DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

19073
1-2 JANUAR 2017
AM PULS DER TECHNIK
18 I MOTORMODULE GEHEN
AN DIE GRENZEN
46 I GOOD VIBRATIONS IN
DER ERGONOMIE
TITELSTORY
GROSSE HITZE ODER KÄLTE:
KEIN PROBLEM FÜR DIE SPEZIALLAGER
VON KLAUS FINDLING
DerKonstrukteur.de

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Falsche Versprechen erkennen Sie sofort. Auch bei Zahnriemen?
Schließlich ähneln minderwertige Produkte auf den ersten Blick
dem Qualitätsprodukt. Sicherheit bieten die führenden Hersteller
BRECO und ContiTech: Die kennen die Anforderungen Ihrer
Branche und entwickeln mit materialtechnischem Know-how
genau die Polyurethan-Zahnriemen dafür. Echte Innovationen, die
Ihrem Betrieb mit Sicherheit konkrete Wettbewerbsvorteile
verschaffen. Versprochen: www.mulco-innovation.de
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EDITORIAL
DES KONSTRUKTEURS
SOFT SKILLS
Um es zu etwas zu bringen, muss man Egoist sein! Harte Ellenbogen gelten
als Erfolgsformel im „Haifischbecken“ unserer Leistungsgesellschaft. In
meinen Augen ist das falsch. Selbstvertrauen, Selbstsicherheit und
Selbst bewusstsein, ja, das sind essenzielle und zweifelsohne karrierefördernde
Eigenschaften. Aber um weiterzukommen, im Leben wie in der
Karriere, ist vor allem die Verbindung nach außen wichtig – die Kunst,
andere zu erreichen, zu motivieren und zu bewegen. Und dafür ist es nötig,
sich auf sein Gegenüber einzulassen.
Sie, als Konstrukteure, sind Profis darin. Schließlich müssen Sie sich in die
Bedürfnisse Ihrer Auftraggeber und deren Problematik, die es zu lösen gilt,
hineindenken. Und mehr noch:
DER MENSCH
IST DAS MASS
Auch die Anwender Ihrer
Produkte müssen Sie im Fokus
haben. Vorbei sind die Zeiten, in
denen sich der Mensch der
Maschine anpassen musste.
Heute ist – glücklicherweise – der Mensch das Maß. Das Zauberwort lautet
Ergonomie – die menschengerechte Gestaltung der Arbeitsbedingungen
mit dem Ziel, das Wohlbefinden des Menschen und die Leistung des
Gesamtsystems zu optimieren.
Und so tauchen Sie, als Konstrukteur, ein in die Welt der Zielgruppe Ihres
Produkts: Welche Konfigurationsmöglichkeiten benötigt der Bediener, um
die Maschine möglichst gut an seine Bedürfnisse anzupassen? Ist die
Beleuchtung des Arbeitsraums optimal? Wie muss die Mensch-Maschine-
Schnittstelle aussehen, um die bestmögliche Kooperation zu ermöglichen?
Konkrete Beispiele und Anregungen für die ergonomische
Gestaltung von Produkten, Maschinen und
Arbeitsmitteln liefern wir Ihnen in unserem
Special „Ergonomic Design“ ab Seite 38.
Mit der Fähigkeit und Bereitschaft, sich in
andere hineinzuversetzen, sind Sie perfekt
gerüstet, für Ihre Konstruktionsaufgabe,
für Ihre Karriere und für
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Extrem kompakte Bauform:
ideal zur Integration in Maschinen & Anlagen
Martina Heimerl
Redakteurin
m.heimerl@vfmz.de
Tel. +49 8542 1680
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 3
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INHALT
MENSCHEN UND MÄRKTE
03 Editorial
Des Konstrukteurs Soft Skills
06 DER KONSTRUKTEUR persönlich
Lars Najorka
08 Konstruktion 2025
Keine Industrie 4.0 ohne Maschinensicherheit
10 Whiteboard
Ein Blick auf Roboter mit den Augen von
Esben H. Østergaard
12 CeBIT 2017
Grenzenlose Digitalisierung
50 Mythen der Produktentwicklung
Kunststoff = billiges Plastik
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
ANTRIEBSTECHNIK
14 TITELSTORY
Wälzlager: Wenn es heiß hergeht
18 Motormodule: An die Grenzen gehen
22 Scheibenläufermotoren: Drehmomentstark
26 Sicherheitskupplungen: Hart wie Stahl
AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
30 Automatisierungslösung: Dynamisch
zur Losgröße 1
KONSTRUKTIONSELEMENTE
30 Portalsysteme: 3D-Druck im XXL-Format
10
22
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TITELBILD
Findling Wälzlager GmbH,
Karlsruhe
INNENTITELBILD
RK Rose+Krieger GmbH,
Minden
4 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

44
SPECIAL
ERGONOMIC DESIGN
38 Montagearbeitsplätze: Wer nicht fragt ...
42 Klartext: Ergonomie in der Konstruktion
– was bedeutet das für Sie?
44 Tragarmsysteme: Grenzenlos
46 Lagerungselemente: Good Vibrations?
50
SERVICE
36 Impressum
49 Inserentenverzeichnis
Potenziale heben.
Mehrwert schaffen.
Alles zu
Industrie 4.0 und
dem Energiesystem
der Zukunft
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LARS NAJORKA
ist Produktentwickler bei der
Hema Maschinen- und Apparate -
schutz GmbH in Seligenstadt.
Zu seinen Aufgabengebieten
gehört die Neu- und Weiterentwicklung
von Maschinensicherheitsscheiben.
Bei Ihrem Aufgabengebiet drängt sich die
Frage auf: Haben Sie den Durchblick?
Sogar mit Sicherheit! Und wenn es am
Durchblick doch einmal mangelt, haben
wir bei Hema genug Möglichkeiten die
Scheiben zu reinigen oder entsprechende
Beleuchtung zu integrieren, um für den
nötigen Durchblick zu sorgen.
MENSCHEN UND MÄRKTE
Was ist das Spannende an
Maschinensicherheitsscheiben?
Das Spannende an Maschinensicherheitsscheiben
ist die scheinbar widersprüchliche
Situation, dass Sicherheitsscheiben
fest und standhaft wie eine Mauer sein
müssen, um den notwendigen Schutz
bieten zu können, aber man gleichzeitig
trotzdem hindurch sehen kann. Die
Verknüpfung dieser beiden Eigenschaften
finde ich sehr faszinierend.
Was war für Sie die bislang größte
Herausforderung?
Ich glaube die größten Herausforderungen
stehen mir in den nächsten Jahren noch
bevor. Ab dem kommenden Jahr setzen wir
ein neues Fertigungsverfahren für Maschinensicherheitsscheiben
ein, das uns viele
spannende neue Möglichkeiten bieten wird
– und damit wird bestimmt auch die ein oder
andere Herausforderung verbunden sein.
Losgelöst von Ihren derzeitigen Aufgaben:
Was würden Sie gerne einmal
konstruieren?
Einen konkreten Wunsch habe ich da gar
nicht. Grundsätzlich reizen mich beim
Konstruieren immer die schwierigen
Sachen, besonders in den Bereichen
Sondermaschinenbau oder in der Automatisierungstechnik.
Für mich gilt: Je
komplexer ein System oder die Aufgabe ist,
desto interessanter kann es werden.
6 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017
LARS NAJORKA
KONSTRUKTEUR, HEMA MASCHINEN-
UND APPARATESCHUTZ GMBH
MICH REIZEN
DIE SCHWIERIGEN SEITEN
DER JEWEILIGEN
KONSTRUKTIONSAUFGABE

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KONSTRUKTION 2025
KEINE INDUSTRIE 4.0
OHNE
MASCHINENSICHERHEIT
Ist Ihre Sicherheitstechnik schon Industrie-4.0-fähig?
Industrie 4.0 ist ein evolutionärer Prozess, daher hüten
wir uns davor zu glauben, wir hätten fertige Lösungen
in der Schublade – vielmehr befinden wir uns in einem
permanenten Prozess der Weiterentwicklung. Vorherrschende
Themen bei Industrie 4.0 sind Kommunikation
und Datenaustausch, intelligente Vernetzung und
Flexibilität. In diesem Sinne ist etwa unsere Sicherheitsteuerung
PSC1 Industrie-4.0-tauglich, indem sie
den Aufbau modularer Sicherheitsarchiktekturen ermöglicht.
Auch unsere neuen Safety-Installationssysteme
stellen eine flexible Plug-and-Play-Lösung dar,
die umfangreiche Diagnosedaten zur Verfügung stellen
kann. Zudem haben wir für den zunehmenden Einsatz
der Robotik eine Reihe von Sicherheitslösungen entwickelt,
darunter unseren bewährten Safety Controller
für die Mensch-Roboter-Kollaboration.
Was werden die größten Herausforderungen für die
Sicherheitstechnik in der Industrie 4.0 ein?
Dazu gehören Fragen der Datensicherheit – Stichwort:
Security-, der Standardisierung, aber auch die
Weiterentwicklung und Anpassung der Normen, die
die neuen Anforderungen der Industrie 4.0 berücksichtigen
müssen. Eine weitere Herausforderung
besteht darin, gemeinsam mit unseren Kunden herauszufinden,
welche Entwicklungen, Produktanwendungen
und Geschäftsmodelle im Rahmen von Industrie
4.0 tatsächlich relevant für das eigene Unternehmen
sind. Schließlich ist Industrie 4.0 kein Selbstzweck,
sondern muss zum Geschäftserfolg beitragen.
Wie werden sich die Anforderungen Ihrer Kunden
und letztlich deren Konstruktionsabteilungen
verändern?
PHILIP SCHMERSAL
GESCHÄFTSFÜHRENDER GESELL-
SCHAFTER, SCHMERSAL GRUPPE
MENSCHEN UND MÄRKTE
Die Maschinenbauer werden im Konstruktionsprozess
vermehrt auf Simulation mit Hilfe von 3D-Modellen
setzen. Dafür ist es notwendig, dass zwischen
den Zulieferern und allen am Herstellungsprozess
beteiligten Unternehmen noch schneller die notwendigen
Prozessinformationen ausgetauscht werden.
Um eine, auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten,
bestmögliche Sicherheitslösung zu erzielen,
sollten Maschinensicherheitsspezialisten gleich in
der Konzeptionsphase eingebunden werden. Hier
gewinnen Wissenstransfer und Engineeringunterstützung
stark an Bedeutung. Dieser Entwicklung
haben wir mit der Gründung unseres Geschäftsbereichs
für Dienstleistungen Rechnung getragen.
www.schmersal.com
SICHERHEITSTECHNIK-
SPEZIALISTEN
SOLLTEN SCHON IN DIE
KONZEPTIONSPHASE
EINGEBUNDEN SEIN
8 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

PREDICTIVE MAINTENANCE IST TOPTHEMA DER MDA
Predictive Maintenance ist hochaktuell und wird auf der kommenden MDA im
Rahmen der Hannover Messe eine zentrale Rolle spielen. Die Anwender von
Maschinen und Fahrzeugen wollen nicht warten, bis eine Komponente ausfällt, sie
möchten diese aber auch nicht auf Verdacht auswechseln. Das müssen sie auch
nicht, denn führende Unternehmen der Antriebs- und Fluidtechnik haben Systeme
entwickelt, mit denen z. B. Wälzlager, Getriebe, Elektromotoren, Hydraulikpumpen
sowie Druckluftflüssigkeiten kontinuierlich überwacht werden können. Wie das
funktioniert, lässt sich am Beispiel Wälzlager demonstrieren: Führungsgrößen
sind hier Schwingung, Temperatur und Drehzahl. Sie werden kontinuierlich erfasst
und so ausgewertet, dass Unregelmäßigkeiten detektiert und ihre Auswirkungen
auf die Lagerlebensdauer errechnet werden. Gleichzeitig können „Heißläufer“ per
Temperaturüberwachung ermittelt werden. Diesen Service zeigt Schaeffler für
Wälzlager z. B. von Windkraftanlagen und Schienenfahrzeugen. Wer also mehr
über Diagnosetools, Big Data in der Antriebstechnik oder auch Predictive Analytics
erfahren möchte, hat dazu vom 24. bis 28. April 2017 in Hannover die Gelegenheit.
www.hannovermesse.de
AUS KTR KUPPLUNGS-
TECHNIK WIRD KTR
SYSTEMS
Die KTR Kupplungstechnik
GmbH hat ihren Firmennamen
zum 1. Januar in KTR Systems
GmbH geändert. Das Familienunternehmen
hat in den
letzten Jahrzehnten in nahezu
allen Geschäftsbereichen stark
expandiert. „Wir haben unser
Produktportfolio umfangreich
weiterentwickelt und auf die
vier Säulen Antriebstechnik,
Bremssysteme, Hydraulikkomponenten
und Kühlsysteme
gestellt“, sagt KTR-Geschäftsführer
Andreas Nauen. „Mit
der Umfirmierung verdeutlichen
wir die Breite und
Vielfalt unseres Leistungsspektrums.
Wir zeigen den globalen
Märkten, vor allem aber
unseren Kunden und Partnern,
dass wir bereit sind, mehr
Verantwortung in den
Maschinen und Anlagen zu
übernehmen“, sagt Nauen
weiter. Die KTR Brakesystems
GmbH wird wie gehabt als
100%ige Tochtergesellschaft
unter der neuen Firmierung
weitergeführt.
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Sie haben noch Fragen? Wir beraten Sie gern: Tel. +49 7931 493-10800
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MENSCHEN UND MÄRKTE
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EIN BLICK AUF ROBOTER
MIT DEN AUGEN VON
ESBEN H. ØSTERGAARD
Wie kamen die Roboter in
Ihr Leben?
Wie sehen Sie das Verhältnis
zwischen Mensch und
Roboter?
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Träume aus?
Was macht einen guten
Roboterentwickler aus?
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10 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ESBEN H. ØSTERGAARD
CTO UND MITGRÜNDER VON
UNIVERSAL ROBOTS A/S, ODENSE, DÄNEMARK

GRENZENLOSE
DIGITALISIERUNG
Mit dem Topthema „d!conomy – no limits“ rückt die CeBIT
in diesem Jahr vom 20. bis 24. März in Hannover die digitale
Transformation in den Mittelpunkt.
DIE GRENZEN ZWISCHEN MENSCH UND
MASCHINE SOWIE ZWISCHEN REALITÄT
UND VIRTUALITÄT VERÄNDERN SICH
MENSCHEN UND MÄRKTE
Das Topthema 2017 ‘d!conomy – no limits‘ steht für die Möglichkeiten und
Chancen, die sich für Unternehmen mit der Digitalisierung und neuen
Technologien bieten“, sagt Oliver Frese, Vorstand der Deutschen Messe AG,
in Hannover. „Ebenso steht es für den Aspekt, dass sich die Grenzen zwischen
Mensch und Maschine sowie zwischen Realität und Virtualität verändern. Der
Mensch als Gestalter des digitalen Zeitalters sollte sich nicht in seinem Denken und
seinen Möglichkeiten begrenzen, sondern die Chancen offen bewerten und die Veränderung
aktiv mitgestalten.“
Die digitale Transformation wird durch neue Technologien und Möglichkeiten weiter
beschleunigt. Aktuell sind Artificial Intelligence, Virtual & Augmented Reality, autonome
Systeme, 3D-Druck, humanoide Service-Roboter und Drohnen die Treiber dieser
Entwicklung. Zunehmende Anwendungsszenarien im Internet der Dinge ermöglichen
ein positives Zusammenspiel und neue Formen der Zusammenarbeit von
Mensch und Technologie. Frese: „IoT-Anwendungen und neue Technologien öffnen
im wahrsten Sinne des Wortes neue Horizonte. Nun gilt es, aus diesen Technologien
Geschäft zu machen.“ Deshalb werde die CeBIT 2017 noch stärker auf Anwendungsbeispiele
setzen und damit eindrucksvoll zeigen, wie die Digitalisierung auf alle Bereiche
von Wirtschaft und Gesellschaft einwirkt, so Frese.
Neuer Schwerpunkt „Virtual & Augmented Reality”: Erstmals wird es auf der
CeBIT ein eigenes Ökosystem für Entwickler, professionelle VR- und AR-Anwender
sowie Hardware- und Softwarehersteller geben. Fokus des neuen CeBIT-Bereichs
„Virtual & Augmented Reality“ in Halle 17 soll auf der Präsentation von
unternehmensspezifischen Anwendungen liegen. Neben der Ausstellung bietet der
neue Community-Treff Live-Showcases, eine eigene Konferenz sowie Lounges und
Meet-up-Areas.
Cyber Security im Fokus: Wie sich Institutionen und Unternehmen jeder
Größenordnung gegen Cyber-Angriffe schützen und gleichzeitig ihre Digitalisierungsmaßnahmen
weiterentwickeln können, ist ein weiteres aktuelles Thema auf
der CeBIT. Erste Anlaufstelle ist der Messe-Schwerpunkt Business Security in
Halle 6 mit Anbietern von Antivirus-Systemen, E-Mail-Sicherheit sowie Cloud &
Internet Security bis hin zu Netzwerk-Sicherheit.
CeBIT Global Conferences 2017: Ausblicke in die digitale Zukunft geben die
CeBIT Global Conferences 2017. Virtuelle Realitäten, humanoide Roboter, Künstliche
Intelligenz, das Internet der Dinge, ja sogar das Leben auf dem Mars: Top-
Speaker nehmen die Kongressteilnehmer mit auf Entdeckungsreise ins „Adventureland
– Digital World“.
Plattform für Austausch: „Die Digitalisierung beginnt in den Köpfen und setzt die
Bereitschaft zu ständiger Veränderung und Innovation voraus“, fasst Bitkom-Hauptgeschäftsführer
Dr. Bernhard Rohleder zusammen. „Die CeBIT ist der ideale Ort für den
dazu notwendigen Austausch zwischen Global Playern, Mittelständlern und Start-ups,
für den Brückenschlag zwischen Anbietern und Anwendern digitaler Lösungen, für
den Dialog zwischen deutschen und internationalen Innovationsführern.“
www.cebit.de
12 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

SENSOREN UND MESSSYSTEME AUF NEUER WEBSITE
Micro-Epsilon, Spezialist für hochpräzise
Sensoren, Messgeräte und Systeme, ist
mit einer neuen Website an den Start
gegangen, die nun auch für touchfähige
Geräte optimiert ist. Die Internetseiten
sind übersichtlicher gegliedert und bieten
allen Interessierten, Kunden und Partnern
umfangreiche Informationen über die
Sensoren und Messsysteme des Anbieters
sowie deren Anwendungsmöglichkeiten
in unterschiedlichen Branchen.
www.micro-epsilon.de
SCHAEFFLER STÄRKT LINEARTECHNIK IN HOMBURG
Ein neues Engineering Center hat Schaeffler in
Homburg/Saar eröffnet. Dort werden die Lineartechnik-Aktivitäten
und die Leitung des Geschäftsbereichs
Industrial Automation/Lineartechnik
gebündelt. Die Investition in den Neubau
belief sich Unternehmensangaben zufolge auf
rund 4 Mio. Euro. Das Gebäude mit 2400 m 2
Fläche beherbergt Arbeitplätze für 150 Mitarbeiter.
Das Bürokonzept soll die Kommunikation der Mitarbeiter untereinander vereinfachen.
Die Arbeitsplätze sind prozessorientiert angeordnet. So können projektbezogene, interdisziplinäre
Teams ohne räumliche Distanz an gemeinsamen Arbeitspaketen arbeiten. Die Nähe
des Engineering Centers zur Lineartechnik-Produktion am Standort Homburg soll die
Zusammenarbeit von Entwicklung, Vertrieb und Fertigung intensivieren. Nach einer Bauzeit
von rund einem Jahr zogen die ersten Mitarbeiter zum Jahresende 2016 ein.
www.schaeffler.com
SIEMENS BRINGT
MINDSPHERE AUF CLOUD-
PLATTFORM AZURE
Siemens plant das offene IoT-Ecosystem
MindSphere im Laufe des Jahres 2017 auf
der Microsoft-Cloud-Plattform Azure
verfügbar zu machen. MindSphere
ermöglicht es Industrieunternehmen, die
Leistungsfähigkeit von Anlagen durch das
Erfassen und die Analyse großer Mengen
von Produktionsdaten zu verbessern.
Durch die Nutzung der Public-Cloud-
Dienste entfällt der Installations- und
Wartungsaufwand, den eine eigene
IT-Infrastruktur mit sich bringt. Zudem
ermöglichen die Azure-Infrastruktur-
Dienste eine skalierbare Hochverfügbarkeit,
indem nur die tatsächlich
benötigte Rechenleistung eingesetzt und
abgerechnet wird. NET-Support verringert
den Aufwand für Programmierer, die neue
MindSphere-Anwendungen entwickeln.
Unternehmen, die ihre Anwendungen in
der Public Cloud entwickeln und bereitstellen
möchten, sollen zukünftig
zwischen Microsoft-Rechenzentren an
unterschiedlichen Standorten weltweit
wählen können. Mit Azure Stack sollen sie
darüber hinaus diese Dienste im eigenen
Rechenzentrum einsetzen können.
www.siemens.de
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 13

ANTRIEBSTECHNIK
TITELSTORY
Zuverlässig, ausfallsicher und das über eine
möglichst lange Betriebszeit – das waren die
Vorgaben für die Konstruktion einer
Abwassertauchpumpe. Entsprechend hoch
waren auch die Anforderungen an alle verbauten
Komponenten, vor allem an die Wälzlager.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Die Orpu Pumpenfabrik GmbH ist ein Spezialist für
Nischenanwendungen im Bereich der Abwassertechnik.
Das Lieferprogramm umfasst Pumpen zur Förderung von
Reinwasser und Abwasser sowie Tauchmotorverdichter
für die Belüftung von Kläranlagen. Auf dem Gebiet des Anlagenbaus
plant und realisiert Orpu zudem Abwasserhebesysteme.
„Unsere Produkte sind modular aufgebaut und lassen sich somit
kundenindividuell anpassen“, erläutert Matthias Arndt, Entwicklung
und Konstruktion bei der Orpu Pumpenfabrik GmbH. „Sie
bedienen ein weites Spektrum der Anwendungen rund um die
moderne Abwasserentsorgung und Abwasserbehandlung, Wasserversorgung
sowie den Schiffbau und Offshore-Bereich.“
ROBUST UND INDIVIDUELL ANPASSBAR
Im Sortiment von Orpu befindet sich auch die Abwassertauchpumpe
Orcut Tes, die sich durch eine besonders zuverlässige und
stabile Konstruktion auszeichnet und somit die Förderung von
Abwasser in jedem Gelände übernehmen kann. Ein Kernelement
der Pumpe ist das gehärtete Kegelschneidradsystem: Es zerschneidet
feste Bestandteile im Abwasser, die sich anschließend
sicher abtransportieren lassen. Das ist z. B. in der Druckkanalentwässerung
von Vorteil: Hierbei fördern kleine Hauspumpstationen
das Abwasser einzelner Häuser oder Häusergruppen in ein
Druckrohrnetz, welches das Abwasser zur Behandlung ableitet.
14 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ANTRIEBSTECHNIK
01
01 In der Abwassertauchpumpe kommen Wälzlager zum
Einsatz, die für Temperaturstabilität bei großer Hitze oder
Kälte ausgelegt sind
02 Die Wälzlager übernehmen die Lagerung von Motorwelle/
Läufer und tragen zur hohen Verfügbarkeit des Systems bei
dungsfall. Aber auch nach einem langen Stillstand im Abwasser
muss die Pumpe sicher anlaufen.“
02
Orcut Tes bewährt sich aber auch in Sammel- und Überlaufbecken,
Kläranlagen und Pumpstationen.
Die bewährten Abwassertauchpumpen werden stets an die individuellen
Herausforderungen der Kunden angepasst. So sind
alle Baugrößen mit einer Atex-Zulassung erhältlich. Auch sonst ist
Orcut Tes flexibel: Die Tauchpumpen sind für den stationären
oder mobilen Einsatz geeignet, erlauben eine horizontale Aufstellung
und unterstützen verschiedenste Anschlussmöglichkeiten.
Ein großer Vorteil des Systems ist nicht zuletzt dessen lange Laufzeit:
„Wir wissen von Pumpen, die ohne eine einzige Reparatur
bereits seit 25 Jahren laufen“, betont Matthias Arndt. „Die Einschaltdauer
der Pumpen richtet sich sehr stark nach dem Anwen-
HOCHTEMPERATURLAGER FÜR EINE
HOHE LEBENSDAUER
XTEMP-LAGER SIND JE NACH AUS-
FÜHRUNG FÜR EINEN TEMPERATUR -
BEREICH VON -60 °C BIS ZU
>500 °C KONSTRUIERT
Möglich sind solche Laufzeiten jedoch nur, wenn jede einzelne Komponente
der Pumpen den hohen Qualitätsansprüchen von Orpu entspricht
– das gilt auch und gerade für die Lagertechnik. In diesem
Bereich vertraut das Unternehmen auf Findling Wälzlager. Vor rund
15 Jahren begann die Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Unternehmen:
Orpu bezog bei Findling erste Muster und testete diese intensiv.
2004 erfolgte die erste Lieferung von einreihigen Rillenkugellagern. Im
Jahr 2011 beauftragte Orpu erstmals die Lieferung zweireihiger Schrägkugellager.
Nach einer weiteren Optimierung und Leistungssteigerung
im Jahr 2015 laufen diese Lösungen nun in der zweiten Generation.
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 15

ANTRIEBSTECHNIK
"DIE ORPU PUMPEN­
FABRIK SETZT AUF
ZWEIREIHIGE SCHRÄG­
KUGELLAGER IN
XTEMP-QUALITÄT"
René Wannek, Vertriebsleiter
bei Findling Wälzlager
www.DerKonstrukteur.de
„Die Lager sind das Herz der Maschine“, so Matthias Arndt. „Sie übernehmen die Lagerung
von Motorwelle/Läufer.“ Das zweireihige Schrägkugellager sorgt dafür, dass
sich die Welle nicht bewegen kann und die Kräfte beim Schneiden von Feststoffen sicher
aufgenommen werden. Zudem gewährleistet das zweireihige Schrägkugellager,
dass der Schneidspalt des Kegelschneidwerks in allen Betriebszuständen nahezu auf
0,1 mm gehalten wird. Die einreihigen Rillenkugellager dienen als Loslager.
Beide Lagertypen stammen aus dem speziellen Xtemp-Sortiment von Findling
Wälzlager. Das bedeutet, dass sie auch bei großer Kälte oder Hitze leistungsfähig bleiben
müssen. Bei den meisten Anwendungen der Abwasserpumpe Orcut Tes erreichen
die tatsächlichen Betriebstemperaturen zwar maximal 60 °C – die Herausforderung bei
dieser Anwendung besteht jedoch darin, in einem breiten Temperaturbereich ohne
Fettaustritt oder ein zu hohes Anlaufmoment eine möglichst hohe Lebensdauer zu erreichen.
„Die Pumpe ist extremen Bedingungen ausgesetzt“, erklärt Matthias Arndt.
„Entsprechend muss auch die kleinste Komponente höchste Anforderungen erfüllen.
Die Xtemp-Speziallager haben sich diesbezüglich bestens bewährt.“
Die Pumpen des Spezialisten für
Abwassertechnik Orpu kommen
u. a. im gewerblichen und industriellen
Bereich sowie im Katastrophen ­
schutz zum Einsatz. Dabei geht es
schon auch einmal „heiß her“ – und
zwar im wahrsten Sinne des
Wortes. In einer der robusten
Abwassertauchpumpen kommen
deshalb Xtemp-Lager zum Einsatz.
Diese Speziallösungen von Findling
Wälzlager überzeugen mit einer
hohen Temperaturstabilität auch
bei großer Hitze oder Kälte und
gewährleisten einen zuverlässigen,
ausfallsicheren Betrieb der Pumpen
über deren gesamte Lebensdauer.
SCHNELL LIEFERBARE SPEZIALLAGER ZU
ATTRAKTIVEN PREISEN
Xtemp-Lager sind je nach Ausführung für einen Temperaturbereich von -60 °C bis zu
>500 °C konstruiert, optional sind auch stromisolierende, korrosionsarme oder beschichtete
Varianten verfügbar. Die Basis für alle Ausführungen sind Rillenkugellager,
an denen spezielle Modifikationen vorgenommen wurden – dazu gehören unter anderem
die Wahl des geeigneten Werkstoffs, die Optimierung der Lagerluft, spezielle Fette
bis hin zu Festschmierstoffen, eine besondere Dichtung und gegebenenfalls eine Wärmestabilisierung.
So ausgerüstet überzeugen die Xtemp-Lager mit einer verlängerten
Lebensdauer: Im Vergleich zu am Markt erhältlichen Standard-Premium Lagern ist
diese bei einer Einsatztemperatur von 120 °C um das 1,2 – 1,5-Fache erhöht. Zudem
lassen sich auf Wunsch viele weitere Funktionsmerkmale wie geringes Anlaufverhalten,
kein Fettaustritt bei hohen Temperaturen, eine Wartungsfreiheit bzw. besonders
lange Wartungsintervalle erzielen.
„Weitere Einsatzszenarien sind z. B. Förderanlagen in Kühlhäusern oder in Lackieranlagen,
Ziegelbrennereien, Drehvorrichtungen in Photovoltaik-Anlagen sowie Wasseraufbereitungs-
bzw. Pumpenanlagen in der Steppe oder Wüste“, erläutert Klaus
Findling, Geschäftsführer der Findling Wälzlager GmbH. „Hier werden Speziallösungen
benötigt, denn die Lebensdauer von Standard-Wälzlagern sinken bei extremen
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
WIR BIETEN EIN
SPEZIALSORTIMENT
AN LAGERN,
DAS EXTERNE ANFORDERUNGEN ABDECKT
KLAUS FINDLING
Geschäftsführer Findling Wälzlager GmbH

Temperaturen dramatisch.“ Im Gegensatz zu anderen Premium- oder Sonderlagern
überzeugen die Xtemp-Lager für Dauertemperaturbereiche von -40° bis 150°C nicht
nur durch ihr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, sondern auch durch ihre schnelle
Verfügbarkeit als Standard-Lagerware.
Alle Xtemp-Lösungen sind Teil des Abeg Extreme Sortiments von Findling, bei
dessen Entwicklung die Aspekte Bezugskosten und Lieferzeiten neben der technischen
Funktionalität besonders Rechnung getragen wurde. Damit ist es gelungen,
eine rundum vorteilhafte Lösung zu schaffen, die höchsten Ansprüchen genügt –
auch denen von Orpu. Die Experten für Abwassertechnik sind außerdem mit der Zusammenarbeit
rundum zufrieden: „Die Ansprechpartner bei Findling Wälzlager sind
sehr kompetent. Besonders gefällt uns, dass sie uns bei neuen Produkten in Bezug auf
die technische Auslegung der Wälzlager unterstützen“, so Matthias Arndt abschließend.
Bilder: Aufmacher iStock.com/Eugenio Opitz und iStock.com/buto; 01-03 Findling
www.findling.com
03 Geeignete Werkstoffe, spezielle Fette, eine optimierte Lagerluft
und besondere Dichtungssysteme: Xtemp-Lager überzeugen mit einer
um das 1,2– 1,5-Fache erhöhten Lebensdauer
03
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 17
Goodfellow.indd 1 21.01.2014 08:51:32

ANTRIEBSTECHNIK
AN DIE
GRENZEN
GEHEN
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
In der Werkzeugmaschinen-Industrie zählen
schnelle Werkzeugwechsel und hohe
Achsbeschleunigung. Antriebe müssen dem
gerecht werden. Hier können kompakte
Motormodule mit hoher Leistungsdichte und
dreifacher Überlastfähigkeit punkten.
Schaltschrankplatz ist knapp. Und wird immer knapper,
gerade bei Maschinen und Anlagen für diskontinuierliche
Verarbeitungsprozesse. Nicht nur, weil bei diesen
Anlagen aufgrund steigender Anforderungen in puncto
Flexibilität immer mehr Antriebe verbaut und mit geeigneten
Motormodulen angesteuert werden müssen, sondern auch, weil
viele Hersteller zugleich auf kompakte Bauformen setzen, um
Stellfläche und Transportkosten niedrig zu halten bzw. gar zu
reduzieren.
Da zudem die Anforderungen an Robustheit und Benutzerfreundlichkeit
stetig steigen, überarbeitet Siemens gerade Schritt
Autor: Karl-Heinz Knecht,
Systemmanager Antriebe für Werkzeugmaschinen, Siemens AG, Erlangen
für Schritt die gesamte Baureihe der Sinamics S120 Booksize­
Motormodule. Seit Oktober 2015 sind nun die Motormodule mit
interner Entwärmung von 3 bis 30 A verfügbar. Das Portfolio wurde
um die besonders für diskontinuierliche Antriebsaufgaben geeigneten
30-A-Einachs- und 18-A-Doppel-Motormodule mit dreifacher
Überlastfähigkeit erweitert. Bei unveränderter Baubreite
DIE LEISTUNGSDICHTE DER
MOTORMODULE BIS ZUM
PHYSIKALISCH MACHBAREN
ZU ERHÖHEN IST DAS ZIEL
kann mit diesen neuen D-Type-Modulen (Discontinuous Motion)
eine Spitzenlast von 90 A bzw. 2 x 54 A erreicht werden. Dabei
bleiben die bewährten 30-A-Einachs- und 2 x 18-A-Doppelmotormodule
für kontinuierliche Antriebsaufgaben (C-Type, Continuous
Motion) mit doppelter Überlastfähigkeit weiterhin verfügbar.
Da in der Werkzeugmaschinenbranche die meisten Achsen in
der Regel nach Spitzenlast ausgelegt werden, können Elektrokon ­
s trukteure nun immer häufiger bei gleicher Spitzenlast auf schmalere
Bauformen zurückgreifen, was deutliche Platzeinsparungen im
Schaltschrank ermöglicht.
18 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ANTRIEBSTECHNIK
01
01 Mehr Platz: Mithilfe der neuen
D-Type-Module spart der Maschinenbauer
Heller in der Breite rund 350 mm ein
02 Einfaches Handling: Durch die
reduzierte Bauhöhe (links bisher, rechts
neu) und die neuen, nebeneinander
platzierten Motorstecker reduziert sich
der Montage- und Serviceaufwand
02
KLEINE VERBESSERUNGEN, GROSSE WIRKUNG
Darüber hinaus wurden im Zuge dieser ersten umfassenden Überarbeitung
der Sinamics S120-Booksize-Motormodule einige gezielte
Verbesserungen vorgenommen, deren Wirkung sich über den
gesamten Lebenszyklus der Module entfalten wird. Durch die Integration
des neuen Motoranschlusssteckers in das Motormodul
reduziert sich die Bauhöhe der Module um durchschnittlich 7 cm.
Zudem verringert sich durch die bei den Doppel-Motormodulen
nun nebeneinander platzierten, gut zugänglichen Motoranschlussstecker
der Aufwand für Montage und Service. Und mit dem zuverlässigen
Schirmkonzept zur elektromagnetischen Verträglichkeit
(EMV), der optimierten Fixierung der Leistungsleitungen und der
massiven Montageplatte mit extrem robusten Einhängelaschen
erhöht Siemens weiter die Robustheit für ein raues Industrieumfeld
– und damit die Langlebigkeit.
POSITIVE ERFAHRUNGEN AUS DER PRAXIS
Um die neuen D-Type-Module weiter zu optimieren und ausgiebig
zu testen, arbeitet Siemens u. a. eng mit Unternehmen
aus der Werkzeugmaschinenindustrie zusammen – beispielsweise
mit den Maschinenbauern Heller (Nürtingen) und Chiron
(Tuttlingen).
So setzt Heller seit August 2015 Testmodule im Prototyp einer
neuen hochflexiblen Maschinengeneration ein: Jochen Brucker,
Leiter Steuerungsentwicklung bei Heller, erläutert: „Für unser Haus
war die Entwicklung der leistungsfähigen Module mit dreifacher
Überlastfähigkeit in vielfacher Hinsicht wichtig: Zum einen versprachen
wir uns davon mehr Platz in unserem standardisierten
Schaltschrank sowie Einsparungen bei Energiebedarf und Wärmeentwicklung,
zum anderen kann durch die dreifache Strom-Überlastfähigkeit
der neuen Module schneller beschleunigt werden und
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ANTRIEBSTECHNIK
"MOTORMODULE
WERDEN IMMER KOMPAKTER
UND GLEICHZEITIG
LEISTUNGSSTÄRKER"
Karl-Heinz Knecht,
Digital Factory, Machine
Tools Systems,
Siemens AG Erlangen
www.DerKonstrukteur.de
dadurch früher die Maximalgeschwindigkeit erreicht werden. Resultierend daraus
konnten wir Geschwindigkeitseingangswerte der Maschinen auf über 60 m/min erhöhen.
Ein Faktor, der für uns von enormer Bedeutung ist, da unsere Fertigungszentren so
etwa nicht unter die jüngst erhöhten chinesischen Importbeschränkungen fallen".
Nach fünf Monaten intensiver Tests konnten Brucker und sein Team bislang keine
Schwachstellen der neuen Sinamics S120 Motormodule entdecken: „Sämtliche Leistungsdaten
werden eingehalten – und dank der Doppelmodule sowie der dreifachen
Überlastfähigkeit konnten wir bei gleicher Leistung 350 mm Baubreite einsparen".
Ein ähnliches Bild zeigt sich bei Chiron, dem Spezialisten für vertikale Fertigungszentren,
der die neuen D-Type-Module u. a. in den kompakten Dreh-Fräszentren
FZ08 MT Precision Plus einsetzt. „Mithilfe der überarbeiteten Module
konnten wir bei dieser Baureihe ein sehr kompaktes Schaltschrankdesign umsetzen,
was auch dem Charakter der FZ08 entspricht," sagt Dr. Claus Eppler, Leiter
Forschung und Entwicklung bei Chiron, und führt weiter aus: „Ohne die Einführung
der Sinamics S120 Motormodule hätten wir die Motormodule nicht im neu
dimensionierten Schaltschrank unterbringen können". Neben der kompakten
Bauform schätzt Dr. Eppler vor allem, dass "das modulare mechanische Konzept –
wie es Chiron seit Jahren fährt – sich nun auch im Schaltschrank wiederfindet".
Mit den neuen Modulen wurde die Flexibilität und Kombinationsmöglichkeit von
1 und 2 Achsstellern weiter erhöht. Durch den Einsatz der neuen Module kann somit
zusätzlich Platz im Schaltschrank ein gespart werden. Gleichzeitig wurde die
Leistungsfähigkeit dabei erhöht.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Im Zuge des Redesigns der
Sinamics S120-Booksize-Motormodule
reagiert Siemens nicht nur
konsequent auf Kundenbedürfnisse
aus dem industriellen Maschinenund
Anlagenbau. Vielmehr
präsentiert der Technologiekonzern
mit den neuen Motormodulen
jetzt auch eine Lösung für die
spezifischen Anforderungen
kontinuierlicher sowie diskontinuierlicher
Antriebsaufgaben.
Jüngste Mitglieder dieser Produktlinie
sind die zusätzlichen dreifach
überlastfähigen 30-A-Einachsmotormodule
und 18-A-Doppelmotormodule,
die ihre Feuerprobe
in der Werkzeugmaschinenindustrie
bereits bestanden haben.
www.mayr.com
VOLL KOMPATIBEL
Damit die neuen Motormodule nicht nur bei Neuausrüstungen, sondern auch in den
Bereichen Service und Retrofit flexibel eingesetzt werden können, sind jene in puncto
Software und mechanischem Lochbild zu den Vorgängermodellen voll kompatibel.
Einzig das Design des Steckers hat sich verändert: So wurden auch die Motion-Connect-Leistungsleitungen
innoviert – wahlweise vorkonfektioniert oder mit vorbereiteten
Leitungsenden und zwei Motoranschlusssteckervarianten. Jochen Brucker erklärt
dazu: „Für uns bedeutet dies die Chance, unser gesamtes Maschinenportfolio schrittweise
mit den neuen Modulen auszurüsten; schließlich wollen wir und unsere Kunden
möglichst wenig Ersatzteile vorhalten".
Mit der Markteinführung der D-Type-Module ist die Innovation des Portfolios der Sinamics
S120-Booksize-Motormodule noch nicht abgeschlossen – derzeit werden das
45-A-Modul sowie das 60-A-Modul überarbeitet. Die Werkzeugmaschinenkunden
bleiben weiterhin anspruchsvoll. Deshalb wünscht sich Dr. Claus Eppler, dass der eingeschlagene
Weg von Siemens konsequent weiter verfolgt wird: „Wir brauchen noch
schmalere Module". Siemens wird hart daran arbeiten, die Leistungsdichte der Motormodule
bis zum physikalisch Machbaren zu erhöhen.
Bilder: Siemens
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20 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ANTRIEBSTECHNIK
BESONDERS KOMPAKTER MOTION-CONTROL-ANTRIEB
Ein integrierter Motion-Control-Komplettantrieb ist der iBMD von
Bonfiglioli. Er vereint die Eigenschaften eines hochdynamischen Servomotors
und eines Drive Controllers und ist dabei bis zu einem Drittel
kleiner als andere Komplettantriebe. Er ist in vier Baugrößen mit einem
Drehmomentbereich von 2,7 bis 36 Nm und Versorgungsspannungen
von 560 V DC erhältlich und mit Schutzart IP65, der Sicherheitsfunktion
STO und SIL3 ausgestattet. Motion-Control-Funktionen wie Positionierung,
Cam Profil, elektronisches Getriebe und interpolierender Modus
sind ebenso Bestandteile, wie die offene Kommunikation über Canopen,
Ethercat und Modbus RS232. Dazu kommen insgesamt 14 digitale und
analoge Ein- und Ausgänge. Der Antrieb kann auch mit den spielarmen
Planetengetrieben des Herstellers kombiniert werden. Anwendungsbereiche
sind z. B. die Verpackungstechnik, Druck- und Etikettiermaschinen
oder die Automatisierung von Handlingaufgaben.
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SCHWER ZUGÄNGLICHE
ANTRIEBE
Mayr hat eine freischaltende
Sicherheitskupplung entwickelt,
bei der alle Funktionsabläufe allein
über den Antrieb automatisierbar
sind. Die EAS-Reverse verkraftet
nach dem Ansprechen lange
Auslaufzeiten des Antriebs. Durch
langsames Rückwärtsdrehen
rastet sie automatisch wieder ein.
Ihr Gehäuse macht sie unempfindlich
gegen Staub oder Spritzwasser,
damit eignet sie sich
besonders für den Einsatz im
Schwermaschinenbau. Im Überlastfall
trennt ein Ausrastmechanismus
An- und Abtrieb in Sekundenbruchteilen
nahezu restmomentfrei mit
hoher Abschalt- und Wiederholgenauigkeit.
Mit vielen Varianten
und Zusatzfeatures ermöglicht die
EAS-Reserve angepasste Lösungen,
z. B. in Kombination mit einer
Elastomerkupplung eine einfache
Trennung des Antriebsstranges
durch Lösen weniger Schrauben,
ohne dass der Motor oder das
Getriebe verschoben werden muss.
Für Anwen dungen mit lasthaltendem
Abtrieb ist die Kombination
mit einer Bremsscheibe auf der
Abtriebsseite umsetzbar.
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 21

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
ANTRIEBSTECHNIK
DREHMOMENTSTARK
Bis vor einigen Jahren noch unvorstellbar:
kompakte, drehmomentstarke Elektroantriebe,
wie es Synchron-Scheibenläufermotoren heute
sind. Leistungsdichte und Wirkungsgrade
prädestinieren sie für die Elektromobilität.
Arbeitsgeräte für den mobilen Einsatz stellen vielfältige Anforderungen
an den Antrieb. Maßgeschneiderte Motorenkonzepte
bieten dabei beste Voraussetzungen für zuverlässigen
Betrieb und lange Batterielaufzeiten. Ein gutes
Beispiel für den heutigen Stand der mobilen Antriebstechnik zeigte
Heinzmann auf der Messe SPS/IPC/Drives 2016.
Der Hersteller setzt für die Elektromobilität auf Radnabenantriebe.
Je nach Kundenwunsch werden dazu neben Motor auch Umrichter,
Encoder, Bremse und bei Bedarf auch notwendige Getriebe anwendungsspezifisch
ausgewählt und möglichst einbaufertig bereitgestellt.
Um praxisgerecht Lösungen für viele Anwendungen zu
liefern, reicht die Bandbreite der Motoren von 250 W bis 25 kW. Je
nach Anforderung sind sie luft- oder flüssigkeitsgekühlt und als
DC-Bürstenmotor oder elektronisch kommutierter Synchronmotor
ausgeführt.
MOTOREN FÜR MOBILE ANWENDUNGEN
Gerade bei Antrieben für die Elektromobilität kommt es auf
möglichst kompakte Abmessungen bei hohem Wirkungsgrad
und gutem dynamischen Laufverhalten an. Hier eignen sich
doppelwirkende Scheibenläufermotoren besonders gut. Durch
DREHMOMENTSTARK
die beidseitige Spulenanordnung weisen sie eine sehr hohe Leistungsdichte
auf. Aus dem konstruktionsbedingt großen Rotordurchmesser
folgt ein hohes Drehmoment. Der patentierte Aufbau,
u. a. mit freitragenden Permanent-Magneten, reduziert
Trägheits- und Rastmoment. Das macht die Motoren zur ersten
DIESE ELEKTROMOTOREN
KÖNNEN ZAHNRIEMEN,
HYDRAULIK UND VERBREN-
NUNGSMOTOREN ERSETZEN
Wahl für dynamische Antriebslösungen. Die Motoren bieten, als
Synchronmaschinen aufgebaut, einen breiten, sehr gut regelbaren
Drehzahl- und Leistungsbereich. Bei mobilem Betrieb mit
Akkus ermöglicht der hohe Wirkungsgrad eine lange Laufzeit. Je
nach eingesetztem Umrichter ist auch 4-Quadrantenbetrieb mit
Rückspeisung möglich, was die Reichweite bzw. Einsatzdauer
weiter begünstigt.
22 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

RK
DER
ANTRIEB
■ Sicher ■ Flexibel ■ International
Das
Getriebe
■
■
■
Starke Lagerung
Geräuscharmer Lauf
Hohe Leistungsdichte
Der
Motor
■
■
■
Hohe Effizienz
Weltweite Standards
Alle Einsatzbedingungen
01
Der PMS 120 mit nur 230 mm Durchmesser bei
160 mm Länge leistet zwischen 2,2 bis 7,7 kW
Wie gut dieses Scheibenläufer-Konzept in der Praxis aufgeht, zeigt z. B. die Anwendung
in dem Geräteträger Mattro Bock. Die als Kettenfahrzeug konzipierte Geräteplattform
wird über zwei PMS 120 Motoren angetrieben und kann eine anwenderspezifische
Nutzlast von bis zu 500 kg durch Gelände transportieren. Jeder Motor hat einen
Durchmesser von nur 230 mm und ist inkl. Wellenstummel nur 160 mm lang und
leistet je nach Ausführung 2,2 bis 7,7 kW bei bis zu 45 Nm Spitzendrehmoment und
96 V DC Versorgungsspannung. Die feinfühlige Leistungsabgabe erlaubt es, jede Kette
einzeln so anzusteuern, dass die Plattform auch im unweg samen Gelände höchst
wendig unterwegs ist.
Aber nicht nur für die Fortbewegung in der Elektromobilität sind Kompaktmotoren
gefragt, sondern auch für den Antrieb von Zusatz- bzw. Hilfsaggregaten in konventionellen
Fahrzeugen. Wer schon einmal in den Motorraum z. B. eines LKWs oder einer
Baumaschine gesehen hat, kennt die verdichtete, wartungsunfreund liche Zusammenballung
mechanisch gekoppelter Hilfsaggregate an Verbrennungsmotoren.
Auch hier eröffnen die Kompakt an triebe von Heinzmann neue Möglichkeiten
zum Beispiel für dieselelektrische Konzepte.
Statt Zahnriemen mit Antriebs- und Umlenkrollen oder Hydraulikpumpe mit
Tank, Filter etc. erzeugt dabei eine große Lichtmaschine elektrische Energie. Diese
kann dann sehr flexibel zu Elek tromotoren an den Hilfsaggregaten verteilt
werden. Die Motoren rücken dadurch näher an den Einsatzort und sind dort
obendrein meist leichter zugänglich. Beispiele dafür findet man z. B. bei Traktoren
und deren Anbaugeräten. Auch bei manchen Bussen kommt schon ein elekt-
Die
Antriebselektronik
■ Kompakte Bauform
■ Einfache Inbetriebnahme
■ Skalierbare Funktionalitäten
Weiter Leistungsbereich
Flexible Komplettlösungen
Hohe Systemeffizienz
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Getriebebau NORD GmbH & Co. KG
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SCHEIBENLÄUFERMOTOREN
SIND EINE SICHERE
ANTRIEBSLÖSUNG
FÜR DIE ZUKUNFT"
Michael Neutz, Leiter
Vertrieb Elektrische
Antriebe HEINZMANN
GmbH & Co. KG
Moderne Elektromotorenkonzepte in
mobilen Anwendungen sichern
Marktvorteile: Sie verringern dank
hohem Wirkungsgrad den CO 2
-Fußabdruck,
verlängern im Akkubetrieb,
eventuell zusätzlich über eine
Rückspeisung, die Betriebszeit und
reduzieren im Fahrbetrieb gegenüber
bisherigen Motoren das Gewicht
bzw. die ungefederten Massen beim
Einsatz direkt am Rad. Die lange
Lebensdauer der wartungsfreien
Synchron- bzw. der wartungsfreundlichen
DC-Motoren verringert zudem
die Lebensdauerkosten.
www.DerKonstrukteur.de
risch betriebener Kompressor für die
Bremsanlage zum Einsatz. Andere
Konzepte sehen elektro-hydraulische
Aggregate vor, bei denen komplett
auf die Verbrennungsmaschine
verzichtet wird.
BREITES ANWENDUNGS-
SPEKTRUM
Die modernen Antriebe sind als
flach bauende Scheibenläufermotoren
oder in Form einbaufertiger Radnabenmotoren
mit integriertem Getriebe
erhältlich. Sie lassen sich inklusive
der jeweiligen Umrichter
leicht in viele anlagenspezifische
Steuerungen integrieren. So sind
dezentrale, wartungsfreie Antriebe
vor Ort, z. B. in Stellge räten, Kompaktzentrifugen
oder Krankenbetten
heute leicht zu vernetzen. Gleiches
gilt für Geräte, die eher einzeln eingesetzt
werden. Sie lassen sich einfach
an Akkumanagementsysteme
oder Fernsteuersysteme anbinden,
z. B. Flurfördergeräte, Kanaldetektoren,
mobile Arbeitsbühnen etc.
Bilder: Aufmacher Mattro Production GmbH;
01 HEINZMANN
www.heinzmann.com
FREQUENZUMRICHTER FÜR SPANNUNGEN
ZWISCHEN 3300 UND 4160 V
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Mit dem Vacon 3000 Mittelspannungsfrequenzumrichter präsentiert Danfoss
Drives erstmals einen Frequenzumrichter für Spannungen zwischen 3300 und
4160 V. Das Konzept basiert auf modularen Komponenten, die eine vollständige
Anpassung des Gehäusedesigns an die jeweilige Applikation und die Umgebungsbedingungen
ermöglichen, ergänzt durch die einfache Bedienung des bewährten
Vacon 100. Die Lösung für Leistungen bis 6 MW zeichnet sich durch die gleiche
Modularität wie bei den Vacon Hochleistungsantrieben aus. Dabei lassen sich
Module parallel schalten, was noch mehr Flexibilität bietet. Durch den modularen
Aufbau lässt sich der
Umrichter in vielen Anwendungen
mit begrenztem
Platzangebot, z. B. im Bug
eines Schiffs, einpassen. Die
wassergekühlten Module
machen ihn ideal für
ungünstige Umgebungsbedingungen,
bspw. im
Bergbau, bei Marineanwendungen
oder in der Schwerindustrie.
Zudem macht die
integrierte Wasserkühlung
das Gerät sehr kompakt für
seine Klasse.
www.danfoss.de
24 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017
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ANTRIEBSTECHNIK
KRAFTVOLLER
ALL-IN-ONE-POSITIONIERANTRIEB
Mit dem AG24 hat
Siko sein Portfolio
an Positionier -
antrieben mit
intelligentem
Real-Time-Ethernet
erweitert. Auch bei
diesem Modell mit
hoher Abtriebsleistung
und Drehzahl
sind alle Baugruppen
in einem Gehäuse
integriert. Der
Positionierantrieb kann praktisch jede manuelle Verstellung
vollautomatisieren und bietet ein Nenndrehmoment
bis 14 Nm. Die maximale Verstellgeschwindigkeit von
150 min -1 erreicht er bei 6 Nm Nenndrehmoment. Durch
die Hohlwelle mit Klemmring und Drehmomentstütze
wird er an die Maschinenwelle adaptiert, ohne dass der
Grundaufbau der Verstelleinheit geändert werden muss.
Mit einem 2-zeiligen LCD und dem integrierten Tastenfeld
können einzelne IP-Adressen zugeordnet und zudem
direkt Istwert und Sollwert überwacht werden. Mit dem
Positionsregler werden die Sollwerte mit bis zu 1024
Schritten pro Umdrehung angefahren. Der Absolutwertsensor
erfasst auch Bewegungen im stromlosen Zustand.
www.siko-global.com
ELEKTRISCHE ANTRIEBE FÜR HÖHERE
SPANNUNGEN UND MARINE-ANWENDUNGEN
Mit zusätzlichen Varianten für den Spannungsbereich von 525 bis 690 V
erweitert Bosch Rexroth das Einsatzspektrum seiner elektrischen
Antriebe vom Typ Indradrive ML für Leistungen bis zu vier MW. Internationale
und anwendungsspezifische Zertifizierungen verringern den
Engineering-Aufwand sowohl für den universellen Einsatz in industriellen
Maschinen und Anlagen als auch in Marine- und Offshore-Anwendungen.
Unabhängig von der Netzanschlussspannung sind Indradrive
ML bereits für Industrieanwendungen gemäß CE, UL und CSA zertifiziert.
Das verringert den Engineering- und Dokumentationsaufwand für
den welt weiten
Einsatz. Aktuell
durchlaufen alle
Baureihen die Zulassungen
der Schiffsklassifikationsgesellschaften
GL, DNV, ABS und
LR. Damit können sie
als „type approved“ in
typischen Marine- und
Offshore-Anwendungen
z. B. Netz- und
Ankerwinden oder für
Hub-, Schwenk- und
Wippantriebe für
Schiffskrane eingesetzt
werden.
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 25

ANTRIEBSTECHNIK
WIEHART
STAHL
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Wo Steine zerbersten und heißer Stahl dampft,
sind nur robuste, widerstandsfähige und solide
dimensionierte Maschinenelemente den
extremen Belastungen gewachsen. Auch
Sicherheitskupplungen müssen hier zu höchster
Betriebssicherheit und maximaler Produktivität
ihren Teil beitragen.
Mit einem jährlichen Produktionsvolumen von rund
drei Millionen Tonnen Stahl und über 7500 Mitarbeitern
ist Arcelor Mittal Ostrava (AMO) der größte
Stahlproduzent in der Tschechischen Republik und
Teil des weltweit größten Stahl- und Bergbauunternehmens
Arcelor Mittal. Bei der Stahlproduktion werden – nachdem der
geschmolzene Stahl aus den Öfen zu Platten, Brammen, Blöcken
oder Knüppeln gegossen, d.h. in Form gebracht wurde – nun diese
primären Rohteile in den Walzwerken weiter bearbeitet und zu
fertigen Stahlprodukten umgeformt. Um in den Walzgerüsten
Motor, Getriebe und andere Antriebskomponenten dauerhaft
vor teuren Überlastschäden zu schützen, setzt AMO darin auf die
zuverlässigen EAS-HT Sicherheitskupplungen von Mayr Antriebstechnik.
Die freischaltenden Kupplungen stehen für eine
zerstörungsfreie Begrenzung von gefährlich hohen Drehmomenten
und halten den rauen Umgebungsbedingungen in der
Stahlproduktion problemlos stand. Sie helfen, Material, Manpower
und Kosten einzusparen und steigern die Produktivität in den
Walzwerken.
EXAKTE DREHMOMENTBEGRENZUNG
Die wachsende Nachfrage und die permanente Forderung nach
mehr Produktivität verlangen den Walzwerken Höchstleistungen
ab. Dabei lassen sich auch Überlastfälle nie vollkommen vermeiden.
Überlast entsteht in den Walzgerüsten z. B. durch eine variierende
Materialkonsistenz des Stahls in Abhängigkeit von der Temperatur
und damit verbundene Probleme im Walzprozess: so
beispielsweise wenn das Material nicht heiß und somit nicht weich
genug ist und gegen die Walzrollen stößt. Oftmals ist dabei schon
ein einziger Überlastschaden viel teurer als eine Sicherheitskupp-
26 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ANTRIEBSTECHNIK
01
01 Die EAS-HT Sicherheitskupplungen stehen für eine
zerstörungsfreie Begrenzung von gefährlich hohen
Drehmomenten und halten den rauen Umgebungsbedingungen
in der Stahlproduktion stand
02 Die freischaltenden EAS-HT Sicherheitskupplungen
arbeiten präzise und sind nach Beseitigung der
Überlastursache sofort wieder betriebsbereit
02
lung. Die Investition für eine Kupplung steht somit in keinem Verhältnis
zu den Kosten, die z. B. ein Getriebeschaden sowohl an
Materialkosten als auch an Produktionsausfall mit sich bringt. Deshalb
setzt AMO in den Walzgerüsten die EAS-HT Sicherheitskupplungen
ein, die den Antriebsstrang zuverlässig vor Schäden schützen.
Die Kupplungen sitzen zwischen Motor und Getriebe und begrenzen
das Drehmoment exakt auf den eingestellten Wert: Das maximale
Drehmoment liegt dabei bei 170 000 Nm, die maximale Drehzahl
bei 400 min -1 .
SCHUTZ BEI EXTREM HOHEN DREHMOMENTEN
„Bei den freischaltenden EAS-HT Kupplungen handelt es sich um
Elementekupplungen, die ideale Lösungen bei sehr hohen Drehmomenten
und Drehzahlen bzw. großen Massenträgheitsmomenten
darstellen“, erklärt Thomas Gebler, Gebietsverkaufsleiter
bei Mayr Antriebstechnik. „Diese Kupplungen basieren auf einzelnen
Überlastelementen, die in die Flansche integriert sind. Das
erreichbare Drehmoment ergibt sich dabei aus der Vorspannkraft
der Elemente multipliziert mit der Anzahl der Elemente und dem
Radius, an dem die einzelnen Elemente angeordnet sind.“ Durch
das modulare Konzept lassen sich nicht nur auf den jeweiligen
Einsatzfall zugeschnittene Kupplungen bauen, sondern es sind
vor allem auch wesentlich höhere Drehmomente als mit einem
zentralen Ausrastmechanismus beherrschbar. Bisher hat Mayr
MIT DIESEN SICHERHEITS-
KUPPLUNGEN KONNTEN
DIE STILLSTANDSZEITEN IM
WALZWERK UM ÜBER 80%
REDUZIERT WERDEN
Antriebs technik Sicherheitskupplungen mit einem Drehmoment
von 540 000 Nm geliefert. Damit ist die Grenze aber noch lange nicht
erreicht: Durch den modularen Aufbau sind Sicherheitskupplungen
mit Drehmomenten von mehreren Millionen Newtonmetern
möglich.
Bei den EAS-HT Elementekupplungen übertragen die einzelnen
Überlastelemente das Drehmoment im störungsfreien Betrieb
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 27

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
BUCHTIPP
Dieses Buch erleichtert durch
eine möglichst anschauliche und
anwendungsorientierte Darstellung
der Zusammenhänge dem Leser
den Zugang zu dem interessanten
Fachgebiet der elektrohydraulischen
Antriebe und Steuerungen, ohne
allerdings auf die notwendigen
physikalischen und mathematischen
Grundlagen zu verzichten.
Grundlagen elektrohydraulischer
Antriebe
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LUNGEN SIND DIE IDEALE
LÖSUNG BEI SEHR HOHEN
DREHMOMENTEN
UND DREHZAHLEN"
Thomas Gebler, Gebietsverkaufsleiter
bei Mayr
Antriebstechnik
Bevor eine Kupplung unser Werk in
Mauerstetten verlässt, wird sie
ausführlich getestet und exakt auf
den geforderten Wert eingestellt.
Dazu verfügen wir von Mayr
Antriebstechnik über vielfältige,
moderne Prüfmöglichkeiten und
kann auf jahrzehntelange Erfahrung
in Entwicklung und Konstruktion
zurückgreifen. Eine elektronische
Datenbank, in der die Messwerte
zusammen mit den dazugehörigen
Seriennummern eines Produkts
archiviert werden, gewährleistet
eine 100-prozentige Rückverfolgbarkeit.
So sorgen auch in den
Walz werken von Arcelor Mittal
Ostrava, dem größten Stahlproduzenten
Tschechiens, die
Kupplungen für höchste Betriebssicherheit
und maximale
Produktivität.
formschlüssig. Im Überlastfall
trennen sie An- und Abtrieb in
Sekundenbruchteilen nahezu
restmomentfrei mit hoher Abschalt-
und Wiederholgenauigkeit.
Es wirkt nur noch die Reibung
der hochwertigen Druckflanschlagerung.
Die im System
gespeicherte Bewegungsenergie
der rotierenden Massen kann frei
auslaufen. Die Elementekupplungen
bleiben getrennt, bis sie von
Hand oder über pneumatische,
hydraulische, mechanische oder
elektromechanische Vorrichtungen
einfach und schnell wieder eingerastet
werden.
Freischaltkupplungen verkraften
nach dem Ansprechen lange
Auslaufzeiten des Antriebs. Bei
der Definition der zulässigen Auslaufzeit
ist nur die robuste Kupplungslagerung
zu betrachten.
Dennoch ist es sinnvoll, nach dem
Ausrasten der Kupplung den Antrieb
zeitnah abzuschalten und
stillzusetzen. Das Überlastsignal
kann eine Drehzahlüberwachung
oder ein berührungsloser Endschalter
liefern, der den Betriebszustand
der Kupplung permanent
überwacht. Durch die komplette
Trennung von An- und Abtrieb
ent stehen während der Nachlaufzeit
keine Raststöße, die sich
negativ auf den Antriebsstrang
auswirken könnten.
KOSTEN SPAREN,
PRODUKTIVITÄT ERHÖHEN
„In unseren Walzgerüsten kommen
die EAS-HT Sicherheitskupplungen mittlerweile als Ersatz für Brechbolzenkupplungen
zum Einsatz“, erklärt Karel Satke, Leiter Mechanische Instandhaltung bei
Arcelor Mittal Ostrava. „Die Elemente-Kupplungen sind so designt, dass sie die
Brechbolzenbolzenkupplungen auf dem kurzen Bauraum 1:1 ersetzen können.
Änderungen an unserer Anwendung waren nicht nötig.“ Die freischaltenden EAS-
HT Sicherheitskupplungen arbeiten sehr viel genauer als die Brechbolzenkupplungen
und sind nach Beseitigung der Überlastursache sofort wieder betriebsbereit.
Brechbolzenkupplungen dagegen haben definierte Sollbruchstellen (Brechbolzen),
die bei Überlastung brechen und so verhindern, dass Schäden an anderen
Komponenten entstehen. Nach einer Überlast müssen die zerstörten Bauteile
allerdings ausgetauscht werden. Das verursacht Kosten und An lagenstillstand.
Zudem ist das Auslösemoment mit relativ großen Toleranzen behaftet: Die Brechbolzenkupplungen
verlieren mit der Zeit an übertragbarem Drehmoment, da die
Brechbolzen ermüden und somit oftmals zu früh trennen, was wiederum zu
unnötigen Stillstandszeiten führt.
„Die EAS-HT Elementekupplungen bewähren sich nun bereits seit über einem
Jahr in unseren Anlagen“, ergänzt Karel Satke. „Seitdem kam es zu keinem verfrühten
Ausrasten mehr. Die Kupp lungen rasten exakt dann aus, wann wir es benötigen. Dadurch
konnten wir die Stillstandszeiten um über 80 % reduzieren. Auch das
Wiedereinrasten geht jetzt einfach und schnell.“
Bilder: Aufmacher shutterstock/T photography; 01 und 02 mayr Antriebstechnik
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28 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017
OUP_Buch_elektrohydraulische_Antriebe_60x265_2016_02.indd 16.02.2016 1 14:35:48

ANTRIEBSTECHNIK
NEUE SPEED-MOTOREN UND CONTROLLER
Maxon Motor erweitert
seine Epos4-Produktlinie
um zwei Module. Die kompakten
Positioniersteuerungen
schließen die
Lücke in den kleineren
Leistungsbereichen und
setzen neue Maßstäbe
bezüglich Kompaktheit
und Performance. Die
Steuerungen sind auf
Maxon-Motoren abgestimmt
– egal, ob es sich
um bürstenbehaftete oder
bürstenlose Antriebe handelt. Die Steuerung bietet eine sehr
hohe Leistungsdichte und lässt sich problemlos modular für
Ethernet-basierende Schnittstellen erweitern. Der Anwender
erhält zudem kostenlose Software-Libraries, Praxisbeispiele,
Dokumentationen, Support sowie das Epos Studio – ein Programm
mit automatischem Reglertuning. Auch im Bereich der
DC-Motoren stellt Maxon neue Produkte vor. Die Reihe der
bürstenlosen ECX-Speed-Antriebe wird ergänzt durch ECX Speed
16 und ECX Speed 16 High Power. Diese Mikromotoren sind für
hohe Drehzahlen optimiert mit hoher Laufruhe und tiefer
Erwärmung. Die High-Power-Version bietet zusätzliches Drehmoment
und einen noch höheren Wirkungsgrad durch stärkere
Magnete und optimierte Wicklungstechnologie.
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HOCHDYNAMISCHER SERVOMOTOR
Ein hochdynamischer Servomotor mit integrierter
Elektronik ist der HMPi04 von Heidrive. Der multifunktionale
Motor ist mit seinem Flanschmaß von 40 x 40 mm
besonders für platzkritische Anwendungen geeignet. Er
kann z. B. präzise Handlingaufgaben in der Automatisierungstechnik
und Robotik übernehmen oder im Fertigungsbau
für die Automobilindustrie eingesetzt werden.
Er erreicht bis 100 W und wird in den Drehzahlstufen
3000 und 6000 min -1 angeboten. Durch das Baukastensystem
des Herstellers kann er mit vielen Gebern, Planetengetrieben
und Steckern kombiniert werden. So kann auch
für sehr spezielle Applikationen die passende Antriebslösung
realisiert werden.
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 29

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
DYNAMISCH
ZUR LOSGRÖSSE 1
Auf dem Weg zu intelligenten Fertigungsprozessen mit der Option
Losgröße 1 braucht es clevere Automatisierungskonzepte. Maschinenbauer,
die den Automatisierungsspezialisten als Entwicklungspartner
einbinden, schaffen sich große Vorteile. So bringen sie Dynamik in den
Entwicklungsprozess und letztlich auch in die Maschine.
SPECIAL
Die Data M Sheet Metal Solutions GmbH ist spezialisiert auf
Software-Entwicklung und Ingenieurdienstleistungen im
Bereich der blechverarbeitenden Industrie. Das 1987 gegründete
Unternehmen mit Sitz im bayerischen Valley hat
CAD-Lösungen zur Entwicklung von Werkzeugen für die Herstellung
von Spezialprofilen, Rohren oder auch Drahtmaterial entwickelt,
außerdem Software zur Simulation der Umformvorgänge
sowie der vor- und nachgeschalteten Fertigungsprozesse. Zu den
bekannten Produkten des Unternehmens zählt etwa die Software
Copra RF. Sie wird von führenden Automobilzulieferern zur
Planung der Walzprofilier-Prozesse und der Umformsimulation der
Produktionsprozesse eingesetzt.
VON DER SOFTWARE-ENTWICKLUNG
ZUM MASCHINENBAU
Jüngst hat das Unternehmen eine eigene Maschinenlösung für die
Herstellung von dreidimensionalen Walzprofilen vorgestellt. Die
für einen asiatischen Hersteller von LKWs realisierte Anlage ist ausgelegt
für die Produktion von LKW-Längsträgern. Sie fertigt aus bis
zu 7 mm starken Blechplatinen in einem einzigen Durchlauf dreidimensionale
Profile mit über der Längsachse variablen Profilquerschnitten.
Der Vorteil einer solchen Rollform-Anlage gegenüber
100 ACHSEN ERHALTEN ÜBER
SERCOS IM MILLISEKUNDEN-
TAKT INFORMATIONEN
klassischen Pressverfahren ist erheblich. Der Wegfall des Formenbaus
ist nur ein positiver Effekt. Der größte Vorteil liegt in der Flexibilisierung
der Produktion. Data-M-Geschäftsführer Albert
Sedlmaier beschreibt die Möglichkeiten: „Unsere Anlage ist in der
Lage, mit ein- und demselben Werkzeugsatz variabel LKW-Längs-
30 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

KON_Titel_SEW_2016_09.indd 1 13.10.2016 10:48:58
01
Den Trend
im Blick!
DER
KONSTRUKTEUR
ANTREIBEN – STEUERN – BEWEGEN
DER
19073
KONSTRUKTEUR
AM PULS DER TECHNIK
18 I WAS BEWEGT
DIE GREIFERSPINNE?
32 I SENSOREN MIT
BESTEN KONTAKTEN
02
TITELSTORY
ZAHN UM
ZAHN
PRÄZISE
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01 Ein Blick in die Anlage während des Formprozesses des durchlaufenden Zuschnitts
02 Die Steuerung der gesamten Anlage mit zwei parallel arbeitenden Controllern,
darunter zwei Sicherheitssteuerungen mit gemischtem I/O-Feld
träger in einer Vielzahl verschiedener Geometrien und Formen herzustellen – ohne
Werkzeugwechsel.“
Der ruckfreie und daher äußerst energieeffiziente Formprozess wird durchgeführt
durch je zehn entlang der Umformungsstrecke sich gegenüber stehende Rollform-Einheiten.
Jede dieser Einheiten ist durch mehrere Servo-Antriebe unabhängig
von den anderen Einheiten bewegbar: Eine Parallel-Kinematik im Fuß erlaubt
sowohl eine Rotation als auch eine Translation der Umformgerüste. Zwei weitere
Antriebe ermöglichen eine individuelle Anpassung der Drehgeschwindigkeiten der
oberen und unteren Formrollen. Durch das synchrone Zusammenspiel der Bewegungen
während des Umformprozesses erzeugen die Formrollen jeder Einheit aus dem
durchlaufenden Blech-Zuschnitt das dreidimensional geformte Rahmenteil.
KNOW-HOW ZUSAMMENGEFÜHRT
Die Anlage vereint anspruchsvolles Walzprofilierungs- und High-End-Simulations-
Know-how mit einer nicht minder komplexen Automatisierungslösung. Für letztere
holte Data M Schneider Electric mit ins Boot, sowohl als Lösungsanbieter für die
Hard- und Software als auch für das Engineering: Nach Vorgaben von Data M über-
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Steuern – Bewegen
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 31
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AUTOMATISIERUNGSTECHNIK
nahm das European Flex Center von Schneider Electric das Engineering für die Schaltplanerstellung,
das Schaltschrank-Layout und den Schaltschrankaufbau. Albert
Sedlmaier betont: „Die Unterstützung von Schneider Electric war ein entscheidender
Faktor für unseren Erfolg“.
Die gesamte, dem Formprozess vorgelagerte CAD-Datenaufbereitung und die
Simulation findet auf einem PC statt: Mithilfe der dort installierten Data-M-Software
wird ein DXF-File erzeugt, aus dem wiederum die Kurvenwerte für die Steuerung berechnet
werden. Nach der im Rahmen einer Simulation durchgeführten Kollisionskontrolle
werden die Kurvenwerte direkt an die Maschinensteuerung übertragen.
Die Automatisierungslösung der Anlage basiert auf der Pacdrive-Motion-Control-
Technologie von Schneider Electric. Im Verpackungsmaschinenbau seit circa 15 Jahren
weltweit bekannt als eine der führenden Automatisierungslösungen, findet PacDrive
durch den Siegeszug der Servo-Technik vermehrt auch bei Bearbeitungs-, Produktions-
und Montageprozessen Anwendung.
SPECIAL
03
Auf mehr als 16 m Länge kommen die
aneinandergereihten Schaltschränke,
hier ein Blick auf einen Teil der in Reihe
montierten Servodrives
"WIR SIND AUCH ÜBER
DIE ENTWICKLUNGSPHASE
HINAUS SEHR FROH
ÜBER DIE PARTNERSCHAFT
MIT SCHNEIDER
ELECTRIC"
Albert Sedlmaier,
Geschäftsführer Data M,
Holzkirchen
Wir haben mit dem Rollform- System
zur Herstellung von LKW-Längsträgern
das Ideal jedes Produktionsleiters
erreicht: Eine Vielzahl verschiedener
Geometrien und Formen sind
herstellbar – ohne Werkzeugwechsel.
Ein CAD-File aus einer Bibliothek
– zukünftig vielleicht sogar aus der
Cloud – ist die Datenbasis für den
servo-basierten Umformprozess. Bei
der Automatisierungslösung stützen
wir uns auf Schneider Electric und
seine Pacdrive-Motion-Control-
Technologie.
www.DerKonstrukteur.de
SERVO-BASIERTE AUTOMATISIERUNG
Die hier realisierte Lösung ist durchaus eindrucksvoll: Die 100 Servo-Achsen zum
Drehen und Verschieben der Umform-Einheiten bzw. zum Rotieren der Umformrollen
sind alle über Sercos mit zwei Pacdrive-Steuerungen verbunden, die sich die Steuerung
der Anlage teilen. Für diese Aufgabe wurde von Data M ein spezielles Maschinenprogramm
entwickelt, das dank seiner Modularität auch bei anderen Rollformanlagentypen
problemlos eingesetzt werden kann. Etwa 1000 E/A-Punkte, verteilt auf 50 über die
ganze Anlage hinweg verbaute E/A-Inseln, sind ebenfalls über Sercos an die Steuerung
angebunden.
Die gesamte Servo-Lösung basiert auf Multiachs-Servo-Antrieben der Lexium-
62-Baureihe. Sie wurde speziell für Pacdrive entwickelt, um bei hohem Servo-Aufkommen
durch Reihenmontage mit gemeinsamer Nutzung von Netzgeräten und elektrischer
Integration über Schieber den benötigten Schaltschrankraum und die Montagezeiten
zu reduzieren. Die elektronischen Typenschilder der Umrichter sowie die der angeschlossenen
Servomotoren erleichtern durch automatische Konfiguration und Firmware-Abgleich
im Zusammenspiel mit den Pacdrive-Controllern Inbetriebnahme,
Diagnose und Maintenance.
Während des Umformprozesses geben die Pacdrive-Servo-Antriebe jede Millisekunde
einen Positionswert an jede Achse ab und lesen die resultierenden Motorströme
wieder ein. Dadurch kann die Steuerung mithilfe spezieller Algorithmen die
Drehzahl der Umformrollen und somit den Umformprozess eigenintelligent bezüglich
Energieverbrauch und Oberflächenqualität optimieren.
Die erforderliche Funktionalität im Bereich der sicherheitsgerichteten Automation
erbringen zwei Sicherheitssteuerungen des Typs Modicon TM5 SLC. Im Rahmen einer
eingebetteten Sicherheitslösung kommunizieren sie mit einem parallelen
Sicherheitsprotokoll über den Standard-Sercos-Bus mit den beiden Pacdrive-Steuerungen,
den Servo-Antrieben und den sicheren I/Os. Letztere sind teilweise sortenrein,
teilweise aber auch in I/O-Inseln mit gemischten Verbünden aus sicheren und nicht sichereren
I/Os über Standard-Bus-Koppler in die Sercos-Kommunikation integriert.
HIN ZU INDUSTRIE-4.0-GESTÜTZTEN PROZESSEN
Insgesamt betrachtet, ist die flexible Rollform-Anlage mehr als nur ein Schritt zur
maximalen Flexibilisierung einer Produktion bis herab zu Losgröße 1: Die Anlage ist
im Prinzip eine CNC-Lösung, die ohne Umrüstvorgänge und Feinjustagen wiederholgenau
beliebige Teile aus einem vorgegebenen Repertoire herstellen kann. Komplexe
Prozesse wurden konsequent in Software gekapselt, die Bedienung der Anlage vereinfacht.
Vorausgehende Simulation und Online-Überwachung bzw. Korrektur während
des Umform-Vorgangs schaffen ausreichende Prozesssicherheit, um auf Basis einfacher
CAD-Files ohne Spezialisten vor Ort zu produzieren.
Die eingesetzte Motion-Control-Technologie vereinfacht auf Basis einer ausge feilten
systeminternen Kommunikation mit Autokonfigurations-Mechanismen den Austausch
von Komponenten im Rahmen von Maintenance-Maßnahmen. Damit sind die
Voraussetzungen erbracht für eine örtliche Trennung von Teile-Konstruktion, Produktionssteuerung
und Materialwirtschaft sowie deren Verknüpfung über
Internet-gestützte Informationstechnologien – für eine Produktion à la Industrie 4.0.
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32 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ROBOTER BERÜHRUNGSLOS ÜBERWACHEN
7. Internationale Fachmesse der
Verbindungs- und Befestigungsbranche
Mayser geht in der Absicherung für kollaborierende, kooperierende
und koexistierende Systeme einen Schritt weiter: Neben
der taktilen Absicherung werden MRK-Arbeitsplätze nun auch
berührungslos überwacht. Eine entsprechende Studie zur
kapazitiven Teilabsicherung von Roboterarmen sowie eine
Umfeldüberwachung durch sicheren Ultraschall stellte Mayser
jetzt vor. Die Sensorik im Kollisionsschutz erkennt Personen
oder leitfähige Objekte. Durch die Auswertung eines kapazitiven
Feldes, das sich bei Annäherung ändert, wird der Roboter
verlangsamt oder gestoppt, bevor es zu einer Kollision kommt.
Die Reichweite des Feldes kann individuell eingestellt werden,
je nachdem, ob in der Applikation eine leichte Berührung oder
eine berührungslose Zusammenarbeit zwischen Mensch und
Roboter gewünscht wird. Eine Verletzungsgefahr besteht auch
bei Berührungen nicht. Deshalb wird für dieses Schutzsystem
nach der Ausarbeitung der Studie eine Zertifizierung gemäß
ISO 13849-1 Kategorie 3 PLd angestrebt.
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KOMPAKTE SICHERHEITSLICHTSCHRANKEN
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Die Sicherheitslichtschranken der Baureihe SLB 240/440/450
von Schmersal haben eine integrierte Auswertung und zeichnen
sich durch eine sehr kleine Bauform aus. So lassen sich die
SLB 240/440 mit Kabelanschluss mit den Maßen 28 × 32 × 72 mm
oder mit Steckeranschluss in beengte Einbauräume integrieren
und einfach und schnell montieren. Beide Modelle verfügen
über eine Reichweite von 15 m, während die SLB 450 eine
Reichweite von bis zu 75 m erreicht. Die Einstrahl-Sicherheitslichtschranken
eignen sich insbesondere für die Absicherung
kleinerer Gefahrenstellen wie Maschinen mit kleinen Öffnungen.
Jede Unterbrechung des Lichtstrahls löst ein Signal zur
sicheren Abschaltung der Maschine aus. Die Baureihe ist in den
Bereichen Bearbeitungscenter für Montage/Handhabung sowie
in der Holz-, Papier- und Druckindustrie, Hochregallager oder
Verpackungsmaschinen einsetzbar. Alle SLB-Lichtschranken
verfügen über sichere Halbleiterausgänge (2 × PNP) und können
direkt in den Sicherheitskreis einbezogen werden.
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KONSTRUKTIONSELEMENTE
3D-DRUCK IM XXL-FORMAT
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Ein Haus aus dem 3D-Drucker? Warum nicht?
Dazu braucht es aber besonders große Drucker
und entsprechend große Portalsysteme mit den
passenden Achsen.
Alles hat mal klein angefangen – auch der 3D-Druck. Das
gilt nicht nur für den Marktanteil dieser Fertigungstechnologie,
sondern auch für die Größe der gedruckten Bauteile.
Anfangs waren es kleine Prototypen, kieferorthopädische
Hilfsmittel und Designer-Schmuckstücke, die mit generativen Verfahren
gefertigt wurden. Heute können schon KFZ-Bauteile und –
bei dem Kunststoffspezialisten Igus in Köln – kundenspezifische
hochverschleißfeste Tribo-Komponenten im dem 3D-Drucker her-
Autor: Alexander Mühlens, igus GmbH, Köln
gestellt werden. Und es geht noch viel größer: Das niederländische
Architekturbüro DUS hat die Idee verwirklicht, ganze Häuser
auf diese Weise zu bauen – mit einem mobilen 3D-Drucker im
XXL-Format, der in einem Seecontainer untergebracht ist.
UMWELTFREUNDLICH, ABWECHSLUNGSREICH
UND PRAKTISCH
Was auf den ersten Blick wie ein exotischer Marketing-Gag scheint,
hat bei näherem Hinsehen nicht nur Charme, sondern viele Argumente
für sich. So lassen sich die tragenden Strukturen aus Kunststoff-Rezyklat
fertigen. Die Logistik auf der Baustelle vereinfacht
sich erheblich: Die Elemente werden vor Ort gedruckt, an Ort und
Stelle platziert und mit Beton ausgegossen. Und während kostengünstige
Fertigteil-Architektur bisher fast immer langweilig und
einheitlich aussah, können nun große Design-Freiheiten genutzt
werden.
Um die Idee in die Realität umzusetzen, hat DUS das Unternehmen
Actual gegründet. Das Ziel von Actual ist es, dass der Bauherr auf
34 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

KONSTRUKTIONSELEMENTE
01
02
03
"DER 3D-DRUCK
VERÄNDERT
FERTIGUNGS-
WELTEN"
Dr. Michael Döppert,
Chefredakteur
www.DerKonstrukteur.de
Vom Prototypen und Modellbau hin zur additiven
Fertigung von Kleinserien im Maschinenbau, diesen
Schritt haben 3D-Drucktechnologien mit dem
heutigen Maschinenangebot längst vollzogen –
wenn auch noch nicht in der großen Anwendungsbreite.
Nicht nur dem Maschinenbau sondern zum
Beispiel auch der Bauwirtschaft kann 3D-Druck viele
Vorteile bringen. Passende Werkstoffe gibt es
zunehmend mehr und auch das Know-how
hinsichtlich der Komponenten und des Engineering
für 3D-Drucker ist vorhanden. Die Fantasie kreativer
Konstrukteure kann hier frei walten.
01 Blick ins Innere des mobilen
3D-Druckers, der Teile bis zu
einer Größe von 2,50 x 2,50 x
6,50 m drucken kann. Der
Druckkopf verfährt an einer
Achse mit Zahnriemenantrieb
02 Zum Programm von Igus
gehören einbaufertige Portale
für eine, zwei und drei Achsen
mit Antrieben und Sensorik zur
Positionserfassung
03 Ganze Bauteile am Haus der
EU-Präsidentschaft wurden im
3D-Drucker gefertigt
einer digitalen Plattform Gebäudeelemente entwerfen bzw. kundenspezifisch
anpassen kann, die anschließend vor Ort auf
XXL-3D-Druckern hergestellt werden. Unter dem Begriff Kamermaker
2.0 (Hausbauer 2.0) ist diese Idee in den niederländischen
Medien sehr populär.
Wie die neue Art des Hausbaus in der Praxis aussehen wird, kann
jedermann am Europa-Haus im Amsterdamer Marineviertel sehen,
das für die Dauer der niederländischen EU-Präsidentschaft errichtet
DAS BAUKASTENSYSTEM FÜR
MEHRACHSPORTALE HAT SICH
AUCH SCHON BEI HERSTELLERN
VON 3D-DRUCKERN BEWÄHRT
wurde. Die luftige Fassade dieses Hauses erinnert an historische
Segelschiffe, die früher in diesem Viertel produziert wurden. Unter
den Segeln sind die 3D-gedruckten Elemente zu erkennen, die aus
biologisch abbaubarem Kunststoff bestehen, der am Ende der
Präsidentschaft rezykliert werden kann. Die 3D-gedruckten Fassadenelemente
sind verbunden mit Sitzelementen, die ebenfalls mit
dem 3D-Drucker von Actual erzeugt wurden.
RAUMPORTAL FÜR DIE BEWEGUNG
DES DRUCKKOPFS
Ganz im Sinne des modernen Netzwerkens hat sich Actual Partner
gesucht, um dem Kamermaker 2.0 schnell zum Erfolg zu verhelfen.
Als einer dieser Partner hat Igus bei der Optimierung der Konstruktion
des mobilen 3D-Druckers geholfen. Die erste Generation hatte
noch einen eigenen Raum für die Steuerung und konnte daher nur
Teile bis zu einer Größe von 2,00 x 2,00 x 3,00 m fertigen. So bestand
Optimierungsbedarf, sowohl bei der Präzision als auch bei der
Druckgeschwindigkeit.
Die Igus-Ingenieure entwickelten neue Achsen, auf denen der
Druckkopf verfährt. Dabei nutzten sie ihr Know-how in der
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 35

KONSTRUKTIONSELEMENTE
"ADDITIVE FERTIGUNG
BIETET MAXIMALE
FREIHEIT IN DER
KONSTRUKTION"
Gerhard Baus,
Prokurist Gleitlager,
igus GmbH
Die 3D-Druck-Technologie hat in den
letzten Jahren einen enormen Schritt
vorwärts gemacht. Zu Recht, denn
die additive Fertigung bietet
Konstrukteuren maximale Freiheit in
der Konstruktion und ein großes
Potenzial für neue Ideen. Wenn es
dabei um Bewegung geht, können
Konstrukteure bei Igus auf ein breites
Angebot an Motion Plastics zurückgreifen:
So lassen sich mit den
inzwischen sechs verschiedenen
Tribo-Filamenten schnell und
kostengünstig schmier- und wartungsfreie
Prototypen, Sonderteile
und Kleinserien herstellen. Und das
in einer Verschleißfestigkeit, die der
gespritzter Teile in Nichts nachsteht.
www.DerKonstrukteur.de
additiven Fertigung: Konventionelle 3D-Drucker mehrerer Hersteller verwenden
Igus Linearachsen, und Igus betreibt in der Fertigung auch eigene 3D-Drucker,
um kundenspezifische Gleitelemente aus seinen Iglidur-Filamenten herzustellen.
Bei der Projektierung bedienten sich die Ingenieure aus dem Baukastensystem der
Igus-Mehrachsportale. Sie stehen als Linien-, Flächen- und Raumportale, also für
eine, zwei und drei Achsen, zur Verfügung und fahren vordefinierte Flächen und
Räume ab. In diesem Fall kommt ein Raumportal zum Einsatz, bei dem die x- und y-
Achse mit Drylin-Zahnriemeneinheiten und die z-Achse mit Drylin-Spindel-/Mutter-
Systemen realisiert wurden.
PRÄZISE LINEARANTRIEBE
– UNTERSTÜTZUNG BEIM ENGINEERING
An den selbstschmierenden Linearsystemen verfährt der Druckkopf präzise über
Zahnriemenkomplettsysteme, die Igus einbaufertig mitgeliefert hat. Auch bei den
Spindelantrieben, die das Portal in der Höhe positionieren, kommen Igus-Antriebe
mit Positionserfassung zur Anwendung.
Igus half ebenfalls mit Vorschlägen zur Integration des Druckers – der jetzt bis zu
5 m hohe Bauelemente drucken kann – in den Seecontainer und unterstützte Actual
bei der Inbetriebnahme der zweiten Generation des Kamermakers vor Ort. Darüber
hinaus wurden auch andere Komponenten aus dem Igus-Konstruktionsbaukasten
für Gleitlager und Linearsysteme verbaut, z. B. Igubal-Stehlager. Und wie die Leitungen
für Signale und elektrischen Strom sicher zum Druckkopf geführt werden, liegt
auf der Hand: Hier kommen Igus-Energieketten zum Einsatz.
AKTUELLES PROJEKT
Mit der zweiten Generation des Kamermaker 2.0 kann Actual größere Elemente
mit hoher Präzision und größerer Geschwindigkeit drucken. Daran hat das Igus-
Portal system maßgeblichen Anteil. Joe Platt, Head of Mechanical Engineering bei
Actual: „Igus hat uns hervorragend unterstützt, und das Portal bewährt sich in der
Praxis bestens.“
Bilder: Aufmacher Actual, Ossip van Duivenbode; 01 und 02 igus; 03 Actual
www.igus.de
IMPRESSUM
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
erscheint 2017 im 48. Jahrgang, ISSN 0344-4570
Redaktion
Chefredakteur: Dr. Michael Döppert (md), M.A.
Tel.: 06131/992-238, E-Mail: m.doeppert@vfmz.de
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Redaktion: Dipl.-Ing. (FH) Martina Heimerl (mh),
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36 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

KUGELSTEHLAGER MIT EDELSTAHLGEHÄUSE
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Hecht Kugellager Stehlager im Programm, deren
Gehäuse und Lagereinsatz aus korrosionsbeständigem,
abriebfestem Edelstahl gefertigt sind. Die
für einen Temperaturbereich von -20 bis +90 °C
ausgelegten Stehlager verfügen über zwei
Stellschrauben zur Befestigung der Welle und
können über einen Edelstahl-Schmiernippel
nachgefettet werden. Bei normalen Betriebsbedingungen
mit dynamischen Traglasten bis 12,8 kN
erübrigt sich ein Nachfetten. Der ab Werk eingebrachte Schmierstoff FM 222 ist nach FDA und CIFA
für die Verwendung in hygienisch sensiblen Bereichen zertifiziert und weist eine hohe Wasserbeständigkeit
gegenüber Reinigungsprozeduren auch mit Strahlwasser auf. Dies gewährleistet den
dauerhaft sicheren Korrosionsschutz des Lagers für einen langlebigen Betrieb in einem weiten
Geschwindigkeits-, Last- und Temperaturbereich. Um Fluchtungsfehler bei der Montage auszugleichen,
kann der Lagereinsatz im Gehäuse geschwenkt werden.
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QC-STOPFEN AUS POLYETHYLEN ALS NORMSCHUTZ
Pöppelmann Kapsto hat einen neuen QC-Stopfen vorgestellt. Die GPN
245 Form B ist ein bewährter Normschutz aus Polyethylen (PE-LD).
Passend für SAE-Quick-Connect-Kupplungen, ist er in drei verschiedenen
Größen erhältlich und eignet sich für Steckkupplungen mit Nennweiten
von 6,35 mm, 9,5 mm und 12 mm. Innerhalb gewisser Grenzen ist die
GPN 245 Form B zudem für Drucktests geeignet. Für die einfache
Handhabung erfolgt die Klemmung schonend und sicher auf den
innenliegenden Dichtungsringen des Quick Connectors. Der Stopfen ist
mit über 3000 Ausführungen ab Lager lieferbar. Da der Hersteller keine
Standardverpackungen verwendet, ist die Liefermenge frei wählbar.
Innovativer Schutz für
empfindliche Elektronik!
• 8 Größen, 2 Farben
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ABGEDICHTETE UND EINBAUFERTIGE
PENDELROLLENLAGER
Die einbaufertigen
Pendelrollenlagereinheiten
SRU von FYH können
geteilte Stehlager ersetzen.
Sie sind winkelfehlerausgleichend
und bieten einen
hohen Drehzahlbereich.
Die abgedichteten
Lagereinheiten sind mit
einem hochbelastbaren
Pendelrollenlager ausgestattet,
verbaut in einem
Gehäuse aus hochfestem Gusseisen. Sie sind als Stehlager mit
zwei oder vier Langlöchern erhältlich oder als Vierloch-Flanschlager
mit und ohne Zentrieransatz sowie Spannlager mit 40 bis
100 mm Wellendurchmesser. Die dreifache Lippendichtung kann
sich um ± 2° selbst ausrichten und Fluchtungsfehler bzw. Wellendurchbiegungen
ausgleichen. Die Einheiten sind ausgestattet mit
dem Verriegelungssystem Z Lock, das auf einem Spannring mit
kegeligem Außendurchmesser basiert. Durch die gleichmäßige
360°-Kontaktfläche lassen sich sehr hohe Haltekräfte erreichen,
ohne die Welle zu beschädigen und ohne die Lagerluft und den
Rundlauf des Lagereinsatzes negativ zu beeinflussen.
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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 37

SPECIAL
ERGONOMIC DESIGN
SPECIAL

ERGONOMIC DESIGN
Arbeitsplatz ist nicht gleich Arbeitsplatz. Je nach der
durchzuführenden Tätigkeit unterliegt jeder Platz ganz
eigenen Anforderungen. Bei der Konstruktion eines
ergonomischen (Montage-)Arbeitsplatzes sollte die
Frage nach der zu leistenden Aufgabe und dem Nutzen für den
Arbeitnehmer an oberster Stelle stehen. In diesem Zusammenhang
kann es sinnvoll sein, sich zunächst die folgenden fünf
grundlegenden Fragen zu stellen:
WER NICHT
FRAGT …
Wer soll was wo wie häufig durchführen,
und was darf das Ganze kosten? Das sind
die Fragen, die sich jeder Konstrukteur eines
ergonomischen Arbeitsplatzes stellen sollte,
bevor er mit der Planung beginnt.
Autor: Bernd Klöpper, Leiter Marketing, RK Rose+Krieger GmbH, Minden
n Wo steht der Arbeitsplatz?
n Wer arbeitet dort?
n Was bzw. welche Arbeiten erledigt der Mitarbeiter
an dem Arbeitsplatz?
n Wie häufig erfolgen die verschiedenen Arbeitsgänge
bzw. Handgriffe?
n Welches Budget steht für den Arbeitsplatz zur Verfügung?
„Ist der Konstrukteur in der Lage, diese Fragen zu beantworten,
verfügt er bereits über ein recht gutes Anforderungsprofil. Zusätzlich
ist es immer sinnvoll, die Mitarbeiter vor Ort zu befragen,
denn auch die Sicht des Arbeitnehmers mit einzubeziehen, führt
zum Erfolg“, sagt Michael Amon, Bereichsleiter Technik bei
RK Rose+Krieger. Das Unternehmen ist Spezialist für Linear-, Profilund
Verbindungstechnik und bietet gemeinsam mit Partnerunternehmen
sämtliche Technologien an, die für die Gestaltung ergonomischer
Arbeitsplätze nach Lean-Kriterien benötigt werden.
WO STEHT DER ARBEITSPLATZ?
Rein- oder Reinstraumarbeitsplätze, wie in der Medizintechnik
oder der Halbleiterfertigung, sind hinsichtlich ihrer Gestaltung sowie
der verbauten Komponenten und Materialien völlig anders zu
bewerten, als beispielsweise einfache Packtische oder ein Montagearbeitsplatz
im herkömmlichen Maschinen- und Anlagenbau.
Zudem ist bei Arbeitsplätzen, die in Fertigungsinseln integriert
sind eine gesonderte Betrachtung der Vernetzung mit anderen
Arbeitsplätzen und der Durchleitung von Betriebsstoffen und Materialen
erforderlich. Zugleich impliziert die Frage nach dem „wo“
auch die grundlegende Frage, wie viel Raum mir für den Arbeitsplatz
zur Verfügung steht.
WER ARBEITET AN DEM ARBEITSPLATZ?
Grundsätzlich ist zu klären, ob an dem einzurichtenden Platz immer
nur eine Person arbeitet oder ob er so angelegt sein muss, dass
mehrere Personen bzw. Personengruppen ihre Aufgaben ausführen
können. Müssen unterschiedliche Mitarbeiter an ihm arbeiten
können, sollte überlegt werden, ob der Arbeitsplatz auf die
jeweilige Größe der Person sowie die damit einhergehenden Greifweiten
und die Tischhöhe angepasst werden kann. Hierfür bieten
sich beispielsweise die Höhenverstellung des Arbeitstischs mittels
elektrisch verfahrbaren Hubsäulen sowie die Anpassung der Greifweiten
durch elektrisch angetriebene Linearsysteme an.
Nicht zuletzt sollte sich jeder Konstrukteur bewusst machen,
dass ein komplett elektrifizierter, höhenverstellbarer Arbeitstisch
eine Maschine im Sinne der Maschinenrichtlinie darstellt und mit
einer entsprechenden Dokumentation ausgestattet sein muss.
Diese wird in der Regel vom Lieferanten des Arbeitstischs erstellt.
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 39

ERGONOMIC DESIGN
01
01 Lean-Montage-Insel:
neben diversen Höhenverstellungen
über Hubsäulen
und Elektrozylinder sorgen
auch Montageunterstützungssysteme
für
Arbeitsplatzergonomie
02 Mithilfe von Tragarmen
können Greifschalen optimal
positioniert werden
02
SPECIAL
WAS WIRD AN DEM ARBEITSPLATZ ERLEDIGT?
Ein maßgeblicher Aspekt bei der Konstruktion eines ergonomischen
Arbeitsplatzes ist die Art der durchzuführenden Tätigkeiten. Sind
sie körperlich stark belastend? Werden die Mitarbeiter vermehrt
einseitig gefordert? Hier kann die Belastung mithilfe entsprechender
ergonomischer Maßnahmen mindestens minimiert, wenn
nicht sogar ganz eliminiert werden.
Neben der bereits erwähnten Höhenverstellung zur optimalen
Anpassung des Arbeitsplatzes an die Personengröße stehen hierzu
auch Montageunterstützungssysteme zur Verfügung. Sie helfen
beispielsweise dabei, das Werkstück zu wenden oder die zu bearbeitende
Stelle in eine gelenkschonende Position zu bringen. Bei
der Montage schwerer Werkstücke helfen Kran- oder Hubwagen
dabei, die Last auf der Montagevorrichtung oder dem Arbeitsplatz
abzusetzen. Allerdings muss dann auch der Arbeitstisch selbst so
ausgelegt sein, dass er der hohen Lastdynamik gewachsen ist.
Anders bei der Weiterverarbeitung von Packstücken mit unterschiedlichen
Abmessungen – hier ist ein Arbeitsplatz gefragt, der
sich sehr schnell an die Packstückhöhe anpassen lässt, um so den
Mitarbeiter zu schonen. High-End-Systeme zur Montageunterstützung
sind sogar in der Lage, den Nutzer zu erkennen und dann sowohl
die Arbeitshöhe vertikal sowie die Materialbereitstellung horizontal
und vertikal an die Person anzupassen. Selbst die Werkzeuganreichung
lässt sich komplett automatisieren.
Werden sicherheitsrelevante Bauteile montiert, sollte der Arbeitsplatz
zusätzlich zur Nutzererkennung auch mit Quittierungssystemen
ausgestattet werden.
WIE HÄUFIG ERFOLGEN DIE ARBEITSGÄNGE
BZW. HANDGRIFFE?
Ein Montageunterstützungssystem ist sicherlich dann sinnvoll,
wenn Produkte mit einer hohen Variantenvielfalt und seltenen
Wiederholungen an dem Arbeitsplatz gefertigt werden. Dabei kann
ein solches System in Verbindung mit einem entsprechenden Teilemanagement
und/oder ergänzenden beamer- bzw. sensorgestützten
Montagehilfen eine zuverlässige Produktivität garantieren. Wechseln
sich zudem dann die Mitarbeiter in einem zweckmäßigen Turnus
an einem solchen Arbeitsplatz ab, wird einseitigen Belastungen
GÄNGIGE RICHTLINIEN FÜR DIE GESTALTUNG
ERGONOMISCHER (MONTAGE-)ARBEITSPLÄTZE
n DIN EN 614-1: Sicherheit von Maschinen – ergonomische
Gestaltungsgrundsätze
nDIN EN 1005-1/2: menschliche körperliche Leistung/
manuelle Handhabung von Gegenständen in Verbindung
mit Maschinen und Maschinenteilen
n DIN EN ISO 6385 (Entwurf): Grundsätze der Ergonomie
für die Gestaltung von Arbeitssystemen
n DIN SPEC 33402-6: Ergonomie – Körpermaße der
Menschen – Teil 6
vorgebeugt. Zugleich gewährleistet eine entsprechende Sensortechnik
und ein geeignetes Teilemanagement ein mitarbeiterunabhängiges,
gleichbleibend hohes Qualitätsniveau. Massen- oder
Serienfertigungs-Arbeitsplätze einer Fertigungszelle unterliegen
anderen Anforderungen hinsichtlich ihrer Gestaltung als singuläre
Montagearbeitsplätze oder als ein Arbeitsplatz in einer Fertigungslinie.
Wichtig bei der Gestaltung ist die Berücksichtigung der
wesentlichen Kriterien wie Mengen, Variantenvielfalt, Bearbeitungszeiten,
Häufigkeiten und sonstiger Besonderheiten.
WELCHES BUDGET STEHT FÜR DEN ARBEITS-
PLATZ ZUR VERFÜGUNG?
Wie in vielen anderen Bereichen des Alltags gilt auch bei der Konstruktion
von Arbeitsplätzen: Billig kann auf Dauer sehr teuer
40 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ERGONOMIC DESIGN
werden. Arbeitsplätze, die ohne jegliche Berücksichtigung ergonomischer
Gegebenheiten ausgelegt wurden und nicht viel kosten,
können die Gesundheit der Mitarbeiter langanhaltend schädigen
und so für lange Ausfallzeiten sorgen. Andererseits entpuppen sich
scheinbar kostenintensive Arbeitsplätze, die optimiert nach ergonomischen
Anforderungen geplant wurden, auf lange Sicht als die
kostengünstigere Lösung. Denn sie schonen die Mitarbeiter, reduzieren
Fehlzeiten auf Dauer und sparen so nachhaltig.
EINE SCHLANKE LÖSUNG
Je nachdem, wie die Fragen beantwortet wurden, erfolgt die Auslegung
des Arbeitsplatzes. Einen einfachen Packtisch oder einen
Low-Budget-Arbeitsplatz kann man überall kaufen. Komplexe,
ergonomische Arbeitsplätze, die den Lean-Ansätzen folgen, erfordern
jedoch tiefergehende Überlegungen und eine individuelle
Fertigung. Hier sind in der Regel erfahrene Konstrukteure, flexible
Arbeitsplatzsysteme und eine fachlich kompetente Beratung
gefordert.
RK Rose+Krieger bietet mit RK Lean-Solution eine solche Beratung,
sowie ein umfangreiches Baukastensystem für die Gestaltung
individueller, ergonomischer und verschwendungsfreier Arbeitsplätze
inklusive dem dazugehörigen Umfeld für Transport und
EIN KOMPLETT ELEKTRIFIZIERTER,
HÖHENVERSTELLBARER ARBEITSTISCH
STELLT EINE MASCHINE IM SINNE
DER MASCHINENRICHTLINIE DAR
Lagerung. Grundlage sind hierbei der Kaizen-Gedanke „Streben
nach stetiger Verbesserung“ und der Lean-Grundsatz „Werte ohne
Verschwendung schaffen“. Zum Baukastensystem zählen elektrisch
verstellbare Hubsäulen für die Anpassung der Arbeitstisch höhe
ebenso wie Aluminiumprofile und Rohrverbinder für die Realisierung
modular aufgebauter Montageeinheiten aus rollbaren Materialwagen,
Durchlaufregalen oder auch dreh-, schwenk- und höhenverstellbaren
Arbeitsplätzen. Sie erlauben die individuelle Auslegung
an die Anforderungen der unterschiedlichsten Produktionsprozesse
und die Umsetzung kundenspezifischer Lösungen. Die
zentrale Idee dieses Systems ist die Eliminierung von Material-,
Zeit- und damit Geldverschwendung, die Reduktion von Nebentätigkeiten
sowie die Optimierung der wertschöpfenden Prozesse.
Im Ergebnis sinken Platzbedarf, Lagerbestände, Durchlaufzeiten,
Transportbewegungen und Gesamtkosten. Im Gegenzug steigen
Flexibilität, Qualität, Produktivität sowie die Kunden- und
Mitarbeiterzufriedenheit.
NACHGEFRAGT
Michael Amon, Bereichsleiter Technik
bei RK Rose+Krieger, Minden
Wie kann der Konstrukteur überprüfen, ob der geplante Arbeitsplatz
tatsächlich alle ergonomischen Anforderungen erfüllt?
Mit den vorhandenen Erfahrungswerten für Greifweiten, Arbeitshöhen
und Belastungen könnte er einen Prototypenarbeitsplatz anfertigen
und ihn anhand von normierten Bewertungstools in einem
Bewegungslabor überprüfen. Das ist derzeit allerdings eher unüblich.
In der Regel zeigen sich mögliche Schwächen erst in der Praxis und
müssen dann nachjustiert werden – was mit unserem System für die
Gestaltung ergonomischer Arbeitsplätze kein Problem ist.
Welche typischen Fehler sollten bei der Planung vermieden
werden?
Der Konstrukteur ist gut beraten, wenn er sich an den gängigen
Richtlinien zur Ausgestaltung ergonomischer Arbeitsplätze orientiert
(siehe S. 39). Darüber hinaus sollte der Arbeitsplatz möglichst
flexibel ausgelegt sein, um sich verändernden Umgebungsbedingungen
anpassen zu können.
Wie unterstützt RK Rose+Krieger Konstrukteure bei der
Arbeitsplatzauslegung?
RK Rose+Krieger hat mit seiner Auswahlhilfe für die Arbeitsplatzgestaltung
ein Instrument geschaffen, das Konstrukteuren eine erste
Orientierung im Planungsvorfeld ermöglicht. Überdies bieten wir
natürlich neben sämtlichen Komponenten für einen höhenverstellbaren
Montagearbeitsplatz auch die individuelle Beratung an. Dazu
gehört es auch, für Bereiche, in denen wir selbst nicht weiterhelfen
können, kompetente Dienstleistungspartner zu empfehlen.
FAZIT
Die Konstruktion eines ergonomisch optimierten Arbeitsplatzes,
der die Gesundheit des Mitarbeiters schützt und gleichzeitig flexibel
und optimal in der Produktion eingesetzt werden kann, erfordert
eine umfassende Beschäftigung mit dem Thema. Die Beantwortung
der fünf W-Fragen im Vorfeld und die Einbeziehung der Ideen der
Mitarbeiter vor Ort sind zielführend. Werden darüber hinaus Lean-
Grundsätze im gesamten Produktionsablauf beachtet und alle Voraussetzungen
für eine Vernetzung geschaffen, steht einem wandlungsfähigen,
erweiterbaren Arbeitsplatz, auch im Sinne von Industrie
4.0, nichts entgegen. Die Unterstützung durch einen kompetenten
Partner mit einem starken Netzwerk im Rücken spart Zeit
bei der Auslegung und erhöht die Erfolgsaussicht.
www.rk-rose-krieger.com
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 41

KLARTEXT
ERGONOMIE IN DER
KONSTRUKTION –
WAS BEDEUTET DAS FÜR SIE?
DR.-ING. CHRISTOPH MÜLLER
Geschäftsführer CADFEM GmbH, Grafing bei München
Die „nutzerzentrierte virtuelle Produktentwicklung“ rückt mehr und mehr in
den Fokus der Konstrukteure. Denn in Zeiten steigender Diversifizierung der
Nachfrage bezüglich der Produktanforderungen genügen schon feine
Nuancen bei der Produktgestaltung, um beispielsweise das Komfortempfinden
positiv zu beeinflussen. Mit einem digitalen Menschmodell sind wir in
der Lage, virtuell in den menschlichen Körper hineinzublicken und anhand
von Muskelaktivitäten und Gelenkkräften abzuschätzen, welche Produktauslegung
optimal wäre. Mit der Simulation lassen sich Vorhersagen über
die zu erwartenden Muskel- bzw. Gelenkbelastungen bei der Nutzung eines
Produkts treffen. Diese Vorhersagen können bei der Festlegung von generellen
Konzepten berücksichtigt werden, z. B. bei der Fahrzeugraumgestaltung.
Der große Vorteil liegt darin, dass die Vorhersagen auf digitalen Menschmodellen
beruhen und schon in frühen Phasen der virtuellen Produktentwicklung
zur Verfügung stehen, also vor dem Bau erster Prototypen.
Musste sich früher der
Mensch an die Maschine
anpassen, verlangt heute
schon die Maschinenrichtlinie
das Gegenteil:
Maschinen müssen
demnach so konstruiert
sein, dass die Personen
ergonomisch gut daran
arbeiten können. Doch
Ergonomie in der
Konstruktion ist ein
weites Feld. Was sagen
Komponenten-Hersteller,
Softwareanbieter und die
Berufsgenossenschaft
dazu? Wir haben
nachgefragt.
DIGITALE MENSCH-
MODELLE SIND GUTE
HILFSMITTEL
FEEDBACK ALLER
NUTZERGRUPPEN
BERÜCKSICHTIGEN
SPECIAL
JOCHEN ECKARDT
Mitarbeiter in der Abteilung Gesundheitsschutz der Berufsgenossenschaft Holz und Metall, BGHM, Mainz
Das Thema Ergonomie ist im Hinblick auf Anforderungen des Arbeitsschutzgesetzes und
zugeordneter Verordnungen wie auch der Ökonomie zunehmend zu berücksichtigen.
Ergonomische Arbeitsmittel tragen zu optimierter physischer und psychischer Belastung und
Leistungsfähigkeit der Beschäftigten bei. Für Betreiber ist die ergonomische (Um-)Gestaltung
von Arbeitssystemen in der Nutzungsphase wesentlich teurer, als bei einer entsprechenden
Berücksichtigung bspw. während der Konzeption/-Planungsphase. Die bedienungs-,
montage- und instandhaltungsgerechte Gestaltung sind bei der Konstruktion ergonomischer
Arbeitsmittel und Maschinen wesentliche Ziele und bei steigendem Altersdurchschnitt der
Belegschaft auch die alters- und alternsgerechte Arbeitsgestaltung. Diese Prinzipien müssen
auch bei der Industrie 4.0 umgesetzt werden. Konstrukteure benötigen neben technischer
Expertise auch Wissen über menschengerechte Gestaltung von Arbeitsmitteln und -systemen.
Dabei sollte auch das Feedback aller Nutzergruppen Berücksichtigung finden. Die
gesetzlichen Unfallversicherungsträger beraten Konstrukteure zu Fragen der Sicherheit und
Gesundheit bei der Arbeit. Praxisnahe Fachinformationen und Lehrunterlagen bietet z. B.
„KAN-Praxis-Module: Ergonomie lernen“ (https://ergonomie.kan-praxis.de/das-projekt/).
42 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

KLARTEXT
DENIS BARRIER
Produktmanagement Manuelle Produktionssysteme, Bosch Rexroth AG, Stuttgart
Bis zu 40 % der Leistung, die ein Mensch während seiner Arbeitszeit erbringen kann,
wird durch falsche Körperhaltung verschwendet. Hinzu kommt die derzeitige
demographische Entwicklung hin zu einer immer älter werdenden Gesellschaft. Um
die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter dauerhaft zu erhalten, muss
frühzeitig in entsprechende Arbeitsmittel investiert werden. Unsere Produkte lassen
sich auf die Mitarbeiter einstellen in Höhe, Tiefe und Helligkeit. Das Standard-Zubehör
ist MTM-(Method of Time Measurement)-optimiert, um beispielsweise Greifzeiten zu
reduzieren und so Verschwendung in der Planung, Beschaffung und Anwendung zu
reduzieren. Zudem unterstützen wir den Konstrukteur und Fertigungsplaner mit
entsprechenden Tools wie z. B. einem Ergonomie-Ratgeber, einer Ergonomie-App und
dem Projektierungstool MTpro. Mit der ManModel Funktion innerhalb MTpro lassen
sich ergonomische Aspekte der Arbeitsplatzgestaltung bereits bei der Planung
berücksichtigen. So wird Ergonomie von Anfang an kostengünstig in den
Fertigungsalltag integriert.
ERGONOMIE-TOOLS
UNTERSTÜTZEN
KONSTRUKTEURE
WIR BIETEN WERKZEUGE,
KOMPONENTEN UND
KNOW-HOW
ANDREAS BÖHNLEIN
Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei MiniTec, Schönenberg-Kübelberg
MiniTec unterstützt Konstrukteure und Techniker mit einer Vielzahl von Werkzeugen, Komponenten
sowie Know-how für die Planung und Fertigung ergonomischer Arbeitsumgebungen. Die
Basis hierzu bilden Komponenten aus dem firmeneigenen Baukastensystem, die CAD-Software
iCAD Assembler sowie Ergonomie-Schulungen und Workshops. Für die Konstruktion bietet der
MiniTec-Baukasten eine Vielzahl von passgenauen Komponenten, mit denen sich beispielsweise
höhenverstellbare Arbeitsplätze, Förder- und Hebeeinrichtungen oder Montageanlagen unter
modernsten ergonomischen Aspekten realisieren lassen. Spezielle Komponenten wie gebogene
Profile, Armauflagen oder die passende Beleuchtung für ermüdungsfreies Arbeiten komplettieren
das System. Auf Wunsch werden auch individuelle Lösungen geliefert. Mit dem systemneutralen
3D-Planungstool iCAD Assembler für Konstruktion, Arbeitsvorbereitung und Montage
können Bauteile aus einer sehr umfangreichen Bibliothek unabhängig von der CAD-Software
sehr einfach konfiguriert und über Einfügepunkte zusammengebaut werden. Die Software
generiert automatisch Stücklisten und bietet Konfiguratoren für häufig vorkommende Anwendungen.
Mehr als 80 Schnittstellen zu allen gängigen CAD-Systemen sowie Standardformaten
ermöglichen die Weiterbearbeitung der Daten.
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 43

ERGONOMIC DESIGN
Mensch und Maschine arbeiten
immer flexibler zusammen.
Flexibel muss auch die
Schnittstelle zwischen beiden
sein, damit unterschiedlichste
Bediener sie an ihre physischen
Voraussetzungen anpassen
können. Denn Ergonomie ist
Pflicht! Stufenlos verstellbare
Tragarmsysteme helfen,
Grenzen zu überwinden.
In den Anfängen der Industrialisierung
mussten sich die Menschen den Arbeitsplätzen
anpassen. Die Bedürfnisse des
Maschinenbedieners waren zweitrangig,
Maschinen waren das Maß der Dinge. Zur
gleichen Zeit wurden von den Pionierinnen
der Hauswirtschaftsforschung bereits
Kücheneinrichtungen an Arbeitsabläufe und
die Anordnung der Gerätschaften unter Berücksichtigung
ergonomischer Gesichtspunkte
angepasst. Geschirrschränke rückten
weiter in Richtung Spüle, Vorrats- und
Gewürzschränke näher zum Herd. Auszieh-
GRENZENLOS
"WIR VERKAUFEN
DE FACTO
ERGONOMIE"
Dipl.-Ing. Uwe Kunitschke,
Geschäftsführender
Gesellschafter HASEKE
GmbH & Co. KG,
Porta Westfalica
www.DerKonstrukteur.de
SPECIAL
Arbeitsplätze müssen anpassungsfähig
sein, sodass bei jedem
Bediener die Konfiguration leicht an
dessen jeweils bevorzugte Haltung
und Arbeitsweise angepasst werden
kann. Das steht bei uns ganz oben
auf der Prioritätenliste. Unsere
Lift- und Tragarmsysteme erhalten
Menschen gesund, weil Fehlhaltungen
vermieden werden. Und die
Bediener ermüden nicht so schnell,
sondern fühlen sich wohl und sind
damit leistungsfähiger.
44 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ERGONOMIC DESIGN
bare Tische in perfekter Arbeitshöhe und der dazugehörige
Küchenhocker gehörten schon bald zur Standardausrüstung jeder
Küche. Bis heute wird beim Kauf einer neuen Küche um jeden cm
für die optimale Höhe der Küchenarbeitsplatte gefeilscht.
Ergonomische Anforderungen haben sich im Bereich der
Maschinenkonstruktion erst vor wenigen Jahren durchgesetzt.
Heute spielen auch dort Ergonomie, Bedienbarkeit und eine dem
menschlichen Körper angepasste Konstruktion von Maschinen,
Anlagen und deren Steuerung eine immer größere Rolle. Ergonomie
wird zu einem zentralen Kriterium bei der Planung und
Entwicklung von Maschinen und Anlagen.
ERGONOMIE – BEI DER MASCHINEN­
KONSTRUKTION EIN MUSS
DIE IDEALE FESTE PANEL­
POSITION KANN ES NICHT GEBEN
Ergonomie ist eine Wissenschaft, die sich mit den Bedingungen der
menschlichen Arbeit befasst. Ihr Ziel ist, das Umfeld, Körperhaltungen,
Arbeitsabläufe und Bewegungen so zu gestalten, dass der
Mensch an seinem Arbeitsplatz so wenig wie möglich ermüdet oder
gesundheitlich belastet wird.
Dabei handelt es sich keineswegs um ein „nice to have“ – ergonomische
Grundsätze müssen von Beginn an fester Bestandteil der
Planung und Entwicklung sein. Für den Hersteller und Konstrukteur
von Maschinen ist diese Benutzerfreundlichkeit längst in Regelwerken
und unzähligen Normen festgeschrieben. Die Maschinenrichtlinie
2006/42/EG fordert in ihrem Anhang im Abschnitt
1.1.6: „Bei bestimmungsgemäßer Verwendung müssen Belästigung,
Ermüdung sowie körperliche und psychische Fehlbeanspruchung
des Bedienungspersonals auf das mögliche Mindestmaß reduziert
sein.“ Damit definiert die MRL ganz eindeutige Vorgaben
und Ziele für den Maschinenhersteller. Auch in den grundlegenden
Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen an Maschinen
sind viele Forderungen nach Ergonomie aufgeführt.
Immer dort wo Bewegungen, Körperhaltungen oder der Umgang
mit Lasten zu einseitig oder extrem werden, entstehen hohe Belastungen
für Rücken und Gelenke. Erkrankungen und Arbeitsunfälle
können die Folge sein. Fast ein Viertel aller Arbeitsunfähigkeitstage
in Deutschland ist auf Muskel-Skelett-Erkrankungen zurückzuführen.
Diese sind auch nach wie vor die zweithäufigste Ursache für
Frühverrentungen. In jedem Fall sind sie neben dem persönlichen
Leid der betroffenen Beschäftigten mit hohen Kosten für den
Arbeitgeber und Maschinenbetreiber verbunden.
Somit müssen für die Konstruktion einer Maschine die folgenden
Punkte von Beginn an berücksichtigt werden:
n Der Bediener einer Maschine sollte die Möglichkeit haben, diese
an seine individuellen Körpermaße, Körperkräfte und Ausdauer
anpassen zu können.
n Die Maschine soll einen ausreichenden Bewegungsfreiraum für
die Körperteile des Bedieners aufweisen.
Naturgemäß steht beim Thema Maschinenbedienung und Ergonomie
die Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface
– HMI) im Fokus. Dabei ist gerade ihre Position relevant. Noch
einmal zurück zur Küche – das Feilschen um die Höhe der Arbeitsplatte
ist in den meisten Fällen eine Entscheidung von zwei Personen.
Anders bei der Maschine, die konstruiert wird, manchmal eine
Sondermaschine, oftmals aber auch ein Serienprodukt. Sie wird
immer von Personen bedient, deren physische Konstitution nicht
bekannt ist. Wie groß wird er wohl sein? Ist es überhaupt ein Er?
Links- oder Rechtshänder? Eventuell gehandicapt und sogar im
Rollstuhl? Und in der Regel wird eine Maschine ja nicht nur von
einer Person bedient, sondern von mehreren unterschiedlichen
Personen. Wo also liegt sie, die optimale Panelposition für das HMI?
WIE GROSS IST DER NORMMENSCH?
Man könnte sich nun nach der Norm über die Körpermaße des Menschen
unter der Nummer 33402-2 richten. Diese wird von Zeit zu Zeit
aufgrund der Veränderung der Körpermaße überarbeitet und ist aktuell
aus dem Jahre 2005. Die Körpergröße der 18 bis 65-jährigen in Deutschland
wohnenden Bevölkerung wird hier wie folgt beschrieben:
n Mann: 5 % der Männer sind unter 165 cm, 50 % sind größer oder
kleiner als 175 cm und 5 % sind größer als 185,5 cm
n Frau: 5 % der Frauen sind unter 153,5 cm, 50 % sind größer oder
kleiner als 162,5 cm und 5 % sind größer als 172 cm
Diese Norm bezieht sich aber nur auf die in Deutschland wohnenden
Menschen. In einem internationalen Vergleich sind z. B. die
chinesischen Frauen mit 158 cm gegenüber den deutschen Frauen
im Schnitt 10 cm kleiner. Bei den Männern sind es 15 cm Unterschied
und zwischen Frauen aus Indonesien und den Nieder landen
sind es schon 23 cm.
Die ideale feste Panelposition kann es somit gar nicht geben.
Vielmehr sollte es eine höhenverstellbare und idealerweise auch
horizontal einstellbare Position sein. Die Haseke GmbH & Co. KG
aus Porta Westfalica hat diese Entwicklung schon früh erkannt und
bietet ein umfangreiches Baukastensystem aus horizontal und vertikal
schwenkbaren Tragarmen für industrielle und medizinische
Anwendungen mit Traglasten von bis zu 150 kg. Größenunterschiede
bei den Bedienern von bis zu 890 mm sind damit federleicht auszugleichen.
Das Portfolio des Unternehmens umfasst neben stufenlos
verstellbaren Lift- und Tragarmsystemen auch Gehäuse für
Steuergeräte, Wandhalterungen und Fahrstative für die Industrie.
Dabei wird die Produktpalette immer wieder erweitert und bestehende
Produktreihen werden kontinuierlich weiterentwickelt.
Ein konkretes Beispiel für die funktionale Reichhaltigkeit der Lift-
Produkte kann Hasekes HMA Lift 25 geben: Durch Nutzung des
Baukastensystems sind unterschiedliche Systemlängen verfügbar.
Mit einem vertikalen Schwenkbereich von bis zu 1000 mm und stufenlos
einstellbarer Hubbegrenzung, welche auf Knopfdruck arretiert
werden kann, ist ein Optimum hinsichtlich der Vertikalbewegung
realisiert. Sieben unterschiedliche Gewichtsbereiche von bis
zu 31 kg, die durch Variation des Federdrucks ausgewählt werden
können, erschließen dem HMA Lift 25 ein breites Anwendungsspektrum.
Auch hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit entpuppt
sich dieses System als wahre Konstruktionsleistung: Die innenliegende
Kabelführung mit sehr mächtigem Kabelvolumen (Ø 40 mm)
verfügt über besonders große Kabelöffnungen, sodass sich komplette
Kabel mit ihren angegossenen Steckern problemlos einziehen
oder ersetzen lassen. Dieser Vorteil wirkt sich zeitsparend bei
Montage und Wartung aus und reduziert den Aufwand für den Anwender
massiv. Zur praxisorientierten Benutzerfreundlichkeit gehören
auch die von außen in 30°-Schritten versetzbare Drehbereichsbegrenzung
des horizontalen Schwenkwinkels und die Ermöglichung
verschiedener Anbindungspunkte für das Bedienpult,
das am oberen oder am unteren Ende einer Maschine, hängend
oder stehend montiert werden kann. Die minimalen Verstellkräfte,
die bei einer Neuausrichtung nötig sind, sind selbst für Bediener
mit feinmotorischen Anforderungsprofilen geeignet. Für Anwendungsbereiche,
in denen eine Arretierung in der vertikalen Bewegung
erwünscht ist, kann für das ansonsten freischwebende System
eine blockierbare Feder angeboten werden. Die vielfältigen Variationsmöglichkeiten
ermöglichen laut Anbieter eine optimale Konfiguration
für jede Anwendung und für jeden Anwender.
Bilder: Alan Z. Uster/Fotolia.de und Haseke
www.haseke.de
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 45

ERGONOMIC DESIGN
GOOD
VIBRATIONS?
SPECIAL
Vibrationen und Lärm können die Ergonomie am
Arbeitsplatz erheblich beeinflussen. Spezielle
Lagerungselemente helfen Konstrukteuren, die
körperlichen und psychischen Belastungen für
die Maschinenbediener zu reduzieren – und sie
bieten weitere Vorteile ...
Staub, Lärm und Vibrationen gehören zum Berufsalltag in
vielen produzierenden Betrieben. Die Mitarbeiter, die
meist im Schichtbetrieb an den Maschinen arbeiten, sind
diesen Einflüssen über Stunden ausgesetzt. Die körperlichen
Belastungen sind deutlich spürbar, sei es bei der Arbeit an
Umformpressen, handbedienten Geräten wie Motorsägen und
Freischneidern oder insbesondere an fahrbaren Maschinen. So
sind die Fahrer von Gabelstablern, Bau- und Landmaschinen sowie
gezogenen Indus triemaschinen permanenten Schwingungen
ausgesetzt, die von den Motoren der Nutzfahrzeuge in deren
Rahmen und von dort in die Kabine und den Sitz übertragen
werden.
Von den Herstellern der Maschinen und Fahrzeuge wird in
Richtlinien wie zum Beispiel der 2006/42/EG gefordert, bereits
bei der Konzeption mögliche Belastungen für die Bediener zu
berücksichtigen und sie so gering wie möglich zu halten. Für die
Kons trukteure ergeben sich daraus besondere Anforderungen:
Sie müssen eine hohe Leistung mit den ergonomischen
Anforde rungen zusammenbringen und ein Optimum unter
beiden Gesichtspunkten erreichen.
WENIGER SCHWINGUNGEN DURCH
GUMMI-METALL-ELEMENTE
Um Vibrationen in Maschinen und Fahrzeugen zu reduzieren,
greifen die Konstrukteure auf Lagerungselemente und Tilger zurück.
Eingebaut in Produktionsmaschinen helfen sie dabei, die auftretenden
Maschinenschwingungen zu isolieren, Erschütterungen
zu dämmen und Lärm zu reduzieren.
Nicht nur für die arbeitenden Menschen hat das positive Effekte:
Auch die Lebensdauer der Anlagen und der Fahrzeuge wird durch
die richtigen Lagerungselemente deutlich erhöht, indem die Beanspruchungen
reduziert werden. Durch den geringeren Wartungsaufwand,
die längeren Laufzeiten und höhere Maschinenauslastung
wird darüber hinaus für die Betreiber der Maschinen ein
deutlicher Kostenvorteil erzielt.
„Entscheidend für eine erfolgreiche Schwingungsreduzierung
ist die Auswahl der richtigen Lagerungselemente“, sagt Henning
Ziegenmeyer, Produktentwickler Industrie bei ContiTech Vibration
Control. Das Unternehmen aus Hannover ist ein Spezialist für Gummi-
Metall-Elemente, die u. a. unter den Markennamen Schwingmetall
und Megi seit über 50 Jahren vertrieben werden. Zum Produktprogramm
gehören mehr als 500 Standardelemente, darunter Puffer,
46 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ERGONOMIC DESIGN
02
01
Schienen, Buchsen, Topf- oder Glockenelemente. Sie werden u. a. im
Maschinen- und Anlagenbau, bei mobilen Geräten sowie zur Lagerung
in fahrbaren Geräten wie Gabelstablern, Baufahrzeugen und
landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt.
„Welches Lagerungselement sich für welche Anwendung
eignet, lässt sich über wenige Parameter ermitteln“, erklärt
Ziegenmeyer. „Welche Masse gilt es zu lagern? Welche Frequenzbereiche
treten in dieser Anwendung auf? Welche Energien
müssen von den Lagerungselementen aufgenommen werden?
Welche Anforderungen bestehen hinsichtlich Festigkeit und
Lebensdauer? Und welchen Umgebungsbedingungen sind die
KONSTRUKTEURE MÜSSEN EINE
HOHE MASCHINENLEISTUNG MIT
DEN ERGONOMISCHEN ANFOR-
DERUNGEN ZUSAMMENBRINGEN
Elemente ausgesetzt? Das sind die Fragen, über die Konstrukteure
ermitteln können, welches Lagerungselement sich für die jeweilige
Anwendung eignet.“
Auf diese Weise kann für jede Lebensdaueranforderung und
jede Umgebungsbedingung das passende Lager oder der optimale
Tilger entwickelt werden. Auch Maßan fertigungen sind
01 Die ContiTech-Ingenieure können beispielsweise bei
landwirtschaft lichen Fahrzeugen das Schwingungsverhalten
verbessern und so den Komfort für den Fahrer erhöhen
02 Schwingungsanalyse leichtgemacht: Die neue App ViProtect
kann zu Messungen vor Ort eingesetzt werden und schlägt Nutzern
Lagerungselemente vor
natürlich möglich. So hat ContiTech bereits Lagerungselemente
für den Prototyp eines elektrisch betriebenen Presslufthammers
entwickelt. Die Herausforderung: Zum Schutz der Bediener
musste die eingesetzte Kautschukmischung weitgehend
ohne polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
auskommen.
MESSUNGEN GEBEN AUFSCHLUSS
Für die exakte Auslegung der Lagerungselemente stützt sich das
ContiTech-Team in der Vorausentwicklung auf Messungen und
Berechnungen – sowohl bei Neuentwicklungen als auch bei der
Optimierung vorhandener Systeme. „Messungen geben Aufschluss
darüber, ob die Werte den Arbeitsschutzrichtlinien entsprechen“,
erklärt Dr. Stefan Narberhaus, Leiter Entwicklung
Industrie bei ContiTech Vibration Control. Oftmals ist es gar nicht
erforderlich, Maschinen oder Anlagen aufwändig umzugestalten.
Um Lärm und Vibration zu verringern, reicht es in den meisten
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 47

ERGONOMIC DESIGN
SPECIAL
www.DerKonstrukteur.de
DAS LEISTEN ANALYSE-
VERFAHREN
Mithilfe der Finite-Elemente-Met hode
(FEM) können kritische Stellen am
Rechner erkannt und entschärft
werden. Am Ende wird die zu
erwartende Lebensdauer des Artikels
bis zum Versagen unter realitätsnahen
Bedingungen berechnet. Das
Ergebnis: Die Produktqualität wird
entscheidend verbessert und die
Entwicklung beschleunigt, da oft auf
aufwändige Lebensdauertests
verzichtet werden kann.
Die Mehrkörpersimulation (MKS)
nutzt die Eingangsdaten Masse,
Trägheitsmoment, Lagerorte und
Steifigkeiten. Auf dieser Basis
können zuverlässige Aussagen
getroffen werden über Leerlaufverhalten,
Beschleunigungen an
komfortrelevanten Stellen, Lagerpositionen,
Schwingungsentkopplung,
max. Lagerbelastungen und
eine eventuell notwendige hydraulische
Dämpfung. Möglich machen das
speziell auf den Einsatzzweck
zugeschnittene Software-Tools.
"ENTSCHEIDEND IST
DIE AUSWAHL DER
LAGERUNGS-
ELEMENTE"
Henning Ziegenmeyer,
Produktentwickler Industrie,
ContiTech Vibration Control,
Hannover
Welche Masse gilt es zu Lagern?
Welche Frequenzbereiche treten in
dieser Anwendung auf? Welche
Energien müssen von den Lagerungselementen
aufgenommen
werden? Das sind die Fragen, über
die Konstrukteure ermitteln
können, welches Lagerungselement
sich für die jeweilige
Anwendung eignet.
03
03 Das Glockenelement ist ein Lagerungselement,
mit dem Lasten isoliert an die Decke gehängt werden
Fällen bereits aus, die elastischen Lager gegen auf das System abgestimmte Lager
auszutauschen.
Als Unterstützung bei der professionellen Analyse hat ContiTech überdies
eine App auf den Markt gebracht: ViProtect kann bequem auf das Smartphone
geladen und zur ersten Messung vor Ort eingesetzt werden. Unter anderem
kann die App die Anregungsfrequenz eigenständig ermitteln. Für die Analyse
geben die Nutzer Angaben zur Masse und zur Anzahl der Lagerpunkte sowie die
Anwendung in die App ein, die dann Lagerungselemente aus dem ContiTech-
Produktprogramm vorschlägt.
Tiefer gehen die Messungen der ContiTech-Experten. Mithilfe eines mehrkanaligen
Messsystems ermitteln sie die zugrundeliegenden Kräfte, Wege,
Beschleunigungen und Temperaturen, aber auch Luftschallpegel, Drehzahl
und Geschwindigkeit in der je weiligen Anwendung. Anhand der gewonnenen
Daten können die Experten zum Beispiel das Systemverhalten objektiv beurteilen,
vorhandene Systeme besser bewerten und mit realen Daten simulieren.
Die erhobenen Daten bilden die Grundlage, um das Schwingungsverhalten
und die Festigkeit des Lagers zu berechnen und so das System besser auslegen
zu können.
MODERNE ANALYSEMETHODEN ZEIGEN POTENZIALE
Eine erste Auswertung der Daten ist direkt vor Ort möglich, die detaillierte
Analyse mit modernster Software erfolgt dann im Nachgang. „Diese Daten“, so
Narberhaus, „können als Eingangsdaten für Computersimulationen zur Optimierung
des Lagerungssystems verwendet werden.“ Ein weiteres wichtiges
Analyseverfahren ist die Mehrkörpersimulation (MKS), mit der ContiTech die
bestmöglichen Lager bestimmt und deren optimale Position berechnet. Zu den
von ContiTech benutzten Verfahren gehört die Finite-Elemente-Methode
(FEM), mit deren Hilfe Beanspruchungsszenarien an einem 3D-Modell simuliert
werden können.
Um die Wirksamkeit der Maßnahmen zur kontrollieren, können die ContiTech-
Experten auch das veränderte System final prüfen. „Die unterschiedlichen
Analyseschritte bieten wir nicht nur als Komplettpaket an. Je nach Ausgangslage
können die Messungen und Berechnungen auch einzeln durchgeführt werden“,
berichtet Narberhaus.
Bilder: Aufmacher Gary Cornhouse/Fotolia.de, 01-03 ContiTech
www.contitech.de
48 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

ERGONOOMIC DESIGN
MULTITOUCH-PANEL FÜR DIE
TRAGARM-MONTAGE
Sigmatek hat seine
Multitouch-Panelserie
um eine
Tragarm-Version
erweitert. Das TT
1533 ist ein
leistungsfähiges
HMI zum Bedienen
und Beobachten im
industriellen
Umfeld. Durch die
Tragarmmontage
kann der Bediener
das IP54-geschützte
Panel so
ausrichten, dass er seine Anwendung immer im Blick hat. Die
Projected-Capacitive-Touch-Technologie (PCT) ermöglicht eine
intuitive Bedienbarkeit: Mehrfinger-Gesten wie Zoomen,
Wischen, und Weiterblättern sorgen für viel Bedienkomfort und
vermeiden zudem Eingabefehler durch gleichzeitiges Drücken
von zwei Bedienfeldern. Das Multitouch-Bedienpanel hat einen
Dual-Core-EDGE2-Technology-Prozessor. Zur einfachen Systemanbindung
stehen Standardschnittstellen zur Verfügung:
2x Ethernet, 1x CAN, 2x USB frontseitig und 2x USB rückseitig.
Das Panel ist mit einem 15"-TFT-LC-Farbdisplay (1024 x 768 Pixel)
mit LED Backlight ausgestattet und wird standardmäßig mit
512 MB internem Programm- und Datenspeicher (DDR3 RAM)
sowie 512 MB microSD-Speicher geliefert.
www.sigmatek-automation.com
NATÜRLICHES LICHT FÜR
INDUSTRIE-ARBEITSPLÄTZE
Das Konzept Tameto VTL
sollte die positive Wirkung
des natürlichen Lichts an
industrielle Arbeitsplätze
bringen. Es basiert auf den
Empfehlungen der Berater
von A.T. Kearney, des Verbands
ZVEI und den Erfahrungen
des Herstellers mit dem
Lichtmanagementsystem
Pulse Visual Timing Light.
Dieses wurde ursprünglich
für den Pflegebereich
konzipiert, zwischendurch
wurde auch eine Büro-Variante
entwickelt. Nun soll es das
System auch bald für
Montage-Arbeitsplätze
geben. Die Konzeptstudie
setzt ihren Fokus auf
Anwendungen in der
Tagschicht. Der Indirektlichtanteil
orientiert sich dazu am Tageslicht und verändert die
Lichtfarbe zwischen 3 000 und 6 500 K sowie die Lichtintensität nach
einer fest definierten zeitlichen Regelkurve. Eine große Reflexionsfläche
sorgt dafür, dass das Licht breitflächig von oben und vorne auf
das Auge trifft. Das mit 4 000 K neutrale Licht im Direktlichtanteil ist
stufenlos dimmbar für einen hohen visuellen Komfort.
www.waldmann.com
KABELKANAL FREI ZUGÄNGLICH
PROFILE: GEBOGEN STATT GERADE FÜR
MEHR ERGONOMIE
Rose hat sein Aluminium-Geräteträgersystem für Bedien- und
Steuergehäuse überarbeitet. Das GTN II hat nun eine erhöhte
Oberflächenqualität und einen frei zugänglichen Kabelkanal. Mit
Winkeln, Aufsatz-, Wand- oder Zwischengelenken, Kupplungen
und Standfüßen lässt es sich individuell anpassen. Es kann mit
einem geschlossenen oder offenen Aluminiumprofil aufgebaut
werden. Bei der offenen Profilvariante kann der Anwender das
Installationsmaterial bei Wartung oder Austausch leicht erreichen.
Ausgelegt ist das System für Lasten bis 80 kg mit einer
Auslegerlänge bis 2 m. Bei der neuen Ausführung wird der Korpus
des Winkelelements nicht mehr im Kokillen-, sondern im Druckguss
hergestellt, was die Qualität der Oberflächen erhöht. Ein
vergrößerter, offener Bauraum für die Verlegung von Kabeln und
das Durchführen von Steckern vereinfacht die Installation. Da die
Anschlussmaße der Komponenten unverändert bleiben, lässt sich
das neue System mit der älteren Version kombinieren.
www.rose-pw.de
Bei den CurveTec Workstations
von MiniTec steigert der Einsatz
gebogener Profile die Ergonomie.
Die Arbeitsplätze können exakt
den physischen Gegebenheiten
der Werker angepasst werden und
vermeiden übermäßige Greifwege,
die zu gesundheitsschädlicher
Belastung führen können. Der Werker sitzt oder steht im Arbeitsplatz
an zentraler Position zu allen Greifstationen. Sogar die
automatische Einstellung der Höhe der CurveTec Workstations
auf die Körpermaße des jeweiligen Mitarbeiters kann mittels
RFID-Chips je nach Anforderung einfach umgesetzt werden.
www.minitec.de
INSERENTENVERZEICHNIS HEFT 1-2/2017
ACE Stoßdämpfer, Langenfeld 21
autosen, Essen7
Bopla Gehäuse, Bünde 37
Deutsche Messe, Hannover5
Getriebebau NORD, Bargteheide 23
Goodfellow, Bad Nauheim 17
Haseke, Porta Westfalica3.US
Helios, Neuenrade 37
igus, Köln 29
IMI Precision Engineering, Alpen 25
Mack Brooks, St. Albans, GB-Herts 33
Manz, Reutlingen 13
Mayr, Mauerstetten 20
Micro-Epsilon, Ortenburg3
Mulco-Europe, Garbsen2.US
Rotor Clip, USA-Somerset 24
Schallenkammer, Kürnach 19
Siemens Drive Technologies,
Bocholt4.US
WITTENSTEIN alpha, Igersheim9
DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017 49

MYTHEN
DER PRODUKTENTWICKLUNG
KUNSTSTOFF=
BILLIGES PLASTIK
Sind
Kunststoffe
tatsächlich
minderwertige
Werkstoffe?
Bild: Arpad Nagy-Bagoly/Fotolia.de
MENSCHEN UND MÄRKTE
Seit vor einhundert Jahren die ersten Kunststoffe zu Telefonen
und Billardkugeln verarbeitet wurden, hat sich die Vielfalt
dieser synthetischen Materialien stets erweitert. Immer wieder
entwickeln Chemiker neue Basispolymere und Varianten.
Längst gelten Kunststoffe als eigenständige Werkstoffklasse, die mit
Ihren Innovationen für unsere Gesellschaft und die Industrie unverzichtbar
geworden ist. Dennoch wird „Plastik“ häufig als minderwertiger,
umweltbelastender Ersatzstoff wahrgenommen.
Viele Kunststoffprodukte – ob Haushaltswaren oder Verpackungen
– erfüllen tatsächlich das Klischee des Billigen. Eine vollkommen
andere Reputation hingegen haben die thermoplastischen
Konstruktions- und Hochtemperaturkunststoffe. In technischen
Anwendungen werden solche Hochleistungspolymere immer
häufiger eingesetzt. Ihre geringe Dichte, hohe Dauergebrauchstemperaturen,
gute mechanische Kennwerte und nicht zuletzt
wirtschaftliche Fertigungsverfahren sind beste Voraussetzungen,
um konventionelle Materialien wie Metalle oder Keramiken erfolgreich
zu verdrängen. Durch Compoundierung, d. h. die Einarbeitung
von Zuschlagstoffen (Verstärkungsfasern, reibungsmindernde
Füllstoffe, Farben und andere Additive), lässt sich das Eigenschaftsprofil
perfekt an die jeweiligen Anforderungen anpassen.
Diese kundenspezifischen Modifikationen aus dem Portfolio
der Kunststoffverarbeiter tragen dazu bei, die Leistungsgrenzen
von Systemen weiter zu verschieben. Zugleich eröffnen sich Ingenieuren
und Konstrukteuren neue Perspektiven zur Umsetzung
ihrer Ideen.
Einige technische Entwicklungen sind ohne Kunststoffe nicht
mehr denkbar, das betrifft auch Megatrends wie die Mobilität, erneuerbare
Energien und das Gesundheitswesen: Compositewerkstoffe
machen Autos und Flugzeuge leichter; Solar- und Brennstoffzellen
kommen nicht ohne Kunststoffbauteile aus. Und auch Implantate,
Sonden und medizintechnische Gerätekomponenten bestehen
immer häufiger aus Polymermateralien.
In der klinischen Diagnostik sind Kunststoffe unersetzlich geworden.
So wird beispielsweise die Röntgenröhre eines Computertomographen
von einem Leitkörper (Bild rechts) umschlossen,
der aus dem Polyketon PEEK gefertigt ist. Durch die Rotation des
Strahlers entstehen Fliehkräfte bis zur zwanzigfachen Erdbeschleunigung.
Außerdem muss der Leitkörper 180° C aushalten
und ist gleichzeitig einer radioaktiven und chemischen Belastung
ausgesetzt. Dabei kommt es auf den Werkstoff an, und der ist in
diesem Fall auch nicht billig: Der reine Materialwert liegt bei über
100 Euro pro Kilogramm.
Fazit: Kunststoffe sind kein Ersatzmaterial mehr, sondern Wegbereiter
des technischen Fortschritts. Das Innovationspotenzial der
jüngsten aller Werkstoffklassen ist noch längst nicht ausgeschöpft.
www.ensinger-online.com
DER EXPERTE
JÖRG FRANKE,
JAHRGANG 1965, LEITET SEIT 2007 DIE
PRESSE- UND ÖFFENTLICHKEITSARBEIT
DES KUNSTSTOFFVERARBEITERS
ENSINGER GMBH IN NUFRINGEN
50 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2017

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