antriebstechnik 7/2018

antriebstechnik.de

antriebstechnik 7/2018

19174

7

Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.

www.antriebstechnik.de

Juli 2018

Wälz- und Gleitlager

Kugeldrehverbindungen: Qualität in

kleinen und großen Dimensionen

Elektromotoren

Was bietet die neue Betriebselektronik

für BLDC-Motoren?

Sensorik und Messtechnik

Piezobasierte Unterlegscheiben

vereinfachen das Justieren

Special

Alles rund um Antriebstechnik

für die Prozessindustrie


Organ des FVA e.V. im VDMA

Getriebe und Getriebemotoren

TECHNIKWISSEN FÜR INGENIEURE

19174

2015

Marktübersicht und umfassender Einkaufsführer Sonderausgabe

www.antriebstechnik.de

der Zeitschrift

antriebstechnik

Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.

www.antriebstechnik.de

19174

9

September 2016

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11 Print-Ausgaben im Jahr

+ Sonderausgabe antriebstechnik

Marktübersicht (1x jährlich)

Die gesamte

Antriebstechnik

in 100 Tabellen

Firmenverzeichnis:

Alle wichtigen

Informationen von

über 900 Anbietern

Produktgruppen:

Bremsen

Motoren Messen und Prüfen

Dichtungen

Antriebselemente

Kupplungen

Lager und Führungen

Schmierung Steuern und Regeln

Dienstleistungen

ANT_AG_2014_99_Handbuch_001 1 05.12.2014 11:10:38

Kupplungen und Bremsen

Sicherheitskupplung mit automatischer

Wiedereinrastung sorgt für Schutz

Getriebe und Getriebemotoren

Großradtausch im Zementwerk

in nur acht Stunden

Elektromotoren

Schritt- kontra Servomotoren –

wer ist effizienter?

Sensorik und Messtechnik

10 Mal höhere Genauigkeit

bei Lastmessungen

ANT_AG_2016_09_001 1 06.09.2016 09:41:26

Abo-Begrüßungsgeschenk:

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max. Akkulaufzeit: bis zu 6 Stunden

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erhalte ich den Bluetooth-Lautsprecher. Das Abonnement verlängert sich jeweils um ein weiteres Jahr, wenn es nicht spätestens

4 Wochen zum Ende des Bezugsjahres schriftlich gekündigt wird.

Unser Dienstleister, die Vertriebsunion Meynen, Eltville, erhebt Ihre Daten im Auftrag der Vereinigte Fachverlage (VFV) zum Zweck der Vertragsdurchführung, zur Erfüllung der

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E-Mail: vertrieb@vfmz.de . Internet: www.engineering-news.net

antriebstechnik“ ist eine Zeitschrift der Vereinigten Fachverlage GmbH, Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz, HRB 2270, Amtsgericht Mainz,

Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Umsatzsteuer-ID: DE 149063659, Gerichtsstand: Mainz


EDITORIAL

Kampf den Keimen

Liebe Leserinnen, liebe Leser,

ob Zuhause oder im Job – nicht nur im alltäglichen Leben spielt

Hygiene eine große Rolle. Insbesondere in der Lebensmittel- und

chemischen Industrie hat das Thema einen hohen Stellenwert:

„Hygienic Design“. Damit ist in erster Linie die reinigungsgerechte

Konstruktion von Maschinen, Anlagen und Komponenten im

Hinblick auf die Vermeidung hygienebezogener Gefahrenstellen

gemeint. Speziell in der Antriebstechnik ist dies ein wichtiger Aspekt,

denn hier beginnt hygienegerechtes Design bereits bei der Auswahl

der richtigen Werkstoffe, u. a. um Systemausfällen vorzubeugen und

mikrobielle, partikuläre Kontaminationen zu vermeiden.

Da antriebstechnische Komponenten auch dem Einsatz in rauen

Umgebungen standhalten müssen, setzt man z. B. bei Leitungen und

Kabeln auf Ummantelungen aus robustem Polyvinylchlorid (PVC)

oder Polyurethan (PUR). In der Lebensmittelindustrie oder Medizintechnik

hingegen wählt man vor allem diverse Edelstahllösungen –

zum einen, weil Keime und Bakterien auf den glatten Oberflächen

nicht haften bleiben, zum anderen, weil sich das Material einfach

reinigen lässt.

Auch viele Industrieunternehmen haben Hygienic Design im Fokus,

richten ihr Produktportfolio immer hygienegerechter aus. Zum

Beispiel bietet Wittenstein spezielle Servotechnik für Steril- und

Nassbereiche. Den Artikel hierzu finden Sie auf S. 42 in unserem

Special „Antriebstechnik für die Prozessindustrie“.

Vom Trend also zum etablierten Standard? Zumindest hat das Thema

in den vergangenen Jahren so an Bedeutung gewonnen, dass bereits

zum zweiten Mal der „Hygienic Design Day“, ein Kongress für

Hygiene-Fragen im gesamten Maschinenbau, veranstaltet wurde.

Wie handhaben Sie das Thema Hygienic Design in Ihrem

Unternehmen und welche Vorteile lassen sich für Ihre Produktion

daraus erzielen? Schreiben Sie es mir.

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Der E-Mail-Service

für Anwender

aus dem gesamten Umfeld

mechanischer und

elektrischer Antriebstechnik.

Aktuelle Nachrichten

rund um mechanische,

thermische und elektrische

Antriebstechnik,

sowie deren Steuerungen

und Regelungen.

IMMER

AKTUELL

INFORMIERT

Marie-Kristin Krueger

Redakteurin

m.krueger@vfmz.de

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Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.

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Juli 2018

INHALT

20

32

40

Intelligente Lineartechnik: Wie Pneumatikzylinder

vom stummen Arbeitstier zum

smarten Kommunikationspartner werden

Zeitgewinn: 3D-Koordinatenmessgerät und

parametrisierte Software beschleunigen

Qualitätsprüfungen von Kurbelwellen

Special Prozessindustrie: Simotics XP

Chemstar verbindet jahrzehntelange

Erfahrung und Vorteile der Standardisierung

EDITORIAL

3 Kampf den Keimen

FVA-AKTUELL

6 Aktuelles von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik

MAGAZIN

5 Märkte, Unternehmen, Personalien und Veranstaltungen

SPECIAL ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE

PROZESSINDUSTRIE

38 Umfassende Sicherheitsfunktionen prädestinieren

Frequenzumrichter für die Chemie

40 Das leisten explosionsgeschützte Drehstrom-

Asynchronmotoren für die Prozessindustrie

42 Hygienegerechte Servotechnik für Steril- und Nassbereiche

45 Produkt-Highlights

WÄLZ- UND GLEITLAGER

8 TITEL Kugeldrehverbindungen: Qualität in kleinen und

großen Dimensionen

12 Produkt-Highlights

KUPPLUNGEN UND BREMSEN

14 Bremsanlagen mit einer Leistung von zehn Millionen

Newtonmeter

16 Kombination von Kupplungen und Spannsätzen sorgen für

hohe Präzision in Maschinen

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

46 Elektronisches Typenschild – Power Interface Communication:

Kommunikationsverfahren für geberlose Motoren

RUBRIKEN

12 Impressum

37 Inserentenverzeichnis

50 Vorschau auf Heft 8/2018

18 Produkt-Highlights

LINEARTECHNIK

20 Pneumatikzylinder kommunizieren bidirektional dank

Positionssensor und IO-Link-Technologie

22 Produkt-Highlights

ANZEIGE

STEUERN UND AUTOMATISIEREN

19174

7

24 Funknetz optimiert vorausschauende Instandhaltung

27 Produkt-Highlights

Wälz- und Gleitlager

Kugeldrehverbindungen: Qualität in

kleinen und großen Dimensionen

ELEKTROMOTOREN

28 Die neue Betriebselektronik für BLDC-Motoren

30 Produkt-Highlights

SENSORIK UND MESSTECHNIK

32 Qualitätsprüfung beim Motorsägen- und

Motorgerätehersteller Stihl

34 Aktive Unterlegscheiben von Physik Instrumente für

Präzisionsmaschinen

36 Produkt-Highlights

Elektromotoren

Was bietet die neue Betriebselektronik

für BLDC-Motoren?

Sensorik und Messtechnik

Piezobasierte Unterlegscheiben

vereinfachen das Justieren

Special

Alles rund um Antriebstechnik

für die Prozessindustrie

ANT_AG_2018_07_001 1 03.07.2018 09:22:46

TITELBILD

RODRIGUEZ GmbH,

Eschweiler

4 antriebstechnik 7/2018


MAGAZIN

Markus Sandhöfner von B&R Deutschland

in VDMA-Vorstand gewählt

Der VDMA-Fachverband Elektrische Automation hat im Zuge der

Mitgliederversammlung im Juni 2018 in Würzburg einen neuen

Vorstand gewählt. Markus Sandhöfner, Geschäftsführer von B&R

Deutschland, wurde neben sieben weiteren Vertretern der Automatisierungsbranche

berufen. Sandhöfner bringt nicht nur

sein Know-how als Automatisierungsspezialist in den VDMA-

Vorstand ein, sondern

auch über

20 Jahre Erfahrung

im Maschinenbau.

„Der VDMA-Fachverband

ist eine wertvolle

Einrichtung mit

der Zielsetzung die

Automatisierung für

den Maschinen- und

Anlagenbau greifbar

zu machen“, so Sandhöfner. Der neugewählte Vorstand, unter dem

Vorsitz von Jörg Freitag, nimmt umgehend seine Tätigkeit für die

kommenden vier Jahre auf. „Automatisierungsanbieter sind wichtige

Lösungspartner für den Maschinenbau, deshalb möchten wir

Kooperationen schaffen und uns innerhalb des VDMA vernetzen“,

so Freitag über seine Wünsche für die Vorstandsarbeit in den kommenden

Jahren.

www.br-automation.com/de

Thomas Bergs übernimmt Lehrstuhl für

Technologie der Fertigungsverfahren

Nach 23 Jahren übergab Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dr. h.c.

Fritz Klocke die Leitung des Lehrstuhls für Technologie der Fertigungsverfahren

am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH

Aachen University zum 1. Juni 2018 an Prof. Dr.-Ing. Thomas Bergs,

MBA. Prof. Bergs studierte Maschinenbau mit dem Schwerpunkt

Konstruktionstechnik an der

RWTH Aachen University.

Im Anschluss war er von 1995

bis 2001 wissenschaftlicher

Mitarbeiter am Fraunhofer

Institut für Produktionstechnologie

IPT in Aachen in der

Abteilung Prozesstechnologie.

Seine Arbeitsschwerpunkte

lagen im Bereich der

laserunterstützenden Zerspanung.

Im Jahr 2000 wurde er

Leiter der Gruppe Lasertechnik

und Geschäftsfeldleiter

des „Aachener Werkzeugund

Formenbau“. Seit 2001

ist er geschäftsführender

Oberingenieur des Fraunhofer IPT. Seine Promotion erfolgte im

November 2001.

Zum 1. Juni 2018 erfolgte die Berufung zum Universitätsprofessor

an den Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren an der

RWTH Aachen sowie seine Ernennung zum Mitglied des Direktoriums

am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und

Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT.

www.wzl.rwth-aachen.de

Sicher.

Pilz bietet alles, was Sie für die

Automation Ihrer Maschinen und

Anlagen brauchen: innovative Komponenten

und Systeme, bei denen

Sicherheit und Automation in Hardware

und Software verschmelzen.

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Motek 2018

Halle 8, Stand 8116


FVA AKTUELL

Wälzlagersteifigkeit

Zur Auslegung wälzgelagerter Systeme ist die Kenntnis des dynamischen

Systemverhaltens notwendig. Insbesondere die Klärung

rotordynamischer Fragestellungen ist für einen wirtschaftlichen

und vor allem sicheren Betrieb unverzichtbar. Um kritische

Betriebsparameter, z. B. kritische Drehzahlen, verlässlich identifizieren

zu können, muss eine realitätsnahe Kenntnis der Wälzlagersteifigkeiten

im Auslegungsprozess Berücksichtigung finden.

Während die bisherigen Angaben der Lagerhersteller bzgl. der

Wälzlagersteifigkeit nur die Kontaktsteifigkeit der Wälzkörper

berücksichtigen, wird die reale Lagersteifigkeit zusätzlich von

der Materialelastizität der Lagerringe sowie des Lagerschilds

und dem Passungsspiel des Lagersitzes

Forschungsvorhaben beeinflusst. Deshalb wurde im Rahmen

FVA 747 I

des FVA-Forschungsvorhabens 747 I die

IGF-Nr. 18735 N

Bestimmung der Wälzlagersteifigkeit von

Radialrillenkugellagern unter Berücksichtigung

des Gehäusefügespiels, bei einem ungeteilten Ringgehäuse,

sowie flexiblen Lagerringen zum Ziel gesetzt.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden an den Forschungsstellen

experimentelle sowie simulative Untersuchungen durchgeführt.

Am MEGT erfolgte die Modellentwicklung eines FE-Vollmodells

von Radialrillenkugellagern in Ansys. Zur Verifizierung dieser

FE-Untersuchungen dienten die statischen Prüfstandsversuche

am MEGT und die dynamischen Experimenten beim Industriepartner.

Bei den Experimenten wurde der Gehäusefügespieleinfluss

auf die Änderung der kritischen Drehzahlen durch

Hochlaufversuche untersucht. Hierbei handelte sich um eine

zweipolige Asynchronmaschine mit 2 MW Leistung bei Siemens.

In weiteren Arbeitspaketen wurde am Lehrstuhl für Konstruktionslehre

und CAD ein Ersatzmodell zur automatischen Berechnung

der Wälzlagersteifigkeit entwickelt. Es beruht auf einem

vereinfachten FE-Modell, bei dem die Wälzkörper durch Stabelemente

substituiert werden. Auf Basis dieses Modells wurde

ein Berechnungsprogramm entwickelt, welches auf dem frei

verfügbaren Finite-Elemente-Programm Z88 aufbaut. Zur

Validierung des FE-Ersatzmodells werden die Ergebnisse des

FE-Vollmodells herangezogen. Hier konnte gezeigt werden,

dass die entwickelte, vereinfachte Berechnungsmethodik eine

sehr gute Übereinstimmung mit dem FE-Vollmodell und den

Prüfstandsversuchen aufzeigt.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Gehäusefügespiel

zu einer starken Verringerung der radialen Lagersteifigkeit,

insbesondere bei geringerer Last, führt. Es hat sich zudem

herausgestellt, dass das Gehäusefügespiel keinen bemerkbaren

Einfluss auf die Kippsteifigkeit hat. Das Ergebnis des Vorhabens

mündete in einem benutzerfreundlichen Berechnungswerkzeug.

Dieses Tool liefert dem Konstrukteur bei der rotordynamischen

Auslegung verlässliche Kraftverschiebungswerte bzw. Senksteifigkeitswerte

von Rillenkugellagern unter Berücksichtigung des

Gehäusefügespiels sowie der elastischen Lagerringe.

Das IGF-Vorhaben 18735 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik

e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms

zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund

eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Autoren: Seiedardeshir Sebteini, M.Sc.; Dr.-Ing. Timo Kiekbusch;

Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer, Lehrstuhl für Maschinenelemente und

Getriebetechnik, TU Kaiserslautern, und Johannes Glamsch, M.Sc.;

Christian Glenk, M.Sc.; Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg, Lehrstuhl für

Konstruktionslehre und CAD, Universität Bayreuth

Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA),

Dirk Arnold, Tel.: 069/ 6603-1632

Optimierung der Lebensdauer von

Lithium-Ionen-Batterien

Der Ausbau der Elektromobilität erfordert eine Verbesserung

der Lithium-Ionen-Batterie als Energiespeicher. Aufgrund ihrer

hohen Kosten muss ihre Lebensdauer deutlich erhöht werden.

Voraussetzung für die Industrie ist hierfür das Verständnis

der limitierenden Degradations mechanismen. Ein wichtiger

Degradationseffekt resultiert aus der Volumenänderung einiger

Anodenmaterialien während der Interkalation von Lithium-

Ionen: So ändert z. B. Silizium, das durch seine hohe gravimetrische

Kapazität als vielversprechendes

Anoden material gilt, sein Volumen um

300 %. Die entstehenden mechanischen

Spannungen können zu Rissen

innerhalb der Elektrode und so zum

Forschungsvereinigung

Antriebstechnik e. V.

Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt

Tel.: 069 / 6603-1515

E-Mail: info@fva-net.de

Internet: www.fva-net.de

Forschungsvorhaben

FVA 717 I

IGF-Nr. 17966 N

Kapazitätsverlust führen. Um diese Einflüsse besser bewerten

zu können, arbeiteten im AiF-Projekt ALIB (Ausdehnung von

Lithium-Ionen Batteriezellen) das Institut für Technische

Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und

Raumfahrt (DLR) Stuttgart und das Fraunhofer-Institut für

Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserslautern

zusammen, um durch physikalische Modellierung und numerische

Umsetzung Werkzeuge zu entwickeln, die eine gekoppelte

Simulation der elektrochemischen und mechanischen Prozesse

erlauben. Ergänzt wurden diese Arbeiten durch Experimente,

die ebenfalls am DLR durchgeführt wurden.

Die Modellierungs- und Simulationsansätze unterschieden zwei

Längenskalen: Die Mikroskala, bei der ein Ensemble von einigen

Mikrometer großen Elektrodenaktivpartikeln beschrieben

wird, und der Zellskala, wo das Mikromodell durch geeignete

Mittelungen und Zusatzannahmen zu einer makroskopischen

Beschreibung hochskaliert werden kann. Die theoretischen

Arbeiten wurden durch experimentelle Messungen ergänzt,

die der Methodenentwicklung und Modellparametrisierung

dienten. Die entwickelten Modelle und ermittelten Ausdehnungsparameter

wurden numerisch umgesetzt und stehen in

der Fraunhofer Simulationssoftware BEST (Battery and

Electrochemistry Simulation Tool) dem Anwender für

gekoppelte elektrochemisch-mechanische Simulationen auf

der Mikro- und Zellskala zur Verfügung.

Das IGF-Vorhaben 17966 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik

e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms

zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund

eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Autoren: Katharina Becker-Steinberger, Oliver Freitag, Prof. Arnulf

Latz, DLR Stuttgart Institut für Technische Thermodynamik,

Stuttgart; Dr. Jochen Zausch, Fraunhofer-Institut für Techno- und

Wirtschafts mathematik ITWM, Kaiserslautern

Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA),

Alexander Raßmann, Tel.: 069/6603-1820

6 antriebstechnik 7/2018


MAGAZIN

PA-Profil V4.0 auch für Profinet verfügbar

Die Profibus- und Profinet-Nutzerorganisation PI hat die finale Version des kommunikationsunabhängigen

PA-Profils V4.0 verabschiedet. Damit ist ein wichtiger Schritt in Richtung

Ertüchtigung von Profinet für den Einsatz in Anlagen der Prozessautomatisierung der

Generation Industrie 4.0 vollzogen. Das

Profil wurde u. a. mit den Experten der

Namur abgestimmt, wodurch es die Anforderungen

der Namur-Empfehlungen

NE107 und NE131 erfüllt. Neben der bereits

verfügbaren Performance stellt Profinet

weitere Funktionen für die Prozessanwendungen

zur Verfügung. Dazu zählen

optimale Redundanzmechanismen,

Dynamic Reconfiguration für den Gerätetausch

im laufenden Betrieb sowie Zeitstempelung

für die Aufzeichnung von Event-Sequenzen. Um weitere Branchen wie Öl und

Gas oder Chemie bedienen zu können, müssen weitere technische Voraussetzungen für

Ethernet im Feldbereich geschaffen werden. Diesem Thema hat sich PI zusammen mit anderen

Organisationen bereits angenommen.

DER

ANTRIEB

Sicher Flexibel International

www.profibus.com

Neues Büro und erweitertes Lager

Misumi, Hersteller und Lieferant von mechanischen Norm-, Kauf- und Zeichnungsteilen,

bezieht im 15. Jahr seines Bestehens ein neues Bürogebäude im St. Martin Tower in Frankfurt

am Main und erweitert seine Lagerkapazitäten. Rund

40 000 Standardprodukte sind im neuen Logistikzentrum

in Frankfurt vorrätig. Für kundenindividuelle Anforderungen

hat das Unternehmen einen Online-Konfigurator für

Make-to-Order-Bauteile entwickelt. Mit CAD-Modellen

können Ingenieure Bauteile bis ins kleinste Detail modellieren

und anschließend online bestellen. Einige Produkte

können mit einer Genauigkeit von 0,01 mm gefertigt

werden. Insgesamt umfasst das Produktportfolio 17 Mio.

mechanische Komponenten und indirekte Produktionsmaterialien.

Ab Juni wird das Angebot um Produkte von

1 500 Drittanbietern erweitert, mit dem Ziel, dass Kunden

zukünftig ihren gesamten Bedarf bei einem Lieferanten

decken können.

www.misumi-europe.com

Iwis übernimmt Unimet Group in Rieden

Die Iwis-Holding (Joh. Winklhofer Beteiligungs GmbH & Co. KG), München, hat die Unimet

Group, bestehend aus der Unimet GmbH (Rieden), Leukert GmbH (Kaufbeuren) und

Unimet Pty (Singapur), vorbehaltlich der Zustimmung der Kartellbehörden erworben. Die

Unimet Group wurde vor über 40 Jahren von Rudi Kolb (Bild) gegründet. Durch die Integration

der Unimet Group gewinnt Iwis weitere Fertigungskompetenzen und Ingenieur-

Know-how im Bereich der Elektrotechnik und der elektrischen Verbindungstechnik. Die

Unimet Group wird die Führungsgesellschaft der neuen Iwis-Division „Unimet Precision

Parts“. Ziel ist es, diese neue Division durch organisches und anorganisches Wachstum aus

Europa in die Welt zu führen. Die Geschäftsführung

der Unimet Group übernimmt Dr. Peter Kreisfeld,

CEO der Iwis Antriebssysteme. Dr. Frank Mitzschke

wird neben der Funktion des Geschäftsführers bei

der Iwis Antriebssysteme GmbH auch in die Geschäftsführung

der Iwis Antriebssysteme GmbH &

Co. KG berufen. Über den Kaufpreis wurde Stillschweigen

vereinbart.

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WÄLZ- UND GLEITLAGER I TITEL

Innovative Lagertechnik,

teilweise aus eigener Fertigung

Kugeldrehverbindungen: Qualität in kleinen und großen Dimensionen

Kugeldrehverbindungen von Rodriguez

zeichnen sich nicht nur durch ihre hohe

Leistungsfähigkeit aus, sondern auch

durch ihre Maße: Die Eschweiler

Antriebsexperten liefern eine große

Bandbreite mit Innendurchmessern von

30 mm bis zu einem Außendurchmesser

von bis zu 6 100 mm. Somit ist

sichergestellt, dass Anwender die

optimale Lösung für die jeweilige

Anwendung erhalten.

Höchstleistung auf kleinstem Raum bieten

die Miniatur-Kugeldrehverbindungen

von Rodriguez: Möglich sind Innendurchmesser

ab 30 mm sowie eine Bauhöhe

von 6,5 mm. Die Lager sind als

unverzahnte, außenverzahnte und innenverzahnte

Ausführungen erhältlich, wobei

die Kunden zwischen verschiedenen Verzahnungen

in Modul- oder Zahnriemenausführung

wählen können. Die Komponenten

zeichnen sich durch einen kleinen

Querschnitt aus und sind nicht nur besonders

kompakt und leicht, sondern auch

leistungsfähig. Dank dieser Eigenschaften

bewähren sich die Miniatur-Kugeldrehverbindungen

in zahlreichen Branchen wie

z. B. der Halbleiterfertigung, der Optik, der

Medizintechnik, der Messtechnik und der

Automatisierung. Rodriguez stellt die kompakten

Lösungen als kundenspezifische

Sonderausführungen in den eigenen Produktionsstätten

her; einige Modelle sind

aber auch ab Lager verfügbar.

Die Miniatur-Kugeldrehverbindungen

bestehen aus nichtrostenden martensitischen

Legierungen, wobei Rodriguez die

Lager gemäß den individuellen Anforderungen

der Kunden fertigt – möglich sind

Ein Anwendungsbeispiel für Kugeldrehverbindungen

ist eine groß dimensionierte

kundenspezifische Rohrschweißanlage, wie

sie z. B. im Offshore-Bereich in der Rohrvorfertigung

eingesetzt wird. Mit der Anlage

ist es möglich, auch große Rohre mit unterschiedlichen

Formstücken wie z. B. Redunicht

nur Modifikationen bei den Werkstoffen,

sondern auch bezüglich Bohrbild,

Dichtung und Kontur der Ringe. Auch korrosionsgeschützte

Ausführungen sind lieferbar.

Durch die Integration bestimmter

Funktionen im Lager – wie z. B. Nuten mit

Steuerfunktionen oder auch Halterungen

und Laschen – lässt sich die Anzahl von

Bauteilen reduzieren. Dadurch verringern

sich Schnittstellen, was wiederum Fehler

verhindert und zu einer höheren Systemgenauigkeit

beiträgt. „Generell lassen sich

unsere Miniatur-Kugeldrehverbindungen

einfach und somit kosteneffizient montieren“,

weiß Nicole Dahlen, Director Marketing

& Sales bei der Rodriguez GmbH.

Präzision mit großen

Durch messern und Bohrungen

Kugel- und Rollendrehverbindungen gehören

schon lange zum Sortiment von

Rodriguez. Diese Lösungen zeichnen sich

durch ihren großen Durchmesser und

große Bohrungen bei geringem Querschnitt

aus. Sie sind speziell für axiale, radiale sowie

kombinierte axiale und radiale Belastungen

konzipiert und haben einen Boh­

rungsdurchmesser von mindestens 50 mm

bis 6 100 mm. Diese Lager sind in verschiedenen

Wälzkörperkonfigurationen mit

Innen- oder Außenverzahnung sowie auch

ohne Verzahnung lieferbar. Korrosionsgeschützte

Kugeldrehverbindungen oder

kundenspezifische Sonderausführungen

nach Maß liefert Rodriguez jederzeit kurzfristig.

Dank neuer Konstruktionskonzepte

und verbesserter Herstellungsverfahren

können Konstrukteure mit den Kugeldrehverbindungen

neue Ideen und Lösungsansätze

entwickeln. Die Komponenten sind

einfach zu montieren und besonders für

hochpräzise Anwendungen geeignet – z. B.

in der Luftfahrtindustrie oder im Sondermaschinenbau.

Zuverlässige Rotation im

Anlagenbau

8 antriebstechnik 7/2018


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antriebstechnik 7/2018 9


WÄLZ- UND GLEITLAGER I TITEL

01 02

03 04

01 Kugeldrehverbindungen

sind dann gefragt,

wenn es gilt, große

Kippmomente

abzustützen

02 Die Miniatur-

Kugeldrehverbindungen

überzeugen mit einem

kleinen Querschnitt und

sind kompakt und leicht

03 Die Komponenten

sind einfach zu montieren

und besonders für

hochpräzise Anwendungen

geeignet

04 Die Anlagen sind

zuverlässig und langlebig

konstruiert

zierungen, T-Stücke, Bögen oder Flansche

zu verschweißen. Rodriguez beriet den

Kunden bei der Auswahl und Auslegung

aller Komponenten und lieferte ihm Kugelrollen,

Profilschienenführungen inkl. Präzisionslaufwagen

sowie Kugeldrehverbindungen.

Die Komponenten sorgen in der

Anlage dafür, dass sich die Rohre in unterschiedliche

Achsrichtungen bewegen und

drehen lassen. Dabei war eine Kugeldrehverbindung

von Rodriguez mit einem

Außendurchmesser von 329 mm für eine

Rotationsbewegung von mehreren Tonnen

verantwortlich.

Auch in extremen

Einsatzbedingungen

Kugeldrehverbindungen sind auch gefragt,

wenn es gilt, große Kippmomente abzustützen

oder wenn die jeweilige Konstruktion

große Lagerdurchmesser erfordert – das ist

z. B. bei der Anwendung in Krananlagen

oder Gangways der Fall. So bewähren sich

zweireihige Kugeldrehverbindungen von

Rodriguez u. a. in Offshore-Gangways eines

renommierten Herstellers, wo sie für die

flexible Bewegung um die rotative Achse

sorgen. Die Lager müssen bei einem solchen

Einsatz enormen Anforderungen

standhalten: Tiefste Temperaturen durch

den Einsatz in arktischen Gewässern, eine

korrosive Salzwasserumgebung und enorme

Kippmomente bei ausgefahrener Gangway

fordern alles von den Kugeldrehverbindungen.

Die erforderliche Baugröße wurde auf

die Anforderungen des Kunden zugeschnitten:

Die außenverzahnten Kugeldrehverbindungen

aus einem CrMo-legierten Vergütungsstahl

(42CrMo4V) haben einen

Außendurchmesser von 3 600 mm, einen

Innendurchmesser von 3 180 mm und eine

Gesamthöhe von 185 mm. Zum Vergleich:

Kugeldrehverbindungen für Standardanwendungen

liegen bei einem Außendurchmesser

von ca. 1 600 mm.

Große Dimensionen aus

individueller Fertigung

„Das bislang größte Großwälzlager der

Firmengeschichte haben wir aber für eine

Anwendung im Bereich der Braunkohleförderung

realisiert“, so Dahlen. Konkret

handelt es sich um einen Absetzer, der aus

einem Hauptgerät und einem Stützwagen

besteht, die über eine Bandbrücke miteinander

verbunden sind. Diese gewaltigen

Anlagen sind robust und langlebig

konstruiert – wenn aber doch einmal eine

Komponente ausgetauscht werden muss,

stellt das schon aufgrund der großen Dimensionen

eine Herausforderung dar. In

diesem Fall wurde eine 2 900 kg schwere

Doppel-Axial-Kugeldrehverbindung mit

den Maßen 3 990 × 3 600 × 215 mm benötigt.

Diese Komponente übernimmt die

Verlagerung von der Bandbrücke zum

Stützwagen und gleicht hier die unterschiedlichen

Fahr bewegungen des Hauptgerätes

aus.

Individuell gefertigte Kugel- und Rollendrehverbindungen

werden in Eschweiler

häufig nachgefragt – wenn auch weniger

häufig in diesen Dimensionen. An solchen

maßgeschneiderten Lösungen führt u. a.

dann kein Weg vorbei, wenn wie beim vorliegenden

Anwendungsfall die ursprünglich

in einer Maschine verbauten Lösungen

nicht mehr als Standardprodukt auf dem

Markt verfügbar sind. In vielen Anwendungen

kommen Standardlager jedoch von

vornherein nicht infrage – sei es aus konstruktiven

oder wirtschaftlichen Erwägungen.

„In jedem Fall finden wir in enger

Abstimmung mit dem jeweiligen Kunden

die passende Lösung – ganz egal, ob diese

besonders klein oder extrem groß ausfallen

muss“, resümiert Dahlen.

Fotos: 03: Fotolia (z3zo); 04: R A Rodriguez (UK) Ltd

www.rodriguez.de

10 antriebstechnik 7/2018


COOLE

INNOWATION

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

www.mulco.de


WÄLZ- UND GLEITLAGER

Pendelkugellager für unterschiedliche

Einbausituationen

Die anwendungsspezifischen

Pendelkugellagerlösungen von

Knapp Wälzlagertechnik werden

auf die jeweilige Einbausituation

des Kunden angepasst. Optional

erhältlich sind somit Pendelkugellager

mit zylindrischem

und verbreitetem Innenring und

Pendelkugellager mit kegeliger Bohrung (Kegel 1:12) sowie mit

Spannhülsensatz. Weitere Varianten sind Pendelkugellager mit

zweilippiger, integrierter armierter Abdichtung in NBR (alternativ

in ACM, FPM), Kugelkäfig-Ausführungen sowie Kunststoffkäfige

aus PA6.6GF. Weitere Kunststoff-Hochleistungswerkstoffe wie PPS

oder PEEK oder duroplastisches Hartgewebe sind möglich.

www.knapp-waelzlagertechnik.de

Wälzlager mit

PTFE-Käfig

Die Künemund Gruppe hat

sich u. a. auf Wälzlagerungen

in Hochvakuum-Anwendungen

spezialisiert. Für PVD-

Anlagen mit höchsten Reinheitsanforderungen bietet das Unternehmen

bspw. Wälzlager aus nichtrostenden Stählen, Keramikkugeln

und Käfigen aus PEEK oder PTFE an. PTFE verfügt über

sehr gute Gleiteigenschaften und ist chemisch besonders stabil.

Der Materialtransfer vom Käfig auf die Wälzkörper und Laufbahnen

ist minimal und reduziert die Reibung. Die PTFE-Käfige werden

bei Künemund zerspanend hergestellt. So sind kundenspezifische

Käfige bzw. Wälzlager in kleinen und mittleren Stückzahlen ohne

hohe Kosten für Spritzwerkzeuge herstellbar. Auch Muster können

in kurzer Zeit geliefert werden.

www.kuenemund.de

Werkstoff für clevere Gleitlagerbauformen

Für sichere, schmierfreie Lagerungen bietet Igus Clips- und Umbördellager an. Sie werden vor allem

in Blechdurchführungen eingesetzt. Bei der Montage wird das geschlitzte Gleitlager mit dem kleineren

der beiden Bünde durch die Bohrung geführt und dann eingeclipst. Eine andere Möglichkeit sind Lager,

bei denen im Anschluss an die Einführung in die Bohrung der zweite Bund durch Umbördeln entsteht.

Damit diese hohen Kantenlasten auch unter extremen Bedingungen standhalten, hat Igus Iglidur K230

entwickelt. Der Tribo-Kunststoff ist hochelastisch, resistent gegen Chemikalien und nimmt Feuchtigkeit

nur in sehr geringen Mengen auf. Ein Einsatz in Anwendungen mit feuchter Umgebung ist also

möglich, ebenso bei hohen Temperaturen bis zu 130 °C.

www.igus.de

IMPRESSUM

erscheint 2018 im 57. Jahrgang, ISSN 0722-8546

Redaktion

Chefredakteur: Dipl.-Ing. (FH) Dirk Schaar,

Tel.: 06131/992-345, E-Mail: d.schaar@vfmz.de

(verantwortlich für den redaktionellen Inhalt)

Stv. Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke,

Tel.: 06131/992-350, E-Mail: n.steinicke@vfmz.de

Redakteurinnen: Dipl.-Medienwirtin (FH) Marie Krueger,

Tel.: 06131/992-359, E-Mail: m.krueger@vfmz.de,

Alexandra Pisek M.A., Tel.: 06131/992-266,

E-Mail: a.pisek@vfmz.de

Redaktionsassistenz: Angelina Haas,

Tel.: 06131/992-361, E-Mail: a.haas@vfmz.de,

Doris Buchenau, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter

(Redaktionsadresse siehe Verlag)

Gestaltung

Anette Fröder, Anna Schätzlein, Sonja Schirmer,

Mario Wüst

Chef vom Dienst

Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer

Anzeigen

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E-Mail: o.jennen@vfmz.de

Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206,

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12 antriebstechnik 7/2018


GATES.

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Auch wenn es läuft, mit uns läuft es noch besser. Mit unseren Industrieriemen und

Kraftübertragungslösungen bleiben weltweit führende Unternehmen der Konkurrenz immer einen

Schritt voraus, ob im Maschinen- und Anlagenbau, im Bergbau oder in zahllosen anderen Branchen.

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KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Der nächste

Stopp

kommt

bestimmt

Bremsanlagen mit einer

Leistung von zehn Millionen

Newtonmeter

Das kontrollierte Abbremsen von Lasten im Schwermaschinenbau kann Bremsen

erfordern, die Bremsmomente im Größenbereich von Millionen Newtonmeter

erzeugen. Tony George, Produktmanager bei Twiflex, erläutert, wie diese riesigen

Anlagen konstruiert sind.

Bei dem anhaltenden Streben nach besserer

Wirtschaftlichkeit in allen Marktbereichen

und Industriezweigen haben die

Forderungen nach höheren Produktionsraten,

größeren Lasten und schnelleren

Geschwindigkeiten Folgewirkungen auf die

Konstruktion von Maschinen und Geräten

und die dazugehörigen Sicherheitssysteme,

einschließlich Bremsen.

Im Bergbau zum Beispiel können Fördermaschinen,

die für den vertikalen

Transport von Personen und Material

über Tausende von Metern eingesetzt

werden, Bremsanlagen mit einer Leistung

von zehn Millionen Newtonmeter oder

mehr erfordern. Ein Projekt aus jüngerer

Zeit für eine Doppeltrommelförderanlage

in einer Kupfermine in Sambia benötigte

eine Bremslösung zum Feststellen/Halten

und für Not-Stopps für eine Nutzlast von

47,5 Tonnen.

Twiflex lieferte Bremszangen, die von der

bestehenden VMS3-SPS-Einheit abgeleitet

waren, mit einer vergrößerten Belagfläche

zur Aufnahme der höheren thermischen

Lasten, die während dem dynamischen

Bremsen entstehen. Die Bremsen wirken

auf zwei Bremsscheiben mit einem Durchmesser

von je 6,8 m und erzeugen ein

Bremsmoment von 12,2 MNm.

Die größten Bremsen finden sich an

anderer Stelle im Bergbau. Für Zerkleinerungsmühlen,

die die Stückgröße von Erz

zur anschließenden Weiterverarbeitung im

Brecher zerkleinern, werden Bremsen benötigt,

die mehrere wichtige Funktionen erfüllen.

Sie werden zum Anhalten der Mühle

für Wartungszwecke, zum Stoppen der Drehung

bei Stromausfall und für den Tippbetrieb

zum Erreichen einer neutralen

Lage von unwuchtigen Lasten benötigt. Die

größten getriebelosen Mühlen verfügen

über Bremsscheiben, die einen Durchmesser

von mehr als 12 m besitzen. In derartigen

Anwendungen kann der typische Liefer-

14 antriebstechnik 7/2018


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

umfang sechs oder acht der größten VMS-

DP-Bremszangen enthalten, die Bremsmomente

von über 50 MNm erzeugen.

Zu berücksichtigende

Konstruk tionsfaktoren

Die am häufigsten verwendeten Bremsen

im Schwermaschinenbau sind federbetätigte,

hydraulisch gelüftete Ausführungen,

die die Last bei einem Stromausfall oder

Hydraulikdruckverlust halten können. Die

von jeder Bremszange erzeugte Bremskraft

– die tangential auf die Scheibe wirkende

Kraft – hängt von dem Federpaket ab,

dass die Klemmkraft erzeugt und dem Reibmaterial,

das auf der Bremsscheibe reibt.

Das Gesamtmoment der Bremse wird von

der Bremskraft je Bremszange, der Zahl

der eingesetzten Bremszangen und dem

Durchmesser der Bremsscheibe bestimmt.

Infolgedessen können die spezifischen

Drehmomentanforderungen einer beliebigen

Anwendung gewöhnlich auf verschiedene

Arten erfüllt werden. Bei Herstellern

wie Twiflex ist eine zentrale Aufgabe der Anwendungstechniker

die Zusammenarbeit

mit ihren Kunden, um ihnen eine optimale

Lösung anzubieten. Gemeint ist ein Ergebnis,

welches den technischen Anforderungen

der Anwendung gerecht wird und dabei

die Umgebung am Einsatzort – einschließlich

räumlichen Beschränkungen und Arbeitsbedingungen

– berücksichtigt und in

die der komplette Lebenszyklus der Anlage,

einschließlich Installation, Inbetriebnahme,

Betrieb und Instandhaltung, einbezogen ist.

Bei einer hohen Lastspielzahl kann die

häufige Betätigung der Bremse die Lebenserwartung

der die Klemmkraft erzeugenden

Federn beeinträchtigen. In diesen

Anwendungen muss die Dauerfestigkeit

dieser Feder unter Berücksichtigung der erwarteten

Betätigungen berechnet werden.

Außerdem muss die Notwendigkeit einer

hohen Dauerfestigkeit mit der Größe des

resultierenden Federmoduls in Einklang

gebracht werden.

Ferner beeinflussen extreme Betriebstemperaturen

die Wahl der in der Bremse

verwendeten Werkstoffe. Twiflex-Bremsen

werden i. d. R. aus einem duktilen Gusseisen

hergestellt, das sich für dynamisches

Bremsen bei Temperaturen bis – 20 °C eignet.

Niedertemperatur-Materialgüten ermöglichen

die Herstellung und Auslegung

von Bremsen für den Einsatz in Betriebstemperaturen

bis – 40 °C, falls die Anwendung

dies erfordert.

Die Vorteile eines

modularen Systems

Einige spezifische Anwendungen können

zwar die Entwicklung einer neuen Bremszangenkonstruktion

verlangen, die meisten

Bremsanlagen stützen sich aber auf Kombinationen

serienmäßiger modularer Komponenten.

Für den Endanwender bietet dieses

modulare System Vorteile: Verein fachung

des Planungs- und Konstruktionsprozesses,

Einschränkung der Einkaufskosten und Gewährleistung

der Verfügbarkeit von Teilen

und Kundendienst während einer möglichen

Lebensdauer von weit über zehn Jahren.

Montage, Einstellung und Instandhaltung,

einschließlich Bremsbelagwechsel,

aller modularen Bremsen von Twiflex ist

mit normalen Handwerkzeugen und

ohne Demontage der Bremszange

möglich. Oft schließt das Gewicht der

Brems zange ihren Ausbau schon von

vorn herein aus. Zum Beispiel wiegt

die VMS-DP fast 1 900 kg pro Bremse.

Die Modularität bedeutet, dass eine

Demontage der kompletten Konstruktion

selten erforderlich ist, da

Teile oder Baugruppen einfach gehandhabt

werden.

Das neueste Modell in der Bau -

reihe der modularen Bremsen ist die

Bremszange des Typs VSD, die vor kurzem

auf den Markt gebracht wurde. Diese

Einheit ersetzt die bewährte Bremszange

„VS“ von Twiflex, die schon seit mehreren

Jahrzehnten im Schwermaschinenbau

weltweit im Einsatz ist. Die VSD folgt dem

Entwurfskonzept der kleineren VKSD-

Bremse und füllt die Lücke im Bremskraftbereich

zwischen dieser und der größeren

VMS-Einheit. Die VSD basiert auf einer

Zweimodul-Konstruktion mit geteilter

Bremszange. Das Produkt ist für den Einsatz

mit jeder Bremsscheibendicke ab

25 mm ausgelegt. Im Gegensatz zur VS ist

die VSD auch als Schwimmsattel erhältlich

– ein einzelnes Federmodul und eine

„Gegen-Hälfte“, die sich – an einer speziellen

Halterung montiert – bei axialem Versatz

der Bremsscheibe mitbewegen kann.

Die VSD besitzt ferner die von Twiflex

entwickelte „Parked-off”-Funktion. Der

„Parked-off“-Zustand ist eine einzigartige

Funktion für die Instandhaltung der Bremse.

In diesem Zustand sind die Bremsbeläge

komplett zurückgezogen und der Hydraulikdruck

kann auf null abgesenkt werden.

Gleichzeitig befinden sich die Federn auf

ihrer freien Länge. In diesem Zustand ist

01 Anwendungen im Schwermaschinenbau

können Bremsen erfordern, die Bremsmomente

im Größenbereich von Millionen

Newtonmeter erzeugen müssen

das Einstellen, Justieren und Instandhalten

der Bremse gefahrlos, da in der Bremszange

keine potenzielle Energie verbleibt.

Erfahrene Zulieferer-

Partnerschaft

Mit über 70 Jahren Erfahrung auf dem Gebiet

der Industriebremsen verfügt Twiflex

über Fachwissen und Kapazitäten zur

Unterstützung von Kunden bei komplexen

Projekten. Die Anwendungstechniker von

Twiflex entwickeln Bremslösungen vom

Konzept bis hin zu detaillierten Konstruktions-

und Leistungsberechnungen. Aufgrund

eines umfangreichen Produktangebots

und entsprechenden Fertigungskapazitäten

können diese Lösungen nach hohen

Qualitätsmaßstäben realisiert werden. Als

Teil der Altra Industrial Motion Corporation

hat Twiflex darüber hinaus die globale Präsenz,

um Installation, Inbetriebnahme und

Instandhaltung weltweit zu bewältigen.

Fotos: Altra Industrial Motion

www.altramotion.com

02 Das Gesamtdrehmoment

der

Bremse wird von

der Bremskraft je

Bremszange, der

Zahl der eingesetzten

Bremszangen und

dem Durchmesser der

Bremsscheibe bestimmt

antriebstechnik 7/2018 15


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Mit dem Antrieb fest verbunden

Kombination von Kupplungen und Spannsätzen sorgen für hohe Präzision in Maschinen

Kupplungen und Spannsätze

sorgen für eine kraftschlüssige

Verbindung zwischen

Linearsystemen und ihren

Antrieben. Die Firma Getotec –

Konstrukteur und Hersteller von

Linear- und Rotationsmodulen

sowie Linearsystemen und

-komponenten – greift dazu auf die

Produkte von KBK Antriebstechnik

zurück. Lesen Sie mehr.

PFS-Präzisionsschlitten von Getotec sind

universell einsetzbare kompakte Module

zur Erfüllung aller Positionieraufgaben im

Handlingbereich und im Maschinenbau.

Auf Wunsch des Anwenders stellen die

Lineartechnikspezialisten aus München

diese Spindelachsen auch mit Motor zur

Verfügung. Dieser kann je nach bauseitiger

Anforderung gerade oder umgelenkt über

einen Zahnriemen an die Achse angebunden

werden. „Für die gerade Motoranbindung

nutzen wir spielfreie Elastomerkupplungen

vom Typ KBE2 und für die

umgelenkte Anbindung Spannsätze vom

Typ KBS61 – beide von KBK“, erklärt Getotec-Geschäftsführer

Mario Geyer. Dabei

werde für die gerade Motoranbindung eine

Kupplung benötigt. Für die Umlenkung

seien dagegen zwei Spannsätze erforderlich.

„Einer klemmt das Zahnriemenrad an

der Spindel, der andere das am Motor.

Bei der Auswahl der Verbindungselemente

musste die Qualität stimmen“, ergänzt

Geyer. Die Vorgabe für die einzuhaltende

Toleranz lag seitens Getotec bei H7.

Thomas Walzel ist Vertriebsmitarbeiter bei KBK

Antriebstechnik GmbH in Klingenberg a. M.

Geringe Fluchtungsfehler

ausgleichen

Bei Antriebswellen oder Drehmomentaufnehmern

treten im Betrieb Schwingungen

und Stöße auf. Elastomerkupplungen neutralisieren

diese effektiv. Dabei sorgt ein

Zahnkranz aus Polyurethan zwischen den

Kupplungsnaben aus Aluminium für die

dämpfenden Eigenschaften. KBK bietet die

Zahnkränze in verschiedenen Shorehärten

an: Bei geringen Schwingungen oder leichten

Stößen kommt ein Elastomerkranz mit

gering dämpfenden Eigenschaften und

hoher Torsionssteife zum Einsatz, bei stark

schwingenden Systemen oder starken Stößen

ein Kranz mit hohem Dämpfungsgrad

und niedriger Torsionssteife. Im Fall des von

Getotec eingesetzten Kupplungstyps KBE2

liegen die Shorehärten bei 92 Sh A für Kupplungen

mit Außendurchmessern bis 20 mm

und 98 Sh A für Kupplungen ab einem

Außendurchmesser von 30 mm. „Durch den

Austausch der Kupplungssterne lassen sich

die Eigenschaften der Kupplungen je nach

Anforderung modifizieren“, erklärt Sven

Karpstein, Verkaufsleiter bei KBK. Die axiale

Steckbarkeit des Kupplungstyps und die

Variantenvielfalt der Nabenausführungen

erleichtern die Installation/Deinstallation

der einzelnen Verbindungselemente. Zur

Wahl stehen dabei Klemmnaben, Außenspannringe

oder seitliche Madenschrauben.

Wie bei den meisten anderen Kupplungstypen

ist die Klemmnabenausführung die

beliebteste Form, da sie eine einfache und

schnelle Montage/Demontage erlaubt, ohne

Spuren auf den Wellen zu hinterlassen. Die

spielfreien Elastomerkupplungen der Baureihe

KBE2 für Wellendurchmesser von 2 bis

55 mm verfügen über diese Klemmnaben

und sind für Drehmomente zwischen 0,5 bis

525 Nm geeignet. Sie zeichnen sich durch ein

reduziertes Verschleißverhalten und Drehzahlen

bis 30 000 min aus. Die Bohrungstoleranz

beträgt in jedem Fall H7. Die Kupplungen

sind verschleiß- und wartungsfrei sowie

lebensdauerfest. Eine Platz sparende Bauweise

sowie minimale Masse und Massenmomente

bei hoher Beständigkeit gegen

Umgebungseinflüsse und Temperaturen sind

weitere Vorteile der Verbindungselemente.

Aufgrund ihrer Bauform wirken Elastomerkupplungen

elektrisch isolierend. Sie

können zusätzlich zu Stößen und Schwingungen

auch geringe Fluchtungsfehler in

axialer, radialer und angularer Richtung

ausgleichen. Bei größeren Fluchtungsfehlern

sollten jedoch Metallbalgkupplungen

bevorzugt werden.

Für hohe Stoßbelastungen

geeignet

Sachgerecht montiert garantieren selbstzentrierende

Spannsätze aufgrund ihrer

gleichmäßigen radialen Pressung gute

Rundlaufeigenschaften. Sie eliminieren

Nachteile wie Kerbwirkungen oder Passungsrost,

wie sie bei der Verwendung von

16 antriebstechnik 7/2018


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

01 Die Spannsätze weisen ein

kompakteres Verhältnis von

Innen- zu Außendurchmesser auf als

herkömmliche Spannsätze

02 Die spielfreien Elastomerkupplungen

zeichnen sich durch ein reduziertes

Verschleißverhalten und Drehzahlen

bis 30 000/min aus

03 Bei PFS-Präzisionsschlitten mit

umgelenkter Motoranbindung kommen zwei

Spannsätze zum Einsatz – einer am Zahnriemenrad

an der Spindel, der andere am Motor

Passfederverbindungen auftreten können.

Das prädestiniert sie für Anwendungen, in

denen höchste Präzision gefordert ist, z. B.

in Werkzeugmaschinen, und solche mit

großen Schwingungs- und Stoßbelastungen

wie sie u. a. bei Schienenlaufrädern eines

Krans auftreten. Sie überzeugen aber auch

bei anderen Applikationen wie bei der umgelenkten

Antriebsanbindung in den PFS-

Präzisionsschlitten von Getotec.

Die hier verwendete Spannsatz-Baureihe

vom Typ KBS61 weist ein kompakteres Verhältnis

von Innen- zu Außendurchmesser

auf als herkömmliche Innenspannsätze. Die

Spannsätze dieser Serie zeichnen sich durch

ihren großen Spannbereich, die gute Zentrierfähigkeit

und einen optimalen Rundlauf aus.

KBK bietet sie ab Wellendurchmesser von

fünf Millimetern und für einen Drehmomentbereich

von 6 bis 1 900 Nm. Damit ist

diese Serie optimal auf die Anforderungen

der Lineartechnik, wie sie z. B. in Verpackungsmaschinen

eingesetzt wird, ausgelegt.

„Spannsätze werden nach vorhandenem

Platz und den jeweiligen Anforderungen

an Kraft- und Drehmomentübertragung

sowie auftre tende Axialkräfte ausgewählt. Jeder

Kon strukteur entscheidet da individuell“,

erklärt Karpstein. Umso wichtiger sei es für

den Konstrukteur, auf eine breite Palette an

Welle-Nabe-Verbindungen zurückzugreifen.

Das Klingenberger Unternehmen deckt mit

seinem Angebot an Spannsätzen, Schrumpfscheiben

und Spannelementen alle Standards

bei Innen- und Außenspannsätzen ab

und geht sogar noch darüber hinaus. Dabei

ergeben sich viele neue Produkte aus der

engen Zusammenarbeit mit den Anwendern.

Neben Kupplungs- und Spannsatz-Sonderanfertigungen

bietet das Unternehmen

das komplette Engineering, also die Auslegung

und Berechnung der Spannsätze und

Kupplungen mit an. Es berät die Anwender

bei der Auswahl der richtigen Antriebselemente

für die jeweilige Anwendung und

stellt den Konstrukteuren die 3-D-CAD-Daten

online zur Verfügung. „In unserem Katalog

sind die Durchmesser zwar nach oben

hin begrenzt. Auf Anfrage fertigen wir jedoch

jedes gewünschte Maß. Wir bieten jeden

Spannsatz und jede Kupplung auch

chemisch vernickelt oder in der Edelstahlausführung

an – ideal für den Einsatz in der

Lebensmittel- und Abwassertechnik sowie

bei der Energiegewinnung aus Wasserkraft“,

erklärt Karpstein.

Fotos: KBK Antriebstechnik

www.kbk-antriebstechnik.de

SPINPLUS

AN LEICHTIGKEIT KAUM ZU ÜBERBIETEN

Leicht und schlank präsentiert sie sich

und ist die ideale Präzisionskupplung für

hochdynamische Anwendungen. Egal

ob präzise positioniert, bestückt oder

gemessen wird – das Leichtgewicht fühlt

sich überall zu Hause.

SCHMIDT-KUPPLUNG

GmbH


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Spielfreie Bremsen für hochpräzise

Anwendungen

Die pneumatisch

gelösten Bremsen der

Serie ZSE von Nexen

sind für den Einsatz

bei hohen Drehzahlen

und Drehmomenten

geeignet. So kommen

sie bei statischen

Anwendungen zum

Einsatz. Im Gegensatz

zu Bremsen, die zur Drehmomentübertragung Tellerfedern verwenden,

arbeiten sie bis zu 100 % des Nenn-Haltedrehmoments

spielfrei. Die Bremsen sind in den vier Baugrößen 450, 600, 800, 1000

verfügbar. Zu den Einsatzgebieten zählen z. B. Fördersysteme,

Roboterarme, Schwenktische, Indexiertische mit Positionierungsaufgaben

und Hohlwellenanbindungen. Erhältlich sind die Bremsen

in drei Standard-Bohrungsgrößen, können aber auch kundenspezifisch

angepasst werden. Die Modelle der Reihe ZSES sind zusätzlich

mit Sensoren ausgestattet und somit Industrie-4.0-kompatibel. Die

Sensoren erkennen den Freilaufstatus und die Innentemperatur

der Einheit, stellen Rückmeldungen sowie Daten zur Verfügung

und sorgen so für eine hohe Anlagensicherheit und -effizienz.

www.nexengroup.com

www.lineartechnik-korb.com

Bremszangen für den

Schwermaschinenbau

Das kontrollierte Bremsen von Lasten im Schwermaschinenbau

kann Bremsen erfordern, die Bremsmomente im Bereich von

Millionen Nm erzeugen. Die am häufigsten verwendeten Bremsen

sind hier federbetätigte,

hydraulisch gelüftete

Ausführungen, die die Last

auch bei Stromausfall oder

Hydraulikdruckverlust halten.

Bremsen von Twiflex werden

meist aus einem duktilen

Gusseisen hergestellt, das

sich für dynamisches Bremsen

bei Temperaturen bis – 20 °C

eignet. Niedertemperatur-

Materialgüten ermöglichen

die Herstellung und Auslegung

von Bremsen für den Einsatz in Betriebstemperaturen bis

– 40 °C. Die meisten Bremsanlagen können aus modularen

Komponenten gefertigt werden. Die jüngste modulare Bremse ist

die VSD. Sie basiert auf einer Zweimodul-Konstruktion mit geteilter

Bremszange und ist für den Einsatz mit jeder Bremsscheibendicke

ab 25 mm ausgelegt. Zudem ist sie ausgestattet mit der „Parked-off“-

Funktion für ein gefahrloses Einstellen, Justieren und Instandhalten.

www.twiflex.com/de

Flexible Wellenkupplungen

Misumi nimmt Präzisionskupplungen des Herstellers R+W

Antriebselemente in seinen One-Stop-Shop auf. Wellenkupplungen

übertragen die Kraft einer Antriebswelle auf eine angetriebene

Welle und sollen dabei hohe Drehmomente aufnehmen sowie

Wellenabweichungen eliminieren. Typische Schiefstellungen sind

der Winkel, die axiale Bewegung, der Versatz sowie die Kombination

aus Winkel und Versatz. Drehelastische Wellenkupplungen sind

in der Lage, auftretende Schwingungen oder Drehmomentstöße

wirkungsvoll zu dämpfen. Sie enthalten in der Regel eine Elastomer-

Komponente oder einen Metallbalg. Beide Ausführungen gewährleisten

eine hohe Festigkeit und Lebensdauer. Diese Kupplungen

eignen sich für alle Arten von Schiefstellungen bis zu 1° und können

beim Anfahren hohen Drehmomenten standhalten. Zudem sind

sie besonders torsionssteif und spielfrei.

www.misumi-europe.com

Von der Drehzahl unabhängig

Magnetpulver-Bremsen und -Kupplungen, deren Bremsmomente

einstellbar und die weitestgehend von der Drehzahl unabhängig

und bis zum Stillstand verfügbar sind, hat Kern Antriebstechnik

entwickelt. Sie haben eine gleichmäßige Momententfaltung und

sind frei von Cogging. Drehmomente sind reproduzierbar und fein

einzustellen. Im Luftspalt zwischen Rotor und Stator befindet sich

das Magnetpulver. Durch Strom in der Spule wird im Stator ein

Magnetfeld erzeugt und so das Magnetpulver ausgerichtet. Zwischen

Rotor und Stator entsteht ein Bremsmoment. Die Kräfte

sind abhängig vom Spulenstrom. Die Bremsen und

Kupplungen sind von 10 bis 50 Nm Bremsmoment

verfügbar. Die Komponenten

haben eine Hohlwelle, die in diversen

Bohrungen erhältlich ist.

www.kern-motion.com

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keine Kompromisse

mayr ® -Aufzugsbremsen –

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KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Kostenlose Beratung zu Kupplungen

Zur Auswahl der passenden Kupplung für die Antriebstechnik bietet R+W diverse

Hilfestellungen und kostenlose Beratung an. Der erste Schritt ist die Einteilung der

Kupplungen in zwei Hauptkategorien auf der Webseite: Präzisions- und Industriekupplungen.

Die Einsatzgebiete sind durch die Farbeinteilung in schwarz und weiß

ersichtlich und bieten einen ersten Ansatzpunkt bei der Auswahl. Auf der Seite ist

auch eine erste Beratung per Livechat möglich, bei dem der Innendienst Fragen

zu den Kupplungstypen beantwortet. Reicht das nicht aus, kann der technische

Vertrieb kontaktiert werden, der bei Detailfragen rund um die Auslegung der

Kupplung hilft. Sogar Sonderlösungen werden mit der hauseigenen Konstruktionsabteilung

in Abstimmung mit der Anlagenkonstruktion entwickelt. Zudem gibt es

noch zum einen die R+W-App zum Download unter www.rw-kupplungen.de/app

und zum anderen den CAD-Produkt-Konfigurator mit Direktanfragefunktion

unter www.cad.rw-kupplungen.de.

www.rw-kupplungen.de

Anzeigen2018_146x202+3mm-DerKonstrukteur,antriebstechnik_180413_Layout 1 08.05.18 13:50 Seite 2

Elastomerkupplungen

nach Wunsch

zusammenstellen

Elastomerkupplungen sind

steckbare, spielfreie und flexible

Wellenkupplungen. Das Verbindungs-

bzw. Ausgleichselement

besteht aus einem Kunststoffstern

mit evolventenförmigen

Zähnen und einer hohen

Shorehärte. Dieser elastische

Kupplungsstern wirkt elektrisch

isolierend und weist ein gutes

BREMSEN

hydraulisch • pneumatisch • elektrisch

0,5 - 325000 Nm

schwingungsdämpfendes

Verhalten auf. Er wird formschlüssig

und mit leichter

Vorspannung in zwei hochpräzise

gefertigte Naben mit

klauenförmigen Nocken

eingesetzt. Die Firma Jakob

Antriebstechnik hat diverse

Elastomerkupplungsvarianten

im Sortiment, die per Baukastensystem

nach Wunsch

zusammengestellt werden

können. Sonderanfertigungen

sind ebenfalls möglich. Die

Kupplung EKM kommt mit

beidseitig radialer Klemmnabe

als kompakte Standardbaureihe

und deckt Drehmomentbereiche

von 8 bis 2 000 Nm sowie Wellendurchmesser

von 8 bis 90 mm ab.

www.jakobantriebstechnik.de

www.ringspann.de

Ihr Nutzen ist unser Antrieb


LINEARTECHNIK

Vom stummen Arbeitstier zum

smarten Kommunikationspartner

Pneumatikzylinder kommunizieren bidirektional dank Positionssensor und IO-Link-Technologie

Pneumatikzylinder sind als schlichte Arbeitstiere weit verbreitet. Sie bewegen

Werkstücke, Maschinenteile und Roboterarme präzise und zuverlässig, tun dies aber

meistens stumm. In Zeiten fortschreitender Vernetzung und Automation reicht das

nicht mehr aus. Bidirektionale Kommunikationsfähigkeit ist gefragt. Deshalb bringen

immer mehr Hersteller verstärkt Intelligenz in ihre Pneumatikzylinder. Mit IO-Link-

Technologie und Positionserkennung an Bord avancieren sie zum smarten

Kommunikationspartner der SPS.

S

eit über 60 Jahren greifen und positionieren

pneumatische Aktoren Waren

und Werkstücke, oder bewegen Maschinenteile

und Roboterarme. In Zeiten der industriellen

Massenproduktion waren Präzision,

Taktfrequenz, Wiederholgenauigkeit und

Langlebigkeit die wichtigsten Kriterien.

Heute wird jedoch immer mehr Flexibilität

gefordert. Statt vollkommen identische

Arbeitsschritte tausendfach zu wiederholen,

geht es mehr und mehr darum,

Olaf Hagelstein ist Product Manager bei

SMC Deutschland in Egelsbach

schnell wechselnde Aufgaben flexibel zu

meistern. Pneumatikzylindern mit reiner

Endlagenerkennung sind hier Grenzen gesetzt:

Sie kennen nur einen Schaltpunkt.

Für wechselnde Aufgaben sind Rüstzeiten

erforderlich, um sie neu auszurichten. Das

kostet Zeit und ist ein Manko auf dem Weg,

die Kosten der Massenfertigung bis in

kleinste Stückzahlen hinein zu realisieren.

Intelligenz vor Ort

Deshalb sind Pneumatikzylinder auf dem

Vormarsch, die mit Positionssensor und IO-

Link-Technologie ausgestattet bidirektional

kommunizieren können. Rüstzeiten sind

hier weitgehend passé, flexibles Aufgabenmanagement

schnell umsetzbar. Positionssensoren

können dazu mehrere Schaltpunkte

verwalten, sodass auch komplexe

Arbeitsschritte einfach zu realisieren sind.

Solche komplexen Prozesse überwiegen

heute in der Praxis, etwa beim Greifen unterschiedlicher

Gebinde in unsortierter Folge,

beim Etikettieren unterschiedlicher Pakete

oder beim Punktschweißen mit unterschiedlicher

Lage und Anpresskraft. Die

ausführende Peripherie muss hier permanent

neue Aufgaben bewältigen. Ohne bidirektional

kommunikationsfähige Antriebe,

die flexibel und schnell die wechselnden

Koordinaten und Schaltpunkte umsetzen

und die ihrerseits permanent Informationen

über die aktuellen Positions- und Kraftwerte

20 antriebstechnik 7/2018


LINEARTECHNIK

an übergeordnete Feldbus-Systeme senden,

wären solche Aufgaben nicht lösbar.

Heutzutage sind Anwender nicht gezwungen,

ganze Systeme neu anzuschaffen,

um derart flexible Aufgaben zu meistern.

„Mit geeigneten Sensoren lassen sich vorhandene

Pneumatikzylinder nachrüsten“,

erklärt Olaf Hagelstein, Product Management

bei SMC Deutschland. Dazu wird sein

Unternehmen in Kürze eine Serie von Positionssensoren

vorstellen, die sich einfach in

der C-Nut montieren lassen. „Mit diesen

Positionssensoren können Kunden Pneumatikzylinder

von SMC aufrüsten. Sie werden

dadurch zu IO-Link-fähigen Aktoren

und Sensoren, die mehrere Schaltpunkte

verwalten können und jederzeit Informationen

über die Kolbenposition an übergeordnete

Systeme liefern.“

Berührungslos messen und

vorausschauend planen

Das Funktionsprinzip der Sensoren basiert

auf dem Hall-Effekt. Dabei erkennt der Zylindersensor

das Magnetfeld eines Permanentmagneten,

der als Ring im Kolben des

Zylinders sitzt. Abhängig von der Feldstärke

können verschiedene Schaltpunkte gesetzt

werden. Im Gegensatz zu den früher häufig

eingesetzten Reed-Kontakten arbeiten Hall-

Sensoren kontaktlos. Sie sind daher verschleißfrei

und langlebig.

Neben den Positionsdaten können

IO-Link-fähige Pneumatikzylinder noch

andere nützliche Informationen liefern,

z. B. die Anzahl der durchlaufenen Zyklen.

Damit wird es möglich, Wartungsintervalle

oder den notwendigen Austausch am

Lebensende der Zylinder vorausschauend

zu planen, bevor Maschinenausfälle die

Produktion lahmlegen.

Ein weiterer Trend geht in Richtung Platz

und Gewicht sparen. Gerade bei schnellen

Roboterbewegungen steht ein schlankes

Komponentendesign hoch im Kurs. Dazu

kommen andere Ideen, mit denen Hersteller

versuchen, den hochdynamischen

01

01 Das drahtlose Feldbussystem

EX600-Wireless bietet 127 Slaves pro

Master-Einheit und erfüllt Schutzart IP67

02 Dank des modularen Aufbaus lassen

sich bis zu vier IO-Link-Master schnell und

einfach in einer EX600-Plattform mit

Profinet-Schnittstelle verblocken

Anwendungen zu begegnen: Drahtlose

Feldbussysteme sind ein solches Beispiel.

Durch den Verzicht auf Kabelstränge erhöhen

sie die Bewegungsfreiheit von Rotationstischen

und Roboterarmen. Die Geräte

der Serie EX600-WEN von SMC können

z. B. bis zu 127 Slaves drahtlos in nur 0,25 s

über eine Entfernung von 10 m vollautomatisch

anbinden. Kommuniziert wird im

2,4-GHz-Frequenzbereich, sodass im industriellen

Umfeld kaum Störfrequenzen

zu befürchten sind.

Fit für die Zukunft

In der Vergangenheit haben Hersteller von

Ventilen, Reglern, Antrieben und Zylindern

konsequent die Vernetzungsmöglichkeiten

ausgebaut. Viele Komponenten der Top-

Anbieter unterstützen bereits alle weltweit

02

03 Die intelligenten

Sensoren können

Druckwerte, den

Status des Schaltausgangs

sowie

Diagnoseinformationen

und Fehlerwarnungen

über IO-Link

an übergeordnete

Feldbussysteme oder

eine SPS senden

03

gängigen Kommunikationsprotokolle wie

Profinet, EtherNet/IPTM, EtherCat, Powerlink,

DeviceNet, CANopen, AS-Interface

oder Profibus DP. Jetzt wird die Ausstattung

mit IO-Link-Schnittstellen gepusht, die eine

dynamische Parametrierung erlaubt. Das

große Plus dieser Technologie liegt in der

bidirektionalen Kommunikationsfähigkeit.

So können Maschinen- und Anlagensteuerungen

nicht nur die Sensoren und Aktoren

ansteuern, sondern erhalten von dort auch

Signale zurück. Aus den stummen Arbeitstieren

werden intelligente Kommunikationspartner,

mit denen sich komplexe Aufgaben

flexibel, schnell und kostengünstig

erledigen lassen.

Fotos: Aufmacher: Fotolia; sonst.: SMC Deutschland

www.smc.de

VSM Antriebstechnik GmbH

64347 Griesheim • 06155 797421-0 • info@vues.biz • www.vues.biz

mit maßgeschneiderten Antriebslösungen

kompakte Hohlwellen-

Linearaktoren bis 180 kN

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antriebstechnik 7/2018 21


LINEARTECHNIK

Linear-Portal-Elemente

aus dem Baukasten

Die Portal-Lineareinheiten der Baureihe HSB-gamma von HSB

Automation eignen sich für frei tragende Querträgerelemente. Im

Baukasten-System aufgebaut, ermöglichen sie viele individuelle

Lösungen. Berücksichtigt werden dabei Profilgeometrie, Last-

aufnahme über die Führungssysteme und ausgewählte Antriebselemente.

Durch die Modulbauweise ist eine schnelle Konstruktionsdarstellung

der Modulverbindung möglich. Vertikale und senkrechte

Modulanordnungen sind mit wenigen Konstruktionsschritten

sofort darstellbar. Die Basis, wie bei allen HSB-Baureihen, sind die

eigens konstruierten Profilgrößen 90, 120, 160, 220 und 280 – ein

geschlossenes Alu-Strangpressprofil, bei dem die Kräfte und Lastmomente

gezielt aufgenommen und zum Maschinengestell weitergeleitet

werden. Das Antriebssystem aus Zahnstangen- und Zahnriemenantrieb

ermöglicht eine hohe Verfahrgenauigkeit bei guter

Wiederholgenauigkeit und langen Verfahrstrecken bei optimaler

Kraftübertragung.

www.hsb-automation.de

Alternative zu Hydraulik- und

Pneumatikzylindern

A-Drive hat sein Aktuatoren-

Sortiment erweitert: Hochdynamische

Miniatur-Linearaktuatoren

mit Direktantrieb,

günstige Stepper-Aktuatoren

mit Servo-Performance und

kraftvolle Exlar-Aktuatoren

sind umweltfreundliche

Alternativen zu Hydraulikund

Pneumatikzylindern.

Etwa die tubularen Linearmotoren

TBL in Kompaktausführung:

Durch den

magnetischen Geber wird

eine gute Regelbarkeit zur

Prozessverbesserung

erreicht. Die Closed-loop-

Stepper-Aktuatoren CLA von

Haydon Kerk bekommen

durch die Strom-Vektor-Regelung Eigenschaften eines Servoantriebs

mit Positions-, Drehzahl- und Momentenregelung. Mit

Kommunikationsschnittstellen wie CANopen und EtherCAT sind

sie geeignet für die Automatisierungstechnik. Die Exlar-Elektrozylinder

von Curtiss Wright mit Rollengewindetrieb zeichnen sich

durch besondere Kraftdichte und Dynamik aus. Mit der passenden

Software und Prozessreglern können sie auch als Komplettlösung

für Pressenanwendungen eingesetzt werden.

www.a-drive.de

Rollenführungen für mittleres

Belastungssegment

RK Rose+Krieger erweitert seine Baureihe der RK MonoLine-

Lineareinheiten für das mittlere Belastungssegment um eine

weitere Achsgröße. Damit ist die jüngste Rollenführung im

Portfolio in den Baugrößen 40, 80 und 120 erhältlich – jeweils

wahlweise mit geführtem Zahnriemenantrieb in der Variante „Z“

oder ohne Antrieb

als mitlaufende

Momentenunterstützung

in der

Variante „R“. Das

variable Anbaukonzept

der RK

MonoLine Z ist

für fast alle marktgängigen

Motoren

zu verwenden. Die

Position des Motors muss nicht mehr bei Bestellung festgelegt,

sondern kann nachträglich verändert werden. Der Anbau kann

sowohl über Klemmleisten als auch über nachträglich einlegbare

Nutensteine aus dem Blocan-Programm erfolgen. Die Profilnuten

senken den Konstruktionsaufwand zur Befestigung der Nutzlast

und erleichtern die kundenspezifische Einbindung. Die zahnriemengetriebene

Variante ist in der Baugröße 80 bis 4 100 N und

in der Baugröße 120 bis 9 400 N belastbar. Sie erreicht Verfahrgeschwindigkeiten

bis zu 10 m/s bei zulässigen Beschleunigungen

von max. 20 ms².

www.rk-rose-krieger.com

Roboterhandgelenk für

kartesische Systeme

Das Unternehmen IAI Industrieroboter stellt ein neues Roboterhandgelenk

für kartesische Robotersysteme vor. Damit will der

Spezialist für die druckluftlose elektrische Automatisierung ein

Produkt präsentieren, das im gesamten Automatisierungsmarkt

einmalig ist. Mit

diesem Roboterhandgelenk

kann nun bei

kartesischen Systemen

erstmals die gleiche

Flexibilität und alle

Freiheitsgrade geboten

werden, die bis dato

nur mit Knickarmrobotern

möglich

waren. Ein wesentlicher

Vorteil der

kartesischen Roboter ist bei vielen Anwendungen jedoch der sehr

viel kleinere Arbeitsraum im Vergleich zu den Knickarmrobotern.

Ausgestattet ist diese neuartige Handgelenkeinheit mit zwei

Gelenken. Das Kippgelenk für die Neigung deckt einen Arbeitskreis

von ± 100° ab, während das Drehgelenk für die Rotation um ± 360°

drehbar ist. Die beiden eingesetzten Schrittmotoren beschleunigen

diese Achsen dabei mit Geschwindigkeiten zwischen 750 und

1 200°/s. Die neue Produktserie startet mit zwei Varianten, die

jeweils 1 und 2 kg Nutzlast bewegen können und demnach auf die

Kleinteilefertigung zielen.

www.iai-gmbh.de

22 antriebstechnik 7/2018


LINEARTECHNIK

Transfersysteme für viele Anforderungen

Für den hochdynamischen Transport und die exakte Positionierung von

Materialien und Werkstücken bietet das Unternehmen Bosch Rexroth linearmotorische

Transfersysteme an. Ein schnell einsetzbares System für Kurztaktanwendungen

einerseits ist der ActiveMover. Wenn andererseits hohe Freiheitsgrade

in der Auslegung und Programmierung gefragt sind, bietet sich das

flexible Transportsystem FTS aus dem Baukasten an. ActiveMover findet dort

Anwendung, wo Produkte besonders schnell und präzise transportiert werden

müssen – von der Automotive- oder Healthcare-Branche über die Elektronikfertigung

bis hin zu Sauber- und Reinraumanwendungen. FTS lässt sich frei in

Anlagen und Maschinen integrieren. Der Anwender hat die volle Flexibilität,

sowohl was die Auswahl an Motoren und Antrieben betrifft als auch in der

Programmierung individueller und synchronisierter Bewegungen. Mit einem

berührungslosen Antrieb lässt sich das intelligente System an viele Fertigungsbedingungen

anpassen.

www.boschrexroth.com

Lean Production jetzt

noch schlanker

Für die Low-Cost-Automation

müssen Schlitten und Rollenwagen

robust und gleichzeitig

leicht beweglich sein. Dafür hat

Item die kugelgelagerte Rolle

D30/D6-16 T1 und die farbigen

Gleitleisten D30 für den Lean-

Production-Systembaukasten

entwickelt. Die Rolle ist hoch

DIE KUPPLUNG.

FÜR DIE WELT DER

PRÄZISION

belastbar, arbeitet reibungsarm

und ist auch beim Transport von

schweren Lasten beweglich.

Die Reibung der zylindrischen

Rollen verändert sich unter

Belastung nur geringfügig. Zur

übersichtlichen Gestaltung von

Gestellen und Transportstrecken

gibt es die Gleitleisten D30 in

sieben Farben. Sie lassen sich

einfach auf Profilrohre aufrasten

und sind demzufolge leicht

austauschbar. Auf der einen Seite

dienen sie als Profilschutz, auf

der anderen Seite erleichtert die

farbliche Kennzeichnung die

optische Unterscheidung von

Behälterinhalten oder Arbeitsvorgängen.

So sieht der

Mitarbeiter bspw. sofort, in

welchem Transportwagen

Ausschuss und in welchem fertige

Produkte gelagert sind.

www.item24.de

Sicherheitskupplungen

Metallbalgkupplungen

Elastomerkupplungen

RW-KUPPLUNGEN.DE


STEUERN UND AUTOMATISIEREN

Smarte Antriebstechnik

Aurelius Wosylus ist

Country und Sales

Director bei Sigfox

Deutschland in München

Funknetz optimiert vorausschauende Instandhaltung

Mit Sigfox befindet sich derzeit weltweit ein Funknetz im Aufbau,

das speziell für IIoT-Geräte wie Motoren gemacht ist, um sie an

Instandhaltungs-Clouds anzubinden. Was können Motor- und

Antriebshersteller sowie Maschinen- und Anlagenbauer davon erwarten?

scheidend ist, ist aber nicht der einzige Vorteil

des neuen Netzes. Auch der Energieverbrauch

ist beim Sigfox LPWAN geringer.

Zum Verbindungsaufbau ist nämlich kein

Handshake zwischen einem Funkmast und

dem Gerät erforderlich. Es kann einfach

ohne diesen seine Daten versenden und

das Netz hört – ähnlich wie ein Radioteleskop

– kontinuierlich mit. Außerdem erhebt

der Netzbetreiber keine Nutzungsentgelte

vom Endanwender. Der Gerätehersteller

zahlt die gewünschten Verbindungen vielmehr

beim Erwerb der Device-Lizenz, sodass

der Anwender sich um dieses Thema

gar nicht kümmern muss. Da keine Sim-

Karten zum Einsatz kommen, entfällt auch

der Aufwand, diese in Betrieb zu nehmen

Das Sigfox-Netz ist ein sogenanntes Low

Power Wide Area Netz (LPWAN), das

Funkdaten von Geräten auch dann noch

empfangen kann, wenn diese in Ballungsräumen

mehrere Kilometer vom nächsten

Funkmast entfernt sind und aus Kellern

heraus die Daten senden. In ländlichen

Regionen beträgt die Reichweite sogar 30

bis 50 km. Solche Reichweiten sind im

Vergleich zu lokalen Funktechnologien

wie Zigbee, Bluetooth oder Wlan enorm

und man benötigt auch keinen eigenen

Accesspoint. Sie ist auch eine Alternative

zu Mobilfunkverbindungen wie LTE, denn

deren Zellenreichweite ist ebenfalls begrenzter.

Die Reichweite der Funkzellen, die

insbesondere für ländliche Regionen entund

zu verwalten. Auch fallen keine Roaming-Gebühren

an, was den weltweiten

Einsatz dieser Technologie ermöglicht,

ohne dass die Kosten explodieren. Viele

Gründe also, diese Technik für den Einsatz

als IIoT-Schnittstelle an Antrieben und

Motoren zu evaluieren. Für welche Applikationen

im industriellen Umfeld eignet sich

dieses Netz aber genau?

Zustandsüberwachungen und

Predictive Maintenance

Im Vergleich zu GSM/LTE-basierten Funkverbindungen

kann das LPWAN Sigfox vor

allem kostengünstige M2M-Schnittstellen

schaffen, bei denen über kleine Datenpakete

Zustandsinformationen an Leitstellen

von Betreibern und/oder Remote-

Monitoring-Lösungen von Herstellern

übertragen werden. Da das Netz bidirektional

ist, können auch Nachrichten an die

Sigfox-Devices zurückgesandt werden,

bspw. für Parametrier- und Steuerungsfunktionen.

Das große Anwendungsfeld,

das sich hieraus ergibt, ist die einfache

24 antriebstechnik 7/2018


01 Die Sigfox-Logik für einmalige

IoT-Anbindungen – z. B. Plomben, Öffnungssensoren

an Schaltschränken, Gebinde und

Briefe – wurde 2017 erstmals vorgestellt

Stellt man sich nun vor, dass ein Motorenhersteller

z. B. seine Getriebemotoren mit

Vibrationssensoren zur Lager- und Verzahnungsüberwachung

bestückt und diese

dann zyklisch ihre Daten über Sigfox an

zentrale Clouds übermitteln, ist leicht vorstellbar,

dass der Motorhersteller sein Predictive-Maintenance-Angebot

effizienter

anbieten kann, als wenn er diese Daten

lokal vor Ort auslesen oder über die Infrastruktur

des Betreibers senden müsste.

Gleiches gilt für komplexere Geräte oder

Maschinen. Einzige Begrenzung ist das

Datenvolumen und die Anzahl der erlaubten

Verbindungen: Bis zu 140 Nachrichten à

12 Byte Nutzdaten kann ein Sigfox-Device

pro Tag senden; bis zu 4 Nachrichten kann

es pro Tag empfangen. Diese Begrenzung

führt u. a. dazu, dass Unternehmen das

Sigfox-Netz primär für Alarmmeldungen

einsetzen und die Datenanalyse vor Ort

halten (auch Mist Computing genannt).

Erhebung von Betriebs- und Zustandsdaten,

was Zustandsüberwachungen und

Predictive Maintenance sowie Remote-

Management-Konzepte erleichtert. Der

Vorteil, dass Sigfox-befähigte Geräte für die

Übertragung kaum Energie verbrauchen,

macht es dabei möglich, dass man Sensoren

und Aktuatoren völlig autark sogar an

bestehendem Equipment anbringen kann,

ohne sie an eine externe Stromversorgung

anbinden zu müssen. Das bietet viel Potenzial

zur IIoT-Anbindung von bereits installiertem

Equipment.

Lange Batterielaufzeiten

Sensoren bspw. für Temperaturen, Schwingungen

oder Ölalterung können mit einer

Sigfox-Schnittstelle über Jahrzehnte Messdaten

an die IIoT-Applikationen von Herstellern

und Betreibern liefern, ohne dass

eine Batterie gewechselt werden müsste.

Auch kombiniert mit LTE/GSM

Es gibt zudem auch M2M-Applikationen,

bei denen LPWAN- und Mobilfunknetz

kombiniert werden. In einem solchen Szenario

werden Alarm-, Zustands- und/oder

Betriebsdaten per LPWAN als Default Setting

gesendet. Wird es aber erforderlich,

dass massiv Datenmengen ausgetauscht

werden müssen – was man über eine

LPWAN-Verbindung nun mal nicht kann –

wird die LTE- oder GSM-Verbindung aufgebaut.

Ein solches Szenario hilft, die LTE/

GSM-Verbindungsentgelte zu drosseln und

die Batterielaufzeit der Geräte zu erhöhen.

Entsprechende Lösungen, die LTE und

Sigfox kombinieren, sind bereits am Markt

erhältlich. Der hochintegrierte Single-Chip

GDM7243I von GCT Semiconductor unterstützt

bspw. die LTE-Kategorie M1/NB1/

EC-GSM sowie Sigfox. Folglich lassen sich

bestehende Lösungen mit Sim-Karte um

[

]

... was man kaum sieht

02 Sigfox-Geräte sind vor Hacks aus dem Internet geschützt, denn das Netz

wirkt wie eine Schutzschicht


STEUERN UND AUTOMATISIEREN

03 Bis Ende 2018 soll das Sigfox-Netz überall

in Deutschland verfügbar werden; aktuell hat

die Netzabdeckung 62 % erreicht

eine Sigfox-Verbindung erweitern und

damit die bestehende Lösung noch effizienter

gestalten.

Ortung von Gegenständen

aller Art

Neben dem großen Anwendungsspektrum

für Condition Monitoring und Predictive

Maintenance gibt es ein zweites großes

Applikationsfeld für Industrieunternehmen,

das sich aus einer Zusatzfunktion des

Sigfox-Netzes ergibt: die Materiallogistik.

Mit Sigfox lassen sich Gegenstände nämlich

auch eigenständig orten. Über Land ist

die Ortung etwa kilometergenau. Die Lokalisierung

erfolgt alleine durch komplexe

Berechnungen und Routinen der empfangenen

Funksignale im Sigfox-Cloud-

Backend. In Ballungszentren kann die

Ortung bis auf 30 m Genauigkeit gesteigert

werden. Um diese Genauigkeit zu erreichen,

werden die Funksignale mit den

Standorten der vom Gerät georteten

Wlan-Knoten im Sigfox-Cloud-Backend

abgeglichen. Sigfox überträgt sowohl die

Positionsdaten als auch die jeweilige Positionsgenauigkeit

an den Device Owner. Es

muss also kein Satellitennavigationsempfänger

für GPS, Glonass oder Gallileo

integriert sein. Der Vorteil: Kosten und

Stromverbrauch bleiben gering. Die Geolokalisierung

funktioniert auch indoor.

Mit und ohne GPS

Es gibt aber auch Tracker für Sigfox, die

GPS integriert haben. Dann erfolgt die Positionsbestimmung

bis auf den Meter oder

gar wenige Zentimeter genau. Ein Sigfox-

Gerät kann nun alle 10 Minuten seine Position

versenden, um so ein exaktes Bewegungsprofil

von Paletten, Gebinden und

Werkstücken in die Cloud zu liefern. Bei

besonders hohen Tracking-Anforderungen

sind auch Intervalle von 3:20 Minuten möglich.

Die Übertragung erfolgt ohne Sende-

Redundanz. Von dort aus können Disponenten

und Logistiker die Supply-Chain-

Prozesse für Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe

sowie Fertigungsassets optimieren – günstig,

global und über viele Jahre hinweg. So

liefert das Sigfox-Netz für Airbus bspw. ein

genaues Bild seiner Ersatzteile – ganz

gleich, ob sie sich im Werk, auf der Autobahn

oder auf einem Flughafen befinden,

wo Instandhaltungen umgesetzt werden.

Kontinuierliche Lokalisierung

Logistikinformationen beschränken sich

dadurch nicht mehr nur auf einzelne Lesepunkte

bspw. bei Warenannahme oder Fertigungsgates

wie bei der RFID-Technik,

sondern können über die gesamte Fertigung

hinweg jederzeit punktgenau erfasst

werden. Nebenbei bietet die Lokalisierung

auch eine Diebstahlschutzfunktion, denn

entfernt sich z. B. ein Gebinde vom zugelassenen

Standort, kann dies ebenfalls detektiert

werden. Stellt man sich zudem einen

Sensor vor, der ein statisches Gerät überwacht

und sich nur meldet, wenn es bewegt

wird, kann sofort ein Alarm ausgelöst werden.

Standort und Verfügbarkeit von Inventar

und sonstigen Assets lassen sich

also auch komfortabel mit dem neuen

Netz überwachen.

Kosten pro Knoten unter

einem Euro

Die Kosten aktueller Module zur Sigfox-

Befähigung von Geräten liegen derzeit bei

rund 2 EUR. Es wird zukünftig aber auch

mit Admiral-Ivory-Lösungen geben, die

noch günstiger ausgelegt sind, sodass selbst

Einweggegenstände und Einmalverbindungen

eines Gegenstands denkbar sind.

Demonstriert wurde eine solche Verbindung

auf der Sigfox IoT World in Prag

im November 2017 anhand eines Briefumschlags,

der seine Öffnung über das

Sigfox-Netz per SMS an ein Mobiltelefon

meldete. Stellt man sich vor, dass die Logik

einer solchen Einmalverbindung deutlich

unter einem Euro angeboten wird, kann

man leicht erkennen, dass es viele neue

Applikationsfelder im industriellen Umfeld

geben kann, die von einer solchen

IIoT-Anbindung profitieren werden.

Die unerlaubte Öffnung eines

Schaltschranks könnte genauso gemeldet

werden wie das Öffnen eines Gebindes,

um die Ersatzbevorratung unmittelbar bei

Anbruch des letzten vorrätigen Gebindes

auszulösen. Air Liquid managt bereits mit

konventioneller Sigfox-Anbindung die Ersatzbevorratung

von Gasflaschen bei seinen

Kunden. Sinken die Kosten der Anbindung,

wird man noch mehr und günstigere

Devices anbinden können.

Hohe Sicherheit inklusive

Rund um die Antriebstechnik gibt es also

viele interessante Anwendungsszenarien,

für die eine Sigfox-Anbindung attraktiv erscheint.

Bleibt noch eine wichtige Frage:

Was ist mit der Sicherheit? Kann eine Sigfox-Verbindung

über das Internet gehackt

werden und wäre darüber sogar der Zugriff

auf angebundene Maschinen und Anlagen

möglich? Theoretisch lässt sich das für

keine Technologie ausschließen; es ist aber

mehr als unwahrscheinlich, dass dies jemals

der Fall sein wird: Betrachtet man das

Sigfox-Netz als solches, legt es sich wie eine

Schutzschicht um das Gerät. Die Kunden-

Cloud kann nur über die Sigfox-Device-

Cloud, die bereits Bestandteil des Sigfox-

Netzes ist, mit den Geräten kommunizieren.

Eine direkte Ansprache aus dem Internet

heraus ist also nicht möglich. Ab der

Device-Cloud – die von einem in Europa

führenden Unternehmen für Kommunikationssicherheit

mit dem schärfsten Überwachungsmethoden

geschützt wird – ist

die Kommunikation schon nicht mehr IPbasiert,

sondern proprietär und erstreckt

sich von der Device-Cloud über die Funkstationen

zum Device. Dadurch ist ein IPbasierter

Zugriff auf das Device unmöglich.

Geräte und Nachrichten werden zudem

nach neuesten Erkenntnissen authentisiert

und verschlüsselt. Es müsste

also viel Aufwand betrieben werden,

diese Data Supply Chain bis zum Device

hin zu knacken. Die letzte Hürde würde

man aber dennoch nicht überwinden können,

denn eine Sigfox-Verbindung besteht

ja zumeist nicht, da sich die Geräte nur bei

Bedarf melden. Sie sind also eigentlich

immer offline und damit bestmöglich geschützt.

Zudem betreibt Sigfox ein eigenes

NOC (Network Operation Center), welches

das Netzwerk 24/7 überwacht und durch

ständig aktualisierte Firewalls, Virenschutzund

Intrusion-Detection-Systeme schützt.

Sicherheitsbedenken vor Hacks aus dem Internet

sind bei einer Sigfox-IoT- Anbindung

folglich unbegründet.

www.sigfox.com

26 antriebstechnik 7/2018


Sicherungsautomat reduziert Ausfallzeiten

Zur Absicherung von Antriebssystemen wie DC-Gleichstrommotoren,

Schrittmotoren, Servomotoren und deren

Steuerungstechnik hat E-T-A den elektronischen Sicherungsautomaten

ESX10-TC-101-DC48V entwickelt. Er sorgt für

Stabilität bei der selektiven Absicherung mehrerer

Verbraucher und reduziert so Maschinenausfallzeiten.

Er eignet sich für die Spannungsbereiche DC 24 V, DC 36 V

und DC 48 V. Feste Nennstromstärken von 1 bis 16 A

ermöglichen eine gezielte Absicherung des jeweiligen

Leitungsquerschnitts. Das Gerät verfügt über einen

Abschaltpunkt bei typisch 1,2 × I Nenn

und eine Auslösezeit

im ms-Bereich. Damit bietet es Überlastschutz, der auch

für motorische DC 48 V-Verbraucher geeignet ist – und

dies ohne ungewolltes Auslösen bei schnellen Lastwechseln.

Die aktive Strombegrenzung verhindert das Einbrechen der Versorgungsspannung

bei Kurzschlüssen. Dies ermöglicht eine selektive Absicherung mehrerer

Verbraucher an einer DC 48 V-Versorgung.

www.e-t-a.de

Sichere Überwachung mechanischer Pressen

Pilz erweitert die konfigurierbaren, sicheren

Kleinsteuerungen PNOZmulti 2 um die zweipoligen

Halbleiterausgangsmodule PNOZ m

EF 8DI2DOT. Sie gewährleisten eine sichere

Überwachung mechanischer Pressen. Mit

ihnen können Pressensicherheitsventile und

andere Aktoren, die zweipolig geschaltet

werden müssen, einfach und sicher angesteuert

werden. Das Modul verfügt über zwei Sicherheitsausgänge

in Halbleitertechnik, die der

Ansteuerung von Pressensicherheitsventilen dienen. Seine acht Eingänge können mit

einer individuellen Filterzeit konfiguriert werden, um einen störungsfreien Betrieb

mit unterschiedlichen Eingangssignalen zu ermöglichen. Zertifizierte Pressenbausteine

im Softwaretool PNOZmulti Configurator machen den Einsatz einfach. Pro Erweiterungsmodul

wird ein eigenständiges Modulprogramm mIQ mit feingranularen modulspezifischen

Einstellungen und 256 zusätzlichen Verbindungslinien im Softwaretool

konfiguriert.

www.pilz.com

[GESCHLOSSENLEBE

NSMITTELKONFORM ]

was man kaum sieht

Schleifringe mit CC-Link IE für Gigabit-Datentransfer

Conductix-Wampfler hat das offene Gigabit-Ethernet CC-Link IE als hochperformante

Verbindungslösung für das Schleifringsortiment eingeführt. Die Schleifringe, über

die Stromversorgung und Datenkommunikation mit Komponenten auf rotierenden

Baugruppen realisiert werden, wurden weiterentwickelt, um neuen und vorhandenen

Maschinen durch Hochgeschwindigkeitsdaten-Konnektivität den Einstieg in die

Industrie 4.0 zu ermöglichen.

Conductix-Wampfler stellt Systeme für die Strom-, Signalund

Datenübertragung für mobile Geräte und Maschinen

her. Durch den Beitritt zur CC-Link Partner Association

(CLPA) erhielt der Hersteller Zugang zu den technischen

Spezifikationen für die Entwicklung CC-Link-IE-konformer

Produkte. Hinzu kam die Unterstützung für die Entwicklung

und Zertifizierung für die Produktpalette. Somit bietet

das Unternehmen nun standardisierte und kundenspezifische

Konnektivitätslösungen an, die mit Ethernet bis

1 Gbit/s arbeiten.

DER BRECOprotect

Beste Zahnriemenqualität aus

Porta Westfalica, verbaut in

Ihrer Anlage.

Das ist Bewegung.

eu.cc-link.org/de


ELEKTROMOTOREN

Power to

Drive

Die neue Betriebselektronik

für BLDC-Motoren

Mit der leistungsstarken

Betriebselektronik Variotronic

VTD-K4 bietet Ebm-Papst Kunden

die Möglichkeit, BLDC-Motoren mit

einem eigenen externen Regler zu

betreiben. Diese ist funktional

identisch zum integrierten

Elektronik-Modul K4. Welche

Vorteile sie darüber hinaus bietet,

erfahren Sie in diesem Artikel.

Patrick Schumacher ist Leiter Produktmanagement

Industrial Drive Technology bei der Ebm-Papst

St. Georgen GmbH & Co. KG in St. Georgen

D

as Elektronik-Modul K4 ist mit den

Motoren der Baureihe ECI 63.xx-K4

(BLDC-Innenläufermotor im Leistungsbereich

von 150 bis 400 W) und VDC 49.15-

K4 (BLDC-Außenläufermotor im Leistungsbereich

von 100 bis 150 W) bereits in vielen

Applikationen im Einsatz. Die deutliche

Erhöhung der möglichen Motorabgabeleistung

bis zu 1 000 und 4 800 W Spitzenleistung

lässt den Betrieb des neuen BLDC-

Innenläufermotors ECI 80.xx (bis zu 754 W

Dauerleistung) zu. Darüber hinaus können

jetzt alle BLDC-Motoren von Ebm-Papst

(Innen- und Außenläufermotoren in Schutzkleinspannung)

betrieben werden.

Die Inbetriebnahme und Ansteuerung im

Betrieb (z. B. mittels einer SPS) ist identisch,

egal ob der Regler im Motor integriert oder

als externer Regler ausgeführt ist. Der 4Q-

Regler erlaubt Positionsregelung; alternativ

ist auch eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung

möglich. Vier digitale Eingänge

erlauben das Ansteuern des Reglers. Hervorzuheben

ist, dass zwei der digitalen Eingänge

parametrierbar sind. Über einen zusätzlichen

analogen Eingang kann ein 0 bis

10 V Sollwertsignal vorgegeben werden.

Zur weiteren Ausstattung gehören drei

digitale Ausgänge. Über diese können

bspw. Drehzahl-Istwerte oder Fehlermeldungen

digital ausgegeben werden und die

Statusanzeige erfolgt optisch durch eine

LED. Eine große Zahl von Schutzfunktionen

ist ebenfalls implementiert. Kodierte Stecker

ermöglichen eine schnelle und zuverlässige

Inbetriebnahme.

Einfacher, störungsfreier Betrieb

Der Profilgenerator erzeugt lineare Fahrprofile

und stellt sicher, dass Bewegungsprofile

so ausgeführt werden, wie sie der Anwender

benötigt. Eine integrierte Encoder-Teilerfunktion

ermöglicht die Anpassung von

Encoder-Signalen des Motors in eine von

der übergeordneten Steuerung einlesbare

Form. Ein integrierter Ballastcontroller

schützt den Antrieb im generatorischen Betrieb

vor Beschädigungen und verhindert

das Rückspeisen. Die Ballastschaltung ist im

Regler ausgeführt, der notwendige Ballastwiderstand

ist am Regler extern anzuschließen.

Ein digitaler Eingang kann zur Drehzahlvorgabe

als PWM-Eingang (Pulsweitenmodulation)

verwendet werden.

Der Regler bietet mehrere Kommutierungsarten.

Motoren können block- oder

sinusförmig betrieben werden. Mit der feldorientierten

Regelung wird das Antriebssystem

maximal energieeffizient. In die einzelnen

Motorphasen wird zu jedem Zeitpunkt

der ideale Strom eingeprägt, dieser wird

vollständig zur Drehmomentbildung verwendet.

Im System wird ein optimaler Wirkungsgrad

sichergestellt, die Blindleistung

wird auf ein Minimum reduziert. Die Rotor-

28 antriebstechnik 7/2018


ELEKTROMOTOREN

01 Antriebssystem ECI 80.60 Motor mit

Optimax-Getriebe und Bremse

02 Der Antriebsregler kommt u. a. in

fahrerlosen Transportsystemen zum Einsatz

lageerkennung kann im einfachen Fall über

drei im Motor integrierte digitale HALL-

Sensoren erfolgen.

Kinderleichte Inbetriebnahme

Applikationen mit höheren Anforderungen

an Positioniergenauigkeit können durch die

Bereitstellung einer größeren Anzahl an

Rotorlageinformationen bedient werden.

Diese genauer auflösenden Signale können

entweder von motorintegrierten analogen

HALL-Sensoren oder einem am Motor angebauten

inkrementellen Geber bereitgestellt

werden.

Die Regler ermöglichen ein nachträgliches

Firmware-Update über die Service-

Schnittstelle im eingebauten Zustand,

somit ist im Updatefall eine aufwändige

Demontage des Reglers nicht notwendig.

Stillstandzeiten der Maschine werden dadurch

auf ein Minimum reduziert. Die Verwendung

der aktuellsten Firmware kann

bei Bedarf gewährleistet werden.

Die Einbindung in verschiedene Netzwerke

und eine einfache Inbetriebnahme

werden mit der PC-Software Kickstart unterstützt.

Das Softwaretool erlaubt einerseits

die Einstellung der relevanten Motorparameter,

andererseits können kundenspezifische

Parametrierungen (z. B. komplette

Fahrprofile) vorgenommen werden. Auf

Wunsch können diese vor Auslieferung fest

einprogrammiert werden.

Antriebsregler für diverse

Anwendungen

Der neue Antriebsregler Variotronic VTD-

K4 ist eine kompakte und leistungsstarke

Lösung für verschiedenste mobile Anwendungen,

z. B. fahrerlose Transportsysteme

(FTS), Rollstühle oder Shuttle im Lager.

Batteriebetriebene FTS und mobile Anwendungen

erfordern effiziente Antriebssysteme

mit hohem Wirkungsgrad und

maximaler Leistungsdichte auf kompaktem

Bauraum.

Werden hohe Lastunterschiede mit

unterschiedlichen Drehzahlen dynamisch

bewegt, stellt dies eine anspruchsvolle

Aufgabe an ein Antriebssystem, insbesondere

für den Antriebsregler, dar. Mit Nennspannungen

von 24 und 48 V/DC sind bei

einem Dauerstrom von bis zu 40 A Aufnahmeleistungen

bis 1 000 W möglich.

Hierbei können Spitzenströme von 100 A

bis zu 5 s zur Verfügung gestellt werden,

um die hohen Lastunterschiede zu meistern,

welche wiederholt beim Beschleunigungsvorgang

eines FTS benötigt werden.

Damit hebt sich dieser Antriebsregler von

marktüblichen Reglern ab. Ähnliche gelagerte

Anforderungen bei Shuttle-Anwendungen

können ebenfalls vom Antriebsregler

bewältigt werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für batteriebetriebene

FTS ist die geringe Ruhestromaufnahme

des Antriebsreglers. Dies ist die

Grundvoraussetzung für einen energiesparenden

Standby-Betrieb zwischen den

Fahrten und den Ladezyklen.

Einfache Montage und

kompakte Bauweise

Die kompakte und robuste Bauweise der

Regelelektronik ermöglicht eine platzsparende

Montage in unmittelbarer Nähe

des Antriebes im oft begrenzten Bauraum.

Die Regler sind in den Spannungsvarianten

24 und 48 V/DC verfügbar. Diese Betriebselektronik

wurde bei Ebm-Papst über lange

Zeit auf Herz und Nieren getestet, sodass

die Kunden das Produkt zwar für ihre

Applikation parametrieren und qualifizieren

müssen, danach kann aber das Produkt

bedenkenlos in Serienprodukten eingesetzt

werden. Damit ermöglicht Ebm-Papst seinen

Kunden, deren Entwicklungs- und Erprobungszeit

zu minimieren.

www.ebmpapst.com

antriebstechnik 7/2018 29


ELEKTROMOTOREN

Servomotor für komplexe Aufbauten

Mit dem Servomotor SE AK von Item lassen sich intelligente

Automationslösungen realisieren. Er liefert durch einen kapazitiven

Multiturn-Absolutwertgeber genaue Messwerte der Motorwelle.

Die Position des Schlittens einer Lineareinheit ist damit stets

bekannt. Wird das System ausgeschaltet, benötigt der Motor bei

erneutem Start keine

weitere Referenzfahrt,

da diese bereits bei

Einrichtung des

Systems durchgeführt

wurde. Der Messwert

wird direkt im Motor

gespeichert und steht

nach dem Einschalten

sofort zur Verfügung.

Auch komplexe Aufbauten mit schwer erreichbarem Referenzpunkt

sind somit realisierbar. Der Motor ist in drei Baugrößen (40, 60

und 80 mm) verfügbar, wahlweise mit und ohne Haltebremse.

Er arbeitet hochdynamisch und ist auf andere Komponenten im

Automationssystem des Herstellers, z. B. Getriebe und Antriebssätze,

abgestimmt. Markierte Steckanschlüsse und passende

Leistungs- und Geberleitungen ergeben eine sichere Verbindung

von Motor und Steuerung.

www.item24.de

Antriebe kosteneffizient gestalten

Zur Optimierung der Lebenszykluskosten, auch genannt Total Cost

of Ownership (TCO), von Antriebslösungen bietet das Unternehmen

Nord Drivesystems individuelle Berechnungen und ganzheitliche

Konzepte an. Dabei werden nicht nur Anschaffungs-, Verwaltungs-,

Transport- und Installationssowie

Umwelt- und Entsorgungskosten

miteinbezogen,

sondern ebenfalls laufende

Betriebskosten wie Energie,

Betriebsstoffe, Bedienung,

Software, Lagerung, Wartung

und Instandhaltung. Auf

diese Weise kann u. a. die

Amortisierungszeit der

Investition bestimmt werden. Darüber hinaus bietet der Hersteller

Antriebslösungen an, die die Effizienz erhöhen. Die IE4-Synchronmotoren

verfügen über hohe Wirkungsgrade und erfüllen die

höchsten Effizienzvorschriften – dank PMSM-Technik auch in Teillastbereichen

und niedrigen Drehzahlbereichen. Das zweitgrößte

Potenzial zur Kosteneinsparung liegt in einer Reduzierung der

Variantenvielfalt. Aus dem Modulbaukasten von Nord Drivesystems

können dafür notwendige Grundvarianten zusammengestellt

werden.

www.nord.com

Der Flachmotor für starke Momente

Maximales Drehmoment auf kleinstem Raum – das bietet der

bürstenlose Flachmotor EC 90 flat von Maxon Motor. Der Antriebsspezialist

hat den Flachmotor komplett überarbeitet und optimiert.

Der Antrieb mit einem Durchmesser von 90 mm ist neu in zwei

Varianten erhältlich – mit 160 oder sogar 260 W. In der letzteren

Ausführung liefert der Motor ein Dauerdrehmoment von 1 Nm,

womit er zum kräftigsten Mitglied der Antriebsfamilie wird. Er

kann auch als Direktantrieb, also ohne Getriebe,

zum Einsatz kommen, z. B. bei Radantrieben,

Logistiksystemen oder Pumpen. In Kombination

mit dem MILE-Encoder kann der BLDC-Motor

auch für Positionieraufgaben genutzt werden.

Das Unternehmen bietet die neuen Versionen

des Flachmotors auch als Kabelversionen an.

Das Gleiche gilt für die kleineren Motoren,

die EC 45 flat. Die Kabel sind standardmäßig

am Motor montiert und mit einem Stecker

ausgerüstet.

www.maxonmotor.com

Hohe Sicherheit bei extremen

Bedingungen

Mit Simotics XP Chemstar präsentiert

Siemens maßgeschneiderte Niederspannungsmotoren

mit vorkonfigurierten

Optionspaketen. Auch unter

extremen Bedingungen und im Ex-

Bereich bieten sie hohe Zuverlässigkeit.

Zum Einsatz kommen sie z. B. in Pumpen,

Kompressoren, Lüftern, Extrudern, Rührern und Separatoren. Diese

Motorengeneration ist sehr robust mit Gehäusen und Lagerschilden

aus Grauguss sowie einer Lüfterhaube aus Stahl. Mit Effizienzklasse

IE3 und wartungsfreundlichem Design bleiben die Betriebskosten

niedrig. Zu den Optionen zählen Anstriche mit hohem Korrosionsschutz

der Kategorie C4, rostfreie Stahlschrauben und -bolzen oder

erweiterte Gewährleistungsrahmen. Dazu können reduzierte Anlaufströme,

Motorüberwachung, verstärkte Lagerung oder Tropenklimaausführung

mit Anstrichsystem bis Kategorie C5-M ergänzt werden.

www.siemens.com

Gesamte Elektronik integriert

Kompakte, schlanke Schrittmotoren sind die ServoStep-

Modelle der Serie MIS17 von JVL. Sie verfügen über einen

Nema17-Flansch und einen Controller mit sechs Industrial-

Ethernet-Protokollen, Absolut-Multiturn-Encoder, Closed-

Loop- und M12-Steckverbinder. Die gesamte Elektronik

in einem Stepper-System ist im Motor selbst integriert.

Er eignet sich für alle Arten von Motion-Control-

Stepper- oder Servomotor-Anwendungen. Die

Motoren verfügen über eine RS485 und optional

über CANopen oder eine Industrial-Ethernet-Schnittstelle

sowie einen in Ablaufsprache programmierbaren

Motion Controller. Durch eine hohe Mikroschritt-

Auflösung von 409 600 Schritten pro Umdrehung

ergeben sich eine sehr hohe Laufruhe und eine geringe

Geräusch-entwicklung. Die Steckerabgänge können

radial oder axial abgehend verwendet werden. Die

Motoren können als „Stand alone“ oder über eine

Steuerung betrieben werden. Sie sind auch mit

Bluetooth, ZigBee oder WLAN zur drahtlosen Einbindung

erhältlich.

www.jvldrives.de

30 antriebstechnik 7/2018


ELEKTROMOTOREN

Motoren für Leistungen bis 20 MW

Menzel hat eines der umfangreichsten Lager an großen Industriemotoren

in ganz Europa mit Nieder-, Mittel- und Hochspannungsmotoren

mit Käfig- oder Schleifringläufer bis 15 000 kW und

Gleichstrommotoren bis 600 kW. Außerdem baut der Hersteller

kundenspezifische Antriebslösungen und Sonderanfertigungen

im Leistungsbereich bis 20 000 kW. Er beliefert Kunden auf der

ganzen Welt mit Motoren und Frequenzumrichtern für Ventilatoren,

Pumpen, Kompressoren, Extruder, Hub- und Fördertechnik sowie

andere Heavy-Duty-Anwendungen. Der Kundendienst gewährleistet

qualifizierte Fachberatung durch Antriebsingenieure.

Kundenwünsche werden flexibel umgesetzt. Neben der Sofortlieferung

fabrikneuer Industriemotoren

ab Lager hat der

Motorbauer langjährige

Erfahrung darin, Standardmotoren

in kürzester Zeit

nach Kundenspezifikationen

zu modifizieren. Ob ein

Sonderflansch angebaut, der

Klemmenkasten versetzt oder

die Kühlart angepasst werden

soll, die Auslieferung erfolgt

oft binnen Tagen.

www.menzel-motors.com/de

Vernetzte und intelligente Servomotoren

A-Drive bietet die hochdynamischen Servomotoren der Baureihe

SMN als Einkabellösung SMNH mit digitaler Hiperface-DSL-

Schnittstelle an. Eine weitere Neuerung sind Geber mit Drive-Cliq-

Schnittstelle, die sich in

bestehende Automatisierungssysteme

integrieren

lassen. Hiperface DSL

entspricht dem RS485-

Standard mit einer

Übertragungsrate von

9,375 MBaud. Die Datenübertragung

erfolgt

synchron zum Reglertakt,

der bis zu 12,1 µs kurz sein kann. Die Kabellänge zwischen Drehzahlregler

und Feedback-System kann bis zu 100 m betragen.

Durch das digitale Protokoll kommen die Servomotoren mit

wenigen Verbindungsleitungen aus. Bei dieser Einkabellösung

werden Sensor und Geberdaten über separate Adern übertragen

oder aufmoduliert. Konstrukteure profitieren bei Servomotoren

mit Hiperface DSL von der im Motor integrierten Elektronik und

der Signalübertragung als Datenprotokoll. Damit werden intelligente,

selbstoptimierende und durchgängig vernetzte Antriebssysteme

möglich.

www.a-drive.de

DC-Servomotor mit integriertem Controller

Für Anwendungen in rauen Umgebungen hat Nanotec den

PD2-C-IP entwickelt, einen bürstenlosen DC-Servomotor mit

integriertem Controller und 42 mm Flanschmaß in Schutzart

IP65. Er ist mit 12 bis 48 V Betriebsspannung und einer

Nennleistung von 105 W sowie als Schrittmotor mit

einem Nenndrehmoment bis 0,5 Nm erhältlich.

Beide Modelle werden feldorientiert auf Basis eines

integrierten Drehgebers geregelt und unterscheiden

sich nur durch ihren Arbeitspunkt. Jeder Motor ist

in einer USB- und in einer CANopen-Version

erhältlich. In der USB-Version kann der Motor für den

Stand-alone-Betrieb parametriert und programmiert

werden. Der USB-Anschluss ist durch eine wasserdichte

Kappe abgedeckt, und der Motor verfährt auf

Basis der digitalen und analogen Eingangssignale in

Kombination mit dem gespeicherten Programm.

In der CANopen-Version kann der Antrieb über das

Feldbusprofil CiA 402 gesteuert werden.

www.nanotec.de

MOTOR-FEEDBACK-SYSTEME

MOTOR-FEEDBACK

DREHGEBER

• Eine Baugröße für viele Motoren

ochauflösend und optisch, bis zu 24 bit volldigital

• H

• Ein Motor-Feedback für viele Motorbaugrößen

• Sichere Geschwindigkeit bis SIL3

und Perfomancestufen

• Kostenvorteile durch einfache und schnelle Montage

• Hochauflösend und optisch, bis zu 24 bit volldigital

• Sichere Geschwindigkeit bis SIL3

• Elektri

sches Schnittstellenwunder

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• Elektrisches Schnittstellenwunder

Gewinner des

Automation

RS485 Awards +

www.kuebler.com

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SENSORIK UND MESSTECHNIK

Für komplexe Messungen an

Kurbelwellen und Pleueln

Qualitätsprüfung beim Motorsägen- und Motorgerätehersteller Stihl

Beim hochpräzisen Messen im

Dreischichtbetrieb strapazieren

langsame Abläufe sowie aufwändige

konventionelle Messtechnik Geduld,

Effektivität und Effizienz.

Mit einem messtechnischen

Quantensprung hat das schwäbische

Traditionsunternehmen jetzt die

Qualitätsprüfung von Kurbelwellen

und Pleueln im Stammwerk

Waiblingen beschleunigt.

Zum Einsatz kommen das

3D-Koordinatenmessgerät

Leitz PMM-C und eine

parametrisierte Software, die eine

Werkerselbstprüfung auch bei

komplexen Messungen erlaubt.

Lesen Sie mehr.

Harald Richter ist Geschäftsführer der Agentur

Image Text in Neuss

Ob als Arbeitstier beim Baumfällen, als

Mannessymbol beim Heimwerken, als

Multifunktionstool im Handwerk, bei der

Bundeswehr und der Polizei oder als Lebensretter

bei Feuerwehr und Katastrophenschutz:

Motorsägen von Stihl sind

weltweit im Einsatz, sogar in Kanada und

den USA. Darüber hinaus entwickelt, fertigt

und vertreibt die Stihl-Gruppe zahlreiche

motorbetriebene Geräte für die Forst- und

Landwirtschaft sowie die Landschaftspflege,

die Bauwirtschaft und den anspruchsvollen

Privatanwender. Dabei reicht die Palette

vom Blasgerät bis zum Trennschleifer, vom

Erdbohrer bis zum Reinigungsgerät über

mehr als zehn Produktgruppen.

Das 1926 gegründete schwäbische Familienunternehmen

mit Hauptsitz in Waiblingen-Neustadt

beschäftigt gegenwärtig

weltweit rd. 15 000 Mitarbeiter und überschritt

im Jahr 2015 die Umsatzmarke von

drei Mrd. Euro. Gleichzeitig erreichten die

weltweiten Investitionen mit 235 Mio. Euro

im Jahr 2015 den bis dahin höchsten Wert

der Unternehmensgeschichte. Dabei wurden

alle Investitionen grundsätzlich aus

eigenen Mitteln finanziert. Und nur nach

reiflicher Überlegung zu Wirtschaftlichkeit,

Wirksamkeit und Zukunftssicherheit getätigt.

So auch im Werk 1 am Firmenstammsitz

in Waiblingen. Hier krönte die Qualitätssicherung

im Center Kurbeltrieb das

Stihl-Erfolgsjahr 2015 mit einem Quantensprung

in der messtechnischen Ausstattung:

Dem Austausch des bisherigen Equipments

gegen ein 3D-Koordinatenmess gerät

der Ultra-Hochgenauigkeitsklasse.

Im Center Kurbeltrieb entstehen die

Herzstücke der motorbetriebenen Stihl-

Geräte: Die Kurbelwellen und Pleuel. Ihr

Lauf ist die Basis für die optimale Leistung

und Vibrationsarmut sowie die Langlebigkeit

eines jeden Stihl-Motors. „Was wir hier

fertigen, sind zentrale Präzisionsteile mit

engsten, im Mikrometer-Bereich liegenden

Toleranzen“, erklärt Stefan Baumert, Referent

Qualitätsplanung Kurbeltrieb im Werk 1

von Stihl in Waiblingen.

Erhöhter Aufwand durch

Gerätewechsel

„Grundsätzlich fahren wir hier sowohl serienbegleitende

als auch Abnahmeprüfungen“,

so der Diplom-Ingenieur weiter. In erster

Linie handele es sich dabei um Form- und

Lagemessungen, also die Prüfung von

Rundheit, Parallelität und Zylinderform.

Dazu werde viel Fingerfertigkeit und Geduld

benötigt – eine Herausforderung, vor

allem bei der serienbegleitenden Prüfung.

Da sie zu komplex für eine Werkerselbstprüfung

in der Fertigung sind, mussten

auch die serienbegleitenden Messungen –

zusätzlich zu den Abnahmeprüfungen –

durch QS-Fachkräfte im Feinmessraum

durchgeführt werden. Schließlich ging es

um Messverfahren, die ein gewisses Maß an

Erfahrung und Anwender-Know-how voraussetzen.

„Uns standen dafür verschiedene

Messgeräte zur Verfügung, zum Beispiel

Formmessgeräte“, erinnert sich Baumert an

die ursprüngliche Ausstattung. „Mehrere

Systeme hieß aber auch mehrfacher Aufwand

– allein für das immer wieder neue

Aufspannen des Prüfteils für jedes einzelne

Messverfahren. Und erhöhter Aufwand ist

nichts anderes als verschenkte Zeit.“

Schwierig wurde es zu dem Zeitpunkt, an

dem der Feinmessraum mit seiner personellen

Kapazität den 24/6-Betrieb kaum

mehr abbilden konnte. „Um diesen Engpass

zu beseitigen, mussten wir zunehmend

32 antriebstechnik 7/2018


SENSORIK UND MESSTECHNIK

Mitarbeiter aus der Fertigung für die Prüfungen

im Feinmessraum heranziehen“,

schildert Baumert die Situation. Dazu

waren aufwändige Einweisungen, Qualifizierungen

und anschließende Betreuung

der Fertigungsmitarbeiter erforderlich.

Hinzu kam der Einfluss durch den Bediener:

Die Geräte waren zwar genau, büßten

allerdings auf Benutzerseite wieder einiges

an Messpräzision ein – z. B. bei der manuellen

Ausrichtung der Kurbelwellen beim

Aufzeichnen von Linienschrieben. Engste

Toleranzen, knappe Zeit und erhöhter

Messdurchsatz – eine Trias, der selbst dem

erfahrensten QS-Verantwortlichen herausfordert.

„Wenn dann auch noch Höchstforderungen

an die Dokumentation und

Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zu

erfüllen sind, kommt man schnell an die

Grenze des Machbaren“, so der Qualitätsplaner

des Centers Kurbeltrieb.

Der Handlungsbedarf war demnach gegeben

– zumal sich nach und nach auch

Probleme mit der Ersatzteilbeschaffung

und Softwareaktualisierung für das vorhandene

Messequipment einstellten. „Es galt,

den gesamten Ablauf schneller, effektiver

und wirtschaftlicher zu gestalten, weniger

Bedienereinfluss im Messvorgang zu haben

und dabei reproduzierbare Ergebnisse zu

erhalten“, komprimiert Baumert das vor

diesem Hintergrund formulierte Lastenheft

für eine neue Messtechnik.

Hohe Erwartungen an Genauigkeit

und Wiederholpräzision

Nach intensiver Marktsichtung und einem

kritischen Auswahlprozess entschied sich

Stihl für die Lösungskompetenz von

Hexagon Manufacturing Intelligence und

die mit ihr verbundene Koordinatenmesstechnik

von Leitz. „Die Spezialisten von

Hexagon waren diejenigen, die mir am

überzeugendsten erklären konnten, wie

unsere Anforderungen umzusetzen seien –

auch, was den Funktionsumfang der Software

angeht“, versichert Baumert. „Dass

wir mit dem ausgewählten ultrahochgenauen

Koordinatenmessgerät Leitz PMM-C

die Genauigkeitsvorgaben des Kunden

im Mikrometer-Bereich erfüllen können,

konnten wir anhand von Messversuchen

gemeinsam mit dem Kunden an seinen

Bauteilen in Wetzlar beweisen“, erklärt

Gerhard Ehling, Regionaler Sales Support

Manager bei Hexagon und Koordinator des

Stihl-Projekts. „Gleichermaßen wichtig war

der Nachweis einer entsprechenden Fähigkeitsanalyse

zur Wiederholpräzision. Mit

einem Cg-Wert von 1,33 bringen wir Stihl

auch hier auf die ganz sichere Seite.“

Die Leitz PMM-C ist ein 3D-Koordinatenmessgerät

in Portalbauweise mit feststehendem

Portal. Es kombiniert Genauigkeit

gepaart mit Schnelligkeit und garantiert

somit einen hohen Messdurchsatz. Dabei

bewältigt das Gerät jede noch so komplexe

Messaufgabe – und kann sogar als Verzahnungsmesszentrum

eingesetzt werden.

Die Portalbauweise mit feststehendem Portal

aus Guss und Granit-Grundbett garantiert

die Langzeitstabilität, die hohe Steifigkeit

der Messachsen und die gleichbleibende

Genauigkeit im kompletten

Messvolumen. Die hohe Messgeschwindigkeit

ermöglicht der Servoantrieb mit

Kugelumlaufspindeln, der auch auf kurzen

Strecken schnell beschleunigt, wobei

die Positionsbestimmung trotzdem sicher

bleibt. Entkoppelte X- und Y-Achsen sorgen

für schnelle Korrekturmöglichkeiten und

rasche Wiederinbetriebnahme.

Ausgerüstet mit einem Leitz-Tastkopf

mit integriertem High-Speed-Scanning

zeichnet sich die Leitz PMM-C durch das

Erfassen auch großer Punktmengen aus

und ist damit – wie bei Stihl in Waiblingen –

auch zur schnellen Formmessung geeignet.

Variables High-Speed-Scanning sorgt für

eine optimale Messgeschwindigkeit in

Abhängigkeit von Toleranzen und Geometriebeschaffenheit.

Schwache Krümmungen

und Geraden durchfährt der Sensor

schnell. Bei starken Krümmungen oder

engen Toleranzen reduziert das System

seine Geschwindigkeit.

Zeitgewinn bei Abnahme- und

Serienprüfung

„Unser Zeitgewinn bei der Abnahmeprüfung

mit der Leitz PMM-C ist signifikant“,

zeigt sich Stihl-Qualitätsplaner Baumert

zufrieden. „Benötigten wir mit dem vorherigen

Equipment – auch bedingt durch

das häufige Umspannen – gut 30 Minuten

für einen kompletten Messdurchlauf einer

Kurbelwelle, so erledigen wir den heute in

knapp sieben Minuten.“

Zentraler Anteil am Zeitgewinn hat die

auf Stihl-Erfordernisse angepasste, benutzerspezifische

Bedienoberfläche auf Basis

der Messsoftware Quindos von Hexagon

Manufacturing Intelligence. Baumert: „Aufgrund

der klaren Bedienerführung und

weitgehenden Parametrisierung der Messprogramme

kommen auch unsere Mitarbeiter

in der Werkerselbstprüfung problemlos

mit dem System zurecht. Sie

können bereits nach einer einzigen Einarbeitungsschicht

absolut zuverlässig und

präzise messen.“ Und Ehling ergänzt: „Hinzu

kommt, dass der Bedienereinfluss praktisch

ausgeschlossen ist und die Software

im Zusammenspiel mit der Maschine die

optimalen Messergebnisse nahezu automatisch

liefert.“

01 3D-Koordinatenmessgerät: Leitz PMM-C

02 Leitz-Tastkopf mit integriertem

High-Speed-Scanning

Das selbst dann, wenn die Prüfung unterschiedlicher

Bauteile ansteht. Die parametrisierten

Quindos-Messprogramme der

einzelnen Produktfamilien sorgen im Zusammenspiel

mit einer passenden Produkt-Eingabemaske

dafür, dass die Messabläufe

immer gleich sind und der Bediener

lediglich die spezifischen Teiledaten eingeben

muss.

Fotos: Stihl

www.hexagonmi.com

antriebstechnik 7/2018 33


SENSORIK UND MESSTECHNIK

Nachjustieren mit dem Piezoeffekt

Aktive Unterlegscheiben von Physik Instrumente für Präzisionsmaschinen

Ändert sich innerhalb von

Präzisionsmaschinen zum Beispiel

für Laserbearbeitung oder

Feinwerktechnik ein Soll- oder

Ist-Maß zwischen zwei Komponenten,

ist es oft erforderlich, dieses

nachzujustieren. Häufig davon

betroffen sind unter anderem

optische oder messtechnische

Einrichtungen sowie astronomische

Geräte. Physik Instrumente hat mit

piezobasierten Unterlegscheiben

hierfür nun eine Alternative im

Programm, die das Justieren

vereinfacht und beschleunigt.

Dr. Mathias Bach ist Leiter im Produktbereich

Piezosysteme bei Physik Instrumente (PI) und

Ellen-Christine Reiff, M.A., ist Redakteurin im

Redaktionsbüro Stutensee

Wenn in Präzisionsmaschinen Komponenten

nachträglich justiert werden

müssen, sind oft klassische, auf genaue Abstände

geschliffene Unterlegscheiben das

Mittel der Wahl. Diese haben jedoch den

entscheidenden Nachteil, dass sie mechanisch

eingebaut werden müssen, oft an

schwer zugänglichen Stellen. Der Griff zum

Schraubenschlüssel ist hier obligatorisch.

Das ist aufwändig und zeitintensiv. Außerdem

ist diese Art der Justierung nicht

be liebig fein möglich und das einmal festgelegte

Maß lässt sich nachträglich nur

schwer ändern. Mit den piezobasierten

Unterlegscheiben vom Typ Pirest hat

Physik Instrumente hierfür nun eine praxisgerechte

Alternative im Programm, die das

Justieren vereinfacht und beschleunigt.

Aufgrund der hohen Auflösung der Aktoren

von wenigen Nanometern schließt das

Anwendungen nicht nur im klassischen

Ma schinenbau ein, sondern z. B. auch die

Justage von optischen Komponenten in

der Astronomie, Materialforschung in Synchrotrons,

in Vakuumumgebungen oder in

der Halbleiterfertigung.

Set and forget

Die piezobasierten Unterlegscheiben werden

bereits bei der Konstruktion einer Maschine

eingebaut; dabei sind sie – genauso

wie andere Piezo-Aktoren des gleichen Herstellers

– in nahezu beliebige Formen und

Größen erhältlich, z. B. als Platten, Ringe,

Zylinder oder auch in anwendungsspezifischen

Formen. Sie werden ebenso wie die

in industriellen Einsätzen aufgrund ihrer

Langlebigkeit bewährten Picma-Aktoren

in der patentierten Multilayer-Technologie

hergestellt. Hier ist die eigentliche Piezokeramik

– ein monolithischer Block, dessen

aktive Schichten aus dünnen keramischen

Folien bestehen – von einer vollständig keramischen

Isolierschicht umgeben. Diese

schützt vor Luftfeuchtigkeit und gegen Ausfälle

durch erhöhten Leckstrom.

In Industrie, Life-Science und Mikroskopie

ebenso wie in Medizintechnik und

Forschung beweisen die Multilayer-Aktoren

immer wieder ihre Qualitäten; es sind

keine Ausfälle im Feld zu beobachten. Der

monolithische Piezokeramikblock eines

Picma-Aktors erreicht selbst unter extremen

Umgebungsbedingungen, z. B. in

der Raumfahrt, eine hohe Zuverlässigkeit

und erhöht die Lebensdauer um mehrere

Größenordnungen.

In einem Punkt unterscheiden sich

die neuen Pirest-Aktoren jedoch von den

Piezoaktoren, die für das Nachjustieren

nicht geeignet sind. Bei klassischen Piezoaktoren

muss i. d. R. die elektrische Spannung

(Offset-Spannung) am Aktor aufrechterhalten

werden, solange man die Auslenkung

wünscht. Das hat für das Justieren

34 antriebstechnik 7/2018


SENSORIK UND MESSTECHNIK

01 Active Shims mit Nanometerauflösung und Langzeitstabilität: Justage mit piezobasierten Unterlegscheiben

gleich zwei Nachteile: Bei der Ausstattung

der Maschine müsste hierfür eine zusätzliche

stabile Spannungsversorgung vorgesehen

werden und die Lebensdauer der

Aktoren würde leiden. Deshalb arbeitet die

Pirest-Technologie in dem Fall anders: Sie

basiert zwar ebenfalls auf Piezoaktoren, jedoch

halten diese durch eine besondere

Ansteuerung ihre Auslenkung nach der

Justierung stabil und nanometergenau

auch ohne Offset Spannung.

02 Die piezobasierten Unterlegscheiben werden

bereits bei der Konstruktion einer Maschine eingebaut

Active Shims mit

Nanometerauflösung

Der statische Abstand lässt sich durch kurzzeitiges

Anlegen einer Versorgungsspannung

am Pirest-Aktor einstellen. Dafür ist

im Active Shim ein Spannungsanschluss

vorgesehen, der lediglich beim jeweiligen

Justageprozess an eine Spannungsquelle

angeschlossen werden muss. PI bietet für

diesen Prozess eine einfach zu verwendende

Spannungsversorgung mit der passenden

Ansteuerung an. Die dafür notwendigen

Kabel können bereits beim Design der

Maschine berücksichtigt werden und sind

damit permanent im System verlegt. Nach

dem Justieren wird dann die gewünschte

Position ohne Spannung langzeitstabil gehalten,

die Spannungsversorgung kann

entfernt werden. Die Stabilität der Auslenkung

hängt lediglich von der Änderung

der Umgebungstemperatur ab. Langzeittests

in einer auf 1 K temperaturstabilen

Umgebung haben für einen Aktor mit

10 µm Nominalhub Driften von weniger als

± 100 nm gezeigt, unabhängig von der Auslenkung.

Bei Standardprodukten liegt die

maximale Auslenkung je nach Größe des

Aktors zwischen 5 und 35 µm; durch geschickte

Kombinationen der Active Shims

ist die Ausrichtung in bis zu sechs Achsen

möglich. Als Option können die Aktoren

zudem mit einem Temperatursensor ausgestattet

werden.

Besonders die Justage an unzugänglichen

Stellen vereinfacht sich durch die Active

Shims, zumal die piezobasierten Unterlegscheiben

selbst tonnenschwere Lasten halten

können. Bei Bedarf lassen sich die Active

Shims zudem mit klassischen Piezoaktoren

kombinieren, z. B. für eine dynamische

Schwingungskompensa tion. Typische Anwendungen

für solche hybriden Systeme

sind bspw. das Nach stellen der Brennebene

während eines optischen Mess-/Scanvorgangs

sowie die Steuerung eines Laserstrahls in der

Messtechnik oder Materialbearbeitung.

Fotos: Physik Instrumente

www.pi.de

Wir fertigen Stirnräder mit

Innen- und Außenverzahnung,

Zyklo-Palloid-Spiralkegelräder

sowie Hirth-Stirnverzahnungen

als eine der wenigen in

einem Haus. Individuell nach

Kundenwunsch!

Einmalig.

Wir produzieren alle

gängigen Verzahnungsarten –

in Premiumqualität.

Vielseitig.

Hagmann Zahnradfabrik GmbH Tel.: +49 (0) 71 64 / 94 30-0 Fax: -31

www.hagmann.de info@hagmann.de


SENSORIK UND MESSTECHNIK

Intelligentes Wegmesssystem mit neuem

Feature für Condition Monitoring

Das intelligente Wegmesssystem LiView von Liebherr bestimmt

präzise die Position und Geschwindigkeit des Kolbens in Hydraulikzylindern.

Zukünftig verfügt es über eine neue Funktion, die

Condition Monitoring bis ins Detail ermöglicht. LiView ermittelt

selbstständig relevante Daten und leitet daraus eine Fehlerdiagnose

ab. Dank der Selbstüberwachung des Systems kann LiView

seinen aktuellen Zustand mithilfe von Parametern erfassen und

mit dem Optimalzustand vergleichen. So erkennt das System

auftretende Fehler. LiView verfügt über einen internen Fehlerspeicher,

in dem bereits diagnostizierte Fehler abgelegt werden.

Der Inhalt des Speichers wird über das standardisierte Diagnose-

Kommunikationsprotokoll UDS (Unified Diagnostic Services)

übertragen. Wenn der OEM

kein bestehendes Diagnosetool

zum Auslesen des

Fehlerspeichers nutzen will,

stellt Liebherr ein entsprechendes

Software-Tool zur

Verfügung.

www.liebherr.com

Sensoren fit gemacht

für Industrie 4.0

Die Sensoren der fünften

Generation der Temposonics

R-Serie aus dem Hause MTS

Sensors verfügen sowohl über neue

Funktionen als auch über neue Werkzeuge, die sie fit machen

für Industrie-4.0-Anwendungen. Mit dem TempoLink-Assistent

etwa können detaillierte Informationen über den Zustand der

Anwendung, z. B. Sensorstatus, Innentemperatur, Gesamtbetriebsstunden

oder zurückgelegte Wegstrecke von Positionsmagneten,

drahtlos oder über USB-Anschluss ausgewertet werden. Die

R-Serie V ist derzeit als Stab- und Profilform erhältlich und verfügt

über Profinet- und Ethernet/IP-Schnittstellen. Weitere Typen und

Schnittstellen sollen im Laufe des Jahres folgen. Die Sensoren

unterstützen einen erweiterten Temperaturbereich von – 40 bis

+ 85 °C. Darüber hinaus wurde die Schockfestigkeit auf 150 g und

die Vibrationsfestigkeit auf 30 g erhöht. In Verbindung mit dem

größeren Spannungsversorgungsbereich lassen sich die Sensoren

nun einfacher in rauen Anwendungen integrieren und liefern

trotzdem exakte Messdaten bis 0,5 µm.

www.mtssensors.com

Präzise Positionsmeldung in Echtzeit

Die absoluten Winkelmesssysteme Amosin aus dem Hause Amo

arbeiten hochpräzise und sind unempfindlich gegenüber

Verschmutzungen sowie mechanischen und elektromagnetischen

Einflüssen. Damit eignen sie sich für Anwendungen in rauen

Umgebungen, bei denen sehr hohe Genauigkeit gefordert ist. Die

Geräte bestehen aus induktiven Sensoren und einer integrierten

Auswerteelektronik. Diese tastet eine hochgenaue Teilung ab, die

fotolithografisch in Stahl geätzt wurde und aus einer inkrementell

und einer absolut kodierten Spur besteht. Da die Abtastung mit

einem hochfrequenten Wechselfeld erfolgt, wird eine Materialhysterese

vollständig unterdrückt. Die Messsysteme können zur

Innen- und zur Außenabtastung eingesetzt werden. Bei den

Maßverkörperungen mit Außenabtastung kann zwischen einem

Standard-Messflansch, einem

kundenspezifischen Messflansch

oder Messringen gewählt

werden. Für Anwendungen,

die höchste Präzision erfordern,

gibt es sie auch mit Mehrkopfabtastung.

www.amo.at

Einfach Messsignale erfassen

Das Optima Sensortelemetrie-Kit von Manner erlaubt Testingenieuren

die präzise Erfassung von Messsignalen an rotierenden

Wellen, auch ohne umfassende Kenntnisse der Technologie. Die

Übertragungsdistanz beträgt, trotz induktiver Speisung zwischen

Welle und Stator, 50 mm. Die Komponenten, die das kompakte

System beinhaltet, sind eine Stator Pick-Up-Einheit mit integrierter

Elektronik, ein Rotormessverstärker und eine Antennenschleife

zur energetischen Kopplung. Der Rotormessverstärker ist trotz

Miniaturausführung sehr robust. Der Messaufnehmer wird einfach

mit dem Messverstärker verschaltet, egal ob es sich

um eine Brücke von Dehnungsmessstreifen, den

PT100 oder ein Thermoelement handelt. Das

System arbeitet ohne Batterien. Es eignet sich

für Troubleshooting, Lastkollektiverfassung,

Forschungsaufgaben und Überwachung

in Windkraftanwendungen, an Propellerwellen

in Schiffen, Antriebswellen

in Stahlwerken in Prüfständen

oder Turbomaschinenwellenstränge.

www.sensortelemetrie.de

Drehmomentmessung und Antrieb in einem System

Die Drehmomentmodule von Promess vereinen Antrieb und präzise Drehmomentmessung in einem System.

Mit den Einheiten werden Winkelpositionen präzise angesteuert, Lastmomente exakt aufgebracht und Prozessdaten

einfach erfasst und überwacht. Für den Drehmomentbereich von 1,5 bis 200 Nm stehen sieben Baugrößen

bereit. Der intelligente Messaufbau ist vollständig entkoppelt zur Drehbewegung der Abtriebswelle und somit

resistenter gegenüber Störeinflüssen. Für die Wegmessung werden Encoder mit absoluter Positionsrückführung

verwendet. Typische Anwendungen sind das Messen von Losbrech-, Rast- oder Reibmomente von Wälzlagern

unter definierter Vorspannung oder Funktionsprüfungen, z. B. von Schaltern, Ventilen, Kugellagern oder

Torsionsdämpfern. Auch die Integration in eine Montagelinie ist möglich. Die Drehmomentmodule werden

mit dem digitalen Vorverstärker PDM-S und der Programmiersoftware V5 ausgeliefert.

www.promessmontage.de

36 antriebstechnik 7/2018


SENSORIK UND MESSTECHNIK

2-Achs-Neigungssensor für

mobile Maschinen

Der 2-Achs-Neigungssensor der Baureihe PE-MEMS-x/y-i/GS60L

von FSG kann gleichzeitig die Neigungswinkel der x- und y-Achse

messen und ist für einen Messbereich von bis zu ± 60° geeignet.

Die Messwertausgabe für jede Neigungsachse erfolgt über eine

4–20-mA-Schnittstelle. Aufgrund

des verschleißfreien mikroelektromechanischen

Messsystems, des

robusten Kunststoffgehäuses in

Schutzart IP67 und des einfachen

Anschlusses über einen 4-poligen

M12-Stecker ist der Neigungssensor

für den Einsatz in mobilen

Maschinen prädestiniert. Typische

Anwendungen sind die Neigungserfassung

von Fahrzeugplattformen

oder die Winkelpositionsmessung an Auslegerarmen von

Baumaschinen. Mit einer Auflösung von 3 000 Digits/16 mA und

einer absoluten Genauigkeit von ± 0,25° eignet sich der Neigungsaufnehmer

darüber hinaus auch für viele andere Anwendungen.

Der zulässige Temperaturbereich beträgt – 30 bis + 70 °C. Für die

Montage des Gerätes verfügt das Sensorgehäuse über vier M4-

Schraubenbohrungen.

www.fernsteuergeraete.de

Kleiner Messkopf mit hoher Auflösung

Mit dem Magnetmesskopf AKS17 aus dem Hause Bogen können

lineare Absolutmessungen von 100 mm bis zu 3 m Länge mit

einer Auflösung < 1 µm realisiert werden. Bei rotativen Messungen

können Durchmesser von 100 mm bis 1 m mit einer Auflösung bis

24 Bit gelesen werden. Gleichzeitig bieten die magnetischen

Maßstäbe eine große Gestaltungsfreiheit, da das Magnetmuster

angepasst werden kann. Mit 28 mm Länge, 16 mm Breite und

3,4 mm bzw. 6,6 mm Höhe kann der Messkopf auch bei knappem

Bauraum eingesetzt werden. Als Output liefert er Biss-C oder SSI

sowie ein inkrementelles Quadratursignal. Dies ermöglicht es,

mit einer inkrementellen Messung zu beginnen und nach einer

Aktualisierung des Steuerungssystems absolute Informationen zu

verwenden, ohne Veränderungen des Encoders vorzunehmen.

Das Messsystem kann damit

auch beim Start eine Absolutinformation

verarbeiten und

während des Betriebs ein

Inkrementalsignal bereitstellen.

www.bogen-electronic.com

Inserentenverzeichnis Heft 7/2018

BRECO Antriebstechnik, Porta

Westfalica...............................................25, 27

GATES EUROPE,

Erembodegem (Belgien)...........................13

Getriebebau NORD, Bargteheide............. 7

Hagmann Zahnradfabrik,

Hattenhofen.................................................35

igus®, Köln....................................................... 9

KIMO Industrial Electronics, Erlangen.45

Koch, Ubstadt-Weiher..........................4. US

Kübler Group,

Villingen-Schwenningen..........................31

Mayr, Mauerstetten...................................18

Mulco-Europe EWIV, Garbsen.................11

Pilz, Ostfildern................................................ 5

R+W Antriebselemente,

Klingenberg..................................................23

RINGSPANN, Bad Homburg.....................19

SCHMIDT-KUPPLUNG, Wolfenbüttel....17

VSM Antriebstechnik, Griesheim..........21

Beilage:

GfM Ges. f.; Maschinendiagnose, Berlin

(Vollbeilage)

Berührungsfreie Drehmomentsensoren

serienmäßig auch mit Atex-Zulassung

NCTE, Spezialist für berührungsfreie Drehmomentsensoren,

präsentiert Sensorsysteme auf Basis der Magnetostriktion. Mit

ihnen lassen sich mechanische Kräfte (Drehmoment, Scherung,

Biegung) vollkommen

berührungsfrei, serientauglich

und wartungsfrei in Echtzeit

messen. Sie verfügen serienmäßig

über die Atex-Zulassung

der Zone 2, T2 und kommen

im Fahrzeugbau, in der

Industrie 4.0, im Motorsport

sowie in der Medizintechnik

zum Einsatz.

www.ncte.de

Energy Harvesting auf engstem Raum

Die Wiegand-Sensoren von Posital sind so kompakt, dass sie auf

eine Fingerkuppe passen. Über einen Draht aus Vicalloy nutzen

sie magnetische Impulse aus Drehbewegungen zur autarken

Erzeugung von Spannung oder Energie. Die dabei erzeugten 7 V

bzw. 190 nJ genügen, um moderne Rotationszähler und die dazugehörige

Elektronik ständig zu aktivieren – ohne Batterien und

wartungsfrei. Einsatzgebiete für die Sensoren sind z. B. leistungsstarke

magnetische Multiturn-Drehgeber, Motorfeedback-Systeme,

aber auch Gas- oder Wasserzähler sowie Ventilatoren. Der kleinste

Wiegand-Sensor WST ist 15 mm lang und kann so auf sehr kleine

Platinen aufgebracht werden. Sämtliche Sensoren sind als SMDbestückbare

Komponenten ausgelegt. Vor zehn Jahren startete der

Hersteller seine Serie magnetischer Multiturn-Drehgeber als

Alternative zu optischen Abtastsystemen. Erstmals wurden dabei

Wiegand-Sensoren als energieautarke Impulsgeber für die

elektronischen Rotationszähler genutzt.

www.posital.de

Ultrakompakte Industrie-4.0-Sensoren

Die Sensoren LEC100

und LEC200 von Siko sind

ausgelegt für die Anforderungen

von magnetischen Motorfeedback-

Systemen in der linearen Antriebstechnik,

bei Handlingssystemen, in der Leiterplattenbestückung,

in der Robotik oder in Automatisierungslösungen

im Industrie-4.0-Bereich. Mit 40 × 10 × 10 mm ist der

Sensorkopf der LEC-Reihe sehr kompakt. Die Sensorik ist etwa so

flach wie ein Smartphone, dennoch ist die komplette Elektronik

im Sensorgehäuse untergebracht. Trotz der kleinen Bauform sind

zwei LEDs zur visuellen Funktions- und Statusüberwachung und

eine Referenzmöglichkeit integriert. Die Sensoren werden mit

analoger (1 Vss) oder digitaler Schnittstelle (LD) ausgeführt. Zudem

kann der Anwender zwischen den Genauigkeitsklassen ± 8 µm

und ± 15 µm entscheiden. Beide Sensoren sind intern mit einem

weiteren Sensorchip zum Auslesen eines bandseitigen Referenzpunkts

bestückt. Damit ist das Auffinden der Home-Position

jederzeit präzise möglich.

www.siko-global.com

antriebstechnik 7/2018 37


ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE I SPECIAL

Nichts dem Zufall

überlassen

Umfassende Sicherheitsfunktionen

prädestinieren Frequenzumrichter

für die Chemie

Ein problemloser Anlagenbetrieb sowie die einfache

Instandhaltung der kompletten Technik basiert

auf kritischen Erfolgsfaktoren wie Sicherheit,

hohe Verfügbarkeit und gute Regelperformance.

Mit Frequenzumrichtern für die chemische

Industrie sorgt ABB jetzt für eine maximale

Verfügbarkeit und Sicherheit der Anlagen.

Dirk Schaar ist

Chefredakteur

der Zeitschrift

antriebstechnik

Durch die Investition in die Reihe der

Industrial Drive-Frequenzumrichter

trägt ABB dazu bei, die Betriebskosten in

der chemischen Industrie zu senken. So

lassen sich durch den Einsatz der drehzahlgeregelten

Antriebe anstelle von konventionellen

Regelungsverfahren wie Drosselklappen

bis zu 60 % Energie einsparen. Die

ABB-Niederspannungsfrequenzumrichter

bieten darüber hinaus eine verbesserte

Regelung und Flexibilität des Prozesses.

Durch ihren Einsatz wird der Prozess einfach

durch die Drehzahl und das Drehmoment

geregelt, die Maschinen werden

geschützt und arbeiten im jeweils optimalen

Betriebspunkt. Ein weiterer Vorteil ist

das sanfte Anlaufen der Maschinen bei

minimierten Netzrückwirkungen. Alle diese

Faktoren tragen zu einer hohen Zuverlässigkeit

und maximalen Verfügbarkeit und

geringeren Energiekosten einer Anlage bei.

Erfüllt die Anforderungen der

Chemieindustrie

01 Das optionale Atex-zertifizierte

Thermistor-Schutzmodul FPTC-02 sorgt für

eine vereinfachte Installation

Die Industrial Drives der Serie ACS880 sind

für den Einsatz in Industrieapplikationen,

vor allem für Applikationen in der Prozessindustrie

wie der chemischen Industrie ausgelegt,

in denen unter anspruchsvollen

Bedingungen eine optimale Motorregelung

gefordert ist. Typische Anwendungsbereiche

in der chemischen Industrie sind Kreisel-,

Zahnrad-, Membran- und Kolbenpumpen,

Lüfter, Kompressoren, Extruder, Mischer,

Förderbänder sowie Granulatoren. Die flexibel

einsetzbaren Niederspannungsfrequenzumrichter

können exakt auf die Anforderungen

der jeweiligen Industrie applikationen

konfiguriert werden. Die Serie ACS880 beinhaltet

zahlreiche Single Drive-Frequenzumrichter

für die Wandmontage sowie Schrankgeräte

und Frequenzumrichtermodule mit

Leistungen von 0,55 kW bis 5,6 MW und

Spannungen von 230 bis 690 V sowohl für

geerdete, wie auch ungeerdete Netze. Die

Produkte sind in Schutz arten bis IP55 für

staubbelastete oder feuchte Umgebungen

erhältlich und basieren auf der gemeinsamen

Antriebsarchitektur von ABB. Bei ihr werden

ein einheit liches Bedienpanel-Design, harmonisierte

Parameterstrukturen, universelles

Zubehör und die gleichen PC-Tools verwendet.

Ferner bietet ABB Lösungen an, um die umfangreichen

Anforderungen der chemischen

Industrie zu erfüllen, z. B. die Namur-Empfehlungen

NE37, NE38 und NE122. Der Einsatz

langlebiger Komponenten, z. B. Lüfter

mit einer Lebensdauer von 9 Jahren, reduziert

den Wartungsaufwand auf ein Minimum

und sichert eine hohe Verfügbarkeit Die

ACS880 bieten darüber hinaus eine große

Auswahl an Produktoptionen, inkl. dem integrierten

Atex-zertifizierten Thermistorschutz.

Die integrierten Sicherheitsfunktionen des

ACS880 reduzieren die Notwendigkeit externer

Sicherheitseinrichtungen, sodass die

Konfiguration vereinfacht und der Platzbedarf

für die Installation reduziert wird. Die

Standardfunktion „Sicher abgeschaltetes

Drehmoment“ (Safe Torque Off, STO) ist im

ACS880 standardmäßig integriert. Das sicher

abgeschaltete Drehmoment dient zur Verhinderung

des unerwarteten Anlaufs oder

ermöglicht andere Stoppfunktionen für eine

sichere Wartung und einen sicheren Betrieb

der Maschine. Mit dem aktivierten sicher

abgeschalteten Drehmoment erzeugt der

Antrieb kein Drehfeld und somit kann der

Motor kein Drehmoment an der Welle erzeugen.

Die integrierte STO-Funktion des

ACS880 ist zertifiziert als sichere Abschaltfunktion

gemäß der Atex-Richt linie. Dies

ermöglicht den Einsatz der STO-Funktion

des Frequenz umrichters als Aktuator beim

Aufbau der Temperaturschutzfunktion.

Die STO-Funktion des ACS880 ist nach EN/

IEC 61800-5-2 ausgeführt und entspricht

auch den Anforderungen der EU-Maschinenrichtlinie

2006/42/EC. Sie erreicht das hohe

38 antriebstechnik 7/2018


02 Die Serie

ACS880 umfasst

Single Drive-

Frequenzumrichter,

Schrankgeräte und

Frequenzumrichtermodule

Vollständig

überarbeitet!

Sicherheitslevel SIL 3 und PL e. Die Atex-zertifizierte

sichere Abschaltfunktion erfüllt die

Anforderungen der europäischen Atex-Richtlinie

2014/34/EU und ist durch den Tüv Nord

und VTT expert services Ltd. zertifiziert.

Optionales

Sicherheitsfunktionsmodul

Zusätzliche Sicherheitsfunktionen können

durch das optionale Sicherheitsfunktionsmodul

FSO-12 ergänzt werden. Das einfach

anschließbare und konfigurierbare Sicherheitsfunktionsmodul

verfügt über verschiedene

Sicherheitsfunktionen sowie eine

Selbstdiagnosefunktion, die die aktuellen

Sicherheitsanforderungen und Normen erfüllt.

Verglichen mit externen sicherheitstechnischen

Komponenten zeichnet sich

FSO-12 durch eine nahtlose Integration

seiner Funktionen in die Antriebsfunktionalität

aus, sodass sich der Aufwand für

Anschluss und Konfiguration der Sicherheitsfunktionen

reduziert.

FSO-12 wird in einem Steckplatz auf der

Regelungseinheit installiert und kommuniziert

direkt mit dem Frequenzumrichter.

Das Modul verfügt über zahlreiche geberlose

Sicherheitsfunktionen, darunter die in

der chemischen Industrie wichtigen Funktionen

„Sicherer Stopp 1“ (SS1) und „Sicher

begrenzte Drehzahl“ (SLS). FSO-12 erfüllt

die Sicherheitslevels SIL 3/PL e auch ohne

Geberrückführung vom Motor und ist mit

der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG/

konform. Darüber hinaus kann das Modul

auch als Ersatzteilpaket bestellt und nachträglich

an dem Frequenzumrichter montiert

werden. Erfordert die Anwendung eine

sichere Drehgeber-Rückführung, kann dies

mit dem sicherheitszertifizierten Dreh geber-

Schnittstellenmodul FSE-31 und dem Sicherheitsfunktionsmodul

FSO-21 realisiert werden.

Das Modul meldet Drehgeber daten an

das FSO-21 und kann gleichzeitig als Rückführung

für den Frequenzumrichter verwendet

werden.

Thermistor-Schutzmodul

Atex-zertifiziert

Für den Frequenzumrichter vom Typ

ACS880 steht außerdem ein Atex-zertifiziertes

integrierbares Thermistor-Schutzmodul

zur Verfügung. Das FPTC-02 Atex-zertifizierte

Thermistor-Schutzmodul, Ex II (2)

GD, ist als Schutzgerät baumustergeprüft

und erfüllt die Anforderungen für Sicherheitskomponenten

der europäischen Atex-

Richtlinie 2014/34/EU. Es kann dadurch

für den Temperaturschutz von Motoren in

explosionsgefährdeten Bereichen (Ex-Motoren)

verwendet werden.

Die Lösung entspricht auch den Anforderungen

der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/

EC und ist zertifiziert durch den Tüv Nord

und VTT expert services Ltd. Diese Option

ermöglicht eine erhöhte Prozess sicherheit

und sorgt für eine vereinfachte Installation,

da externe Sicherheitskomponenten eingespart

werden können und sich damit auch

die Verkabelung vereinfacht.

Um eine noch größere Flexibilität bei der

Einhaltung der Sicherheitsnormen zu erreichen,

bietet ABB die Industrial Drives vom

Typ ACS880 auch zusammen mit Niederspannungsmotoren

für Ex-Bereiche als fertiges

Paket an, das gemäß den IECEx- und

Atex-Normen als Kombination geprüft,

dimensioniert und zertifiziert ist. Eine solche

Paketlösung spart Zeit und Kosten, da

projektspezifische Prüfungen der Motor-

Frequenzumrichter-Kombination nicht erforderlich

sind.

Fotos: ABB

www.abb.de

Die Berechnung und

Gestaltung von Wälzlagern

erreicht eine neue Ära

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ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE I SPECIAL

Der neue Technologiestandard

Das leisten explosionsgeschützte Drehstrom-Asynchronmotoren für die Prozessindustrie

In der Chemie- und Prozesstechnik haben sich robuste, explosionsgeschützte

Drehstrom-Asynchronmotoren weltweit millionenfach bewährt. Zu den

bekanntesten Vertretern gehört wohl der Chemstar, der gerade bei rauen Betriebsund

Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommt. Nun gibt es diesen auf einer

neuen, standardisierten Plattform – mit den gleichen robusten Eigenschaften wie

bisher, allerdings noch komfortabler bei Handling, Engineering und Service.

Stefan Rausch ist Marketing Manager für

Motoren bei der Siemens AG in Nürnberg

Konstrukteure sind somit frei in der Auswahl

der Motoren – Standard oder mit Ex-

Schutz usw. – und bekommen dennoch die

Sicherheit, dass der Engineering-Aufwand

stets der gleiche ist. Das bedeutet, dass für

Projektierung, Auswahl, Bestellung, Parametrierung,

Inbetriebnahme und Service in

beiden Fällen die gleichen Tools (z. B. DTdard

in den genannten Branchen. Diesen

Elektromotor gibt es nun auf der Siemens

einheitlichen Ex-Motoren-Plattform Simotics

XP. Als Simotics XP Chemstar deckt er den

gleichen Bedarf ab wie bisher, liefert jedoch

aufgrund der einheitlichen Plattform-Strategie

des Herstellers an vielen Stellen wertvollen

Zusatznutzen.

Erhältlich für die Ex-Schutz-Zonen 1, 2,

21 und 22 deckt er die wichtigsten Zündschutzarten

Ex db eb, Ex eb, Ex ec, Ex tb und

Ex tc ab und lässt sich so für die meisten

Anwendungen im rauen Umfeld der Prozessindustrie

einsetzen. Durch Integration

in den Systembaukasten vereint der Motor

die besten Eigenschaften aus zwei Welten:

Einerseits erfüllt er, basierend auf der jahrzehntelangen

Erfahrung und Expertise in

Chemie, Öl und Gas, die gestellten prozesstechnischen

Anforderungen an Robustheit

und Sicherheit, andererseits bietet er rund

um Logistik und Engineering alle Vorteile

Charakteristisch für chemische und prozesstechnische

Abläufe sind raue Betriebs-

und Umgebungsbedingungen, teilweise

in Verbindung mit explosionsgefährdeten

Gasen und Stäuben, sodass Elektromotoren

für Pumpen, Lüfter, Kompressoren, Mischer,

Rührer, Extruder etc. nicht nur automatisierungstechnisch

und bezüglich ihrer Energieeffizienz

gefordert sind, sondern auch sicherheits-

und materialtechnisch höchsten Ansprüchen

genügen müssen. Aus diesem

Grund gibt es spezielle Ausführungen von

Drehstrom-Asynchronmotoren, die für die

unterschiedlichen Betriebsbedingungen in

diesen Branchen optimiert wurden. Einer

der weltweit bekanntesten solcher Antriebe

ist der Loher Chemstar als Technologiestanwie

sie von den Standardmotoren bekannt

sind. Kurz gesagt: Simotics XP bietet für

Anwender ein explosionsgeschütztes Motorenspektrum,

das in Umfang und Anspruch

seinesgleichen auf dem Weltmarkt sucht.

Mit der neuen Baureihe Simotics XP

Chemstar wurden das technische Design,

die Motordaten sowie spezielle Zusatzoptionen

des traditionellen Chemstar entsprechend

harmonisiert.

Standardisierungsstrategie führt

zu Vorteilen

40 antriebstechnik 7/2018


SPECIAL I ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE

Konfigurator, Sizer, usw.) genutzt werden

können. Das Ergebnis: Arbeitserleichterung

plus Zeitersparnis. Gleichzeitig wird auch

der gesamte Beschaffungsprozess vereinheitlicht

und die Lagerhaltung aufgrund der

reduzierten Zahl der Varianten vereinfacht.

In Verbindung mit der durchgängig erhältlichen

Effizienzklasse IE3 lassen sich nun

auch für die Chemie- und Prozesstechnik

energiesparende Antriebslösungen auf einfache

Weise projektieren und verwenden.

Ein hohes Maß an Standardisierung, wie

Siemens es mit dem neuen Simotics XP

Chemstar jetzt auch für die Prozessindustrie

zur Verfügung stellt, zahlt sich in vielen

Details aus: Die digitalen Informationen

wie 2-D-Darstellungen, 3-D-Modelle sowie

verschiedene technische Daten, die zur

Ver fügung stehen, führen zu einer deutlichen

Vereinfachung der Elektrokonstruktion.

Die durchgängige Digitalisierung der

neuen Elektromotoren erweist sich im

Produktionsalltag als praktisch: Jeder

Simotics XP besitzt z. B. auf dem Typenschild

einen Data-Matrix-Code der direkt

zu den individuellen technischen Daten, zu

Zertifikaten und Ersatzteillisten führt. So

funktioniert die Ersatzbeschaffung einfacher

und wenn im Zuge von Wartungsarbeiten

nur einzelne Anbau- oder Einbauteile

wie Lager, Klemmkästen oder Lagergehäuse

beschafft werden müssen, spart

die Betriebstechnik Zeit.

Optionspakete für

maßgeschneiderte Motoren

Die Bezeichnung Chemstar steht seit Jahrzehnten

für maßgeschneiderte Motorenlösungen

insbesondere in explosionsgefährdeten

Bereichen der chemischen und

petrochemischen Industrie sowie in der Ölund

Gas-Branche. Wie bisher gibt es auch

beim neuen Simotics XP Chemstar vorkonfigurierte,

exakt auf die jeweilige Branche

zugeschnittene Optionspakete mit typischen

Speziallösungen bezüglich Korrosionsschutz

(C4), Materialauswahl (rostfreier Stahl) sowie

erhöhter Gewährleistung. Der Leistungsumfang

reicht weiter bis zu den gängigen Spezifikationen

von VIK, Shell usw. Der gesamte

Leistungsumfang, zu dem auch frei wählbare

Optionen wie reduzierte Anlaufströme, Motorüberwachung,

verstärkte Lagerung, Tropenklimaausführung,

Sonderanstrichsysteme

(Bis C5M-M Klassifizierung) und einige weitere

gehören, ist nun Teil der durchgängigen

Plattform für explosionsgeschützte Niederspannungsmotoren

Simotics XP.

Durch die Integration dieses Motors in den

Simotics-Systembaukasten steigt zudem

dessen Flexibilität. Es gibt ihn wie bisher in

Achshöhe AH 71 bis AH 355 für Leistungen

von 0,25 bis 500 kW. Dabei führt der standardisierte

Aufbau zu ausgesprochen kurzen

Lieferzeiten. Die Folge sind kürzere Projektlaufzeiten

und somit Einsparungen bei den

Projektkosten in Verbindung mit den Vorteilen

eines beschleunigten Time-to-Market.

Weiteres Plus: Aufgrund einer schnelleren

Beschaffung der speziellen Motoren für

Chemie- und Prozesstechnikanwendungen

kann auch die Lagerhaltung effizienter organisiert

werden, was sich positiv auf Platzbedarf

und Kapitalbindung auswirken kann.

Der neue Chemstar

Als neuer Technologiestandard für die chemische

und Prozessindustrie sowie für die

Öl- und Gas-Branche führt die Motorenreihe

Simotics XP Chemstar die jahrzehntelange

Entwicklungsgeschichte des alten Loher

Chemstar fort. Durch den hohen Standardisierungsgrad

kommen nun Vorteile zum Tragen,

die den Umgang mit den Motoren für

Die neue Motorengeneration Simotics XP

Chemstar führt die jahrzehntelange

Dominanz des Loher „Chemstar“ fort

Anwender verein fachen und damit deren

Alltag erleichtern: Durch gängige Konstruktionsplattform,

flexibles Baukastenkonzept,

fertige Optionspakete, umfangreiche Zertifizierungen

sowie digitale Engineering- und

Bestelldaten. Festdrehzahlbetrieb und drehzahlvariabler

Betrieb am Umrichter sind gleichermaßen

möglich. Simotics XP Chemstar

der Zündschutzarten Ex db, Ex ec, Ex tb und

Ex tc lassen sich dabei mit Umrichtern der

Sinamics-Familie von Siemens betreiben,

ohne dass ein Systemtest notwendig wäre.

„Simotics XP Chemstar verbindet das Beste aus zwei Welten:

Jahrzehntelange Erfahrung und die Vorteile der Standardisierung.“

In Verbindung mit umfangreichen Systemtests

hat Siemens einen neuen Elektromotor

entwickelt, der alle bisherigen Anforderungen

rauer Umgebungsbedingungen erfüllt

und gleichzeitig die Erfahrung aus über

hundert Jahren Motorenentwicklung in sich

vereint. Dadurch ergibt sich wie beschrieben

in vielerlei Hinsicht eine spürbare Effizienzsteigerung

beim Einsatz von explosionsgeschützten

Drehstrom-Asynchronmotoren

von der die gesamte Chemie- und Prozessindustrie

sowie die Öl- und Gas-Branche

profitieren.

www.siemens.de

antriebstechnik 7/2018 41


Keine Chance

für Keime

Hygienegerechte Servotechnik für Steril- und Nassbereiche

In der elektrischen Antriebstechnik gehört

die Wittenstein SE zu den Pionieren im

Bereich Hygiene Design. Bereits auf der

Hannover Messe 2013 hat das Tochterunternehmen

Wittenstein Alpha mit der

Produktfamilie HDV die weltweit ersten,

von der EHEDG zertifizierten, spielarmen

Planetengetriebe im Hygiene Design präsentiert.

Seitdem hat sich die Baureihe im

Umfeld der Lebensmittelverarbeitung, der

Getränkeabfüllung oder der Herstellung

pharmazeutischer Produkte etabliert – u. a.,

weil Maschinenbauer und Betreiber davon

profitieren, dass sich das HDV als Plug-&-

Play-Antriebseinheit ohne weitere konstruktive

Maßnahmen hygienegerecht in

offene Maschinenstrukturen integrieren

lässt. Doch dies ist nur ein Grund, weshalb

Servotechnik im Hygiene Design mehr als

nur ein Nischenmarkt ist.

Verbraucherverhalten treibt

ebenso wie ...

Wieso liegt hygienegerechte Antriebstechnik zunehmend

im Trend, was bedeutet Hygiene Design in der

gerätetechnischen Umsetzung, welche Performance-,

Prozess- und Produktrisiken können vermieden werden

und welche Lösungen bietet das Produktportfolio

der Firma Wittenstein?

Verantwortlich für die verstärkte Nachfrage

nach Automatisierungskomponenten im

Hygiene Design im Allgemeinen und nach

hygienegerechter Servoantriebstechnik im

Besonderen sind zum einen die sich wandelnden

Verbrauchergewohnheiten und

auch der demographische Wandel. Dies

führt zu einer stärker individualisierten

Nachfrage, z. B. in Form unterschiedlicher

Packungsgrößen für Single- und Familienhaushalte,

einem zunehmenden Angebot

an Convenience- wie auch an Bio-Produkten

oder einem stetig steigenden Spektrum

portionsverpackter Lebensmittel weit über

Wurst- und Käseaufschnitt hinaus. Nachgefragt

werden zudem immer hochwertigere

Produkte, gerne auch mit längerer Haltbarkeit.

All dies erfordert die Ausführung

von Produktions-, Verarbeitungs- und Verpackungsanlagen

nach Hygiene-Design-

Richtlinien, um eine hohe Prozess- und

Produktsicherheit beim Verarbeiten und

Verpacken von Fleisch-, Fisch- und Wurstwaren,

von Molkereiprodukten und bei der

Abfüllung von flüssigen Lebensmitteln und

Getränken zu gewährleisten.

... maschinenbauliche und

wirtschaftliche Aspekte

Carolin Ank ist Produktmanagerin bei der Wittenstein Cyber

Motor GmbH in Igersheim und Manuel Peter ist Leiter

Produktmanagement Getriebe & Anwendungen bei der

Wittenstein Alpha GmbH in Igersheim

Gleichzeitig zum sich stetig verändernden

Verbraucherverhalten und zur Vermeidung

von Produktrisiken setzen sich bei der

Auslegung von Maschinen, z. B. für die

Lebensmittel- und Getränkeindustrie, ver­

42 antriebstechnik 7/2018


SPECIAL I ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE

stärkt offene Maschinenkonzepte durch.

Bislang wurden nicht hygienegerechte Antriebseinheiten

– um sie vor der Bildung

von Keimen und Mikroorganismen nach

einem Produktaustritt oder der Nassreinigung

zu schützen – eingehaust oder sogar

gekapselt. Heute fordern die Maschinenbauer

hygienegerechte Komponenten, die

sich ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen

auf einfache Weise integrieren und

warten lassen. Dies hat sowohl technische

als auch wirtschaftliche Gründe. So ist das

Einhausen von Antrieben als Schutz vor

einer eventuellen Kontamination trügerisch.

Es können sich unter einer Abdeckung unbemerkt

Feuchtigkeitsnebel, Ablagerungen

und Schmutznester bilden. Sie bilden einen

optimalen Nährboden für die Vermehrung

von Mikroorganismen und können zu Produktkontaminationen

im späteren Produktionsprozess

führen. Zudem besteht das

Risiko, dass Reinigungsdämpfe in das Schutzgehäuse

eindringen und zu Korrosionsbildung

an den Antriebskomponenten führen.

Die im Betrieb zusätzlich entstehende Stauwärme

unter der Einhausung birgt langfristig

die Gefahr von Lagerschäden und

Leckagen. Dies kann zu einer verkürzten

Lebensdauer der Antriebe und somit einer

geringeren Anlagenverfügbarkeit führen –

und die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen.

Darüber hinaus stellen die Fertigung einer

Einhausung sowie ihr Montageaufwand für

den Maschinenbauer einen vermeidbaren

Kostenfaktor dar. Schließlich kommt bei der

Abnahme der Maschine erschwerend hinzu,

dass eine solche Schutzlösung, die unter

Hygienegesichtspunkten nicht zertifizierbar

ist, einen erheblichen Mehraufwand generiert,

wenn sie in eine durchgängig im

Hygiene Design ausgeführte Anlage integriert

werden soll. Nicht ganz unwichtig ist

zu guter Letzt der Design-Faktor: Durch die

Materialauswahl und die konstruktiven

Vorgaben geben die fast „zwangsläufig“

formschönen Hygiene-Design-Antriebslösungen

in offenen Maschinenstrukturen

fast immer ein besseres Bild ab als kantige

Schutzgehäuse oder Kapselungen.

Hygiene Design folgt Normen,

Richtlinien und Empfehlungen

Die gerätetechnischen Anforderungen an

ein hygienegerechtes Design sind vielschichtig

und folgen einer Reihe von Normen,

Richtlinien und gesetzlichen Vorgaben.

So legt zum einen die Maschinenrichtlinie

2006/42/EG wichtige Grundlagen

01 Bereits 2013 hat Wittenstein die ersten,

von der EHEDG zertifizierten Planetengetriebe

im Hygiene Design präsentiert

hinsichtlich der Notwendigkeit und der

Ausgestaltung des hygienischen Designs

von Maschinen- und Automatisierungskomponenten.

Unbedingt zu beachten sind

zudem die Empfehlungen

bzw. Vorgaben der EHEDG.

Diese ist eine Expertengemeinschaft

von Maschinen-

und Komponentenherstellern,

Fachleuten aus

der Nahrungsmittelindustrie

sowie von Forschungsinstituten

und Gesundheitsbehörden.

Ihr Ziel ist

es, das Bewusstsein für Hygiene

bei der Verarbeitung

und Verpackung von Nahrungsmitteln

zu stärken. Schließlich geben

eine Reihe relevanter Normen, Richtlinien

und gesetzliche Vorgaben den rechtlichen

Rahmen für die Entwicklung und Inverkehrbringung

hygienegerechter Produkte

vor. Bereits bei der Entwicklung von Hygiene-Design-Produkten

greifen bspw. die

Gestaltungsanforderungen, wie sie in der

B-Norm DIN EN ISO 14159:2008-07 für

Maschinen mit Hygienerisiken generell und

in der C-Norm DIN EN 1672-2: 2005+A1

speziell für Nahrungsmittelmaschinen festgelegt

sind. Die gesetzlichen, hygienerechtlichen

Vorgaben, die neben der Maschinenrichtlinie

und den EHEDG-Empfehlungen

bei der Markteinführung und Inverkehrbringung

von Produkten maßgeblich sind,

sind die VO 1935/2004/EG über Materialien

und Gegenstände, die bestimmungsgemäß

mit Lebensmitteln in Berührung kommen.

Die Wittenstein-Gruppe hat in den vergangenen

Jahren eine besondere Hygiene-

02 Das HDP + mit Abtriebsflansch setzt

Maßstäbe im Hinblick auf Positioniergenauigkeit

und Leistungsdichte

Verantwortlich für die

verstärkte Nachfrage

nach hygienegerechter

Servoantriebstechnik sind

die sich wandelnden

Verbrauchergewohnheiten.

Carolin Ank

Design-Kompetenz aufgebaut und weiß –

zumal als Mitglied der EHEDG – worauf

es bei der hygienegerechten Entwicklung

und Auslegung von Getrieben, Servomotoren

und Kleinantriebssystemen ankommt

und hat dieses Know-how in

vollem Umfang berücksichtigt und industriegerecht

umgesetzt.

Was bedeutet Hygiene Design

im Antrieb?

Hygiene-Design-Komponenten werden vor

allem in Steril- und Nassbereichen eingesetzt.

Das bedeutet, dass sie dort zum einen

dem Austritt eines Prozessmediums ausgesetzt

sein können, z. B. bei einer Leckage in

der Rohrleitung oder Überfüllung eines

Pufferbehälters. Darüber hinaus

unterliegen sie regelmäßigen Reinigungsund

Desinfektionsprozessen, bei denen

z. B. chlorhaltige Schaumreiniger und Desinfektionsmittel

zum Einsatz kommen. Daher

ist die Auswahl medienbeständiger Materialien

und bei Bedarf deren zusätz liche

Bearbeitung erforderlich. Aus diesen Grün-

antriebstechnik 7/2018 43


ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE I SPECIAL

03 Im Anlagenbetrieb zeichnet sich die

Hygiene-Design-Lösung durch eine hohe

Dynamik und Präzision aus

04 Die Kleinservomotoren und Antriebsverstärker

bilden ein Kleinantriebssystem für die

hygienegerechte Antriebsautomatisierung

Planetengetriebe mit EHEDG-Zertifikat ist,

setzt das HDP + mit Abtriebsflansch Maßstäbe

im Hinblick auf Positioniergenauigkeit

und Leistungsdichte: Mit einem Verdrehspiel

von weniger als einer Winkelminute

und einem maximalen Beschleunigungsmoment

von 760 Nm ist es geeignet

für hochdynamische und kompakte Applikationen

wie z. B. in der Deltarobotik. Maschinenbauer

können die HDV- und HDP + ­

Getriebe Plug-&-Play in offene Maschinenstrukturen

integrieren.

Die Kleinservomotoren der Produktfamilie

Cyber Dynamic Line im Hygiene Design

und die Antriebsverstärker der Baureihe

Simco Drive von Wittenstein Cyber Motor

bilden zusammen ein Kleinantriebssystem

für die hygienegerechte Antriebsautomatisierung

in Produktions- und Verpackungsanlagen.

Der große Vorteil bei der Integraden

sind bei allen Hygiene-Design-Antriebslösungen

von Wittenstein die außenliegenden

Gehäuseoberflächen, die unter

Umständen mit Produktaustritt oder mit

Reinigungs- oder Desinfektionsmedien in

Berührung kommen können im extrem

widerstandsfähigen Edelstahl 1.4404/AISI

316L ausgeführt. Dieser kohlenstoffarme

Edelstahl weist eine hohe Beständigkeit

gegen chlorhaltige Medien auf, die oxidativ

auf die Gehäuseoberfläche einwirken könnten.

Zudem fördert er die natürliche Absterberate

von Bakterien und anderen Mikroorganismen

auf seiner Oberfläche. Durch

entsprechende Be arbeitung des Edelstahls

wird die Rauheit auf mindestens R a

< 0,8 µm

reduziert – und die Oberfläche dadurch

nahezu „spiegelglatt“. Dies minimiert die

Anhaftungsmöglichkeiten für Produktreste

und begünstigt gleichzeitig das rückstandfreie

Abwaschen und Ablaufen von Reinigungs-

und Des infektionsmitteln. Auch die

in Getrieben eingesetzten Dichtungsmaterialien

– PTFE am Abtrieb der Getriebe,

Dichtringe am Deckel aus PUR, O-Ringe

zwischen Motor und Getriebe aus Fluoropren

sowie thermoplastisches Polyurethan

(TPU) in Kabelverschraubungen – entsprechen

den Anforderungen der EHEDG

und auch der FDA an das Hygiene Design.

Neben der Materialauswahl kommt es

auch auf eine besondere konstruktive Auslegung

an. So dürfen die Gehäuse keine

mechanischen Übergänge, Spalten, Vertiefungen,

herausstehende Verschraubungen,

Hinterschnitte oder Toträume aufweisen,

in denen sich Bakterien oder

Mikroorganismen einnisten könnten. Kanten

sollten glatt und abgerundet ausgeführt

sein sowie einen Mindest-Rundungsradius

von 3 mm aufweisen. Zudem gilt es, horizontale

Flächen zu vermeiden, die ein

vollständiges Ablaufen der Reinigungsbzw.

Desinfektionsmedien nach dem Einwirken

und Abspülen verhindern könnten –

ebenso wie das Laser-gravierte Typenschild

der Komponente.

Für sauberes und hygienisches

Antreiben

Die Wittenstein-Gruppe hat den Trend zur

Ausrüstung von Maschinen der Lebensmittel-,

Fleisch- und Verpackungsindustrie

mit hygienegerechter Antriebstechnik

erkannt und bietet je nach Aufgabenstellung

Servogetriebe

Unsere

und Kleinantriebssysteme

im Hygiene Design

an. Im Markt spielarmer

Planetengetriebe überzeugen

die Getriebebaureihen

HDV und

HDP + im Hygiene Design

von Wittenstein

Alpha durch hohe Produktivität

und Verfügbarkeit.

Während das

HDV das derzeit einzige

tion der kompakten Servomotoren mit

einem Außendurchmesser von 40 mm besteht

darin, dass sie nicht mehr aufwändig

gekapselt oder im Unterbau einer Maschine

versteckt werden müssen, sondern

direkt in den prozessnahen Achsen z. B.

eines Pick-&-Place-Roboters oder eines

Abfüllventils eingesetzt werden können. Im

Anlagenbetrieb zeichnet sich die Hygiene-

Design-Lösung von Wittenstein Cyber

Motor zudem durch eine hohe Dynamik und

Präzision aus – ermöglicht durch die mit bis

zu 32 Bit hochauflösende Stromregelung

des Simco Drive Servoreglers und dessen

schneller Strommessung unter 8 µs.

Potenzial für mehr Performance

Die Hygiene-Design-Antriebslösungen von

Wittenstein können ohne weitere Maßnahmen

direkt in eine Maschine oder eine nach

Hygiene-Design-Grundsätzen konstruierte

Anlage integriert werden. Schmutznester

und Stauwärme sowie Reinigungs- oder

Desinfektionsmitteldämpfe scheiden als

Funktions- und Prozessrisiken aus. Ihre

Hygiene-Design-

Antriebslösungen können

direkt in eine Maschine oder

eine nach Hygiene-Design-

Grundsätzen konstruierte Anlage

integriert werden.

Manuel Peter

konstruktive und materialtechnische Ausführung

ermöglicht Schutzarten bis IP69X

bis maximal 30 bar. Dadurch sind sie CIPund

SIP-geeignet und können ohne Bedenken

eingeschäumt, hochdruckbestrahlt

und gereinigt werden.

Bisherige Maschinenkonzepte für den

Hygienebereich sind im Wandel. Hygienegerechte,

integrations- und wartungsfreundliche

Antriebstechnik im Hygiene

Design wird für den Maschinenhersteller

zum Verkaufsargument – vor allem dann,

wenn die Servogetriebe durch ihre Leistungsmerkmale

eine hohe Präzision und

Produktivität der gesamten Maschine oder

Anlage gewährleisten.

Fotos: Aufmacher Fotolia, 01– 04 Wittenstein SE

www.wittenstein.de

44 antriebstechnik 7/2018


SPECIAL I ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIE PROZESSINDUSTRIE

Plug-&-Play-Sensor ermöglicht

vorausschauende Getriebewartung

Flender stellt den Smart Sensor DX500 mit der

dazugehörigen DX Assist App vor. Die

Plug-&-Play-Lösung zur Messung von

Vibrationen und Temperaturen am

Getriebe meldet dem Anlagenbetreiber

Unregelmäßigkeiten direkt per App auf

sein Smartphone oder Tablet. Das System

ermöglicht die Planung von vorausschauenden

Servicearbeiten, bevor es zu

ungeplanten Störungen oder Ausfällen

kommt, und steigert so die Anlagenverfügbarkeit.

Der Temperatur- und Schwingungssensor misst und

überwacht die Parameter direkt am Getriebe und signalisiert

Veränderungen über LED-Signale und per Alarmsignal in der

DX Assist App oder über das Kundennetzwerk. Alle Alarme

werden protokolliert und der Anlagenbetreiber kann die Bestellung

von benötigten Ersatzteilen und detaillierten Getriebeanalysen

durch Flender-Experten direkt per Klick anstoßen.

Die Assist App ist somit ein Tool für das ganzheitliche Getriebemanagement.

Der Betreiber erhält ein digitales und mobiles

Service-Logbuch seines Getriebes, mit dem er sein Ersatzteilmanagement

optimieren und die Wartungs- und Fehlerfolgekosten

reduzieren kann.

www.flender.com

Antriebe für den Ex-Bereich

aus dem Baukasten

Atex-konforme Antriebskonzepte für die Prozessindustrie bietet

Nord an. Im Programm hat der Hersteller Staub- oder Gas-Exgeschützte

Motoren, Getriebe und elektronische Antriebstechnik

für die Zonen 1, 2, 21 oder 22. Diese kommen aus einem Baukasten

für flexible Antriebskonzepte mit optional für den Umrichterbetrieb

ausgelegten Motoren sowie die Anbaumöglichkeit über

IEC- oder Nema-Zylinder oder direkt an ein Getriebe für eine

kompakte Lösung. Das

Sortiment zeichnet sich

durch die Integration von

Fremdlüftern, Rücklaufsperren

oder Bremsen,

einen auf Wunsch

kombinierten Staub-/

Gas-Ex-Schutz und

Systeme für Temperaturen

bis + 60 °C aus. Mit

SK 180 E sind zudem Atex-konforme, dezentrale Frequenzumrichter

erhältlich, die in Schutzklasse IP69K zu haben sind.

Sie eignen sich damit in Prozessanwendungen, die mit Hochdruck

gereinigt werden. Zum Einsatz kommen sie z. B. in der

Verpackungs- und Lebensmittelindustrie oder in Förder- und

Pumpenanwendungen.

www.nord.com

Compound für die Herausforderungen

der Food- und Pharmaindustrie

Mit dem weißen Werkstoff Vi 770 verstärkt C. Otto Gehrckens

(COG) seine Hygienic-Seal-Serie um einen weiteren Hochleistungs-FKM.

Der Hightech-Werkstoff wurde für die hohe Materialbeanspruchung

in den Produktionsanlagen der pharmazeutischen

und Lebensmittel verarbeitenden Industrie konzipiert.

Er eignet sich für SIP-, CIP- und auch WFI-Prozesse, womit Vi 770

die strengen Maßgaben des Hygienic Design erfüllt. Neben

Widerstandsfähigkeit gegenüber den hohen Belastungen durch

diverse Reinigungsprozesse bietet die FKM-Neuheit eine generell

sehr gute Medienbeständigkeit und ist auch gegenüber Wasserdampf

beständig. Zudem erfüllt der Werkstoff die Forderung nach

garantiert ADI-freien Dichtungswerkstoffen (Animal Derived

Ingredients free). Wie alle Compounds der COG-Produktserie

Hygienic Seal verfügt auch der Neuzugang über die Freigaben der

FDA 21. CFR 177.2600, der USP Class VI, VO (EG) Nr. 1934/2004

sowie die Zulassung nach 3-A Sanitary Standard 18-03.

Ex-Motoren standardmäßig bis IE4

WEG bietet die explosionsgeschützten Asynchronmotoren W22Xd

für die Leistungsbereiche 7,5 bis 375 kW freiwillig nach den

Standards der IE-Klassifizierung an – bis Energieeffizienzklasse

IE4. Explosionsgeschützte Motoren sind von der Effizienz-

Regelung der EU bislang ausgenommen. Da Energiekosten bei

Elektromotoren zwischen 95 und 97 % der Gesamtlebenszykluskosten

ausmachen, können mit IE-klassifizierten Ex-Motoren 20

bis 40 % der Kosten einsparen. Um die energiesparenden Antriebe

für den Ex-Bereich verfügbar zu machen, übertrug der Hersteller

das Gehäusedesign der W22-Standardasynchronmotoren auf die

Ex-Motoren. Dieses beinhaltet ein Kühlsystem, dessen aerodynamisches

Konzept zu einer Verringerung des Geräuschpegels und

zu einer Optimierung der

Wärmeableitung beitragen.

Das robuste Gehäuse mit

integrierten massiven Füßen

ermöglicht den Einsatz der

Ex-Motoren selbst in den

anspruchsvollsten Anwendungen

und minimiert die Vibrationsund

Geräuschentwicklung.

www.weg.net

www.cog.de

antriebstechnik 7/2018 45

KIMO.indd 1 18.04.2017 14:40:18


Elektronisches Typenschild – Power

Interface Communication: Kommunikationsverfahren

für geberlose Motoren

Wenn heute ein PC-Drucker über die USB-Schnittstelle an einen Laptop

angeschlossen wird, ist die Erwartungshaltung des Anwenders, dass nach kurzer

Zeit ein aktueller Treiber für den Drucker automatisch installiert wird – ohne

weitere Installationsschritte. Genauso selbstverständlich ist, dass Laptop,

Smartphone usw. herstellerunabhängig weltweit genutzt und vernetzt werden

können – Wireless oder via RJ-45 Netzwerkkabel. Was in der IT selbstverständlich

ist, ist bei Frequenzumrichter-betriebenen Elektromotoren für die

Automatisierungstechnik bisher nur mit nennenswerten Einschränkungen möglich.

Motor 3~ 50Hz IEC 34-1

No.

15 kW 1455 r/min.

CI . F cos = 0.90

400 V

27.5 A

230 V

48.7 A

Cat. No. IP 54 kg

01 Typisches Motortypenschild

Industrielle Servoantriebe verfügen heute meist über Motorfeedbacksysteme

mit einer digitalen Schnittstelle. Über diese Schnittstellen

können im Motor hinterlegte Daten – z. B. ein elektronisches

Typenschild – gelesen werden. Diese Schnittstellen sind in der

Regel herstellerspezifisch:

n Der Encoderhersteller Heidenhain stattet seine Winkelmesssysteme

standardmäßig mit einer digitalen, RS-485 basierten

6-Draht-Schnittstelle aus. Das proprietäre EnDAT-Protokoll darf

nicht von (Encoder-) Wettbewerbern genutzt werden.

Prof. Dr.-Ing. Jens Onno Krah ist Leiter des Labors für Regelungstechnik,

Alexander Abidin, M.Sc., und Dipl.-Ing. Christoph Hirschmeier sind

Mitarbeiter am Institut für Automatisierungstechnik, alle an der TH Köln

und Dipl.-Ing. Abednego Atsuri Johnson leitet den Arbeitskreis „Geregelte

Elektroantriebe“ in der Forschungsvereinigung Antriebstechnik in Frankfurt a. M.

n Die Firma Siemens nutzt bei dem Antriebssystem Sinamics die

proprietäre Systemschnittstelle DRIVE-CLiQ, welches andere

Steuerungshersteller nicht nutzen dürfen.

n Die nicht proprietären Encoderschnittstellen wie z. B. BiSS (IC-

Haus), Hiperface-DSL (Sick) oder SCS open link (Hengstler)

konnten sich bislang nur eingeschränkt durchsetzen. Auch die

offenen Encoderschnittstellen bieten bisher kein definiertes

Format für ein elektronisches Typenschild.

Bei in Motoren eingebauten Encodern mit digitaler Schnittstelle

nutzen deshalb fast alle Hersteller noch immer ein proprietäres

Format für das elektronische Motortypenschild, welches in

einem dafür vorgesehenen Speicherbereich des Encoders –

üblich sind wenige kByte – gespeichert wird. Herstellerübergreifend

ist, dass die verschiedenen Encoderschnittstellen das Lesen

und Schreiben des OEM-Speicherbereichs im Encoder unterstützen.

Das funktioniert gut um ein elektronisches Typenschild zu

realisieren, wenn Motor und Frequenzumrichter von einem Hersteller

stammen.

46 antriebstechnik 7/2018


ELEKTROMOTOREN

Parameter nur schätzen

Der robuste und kostengünstige Asynchronmotor wird auch als

das „Arbeitspferd“ der elektrischen Antriebstechnik bezeichnet.

Angesteuert über einen Frequenzumrichter ist er in der Lage,

gegen große Gegenmomente von Arbeitsmaschinen anzulaufen

und kann gleichzeitig bei verschiedenen Drehzahlen hoch effizient

betrieben werden. Der sensorlose Betrieb von Asynchronmaschinen

hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die

messtechnische Erfassung von Drehzahl bzw. Winkel aufwendig

ist und in der Praxis aus Kostengründen meist nicht erwünscht ist

oder wegen ungünstiger Einsatzbedingungen, z. B. hohe Temperatur

oder starke Vibration, kaum möglich ist. Auch werden mit

Servomotoren realisierte Positionierantriebe zunehmend sensorlos

geregelt, also auch ohne eingebautes Motorfeedbacksystem

ausgeführt.

Bei Motoren ohne eingebauten Encoder gibt es bisher keine

Möglichkeit ein elektronisches Typenschild automatisch auszulesen.

Zur Unterstützung der Inbetriebnahme gibt es inzwischen

leistungsfähige Tools. Durch das automatische Ausmessen der

Motorkennwerte können Parameter geschätzt werden. Das unterstützt

eine Inbetriebnahme, hat aber nicht nur bei langen Motorleitungen

Grenzen.

Die Erwartungshaltung der Anwender von Frequenzumrichtern

und Servoantrieben lässt sich wie folgt zusammenfassen:

n Wenn ein Frequenzumrichter an einen Motor angeschlossen

wird, soll dieser sich automatisch und sicher mit den passenden

Parametern konfigurieren, damit der Antrieb maximale Leistung

bei einem optimalen Wirkungsgrad bereitstellen kann, auch

wenn Motor und Frequenzumrichter (FU) von unterschiedlichen

Herstellern kommen und auch bei Motoren ohne eingebauten

Encoder.

n Während des Betriebs sollen Temperaturen und auch andere

Kenngrößen überwacht werden: Condition Monitoring.

n Natürlich ohne zusätzliche Stecker und Kabel – und zu minimalen

Kosten.

Vor diesem Hintergrund starteten der Fachverband Nahrungs- und

Verpackungsmaschinen des VDMA und die Forschungsvereinigung

Antriebstechnik e.V. (FVA) das Forschungsvorhaben „Motor

als Cyber-physikalisches System – Elektronisches Typenschild“,

welches aktuell an der TH Köln bearbeitet wird. Zu bearbeiten sind

zwei Aufgabenstellungen:

n Definition der Darstellung des elektronischen Typenschilds zur

digitalen Speicherung: Wie kann das Typenschild in einem

motor integrierten Speicher – z. B. im EEPROM eines Encoders

mit digitaler Schnittstelle – herstellerübergreifend hinterlegt und

ausgelesen werden. Die Spezifikation der Daten wird in Zusammenarbeit

mit dem ZVEI festgelegt.

n Für Motoren ohne eingebaute Encoder soll über das vorhandene

Motorkabel ähnlich einer Power Line Communication

auf dieses elektronische Typenschild zugegriffen werden. Dazu

soll im Motor eine kostengünstige Elektronikbaugruppe integriert

werden. Diese neue Schnittstelle soll das Auslesen des

elektronischen Typenschilds primär für eine schnelle Inbetriebnahme

und auch Condition Monitoring ermöglichen und

02

03

Bei Servomotoren ist es üblich, dass ein elektronisches

Typenschild in einem OEM-Speicherbereich des motorintegrierten

Encoders gespeichert ist

Aus der Anstiegszeit der IGBT-Endstufenspannungen kann

die Bandbreite abgeschätzt werden

wird im Folgenden als Power Interface Communication (PIC)

bezeichnet.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf den zweiten Punkt –

Kommunikation mit einer motorintegrierten Elektronik über das

Standard Motorkabel.

Power Interface Communication

Eine Herausforderung für die PIC zwischen FU und Motor sind die

pulsweitenmodulierten Spannungen von dem FU. Die Spannungsflanken

bei Frequenz umrichtern mit IGBT-Leistungshalbleitern

betragen ca. 5 kV/µs. Bei einer Zwischenkreisspannung von ca.

600 VDC ergibt sich eine Anstiegszeit t r

(rise time) von

antriebstechnik 7/2018 47


04

05

06

Motoranschlussleitung als Übertragungsstrecke: a) Ersatzschaltbild

für die Kommunikation, b) mit Hochpassfilter,

c) mit Berücksichtigung von Umrichter und Motor

Labortestimplementierung der FSK Modulation zum

Senden (Tx)

Labortestimplementierung der FSK Demodulation zum

Empfangen (Rx)

Aus der Anstiegszeit t r

kann mit der von Oszilloskopen bekannten

Faustformel die Bandbreite BW abgeschätzt werden.

Betrachtet man die Ausgangspannung eines IGBT-Frequenzumrichters

im Frequenzbereich, so ist erkennbar, dass erst Fre-

quenzen deutlich über ca. 3 MHz zur Kommunikation genutzt werden

können. Daraus ergibt sich, dass der Frequenzbereich von 14

bis 500 kHz, genutzt von Schmalband Powerline Communication

(NB_PLC) G3-PLC für die Kommunikation im Niederspannungsnetz

vor dem Hausanschluss, nicht geeignet ist.

Breitband Powerline (BPL) nach IEEE 1901 nutzt einen Frequenzbereich

bis ca. 70 MHz. Die aktuelle Version HomePlug AV2

nutzt den Frequenzbereich 30 bis 68 MHz. Hier sind, weil parallel

viele Trägersignale verwendet werden, für diese Anwendung unnötig

hohe Datenraten erreichbar. Hohe Frequenzen limitieren die

maximale Leitungslänge.

In [1] wird eine Standard-Ethernet-basierte Kommunikationsmethode,

die das Stromkabel zwischen einem Motor und einem

Umrichter verwendet, vorgeschlagen. Darüber hinaus werden

experimentelle Ergebnisse und zwei Anwendungen vorgestellt.

Fokus sind die Übertragungsrate und die Latenzzeit, um Prozessdaten,

wie z. B. die Encoderposition zu übertragen. Vorgeschlagen

wird die Verwendung von Motordrosseln, um die Übertragung

zu verbessern.

Für diese Anwendung sind Frequenzen zwischen 5 und 20 MHz am

besten geeignet. Leider wird dieser Bereich bei Power Line Communication

bisher nicht schmalbandig benutzt, wodurch keine verfügbaren

Standardkomponenten genutzt werden können.

An der TH Köln durchgeführte Messungen bestätigten, dass bei

marktüblichen Motoranschlussleitungen Trägerfrequenzen um

10 MHz zur Übertragung besonders gut geeignet sind. Auch zeigte

sich, dass der Wellenwiderstand der Motoranschlussleitungen unabhängig

vom Hersteller bei ca. 100 Ω liegt. Die gemessene Amplitudendämpfung

von bis zu 150 m langen Leitungen lag bei 10 MHz

unter 10 dB.

In Bild 04 ist die Kommunikation über die Motoranschlussleitung

schematisch dargestellt. Als Übertragungsstrecke werden

eine Motorphase gegen Schirm genutzt. Bild 04a zeigt eine einfache

Übertragungsstrecke mit einer geschirmten Leitung mit

dem Wellenwidertand Z 0

= 100 Ω. Links wird mit einer Stromquelle

in Kombination mit dem Abschlusswiderstand eine Signalspannung

gesendet (Tx). Rechts befinden sich ein Abschlusswiderstand

und ein Empfänger für die Signalfrequenz (Rx).

Bild 04b zeigt die Übertragungsstrecke auf beiden Seiten erweitert

um passive LC-Hochpassfilter 2. Ordnung mit je 3 MHz Grenzfrequenz

– und zusätzlichen Dioden zur Spannungsbegrenzung.

Zumindest umrichterseitig sollten Y-Kondensatoren verwendet

werden. Der Schirm ist in der Regel umrichter- und motorseitig

geerdet. Bild 04c zeigt die Übertragungsstrecke mit einer Berücksichtigung

des Umrichters – als Spannungsquelle U u

mit Impedanz

Z U

– und dem Motor – als Spannungsquelle U i

mit Induktivität

L M

. Nicht dargestellt ist die entsprechende Kommunikation

von Motor zum Umrichter.

Weil die Übertragung durch die Schaltflanken immer wieder gestört

wird, wurde mit 9 600 Baud bewusst eine vergleichsweise langsame

Übertragungsrate gewählt. Diese Punkt-zu-Punkt Kommunikation

im Halbduplex-Betrieb ist vergleichbar mit der digitalen

Schnittstelle von Hiperface [2]. Eine Halbduplex-Übertragung

erfüllt die Anforderungen und ist kostengünstiger als eine Vollduplex-Kommunikation.

Gute Ergebnisse wurden mit der Frequenz Shift Key (FSK) Modulation

bei ca. 10 MHz erzielt. Bei FSK handelt es sich um eine

digitale Frequenzmodulation (FM). Gesendet werden alternativ

zwei Frequenzen, eine (f 0

) für eine binäre „0“ und eine geringfügig

48 antriebstechnik 7/2018


ELEKTROMOTOREN

07 Der Testaufbau

andere (f 1

) für eine binäre „1“. Empfängerseitig werden die Amplituden

der beiden Frequenzen ermittelt und verglichen.

Weil verfügbare Power Line Communication Technik diesen

Frequenzbereich nicht nutzt, wurden für die PIC-Untersuchungen

FPGA-basierte Kommunikationsmodule an der TH Köln erstellt:

n Ein LC-Filter zum Ein- und Auskoppeln des Trägersignals mit

Dioden zur Spannungsbegrenzung

n Ein Interface Modul mit 100 MHz/10 Bit DA- und 10 Bit AD-

Wandler [3,4]

n Das FPGA Evaluation Kit DE 10 Lite von Altera/Intel [5]

Basierend auf dieser Hardware können verschiedene Modulationsverfahren

in Software (VHDL) getestet werden.

Bild 05 zeigt eine schematische Darstellung des Labortestaufbaus

im Sendebetrieb. Je nachdem ob eine „0“ oder eine

„1“ gesendet werden soll, wird im FPGA digital die Frequenz f 0

oder f 1

generiert und zyklisch auf den 10-Bit Digital Analog (DA-)

Wandler geschaltet. Das FPGA-generiert alle 10 ns ein neues

Datenwort um die Trägerfrequenz zu erzeugen. Das entspricht

einer Taktfrequenz von 100 MHz. Der DA-Wandler erzeugt in

Abhängigkeit von dem angelegten Datenwort einen entsprechenden

Strom, der am Widerstand R 0

einen proportionalen Spannungsabfall

bewirkt.

Bild 06 zeigt eine schematische Darstellung des Labortestaufbaus

im Empfangsbetrieb. Die Spannung an R 0

wird mit dem 10-

Bit Analog Digital (AD-)Wandler mit 100 MHz abgetastet. Damit

ist die Abtastfrequenz ca. 10 Mal höher als die Trägerfrequenz

und ca. 10 000 Mal höher als die Baudrate. Dadurch wird eine

robuste Übertragung möglich. Die vollständig digitale Signalverarbeitung

ist in VHDL codiert und erfolgt im FPGA. Diese

FSK-Demodulation mit Software nennt man auch Software

Defined Radio.

Bild 07 zeigt ein Foto des Labortestaufbaus mit einem Frequenzumrichter

von Danfoss [6]. Die bisherigen Versuche sind

vielversprechend.

Die Übertragung mit 9 600 Baud erfolgte in beide Richtungen

fehlerfrei, auch während der SEW-Motor [7] sich drehte. Der

Umrichter wurde mit 400 VAC versorgt und die Taktfrequenz war

auf 4 kHz konfiguriert. Untersucht wurden unterschiedlich lange

geschirmte Leitungen zwischen 20 und 150 m. Zusätzlich wurde

die Übertragung mit einem 100 m langen ungeschirmten Kabel

getestet. Übertragen wurden jeweils 1 Mio. Zeichen ohne Fehler.

Bemerkenswert ist, dass bei aktiver PWM die Signaldämpfung

durch die IGBT Endstufe zwar signifikant ist, die Übertragung aber

nicht beeinträchtigt.

Ziele und Ausblick

Ziel des Forschungsvorhabens ist, dass die Kosten für die zusätzliche

Elektronik im Umrichter und für die Elektronik im Motor – bei

hohen Stückzahlen – nicht zu hoch werden sollen. Aktuell werden

mit dem Testaufbau Frequenzumrichter und Motoren von anderen

Herstellern getestet. Parallel dazu wird ein Netzteil entworfen, damit

die Elektronik im Motor kostengünstig aus der Motorphasenspannung

mit Energie versorgt werden kann.

Literaturverzeichnis:

[1] A. Kosonen, M. Jokinen, J. Ahola, N. Niemelä, and J. Toukonen, “Ethernet

based broadband power line communication between motor and inverter,”

Electr. Power Appl., vol. 2, no. 5, pp. 316–324, Jan. 2008

[2] Hiperface, www.sick.com/de/de/motor-feedback-systeme

[3] Datenblatt THS5651A, 125 MHz, 10-Bit DAC, www.ti.com

[4] Datenblatt AD9215, 105 MHz, 10-Bit ADC, www.analog.com

[5] DE10-Lite Board, www.terasic.com

[6] Manual 2 kW Danfoss AutomationDrive FC-302P1K5T5E20H1BG

[7] Manual SEW PM Motor MOVIGEAR®-DSM

Glossar

FPGA

FSK

FU

IGBT

PIC

VHDL

Field Programmable Gate Array

Frequency Shift Key

Frequenzumrichter

Isolated Gate Bipolar Transistor

Power Interface Communication

Very high speed integrated circuit Hardware Description Language

Danksagung

Unser Dank geht an folgende Firmen, die das Projekt unterstützen:

ABB, AMK Arnold Müller, Danfoss VLT Antriebstechnik, FAWema

Maschinenfabrik, GEA Food Solutions Germany, Getriebebau Nord,

Hauni Maschinenbau, Krones AG, Schneider Electric, SEW-Eurodrive,

Sick AG und Siemens AG.

antriebstechnik 7/2018 49


VORSCHAU

IM NÄCHSTEN HEFT: 8/2018

ERSCHEINUNGSTERMIN: 16. 08. 2018 • ANZEIGENSCHLUSS: 01. 08. 2018

01

02

03

04

01 Energiespeichersysteme aus Frequenzumrichter, Rückspeiseeinheit

und Energiespeicherelementen wurden ursprünglich für die Achterbahntechnik

entwickelt. Heute beweisen sie ihre Vorzüge in industriellen

Applikationen im kleinen Leistungsbereich von einigen KW bis mehrere MW.

02 Ein Kunstrasen erfordert viel Pflege. Mit dem Turfrob für vollautomatische

Kunstrasenpflege gehört eine aufwändige Wartung der Grünfläche

nun der Vergangenheit an. Ausgestattet ist der Pflegeroboter mit

Antrieben von Dunkermotoren.

Der direkte Weg

im Internet:

www.antriebstechnik.de

als E-Paper:

www.engineering-news.net

Redaktion:

d.schaar@vfmz.de

WORLD OF INDUSTRIES:

www.en.engineering-news.net

03 Hybride Antriebsysteme für Anwendungen in der Schifffahrt machen

sich meist sehr schnell bezahlt, schonen die Umwelt und punkten mit

weniger Lärm. Zwei mit einem dieselelektrischen Hybridsystem ausgerüstete

Fähren in Amsterdam machen vor, wie das geht.

04 Selbst das robusteste Wälzlager leidet irgendwann unter Verschleiß.

In vielen Fällen reicht aber ein professionell wiederaufgearbeitetes Wälzlager

vollkommen aus. Das schont Ressourcen, senkt Instandhaltungskosten

und ist trotzdem „so gut wie neu“.

(Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten)

50 antriebstechnik 7/2018


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