatz, wenn Werkzeuge bei der Bearbeitung
oder Kontrolle präzise und mit
großer Wiederholgenauigkeit bewegt
werden. Der Linearschlitten ist in einer
hochgenau gefertigten Aluminumplatte
auf präzisen Kugelumlaufeinheiten gelagert.
Die Kugelumlaufeinheiten verleihen
dem LTP-Tisch einen ruhigen, geräuscharmen
Lauf mit gleichzeitig geringem
Verfahrwiderstand.
Angetrieben wird die Einheit über einen
Servomotor und einen Kugelgewindetrieb.
Alternativ ist auch eine direkt angetriebene
Version möglich. Wegmesssysteme und
Positionsschalter werden kundenspezifisch
appliziert. Die Linearpräzisionstische LTP
sind in drei Baugrößen und optional auch
in einer schwingungsdämpfenden Graugussvariante
erhältlich. Zum Schutz vor
Fremdkörpern und Flüssigkeiten können
die LTP mit Faltenbalg oder mit einer Metallteleskopabdeckung
ausgestattet sein.
Innovationsprojekt Werkzeugmaschine 4.0
Schaeffler und Deckel Maho Pfronten haben gemeinsam mit weiteren Partnern ein
Maschinenkonzept „Werkzeugmaschine 4.0“ entwickelt, das vom Sensor bis in die
Cloud bestehende Technik mit neuen digitalisierten Komponenten vernetzt und ein
konkreter Schritt in Richtung digitalisierte Produktion ist. Hierzu wurden zwei
Prototypen auf der Basis von DMC 80 FD Duo Block der 4. Generation aufgebaut.
Einer davon kommt in der Serienproduktion des Schaeffler-Werks Höchstadt im
Segment Genauigkeitslager zum Einsatz. Der zweite Prototyp wird bei DMG Mori auf
der EMO 2015 zu sehen sein.
Als führender Zulieferer und Entwicklungspartner für antriebstechnische Komponenten
in der Werkzeugmaschine verfolgt Schaeffler eine definierte Digitalisierungs-
Strategie, mit dem Ziel, über Sensorik, Vernetzung und Analyse, die erhobenen Daten
für unterschiedlichste Prozesse verfügbar zu machen und so seinen Kunden einen
klaren Mehrwert zu bieten. Als Anwender von Werkzeugmaschinen erweist sich
diese Industrie-4.0-Zielsetzung auch für die eigene Produktion bei Schaeffler als
unmittelbar relevant. Die Aktivitäten von Schaeffler im Rahmen der Digitalisierung
für Werkzeugmaschinen verstehen sich als Angebot an die gesamte Branche, die
Chancen und Herausforderungen in enger Entwicklungspartnerschaft zwischen
Hersteller, Zulieferer und Anwender konkret umzusetzen.
STATEMENT
Dr. Michael Döppert, Chefredakteur
Es ist offensichtlich nur ein kurzer
Weg vom Wälzlager zur Industrie
4.0. Die Schritte gehen über
intelligente Komponenten,
einbaufertige individuelle Systeme
und digitale Schnittstellen zur
Werkzeugmaschine 4.0. Die Lagerstellen
können hier essentielle
Daten liefern, um zum Beispiel die
Maschinenverfügbarkeit und
-auslastung bzw. die Prozess- und
Produktionsoptimierung voranzutreiben.
Der Lagerhersteller bzw.
das Lager kann zum Enabler der
Digitalisierung der Werkzeugmaschine
werden. Es spricht vieles
dafür, dass in den kommenden
Jahren der Wandel in der Produktion
schneller als je zuvor sein wird.
Um je nach Kundenwunsch Servomotoren
verschiedenster Hersteller montieren zu
können, wurde ein Kupplungsgehäuse
KGEH als offene Schnittstelle entwickelt.
Auch bei den LTP ist über den Servoregler
eine indirekte Zustandsauswertung des Reibmoments
und damit des Lager- bzw. Spindelzustands
möglich. Einsatz finden die Linearpräzisionstische
als Hilfsachsen an Werkzeugmaschinen,
bei der Werkzeugübergabe
oder auch als Antrieb für die Laserzuführung
zur Werkzeugbeschriftung und Codierung.
Entscheidende Komponenten
In der Werkzeugmaschine sind die Lagerungen
– sei es für rotative oder für lineare
Bewegungen – entscheidende Komponenten
für die Maschinenperformance, da
sie nicht nur für die Funktionsfähigkeit der
Maschine, sondern auch für die Qualität
des Werkstücks maßgeblich sind. Das Anwendungs-
und Leistungsspektrum reicht
dabei von Spindelantrieben über die Vorschubachsen
bis zu Haupt- und Nebenachsen.
Daten, die intelligente Lagerlösungen
in all diesen Anwendungen liefern können,
die auf den aktuellen Zustand, aber auch
auf zukünftiges Verhalten der Komponente
zurückschließen lassen, bilden eine wichtige
Basis für den Maschinenbetreiber. Das gilt
schon heute und das wird in der Industrie
4.0 noch grundlegender.
www.schaeffler.com
62 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Flexible Schwimmsattelbremse
Die Bremsenspezialisten
von KTR haben eine
Schwimmsattelbremse
entwickelt, die sowohl mit
einer hydraulischen als
auch elektromechanischen
Ansteuerung ausgestattet
werden kann. Kundenpräferenz
und Rahmenbedingungen
der Applikation
entscheiden über die Wahl des richtigen Systems. Ob in hydraulischer
oder elektromechanischer Ausführung: Beide Systeme der
neuen Baureihe »XS« verfügen über dieselbe Grundkonstruktion
und können aufgrund gleicher Anschlussmaße 1:1 gegeneinander
ausgetauscht werden – ohne dabei die Geometrie der Anlage
verändern zu müssen. Ein Vorteil für die Anwender, die gezwungen
sind ihr Anlagenkonzept zu modifizieren. Die neuen
Bremsen werden komplett aus Stahl gefertigt und erzeugen in der
passiven Ausführung Klemmkräfte bis 15 kN und in der aktiven
bis 16,5 kN. Die Bremsbeläge sind in zwei Materialien lieferbar
und können leicht gewechselt werden. Die Montage der Bremsen
erfolgt durch zwei Schrauben.
www.ktr.com
Wirksamer Schutz für die Motorspindel
In Werkzeugmaschinen führen Kollisionen zwischen Werkzeug
und Werkstück oftmals zu erheblichen Sachschäden. Jakob
Antriebstechnik tritt diesem Problem mit dem Motorspindel-
Schutzsystem MS³ entgegen. Dieses gewährleistet bei kontaktbedingter
Überlast das unmittelbare Auskoppeln der Motorspindel
aus dem Kraftfluss der Maschine. Das Auftreten schädigungsrelevanter
Kraftspitzen wird dadurch wirksam verhindert.
Die Kinematik des Systems umfasst ein formschlüssiges Flanschsystem,
das in der Schnittstelle zum Spindelkasten installiert ist.
Die Trennstelle der Flansche ist durch ein Magnetsystem
kraftschlüssig gefügt. Die
Grenzhaltekraft der Magnete
des Schutzsystems wird
gemäß der zulässigen Tragfähigkeit
der Spindellager
dimensioniert. Unter ­
suchungen haben gezeigt,
dass bei Schrupp-Bearbeitung
sehr hohe Grenzspanungstiefen
erreicht werden
können. Ein unkontrolliertes
Ausrücken der Spindel während
der Bearbeitung tritt nicht auf.
Dank I/O-Einheit werden konventionelle
Schaltgeräte funktauglich
Plettenberg.indd 1 21.01.2015 15:19:32
Der Steute-Geschäftsbereich Wireless hat eine I/O-Einheit
vorgestellt, mit der vorhandene mechanische Schaltgeräte wie
z. B. Nockenschalter von Werkzeugmaschinen in Funksysteme
integriert werden können. Bis zu vier dieser Schaltgeräte werden
an die neue I/O-Box angeschlossen. Die Energieversorgung
erfolgt über Batterie oder einen 24-V-DC-Anschluss. Das
Funksystem erlaubt die Übertragung der Signale vor allem an
beweglichen Teilen wie Greifern, Werkzeugen etc. ohne empfindliche
Signalleitungen.
Die Box sammelt die Signale von vier mechanischen Schaltern
beliebiger Hersteller. Voraussetzung ist allerdings, dass diese
Schalter keine eigene Energieversorgung benötigen. Bei der
Batterie-Version können alternativ die Induktivsensoren aus dem
Steute-Programm angeschlossen werden – zum Beispiel aus der
Baureihe RF IS M8 – M 30. Sie wurden eigens für den Betrieb in
batteriegestützten Funknetzen entwickelt und kommen mit einer
Versorgungsspannung von 3,6 V aus. Die 24-V-DC-Variante der
I/O-Box kann auch die Signale aller marktüblichen 24-V-PNP-
Sensoren verarbeiten. Mit
dieser Neuentwicklung zielt
Steute auf Anwendungen, bei
denen bisher kabelgebundene
Schalter an beweglichen
Maschinenkomponenten zum
Einsatz kamen und eine
aufwändige, verschleißanfällige
Energiezuführung
erforderlich war. Ein weiterer
Einsatzbereich sind sehr
kompakte Maschinen(-teile),
in denen man auf Kabelkanäle
verzichten möchte.
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WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Digitalisierung rund um
die Werkzeugmaschine
CNC ermöglicht die einfache Anbindung von Robotern an die Werkzeugmaschine
Die Digitalisierung der Werkzeugmaschine
hat längst begonnen
und sie schreitet weiter voran.
Dabei spielt unter anderem auch
deren Einbindung in komplette,
automatisierte Fertigungsabläufe
eine wichtige Rolle. Werkzeugmaschine
und Roboter müssen
zusammenarbeiten.
Der Messestand von Siemens auf der
EMO 2015 in Mailand steht ganz im Zeichen
der fortschreitenden Digitalisierung
rund um die Werkzeugmaschinen. Unter
dem Motto „On the way to Industrie 4.0
Digitalization in Machine Tool Manufacturing“
präsentiert das Unternehmen sein integriertes
Portfolio aus Industriesoftware
und Automatisierungstechnik. „Schon heute
können Werkzeugmaschinenhersteller und
fertigende Betriebe die Chancen der Digitalisierung
nutzen und ihre Wettbewerbsfähigkeit
durch unsere integrierten Produkte
und Lösungen deutlich steigern“, erklärt
Dr. Wolfgang Heuring, CEO der Siemens-
Geschäftseinheit Motion Control.
Digital Enterprise für die Werkzeugmaschinenindustrie
Roboter werden in Zukunft
auch zunehmend Bearbeitungsaufgaben
übernehmen
Siemens liefert bereits wichtige Bestandteile
für die “Digital Enterprise”, also das digitale
Unternehmen, an seine Kunden. Die Digital
Enterprise Software Suite von Siemens besteht
aus Softwareprodukten für die diskrete
Industrie, die alle Anforderungen der industriellen
Wertschöpfungskette abdecken:
Diese Software-Suite verfügt über ein umfassendes
Portfolio mit Product Lifecycle
Management (PLM)-Software wie NX und
Tecnomatix. Ihr Rückgrat ist Teamcenter,
die weltweit am meisten genutzte Digital
Lifecycle Management-Lösung. NX ist eine
integrierte Lösung für Computer-Aided
Design, Manufacturing und Engineering
(CAD/CAM/CAE). Tecnomatix ist eine Software-Suite
zum entwerfen, planen und
simulieren der Digital Factory. In der realen
Produktion sind Produkte wie das Manufacturing
Execution System (MES) Simatic IT
und die CNC Steuerungen Sinumerik sowie
das Simatic S7-Controllerportfolio weltweit
bewährt.
Mit der Digitalisierung geht eine zunehmende
Verzahnung von Prozessen und
Anwendungen in der virtuellen und realen
Welt einher. So zeigt Siemens auf der EMO,
wie Maschinenbauer mit Hilfe des Integrated
Engineering-Ansatzes Entwicklungskosten
um bis zu 30 % reduzieren können.
Von Vorteil ist hier eine durchgängige CAD/
CAM-CNC-Prozesskette. Mit Sinumerik
Integrate for production ermöglicht Siemens
außerdem Lösungen für die Vernetzung
von Maschinen sowie deren Anbindung
in übergeordnete IT-Systeme.
Werkzeugmaschine und Roboter
Ein weiterer Schwerpunkt von Siemens auf
der diesjährigen EMO sind automatisierte
Zellen: An Werkzeugmaschinen angebundene
Roboter stellen einen wichtigen Bestandteil
einer automatisierten Zelle dar.
Gemeinsam mit Kuka werden Lösungen für
64 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
01 Dr. Wolfgang Heuring, CEO der
Siemens-Geschäftseinheit Motion Control:
“Wir treiben die Digitalisierung rund um
die Werkzeugmaschine voran“
die Anbindung von Handlings- sowie von
Bearbeitungsrobotern gezeigt. Im Mittelpunkt
steht dabei immer die Werkzeugmaschine
mit ihrer Steuerung.
„Siemens hat für Werkzeugmaschinenhersteller
und fertigende Unternehmen eine
schlagkräftige Antwort auf die Herausforderungen
der Digitalisierung. Als einziger
Anbieter verfügen wir über eine
durchgängige CAD/CAM CNC Prozesskette
sowie Lösungen für die Vernetzung von
Werkzeugmaschinen und übergelagerten
IT-Systemen. Diese horizontale und vertikale
Integration kombinieren wir mit innovativen
Lösungen für die Zerspanung, für
die Anbindung von Robotern oder für Additive
Manufacturing“, sagt Heuring.
Siemens ermöglicht mit den Sinumerik
828-Steuerungen die einfache Anbindung
von Robotern an Werkzeugmaschinen.
Über die Schnittstelle Sinumerik Integrate
Run My Robot/Easy Connect lassen sich
Roboter unterschiedlicher Typen und Hersteller
über die CNC-Steuerungen Sinumerik
828D und 828D Basic für Handling-Aufgaben
an Maschinen anbinden. Mit der
neuen Schnittstelle können Betriebe und
Unternehmen aller Größen automatisierte
Zellen ohne großen Aufwand und Zusatzkosten
auch an Serienmaschinen realisieren
– auch wenn unterschiedliche CNC-
Steuerungen im Einsatz sind. Features für
eine einfache Optimierung der Arbeitsabläufe
an der Werkzeugmaschine sowie zur
mobilen Zustandsüberwachung und Fernwartung
runden die neue Lösung zur Einrichtung
von automatisierten Zellen ab.
Sinumerik Integrate Run My Robot/Easy
Connect basiert auf dem vom VDW (Verein
Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken)/
VDMA (Verband Deutscher Maschinenund
Anlagenbau) definierten Standard zur
Anbindung von Robotern oder Handlingsystemen
an Werkzeugmaschinen. Für eine
möglichst einfache Bedienung der Schnittstelle
hat Siemens lediglich die zentralen
Elemente aus dem umfassenden Standard
übernommen. Die Anbindung der Roboter
erfolgt per Ethernet (Profinet RT) oder über
I/O-Signale. Mittels der neuen Schnittstelle
kann der Anwender Abläufe zwischen
Werkzeugmaschine und Roboter unkompliziert
synchronisieren und so effiziente Abläufe
in der automatisierten Zelle aufsetzen.
Automatisierte Zellen
einfach aufbauen
Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Aufbau
einer automatisierten Zelle sind durchgängig
automatisierte Arbeitsabläufe rund um
die Werkzeugmaschine. Angefangen bei der
Arbeitsvorbereitung über den Zugriff auf
alle notwendigen Informationen und Daten
an der Maschine und die effiziente Bedienung
der Maschine bis hin zur Nutzung
mobiler Endgeräte zur Visualisierung von
Maschinenzuständen. Hierfür bietet Siemens
mit Smart Operation ein umfassendes
Angebot. So ziehen smart Touch-Technologien
in die Fertigung ein. Zugleich können
Anwender auf Speicher im Netzwerk zugreifen
und Auftragsunterlagen am Bedienfeld
einsehen.
Dr. Michael Döppert, Chefredakteur
Industrie 4.0 beginnt in der
Konzept- und Konstruktionsphase
der Maschine. Hier wird der
Grundstein der Digitalisierung
auch der Werkzeugmaschine und
des Fertigungsprozesses gelegt.
Die CNC wird dann zur Schnittstelle
zwischen virtueller und
realer Maschine. Mehr noch, zu
einem zentralen Knoten im
Netzwerk der Industrie 4.0.
Funktionen zur Ferndiagnose von Werkzeugmaschinen
sind der dritte Bestandteil
der Lösung zum Aufbau von automatisierten
Zellen. Hierfür bietet Siemens mit Sinumerik
Integrate Access MyMachine komfortable
und sichere Funktionen für Ferndiagnose
über ein Firmennetzwerk oder eine
Internetverbindung. Die Basis-Anwendung
Access MyMachine/P2P ermöglicht von
einem Windows-PC aus den Datenaustausch
mit angebundenen Maschinen. Die
Adressierung innerhalb des Fabriknetzes
erfolgt via IP-Adresse. Bei entsprechender
Konfiguration kann ein Anwender auch per
Internet von außerhalb des Firmennetzes
auf die Maschine zugreifen.
Daten und Wissen vernetzt
Das umfangreichere Sinumerik Integrate
Access My Machine/Ethernet (ASP) bietet
neben dem Maschinenzugriff auch eine
schnelle Übersicht über die Maschinenhistorie.
Weiterhin können Maschinendaten,
Dateien, Fahrtenschreiber sowie konfigurierbare
PLC-Traces von der Sinumerik-
Steuerung geladen oder auf die Steuerung
geschrieben werden. Zudem kann die Anwendung
das Bedienpersonal per SMS oder
E-Mail über ungewöhnliche Maschinenzustände
informieren. Damit ermöglicht ASP
ein wirtschaftliches Monitoring von Fehlerzuständen
sowie eine Integration der
Maschinen in bestehende Service- und
Instandhaltungsprozesse.
www.siemens.com
STATEMENT
Der Konstrukteur 9/2015 65

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Auslaufmodell oder zukunftsfähig?
Hydraulik in Werkzeugmaschinen – energieeffizient, intelligent und vernetzt
„Die Nachrichten über meinen Tod
sind stark übertrieben.“ Dieses
Zitat von Mark Twain beschreibt
sehr anschaulich die Diskussion
über die Hydraulik in Werkzeugmaschinen.
Seit Jahrzehnten heißt
es, dass die Fluidtechnologie hier
keine Zukunft habe. Dennoch
setzen die meisten Hersteller für
Funktionen wie das Spannen und
Klemmen oder den Gewichtsausgleich
auch in ihren aktuellen
Modellen auf die Fluid-technik.
Mehr noch: intel ligente Hydraulik
treibt in kompakten Rundtaktmaschinen
der neuesten Gene -
ration auch Vorschubachsen an.
Die Verfechter der hydraulikfreien Werkzeugmaschinen
zählen die Nachteile
aus ihrer Sicht schnell auf: Zu energiehungrig,
zu laut, fügt sich nicht in moderne Automatisierungen
ein und benötigt ein Extra-
Hydraulikaggregat. Die Befürworter der
Hydraulik halten dagegen: Keine andere
Antriebstechnologie stellt eine vergleichbare
Kraftdichte bereit, erzeugt lineare Bewegungen
direkt und ist so robust gegen
Überlast oder Stöße. Diese bekannten Vorteile
macht Rexroth durch die Verknüpfung
mit elektronischen Steuerungen und Software
zukunftsfähig: „In den vergangenen
Jahren haben wir die intelligente, vernetzte
Hydraulik fit für die Automatisierungskonzepte
von morgen gemacht und die Energieeffizienz
auf das Niveau elektrischer Antriebe
gesteigert“, so Dr. Steffen Haack, im
Vorstand von Bosch Rexroth zuständig für
den Produktbereich Industrial Applications
und den Vertrieb.
Rundtaktmaschine mit
hydraulischen Vorschubachsen
achsen. Beispiel kompakte Rundtaktmaschinen:
Sie sind häufig noch mechanisch
synchronisiert, weil geringe Aufstellmaße
von entscheidender Bedeutung in dieser
Maschinenklasse sind. Elektromotoren
nehmen zu viel Bauraum ein und würden
die Abmessungen der Maschine stark vergrößern.
Der Nachteil der mechanischen
Lösung: Die Umrüstung auf neue Werkstücke
dauert bis zu drei Schichten.
Winema, ein mittelständischer Werkzeugmaschinenhersteller,
wollte das nicht
weiter hinnehmen. Vor einigen Jahren entwickelte
er die kompakte Rundtaktmaschine
RV Flexmaster für die Bearbeitung kleiner
Neue Aggregate sind
bereit für die Vernetzung
von Industrie 4.0
Bauteile ab 2 mm. Den Vorschub der
Achsen übernehmen zehn kreisförmig angeordnete
hydraulisch angetriebene Pinolen.
Die Kraft dazu kommt über zwei Hydraulikleitungen.
Die für hydraulische An-
Einen Beleg für diese Behauptung liefern
Motion Controls für Hydraulikantriebe.
Diese Antriebsregler verknüpfen die hydraulische
Antriebsphysik mit der SPS- und
CNC- Welt. Damit eignen sich hydraulische
Antriebe auch für moderne Vorschubtriebe
entwickelte Regelelektronik wurde
zunächst im Schaltschrank untergebracht.
Sie schließt wie elektrische Servoantriebe
den Regelkreis dezentral und gleicht die
Nicht-Linearitäten der Fluidtechnologie
aus. Ein weiterer Vorteil: Das Hydraulikmedium
trägt die Wärme aus dem Arbeitsraum
heraus und verhindert damit Ungenauigkeiten
in der Bearbeitung durch
thermische Einflüsse.
In der neuesten RV Flexmaster setzt
Winema die schaltschranklosen Einachsregler
IAC-Multi-Ethernet ein, bei denen
die NC-Funktionalität komplett im Ventil
integriert ist. Die Inbetriebnahme erfolgt
mit derselben Software wie die der elektrischen
Antriebe und Steuerungen von
Rexroth. Mit bis zu 1G Beschleunigung erreichen
die hydraulisch angetriebenen
Achsen eine hohe Eilganggeschwindigkeit
von 30 m/min und die Präzision hydraulischer
Bewegungen hängt einzig von den
eingesetzten Messsystemen ab. Das Ergebnis:
Eine Umrüstung der Maschinen dauert
weniger als zwei Stunden und die Taktzeiten
sind deutlich kürzer als bei den
mechanischen Maschinen. Außerdem wird
damit Platz im Schaltschrank gewonnen.
66 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Servohydraulische Achse:
Keine Berührung mit Hydraulik
In einer ganzen Reihe von Werkzeugmaschinen
kommen einzelne NC-gesteuerte
Hydraulikachsen zum Einsatz. Zukünftig ist
dazu nicht einmal ein Hydraulikaggregat
notwendig. Das ist ein wichtiger Vorteil der
neu entwickelten einbaufertigen Servohydraulischen
Achsen von Rexroth mit einem
eigenen dezentralen Fluidkreislauf. „Wir
haben einen Baukasten autarker Achsen
entwickelt, in denen identische Servoantriebe
die Bewegungen entweder über
mechanische Gewindetriebe oder über ein
weil die Servohydraulischen Achsen als ein
geschlossenes System ausgeliefert werden.
Die Inbetriebnahme der elektromechanischen
und elektrohydraulischen Achsen erfolgt
über die gleichen Engineeringtools.
Energieeffiziente
Bedarfsregelung
Für das Spannen und Klemmen ist Hydraulik
nach wie vor in den meisten Werkzeugmaschinen
erste Wahl. Elektrische
Spannvorrichtungen benötigen mehr Bauraum,
magnetische Lösungen erzeugen
starke Störfelder. Aber gerade bei älteren
Drehzahlvariable Pumpenantriebe reduzieren den
Energiebedarf der Fluidtechnologie um bis zu 80 %
verschleißfreies hydraulisches Getriebe erzeugen“,
betont Haack. Servohydraulische
Achsen haben einen eigenen geschlossenen
Fluidkreislauf mit Pumpe, Steuerblock
und einem kleinen Druckspeicher. Die
Drehzahlregelung ersetzt die bisher etablierte
Drosselsteuerung über Ventile durch
eine direkte Steuerung des Verdrängers mittels
Software, deren Parameter per Mausklick
verändert werden können.
Die Achsen sind komplett vormontiert.
Bei der Inbetriebnahme kommen die Techniker
nicht mit Hydraulik in Berührung,
Werkzeugmaschinen und bei einfacheren
Ausführungen sind oftmals noch ungeregelte
Konstantantriebe im Einsatz. Parallel
hat sich der Stand der Technik durch drehzahlvariable
Pumpenantriebe, wie sie
Rexroth mit der Sytronix-Familie anbietet,
längst von herkömmlichen Drosselsteuerungen
hin zu energieeffizienten Lösungen
verändert.
Die Antriebsregler senken bei Teillast die
Drehzahlen bedarfsgerecht ab und sparen
so bis zu 80 % Energie im Vergleich zu einem
Konstantantrieb. Gleichzeitig senken
sie die mittlere Geräuschemission um bis
zu 10 dB(A) ab. So setzt z. B. der italienische
Spezialmaschinenhersteller Sistech S.r.l. in
seinem neuen Bearbeitungszentrum T0.5
die Rexroth Sytronix ein. Vier Spindeln nehmen
bis zu 120 verschiedene Werkzeugtypen
auf. Während zwei Spindeln die Werkstücke
bearbeiten, wechseln die beiden
anderen parallel die Werkzeuge und reduzieren
damit die Nebenzeit erheblich.
50 % Energieeinsparung
bei Wasserstrahlschneiden
Aber auch bei anderen Bearbeitungs -
ver fahren wie dem Wasserstrahlschneiden
bieten drehzahlvariable Pumpenantriebe
energetische Vorteile. So setzt das schwedische
Unternehmen Projet System traditionell auf
hydraulische Antriebe für die Hochdruckpumpensysteme.
Um die Kundenanforderungen
nach einer höheren Energieeffizienz
zu erfüllen, ergänzte der Maschinenhersteller
die bestehende Konstruktion einfach
um einen Sytronix-Antriebsregler, der
die Drehzahlen der Motor-/Pumpenkombination
bedarfsgerecht regelt. Dadurch sinkt
bei der ansonsten unveränderten Konstruktion
der Energieverbrauch um bis zu 50 %.
Dieser Ansatz lohnt sich nicht nur in
Neumaschinen.
STATEMENT
Dr. Steffen Haack, Mitglied des
Vorstands von Bosch Rexroth
Die intelligente vernetzte
Hydraulik kann alles was
elektromechanische Antriebe
können plus der spezifischen
physikalischen Vorteile der
Fluidtechnologie. Ich kann hier
auf die Motion Controls für
hydraulische Antriebe, in Software
abgebildetes Anwendungs-Knowhow
und auf die Vernetzbarkeit
durch eigene Intelligenz in den
Aggregaten verweisen. Ich bin fest
davon überzeugt, dass auch
zukünftige Werkzeugmaschinengenerationen
von den Vorteilen
der Hydraulik profitieren werden,
wenn wir sie weiterhin kontinuierlich
mit denen der Elektrik
zusammenbringen.
Intelligent und vernetzbar
Mit der neuesten Aggregate-Baureihe
ABPAC geht Rexroth jetzt sogar einen
großen Schritt Richtung Hydraulik für Industrie
4.0: „Diese Aggregate sind intelligent
und vernetzbar“, erläutert Haack. Sie
verfügen über eine eigene schaltschranklose
Intelligenz, die mit Hilfe von Sensoren
die Betriebszustände des Aggregats selbst
überwacht und auswertet. Die Software
analysiert den Zustand des Hydrauliköls,
die Zahl der Schaltzyklen der Ventile und
die Antriebsdaten des Reglers.
Hydraulikspezialisten von Rexroth haben
Lebensdauer-Modelle erarbeitet und in die
Software der Aggregate integriert. Die aktuellen
Betriebsdaten werden mit diesen Modellen
verglichen. Bediener und Servicetechniker
rufen die in einer Ampellogik aufbereiteten
Zustände über die gängigen
Ethernet-Protokolle oder drahtlos per App
über ein Smartphone oder einen Tablet-PC
ab. Derartiges Condition Monitoring verbessert
die Verfügbarkeit der Hydraulik
weiter und bietet damit heute die Basis für
eine vollständige Vernetzung, wie sie Industrie
4.0 anstrebt.
www.boschrexroth.com
Der Konstrukteur 9/2015 67

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Niedrigere Wellen schlagen
Torsionsschwingungen an Werkzeugmaschinen reduzieren mit der passenden Kupplung
Heutige CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen stellen höchste Anforderungen
an Gleichlaufeigenschaft und Positioniergenauigkeit sowie an das
statische und dynamische Verhalten. Um den Ansprüchen hinsichtlich der
Regeldynamik gerecht zu werden, muss das Gesamtsystem, bestehend aus
der numerischen Steuerung, dem Transistorpulsumrichter, dem Vorschubantrieb
und dem Wellenstrang der Werkzeugmaschine, optimal aufeinander
abgestimmt sein. Durch die Wahl einer geeigneten Wellenkupplung
ist eine wirtschaftliche Optimierung möglich.
Die im drehenden Strang vorhandenen
Maschinenbauteile sind elastische und
massenbehaftete Elemente. Ungünstige
Massen- und Steifigkeitsverteilungen führen
zu Torsionseigenfrequenzen im Betriebsbereich,
die in Wechselwirkung mit
den Regelkreisen verstärkt werden können.
Bei negativen Rückwirkungen der kritischen
Resonanzen wird die Oberflächenqualität
der Werkstücke dabei extrem vermindert.
Zur Dämpfung dieser kritischen
Resonanz sind prinzipiell zwei Wege möglich:
der elektrische und der konstruktive.
Bei der elektrischen Variante werden die
Amplituden der Schwingung gedämpft, dadurch
kommt es aber zu einer Phasenverzögerung,
welche die Summe der kleinen
Zeitkonstanten wesentlich erhöht und die
Regelung dadurch verlangsamt. Eine Dynamikverbesserung
kann bei derartigen Frequenzen
nicht erreicht werden.
Kritische Resonanz
konstruktiv ändern
Um die kritische Resonanz konstruktiv zu
ändern, müssen Trägheitsmoment und
Steifigkeit von An- und Abtriebsstrang berücksichtigt
und aufeinander abgestimmt
werden, da die Gesamtsteifigkeit der Positioniereinheit
durch die Reihenschaltung der
einzelnen Elemente gegeben ist. In dieser
Anordnung wird die Steifigkeit allein durch
das schwächste Glied der Kette, sprich
durch die Axialsteifigkeit der Kugelrollspindel,
bestimmt. Eine zu hohe Drehfedersteifigkeit
der Kupplung, wie z. B. bei Ganzmetallkupplungen,
begünstigt Schwingungen,
die die Drehzahlregeldynamik begrenzen;
zudem haben diese Kupplungen ein
ungünstig hohes Trägheitsmoment.
Um den hohen Anforderungen an die
Positioniereinheiten in Sachen Gleichlaufeigenschaft,
Positioniergenauigkeit sowie
statisches und dynamisches Verhalten gerecht
zu werden, empfiehlt sich bei der
Kupplungsauslegung zu beachten, dass das
Trägheitsmoment der Kupplung möglichst
gering ist; dadurch benötigt der Motor beim
Beschleunigungsvorgang weniger Moment,
also Leistung. Des Weiteren muss die Steifigkeit
der Kupplung nur höher sein als die
geringste Steifigkeit der Achse. Zudem
sollte die Kupplung gute Dämpfungseigenschaften
besitzen. Spielfreie Elastomerkupplungen
erfüllen die geforderten Eigenschaften
und bieten viele Vorteile beim Einsatz
in lagegeregelten Servoantrieben.
Drehelastische Wellenkupplung
Mit der Rotex GS hat KTR seit Jahrzehnten
ein Kupplungssystem am Markt, das nicht
nur sehr gute Ergebnisse an üblich ausgelegten
Werkzeugmaschinenvorschub-
68 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Wussten Sie schon,
dass türkische Maschinen
in 200 Länder
exportiert werden!
01 Darstellung der Einbausituation eines Kugelgewindetriebs mit einem Festlager
Wussten Sie schon,
dass mehr als 60 %
der Maschinenexporte in die
EU und USA gehen!
antrieben erzielt. Auch in anspruchsvollen
Antrieben hat sie sich unter extremen Bedingungen
als einfache und hochdynamische
Lösung bewährt. Der Kupplungstyp
zeichnet sich durch ein geringes Trägheitsmoment
und eine angepasste, dynamische
Steifigkeit aus, die zwei- bis dreimal höher
ist, als die eines Riementriebs. Damit erreicht
die Kupplung eine Entkopplung
höherfrequenter und störender Eigenfrequenzen,
z. B.: Spindeltorsion, und bewirkt
ein gutes Regelverhalten des gesamten Systems.
Drehsteifigkeit und Dämpfung der Kupplung
lassen sich auf einfache Weise durch
Hohe Leistungsdichte
Das Kupplungsprinzip der Rotex GS ermöglicht
eine besonders einfache
Steckmon tage. Durch axiales Ineinanderschieben
von An und Abtriebsseite wird
die Verbindung in einem geschlossenen
Gehäuse geschaffen, ohne dass nachträglich
Nabensicherungen durch eingeengte
Gehäuseöffnungen vorgenommen werden
müssen. Die verhältnismäßig große Zahnkranzbreite
ermöglicht Axialverschiebungen
mit Aufnahme von Winkel- und Radialverlagerungen
infolge von Fertigungs- und
Wussten Sie schon,
dass die Türkei der 6. größte
Maschinenhersteller
Europas ist!
Die steckbare Wellenkupplung entkoppelt
höherfrequente und störende Eigenfrequenzen und
bewirkt ein gutes Regelverhalten des Systems
Wussten Sie schon,
dass es mehr als
5.000 Maschinenhersteller
in der Türkei gibt!
die Wahl aus fünf verschiedenen Zahnkranzhärten,
zu erkennen an der unterschiedlichen
Färbung der Zahnkränze,
dem Einsatzfall anpassen. Bei herkömmlichen
spielfreien Ganzmetallkupplungen ist
dies nur durch Veränderung ihrer Masse
oder der Stegstruktur möglich.
Montageungenauigkeiten. Ein Nachjustieren,
wie es üb licherweise bei einteiligen
Kupplungen der Fall ist, ist nicht erforderlich,
da je nach Kupplungsgröße eine Axialverlagerung
von 1 bis 2 mm ohne Leistungsminderung
und Standzeitverkürzung
aufgenommen werden kann.
Wussten Sie schon,
dass sich die F&E Ausgaben
des Maschinenbaus in der
Türkei in den letzten
10 Jahren verdoppelt haben!
02 Verhältnis der Steifigkeit eines Linearsystems mit einem Festlager
Hall 3, Stand 3502
Der Konstrukteur 9/2015 69
Turkish Machinery.indd 1 21.08.2015 11:12:01

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Spannringnaben, die als Montagesicher bewertet
werden, da ihre Verspannung auf der
Welle mithilfe von mindesten vier Schrauben
erzeugt wird.
Hinsichtlich der Ausfallsicherheit und
Maschinenkonzeption liefert KTR auf
Wunsch die für die Dokumentation notwendigen
B10d-Werte in Abhängigkeit der
vorliegenden Belastung des Systems.
03 Ursprünglich für Servoantriebe von
Werkzeugmaschinen entwickelt, ist die
Kupplung heute in der Positioniertechnik
breit im Einsatz
Ein weiterer Vorteil der Rotex GS ist ihre
Durschlagsicherheit, die gerade hinsichtlich
der sicherheitsrelevanten Aspekte in
Vertikalachsen von besonderer Bedeutung
ist. Hierbei ist die Nockengeometrie der
Kupplung so widerstandsfähig ausgelegt,
dass selbst im Falle eines unerwarteten Verschleißes
des Elastomers das Drehmoment
04 Resonanzverschiebungen sind innerhalb
einer Kupplungsgröße ohne Massenänderung
durch Austausch der Zahnkranz-Shorehärten
möglich
weiterhin formschlüssig übertragen wird. Je
nach Gefährdungspotenzial des Antriebs
und Auslegung der Kupplung, wird die
Rotex GS in Aluminium oder, bei höheren
Anforderungen, in Stahl gefertigt. Ist auf der
An- und Abtriebsseite keine Passfeder vorhanden,
empfiehlt sich bei sicherheitsrelevanten
Anwendungen die Rotex GS mit
Schlussbetrachtung
Die immer weiter verfeinerten Baugruppen
von Werkzeugmaschinen, in Verbindung
mit der fortschreitenden Automatisierung,
verlangen ein Kupplungssystem, das der
Antriebsdynamik funktionsgerecht angepasst
werden kann. Aufgrund der erheblich
erhöhten, hochdynamischen Antriebsbedingungen
wachsen damit die Qualitätsansprüche
an die Kupplung. Durch die nach
DIN EN ISO 13849 geregelten Sicherheitsfunktionen
steigen hierbei auch die Anforderung
in Sachen Maschinensicherheit.
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gegnen
Maschine
. Die Drucklement
ist
ektierung
lagen in der
ngsfähigkeit
sdauer von
ssigkeit und
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Hydraulik-Fluide als Konstruktionselement Wolfgang Bock
EDITION
FACHWISSEN ENTSCHEIDET
13.03.2007, 07:44
Wolfgang Bock
Hydraulik-Fluide als
Konstruktionselement
Das Hydraulik-Fluid als ein wichtiges Konstruktionselement ist in
Planung, Projektierung und Inbetriebnahme von hydraulischen
Anlagen immer mit einzubeziehen. Die Leistungsfähigkeit von
Druckflüssigkeiten bezüglich der Lebensdauer von Anlagen und
Komponenten, deren Zuverlässigkeit und Funktionalität ist
unbe stritten, aber bei vielen Verwendern in Vergessenheit geraten.
Das vorliegende Werk bringt Klarheit.
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70 OUP_Hydraulik_Fluide_185x130_2015_01.indd Der Konstrukteur 9/2015
1 20.01.2015 14:13:19

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Gewindemuttern in fünf Hochleistungskunststoffen
verfügbar
Fünf unterschiedliche Werkstoffe für Gewindemuttern, um für
jede Anwendung das richtige Produkt anbieten zu können – dies
verspricht der Motion-Plastics-Spezialist Igus. Das Vollsortiment
des Anbieters beinhaltet Muttern für Trapez- und Steilgewinde,
in zylindrischer Bauform oder mit verschiedenen Flanschvarianten.
Auch die passenden Spindeln, die Anwender sich in
gewünschter Länge hinzukombinieren können, bietet der
Hersteller in Stahl, Edelstahl oder Aluminium passend dazu an.
Damit lassen sich Verstellungen aller Art einfach realisieren. Der
Dauerläufer Iglidur W300 zeichnet sich beispielsweise durch
seine hohe Belastbarkeit und hohe Verschleißfestigkeit aus.
Seine Eigenschaften behält er auch bei besonders abrasiven
Umgebungen bei und eignet sich dadurch für Einsätze im
Innern von Werkzeugmaschinen. Iglidur J350 empfiehlt sich für
die Branche aufgrund
seiner Temperaturbeständigkeit
bis 150 °C. In
Kombination mit Gewindespindeln
aus Stahl erreicht
der Werkstoff außerdem
niedrige Reibwerte und
garantiert eine hohe
Lebensdauer.
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Feldverteilerbox in IP67 für kompakte
Installationen
Die Feldverteilerbox-
Serie ECP8 in Schutzart
IP67 von Elco liefert für
Stell- und Regeleinrichtungen
in der automatisierten
Fertigungsindustrie
eine stabile
Spannungsversorgung
und einen sicheren
Signalanschluss. Die
Geräte sind mit LED-Betriebsanzeige, acht M8-Steckplätzen und
2-m-Anschlusskabel in PUR-Ausführung mit freiem Kabelende
ausgestattet. Die Schutzart und ein Betriebstemperaturbereich
von -20 bis +80 °C ermöglichen gleichzeitig den Einsatz auch bei
rauer Feld-Umgebung mit hohen Temperaturen, Staub und
Feuchtigkeit. Mit dem PUR-Anschlusskabel können sie auch in
ölhaltiger Umgebung verwendet werden. Die Verteilbox ist mit
PNP- oder NPN-Ausgängen, speziellen Hochlastventilausgängen,
Mehrfachausgang und mit weiteren Kabellängen verfügbar. Ihre
Abmessungen betragen 13,5 x 3 cm. Geeignet ist sie für
High-End-Anwendungen, unter anderem in der Automobilindustrie,
dem Werkzeugmaschinenbau oder der
Textilmaschinenindustrie.
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Schrägverzahnte
geschliffene Zahnstangen
SPN fertigt schrägverzahnte geschliffene Zahnstangen bis zu
einem Querschnitt von 100 x 100 mm. Dazu kommen schrägverzahnte
geschliffene Zahnstangen bis Modul 10 für das kurzfristig
lieferbare Katalogprogramm. Auf Anfrage sind auch deutlich
größere Abmessungen und Module möglich. Die Zahnstangen
kommen beispielsweise in Werkzeugmaschinen, im Handling
oder in der Robotik zum Einsatz. Zu den Vorteilen geschliffener
Zahnstangen gegenüber der ungeschliffenen Variante zählen
insbesondere präzises Einstellen des kompletten Antriebs, eine
gleichmäßige Kraftübertragung und eine geringere
Lagerbeanspruchung.
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.EU
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Werkstücke direkt spannen
Das Nullpunkt-Spannsystem „Speedy classic 2
balance“ des Unternehmens Stark, einem
Mitglied der Römheld-Gruppe, spannt
Bauteile wahlweise durch Federkraft oder
Hydraulik mit 20 kN. Da am Werkstück
vorhandene Gewinde genutzt werden können,
ist eine Passung nicht erforderlich. Aufgrund
einer integrierten Ausgleichsfunktion über ± 0,75 mm lässt sich das
Werkstück ohne zusätzliche Vorbereitung und weiteren Aufwand
direkt spannen. Sicherheitsabfragen mit pneumatischer Spannund
Lösekontrolle sind integriert, weitere Ausstattungsmerkmale
wie eine Dritte-Hand-Funktion stehen optional zur Verfügung.
Kühlwasseranschlüsse müssen in der Industrie einiges
aushalten. Die Steckanschlüsse der Eisele-LIQUIDLINE
sind die richtige Wahl, wenn es um optimalen Durchfluss,
Beständigkeit und höchste Dichtigkeit geht. Für die meisten
Anwendungen haben wir die geeignete Lösung.
Eisele-Anschlusskomponenten sind 100 % made in Germany.
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Der Konstrukteur 9/2015 71
Du_AZ_Kopra_liquidline_90x130Konstrukteur9.indd 1 06.08.15 10:28
Eisele.indd 1 06.08.2015 16:23:16

WERKZEUGMASCHINEN I SPECIAL
Flüssiger Wechsel
Hydraulisches Werkzeuglösen macht
Werkzeugmaschinen produktiver
beitungszentren gehen daher vielfach dazu
über, auch in einfacheren Maschinen die
pneumatischen Lösesysteme durch hydraulische
zu ersetzen. Die Leistung von
Werkzeugmaschinen wird auch anhand der
Span-zu-Span-Zeit beurteilt, das heißt, die
Zeit vom Ende der Bearbeitung mit dem
ersten Werkzeug bis zum ersten Eingriff des
neuen Werkzeugs. Moderne Bearbeitungszentren
erreichen Span-zu-Span-Zeiten
von 1 bis 2 s.
Optimales System
In einem Bearbeitungszentrum verwandeln dutzende Werkzeuge in
kürzester Zeit einen Stahlblock zu einem Werkstück. Entsprechend häufig
werden die Werkzeuge beim Bearbeitungsvorgang gewechselt. Hydrauliksysteme
können das Lösen der Werkzeuge beschleunigen und so wertvolle
Zeit einsparen.
Für die spanende Formgebung stehen in
CNC-gesteuerten Maschinen Planfräser,
Nutenfräser, Kugelfräser, Bohrer oder
Gewindeschneider in einem Werkzeugmagazin
zur Verfügung. Schruppbearbeitung,
Schlichten, das Einbringen von Bohrungen
und Gewinden sowie das Finishen
erfordern häufig ein mehrmaliges Werkzeugwechseln
in nur einer Minute: Die
Spindel fährt in eine Wechselposition, das
Werkzeug wird aus der Spannung gelöst,
ein Wechslerarm greift das Werkzeug in der
Spindel und gleichzeitig das nächste Werkzeug
aus dem Magazin und tauscht diese
gegeneinander aus. Das getauschte Werkzeug
wird eingespannt und die Spindel
fährt wieder in die Bearbeitungsposition.
Dieser Vorgang dauert nur wenige
Sekunden, dennoch ist die Maschine währenddessen
unproduktiv und Zeit kostet
Geld. Je kürzer der Wechselvorgang, desto
niedriger sind die Bearbeitungskosten. Das
Lösen des Werkzeugs spielt im Wechselvorgang
eine wichtige Rolle. Daher lohnt es
sich, die technische Umsetzung näher zu
betrachten.
Vorteile des hydraulischen Lösens
Die Werkzeuge sind über Hohlschaftkegel
(HSK) mit einem Tellerfederpaket kraftschlüssig
gespannt. Die Kraft für das Werkzeuglösen
muss sowohl die Federkraft als
auch die Selbsthemmung des Spannkegels
überwinden. Das kann pneumatisch oder
hydraulisch erfolgen. Die Hydraulik bietet
jedoch entscheidende Vorteile: Es steht ein
deutlich höherer Druck zur Verfügung, das
heißt, die Wirkflächen für den Lösedruck
können kleiner gestaltet werden. Das zum
Lösen benötigte Medienvolumen wird dadurch
minimiert. Die Hersteller von Bear-
Das optimale Hydraulik-System stellt einen
großen Volumenstrom mit entsprechendem
Druck in kürzester Zeit bereit und vermeidet
Druckverluste. Wie kann das umgesetzt
werden? Ein Hydraulikspeicher ist
ideal, um einen großen Volumenstrom unmittelbar
verfügbar zu haben. Damit einher
geht der Vorteil, dass keine große Pumpenleistung
verfügbar sein muss, um den
Speicher zu füllen, denn das geschieht,
während die Maschine die Werkstücke bearbeitet.
Und wie lassen sich Verluste vermeiden?
Kurze Wege und große Durchmesser
sind hier die Lösung. Der Hydraulikspeicher
sollte möglichst nahe an der
Spindel montiert sein. Ventilblock sowie
Leitungen müssen so dimensioniert sein,
dass die Druckverluste minimal sind.
Ventilblöcke von Hawe Hydraulik lassen
sich nah an der Spindel positionieren. Der
Hydraulikspeicher ist direkt an dem Block
montiert, damit das erforderliche Hydraulikvolumen
unmittelbar zur Verfügung
steht. Darüber hinaus kann an den Blöcken
ein Druckschalter vorgesehen werden, der
den Lösevorgang und gegebenenfalls auch
den Spannvorgang überwacht. Die Blöcke
sind in verschiedenen Größen verfügbar,
der größte Block erlaubt einen Volumenstrom
von über 60 l/min.
Das letzte hundertstel Sekunde holen
Ventilspulen heraus. Mit ihnen ist eine
Übererregung möglich, damit verkürzt sich
die Schaltzeit der Ventile. So kann die Zeit
für das Werkzeuglösen zusätzlich um bis zu
50 ms reduziert werden.
Das Hydraulikaggregat muss keine große
Leistung bereitstellen, da der Hydraulikspeicher
diese vorhält, elektrische Leistungsaufnahme
und Baugröße sind entsprechend
reduziert. Aufgrund der kompakten
Maße findet das Aggregat an einer
beliebigen Stelle in der Maschine Platz,
Leitungsverluste zum Ventilblock mit dem
Speicher beeinflussen die Leistung der
Lösefunktion nicht. Darüber hinaus kann
das Hydraulikaggregat noch viele weitere
Aufgaben übernehmen, wie zum Beispiel
das Klemmen von Achsen, das Spannen
von Werkstücken oder das Betätigen des
Palettenwechslers.
www.hawe.com
72 Der Konstrukteur 9/2015

SPECIAL I WERKZEUGMASCHINEN
Inserentenverzeichnis Heft 9/2015
Hochpräzises Kegelrad-Winkelgetriebe
ACE Stoßdämpfer, Langenfeld17
ASS AG, Düdingen (CH)38
AVENTICS, Laatzen9
Baumer Group, Friedberg33
BOT, Kulmbach27
Danfoss, Offenbach23
Eisele, Waiblingen71
ENGEL, Walluf38
EUCHNER, Leinfelden-Echterdingen59
Fluro-Gelenklager, Rosenfeld32
Halder, Achstetten19
HEIDENHAIN, Traunreut 4.US
Helios, Neuenrade26
HEMA, Seligenstadt54
HIWIN, Offenburg35
Icotek, Eschach49
IEF Werner, Furtwangen41
Igus, Köln47
isel Germany, Dermbach25
JAKOB, Kleinwallstadt53
Kipp Werk, Sulz-Holzhausen11
KNAPP, Waiblingen27
Leuze, Owen43
Limbach & Cie., Solingen30
Maier, Heidenheim30
Mayr, Mauerstetten21
Mulco-Europe, Garbsen13
Plettenberg, Baunatal63
PM – BEARINGS, Meckesheim63
R+W, Klingenberg15
Rotor Clip, Somerset (USA)57
Schall, Frickenhausen45
Schrempp, Sulzbach27
SIEB & MEYER, Lüneburg37
Siemens, Bocholt29
SITEMA, Karlsruhe61
SLF Spindel, Fraureuth10
Spinea, Presov (SVK)3
TANDLER, Bremen31
Turkish Machinery Promotion Group
(TMPG)69
TWK, Düsseldorf38
Universal Robots, Odense51
Waldmann, Villingen-Schwenningen7
WEISS, Illertissen30
WITTENSTEIN, Igersheim5
Zimmer Group, Ettlingen39
Beilage:
NTI, Spreitenbach (CH)
Winkelgetriebe müssen schnell, leise, zuverlässig und nachhaltig
sein. Oberhalb von Eingangsdrehzahlen über 2000 min -1 ist die
Beanspruchung und Leistung hoch. Die Kegelrad-Winkelgetriebe
der Baureihe „Power Gear HS“ von MS-Graessner sind für den
Einsatz in vielen Anwendungen bis 8500 min -1 konzipiert. Das
einstufige Getriebe mit Gehäuse bietet unterschiedliche Übersetzungsvarianten
an. Die Lagertechnik sowie optimierte Gleason-
Zahnradtechnologie mit hoher Belastungsfähigkeit und geräuschoptimierter
Bauweise sorgen für hohe Präzision, hohes Tempo
und dies bei hoher Lebensdauer.
Branchen wie Werkzeugmaschinen, E-Mobilität oder auch
Handlingsysteme, die High-Speed-Getriebe einsetzen benötigen an
deren Antrieb Kupplungen, Flansche oder Vollwellen. Dies erfüllt
das „Power Gear HS“. Der Abtrieb über Voll- oder Hohlwelle sowie
variable Übersetzungen ermöglichen einen Einbau bei optimalem
Betriebspunkt. Der Wirkungsgrad in der Verzahnung von über 98 %
sowie der Einsatztemperaturbereich von -30 bis +100 °C stellen eine
Lebensdauer von mehr als 15 000 h sicher.
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Werkstückwechsler ermöglicht Automatisierung in der µ-genauen Fertigung
Kern Microtechnik ermöglicht Fertigungsbetrieben
den einfachen Einstieg in die
Automatisierung der Hochpräzisionsbearbeitung.
Basis dafür ist ein neu
entwickelter Werkstückwechsler (WSW),
der sich für die Bearbeitungszentren Kern
Micro eignet, die im Standard bereits mit
einem Werkzeugwechsler für 101
Werkzeuge ausgestattet sind. Ohne
weiteren Platzbedarf lassen sich mit dem
neuen WSW zusätzlich bis zu 30
Werkstück rohlinge in „Erowa ITS72“ oder „System 3R Macro“-
Paletten vorhalten. Sie dürfen bis zu 5 kg wiegen und maximale
Abmaße von 75 x 75 x 150 mm haben.
Der neue WSW wird komplett in das Werkzeugkabinett integriert
und nutzt wesentliche vorhandene Komponenten wie den
pneumatischen Antrieb, das lineare Zuführsystem und die
Schwenkeinheit. Dadurch ist ein überschaubarer Aufwand für
ergänzende Hardware notwendig, und es bedarf keiner zusätzlichen
Software oder Schnittstelle.
www.kern-microtechnik.com
IMPRESSUM
erscheint 2015 im 46. Jahrgang, ISSN 0344-4570
Redaktion
Chefredakteur: Dr. Michael Döppert (md), M.A.
Tel.: 06131/992-238, (verantwortlich für den
redaktionellen Inhalt)
Redaktion: Dipl.-Ing. (FH) Martina Bopp (bo),
Tel.: 06131/992-201,
Dipl.-Geogr. Martina Laun (ml), Tel.: 06131/992-233 ,
Redaktionsassistenz: Gisela Kettenbach,
Tel.: 06131/992-236, E-Mail: g.kettenbach@vfmz.de,
Eva Helmstetter, Monika Schäfer, Ulla Winter
(Redaktionsadresse siehe Verlag)
Grafik und Layout
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Conny Grothe, Melanie Lerch, Sonja Schirmer
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Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer
Anzeigen
Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206,
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Der Konstrukteur 9/2015 73

SERIE
Wie wird die Infrastruktur der
Industrie-4.0-Fertigung aussehen?
In Industrie 4.0 soll die industrielle Produktion effektiver, flexibler und
leistungsfähiger werden. Anlagen werden modular aufgebaut, Steuerungsaufgaben
werden in das System verlagert. Das Netzwerk wird zur entscheidenden
Komponente. Aber welche Anforderungen kommen auf die
Netzwerktechnologie und damit auch auf die Verbindungstechnik zu?
?
!
Der Experte antwortet
Mit der Standardisierung der Modulschnittstelle
ist bereits ein entscheidender Schritt gemacht
Industrie 4.0 ist geprägt durch die Integration von Cyber Physical
Systems (CPS) in IT-Applikationen. Diese Integration soll möglichst
flexibel erfolgen. Der starre Verbund von klassischen Produktionsanlagen
wird damit aufgebrochen. Dabei entstehen zwei Bereiche,
die miteinander in Verbindung gebracht werden müssen.
In den ersten Umsetzungen hat sich gezeigt, dass die entscheidende
Nahtstelle zwischen den autarken Anlagenmodulen liegt.
Diese können konventionell aufgebaut sein, also mit Kopfsteuerung
und dezentralen I/Os, diese können aber auch aus CPS aufgebaut
sein. Was sie in jedem Fall auszeichnet ist, dass diese Module
im Fertigungsablauf einen in sich vollständigen Service am realen
Objekt durchführen. Der Aufbau der Module kann auch jetzt noch
konventionell erfolgen, ohne die Vorteile von Industrie 4.0 zu
gefährden.
Module sollen in einer Fertigung an unterschiedlichen Orten
extrem einfach und vor allem schnell in den Fertigungsprozess
integriert werden. Und es sollen an diesen Orten unterschiedliche
Module eingesetzt werden können. Mit diesen zwei Kernforderungen
erhält die Verkabelung einen anderen Charakter. Der Einsatz
an verschiedenen Orten führt zur Grundeinrichtung und die
Verwendung mit unterschiedlichen Modulen zum Grunddienst.
Die Verkabelung wird zur Infrastruktur.
Die Infrastruktur der Smart Factory befindet sich in der Definitionsphase.
Sowohl für die IT als auch für die Automatisierung
kommt Ethernet zum Einsatz. Im Office-Gebäude besteht dazu eine
anwendungsneutrale Verkabelung nach ISO/IEC 11801. Diese
Norm beschreibt, wie eine passive Netzwerkinfrastruktur aufzubauen
ist.
Überträgt man diese Betrachtung auf die Produktionsanlage, so
sollen unterschiedliche Module in das Netzwerk integriert werden.
Dazu müssen alle Lebensadern der Industrie berücksichtigt werden.
Das sind: die Kommunikation, die 400 V Power, Druckluft,
Hilfsenergien und weitere Signale. Die benötigten Verbindungen
sind also mannigfaltig und ein einfaches Plug-and-Produce wird
erst dann möglich, wenn diese in eine Schnittstelle, einen Steckverbinder
integriert werden. Mit der Standardisierung der Modulschnittstelle
ist bereits ein entscheidender Schritt gemacht. Doch
zum Aufbau einer Infrastruktur gehört mehr. Im Falle der industriellen
Produktion muss die Modulschnittstelle unterschiedlichste
Funktionen bieten, damit ein einfacher und
vor allen Dingen sicherer Betrieb möglich
wird. Neben der Modulanschluss-Schnittstelle
sind das das
Management respektive die Diagnose,
das Identifizieren der Module,
Energiemessung und Energie-
Schalten, eine Absicherung der
400 V sowie Safety und Kommunikation
in Echtzeit. Diese Funktionen
können durch aktive Netzwerkkomponenten
sichergestellt
werden.
www.harting.de
Andreas Huhmann,
Manager Connectivity
& Networks,
HARTING
Deutschland
GmbH & Co. KG,
Minden
74 Der Konstrukteur 9/2015

VORSCHAU
IM NÄCHSTEN HEFT: 10/2015
ERSCHEINUNGSTERMIN: 29. 09. 2015 • ANZEIGENSCHLUSS: 14. 09. 2015
01
02
03
04
01 Leistungssprung im Leichtbau
Neue Verstärkungstextilien und Simulationstools vergrößern die
Leistungsfähigkeit und das Einsatzspektrum endlosfaserverstärkter,
thermoplastischer Verbundwerkstoffe im Leichtbau.
Bild: Lanxess, Köln
02 Einbaufertig ausgestattet
In der Handhabungs- und Montagetechnik gelten Linearmotor-Pick-&-
Place-Einheiten wegen ihrer hohen Dynamik inzwischen als vollwertige
Alternative zu pneumatischen Lösungen. Dabei sind sie in einen
überschaubaren Preisrahmen gerückt.
Bild: Jung Antriebstechnik, Wettenberg
Der direkte Weg
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03 Bewegung mit Kraft und Präzision
In Stellantrieben für lineare Bewegungen sorgen Spindelantriebe mit
Steilgewinde und Kunststoffmutter für präzises Bewegen und Positionieren.
Die Antriebe bewähren sich bereits im rauen Industrieeinsatz.
Bild: igus, Köln
04 Damit die Maschine im Takt bleibt
In einer neu entwickelten Rundtaktmaschine für die Bearbeitung von
Achsschenkeln sorgen spielfreie Profilschienenbremsen für höchste
Funktionssicherheit.
Bild: Mayr Antriebstechnik
(Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten)
Der Konstrukteur 9/2015 75

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weiterentwickelt
Absolute Längen- und Winkelmessgeräte von HEIDENHAIN setzen seit Jahren Maßstäbe für die Genauigkeit von
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76 Der Konstrukteur 3/2015