antriebstechnik 1-2/2019
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19174<br />

1-2<br />

Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />

www.<strong>antriebstechnik</strong>.de<br />

Februar <strong>2019</strong><br />

NACHGEFRAGT<br />

Was treibt unsere Branche <strong>2019</strong> an?<br />

FVA Aktuell<br />

C. Kunze über sein erstes Jahr<br />

in der FVA-Geschäftsführung<br />

Elektromotoren<br />

Das richtige Isoliersystem für<br />

umrichtergespeiste Motoren<br />

Komponenten und Software<br />

Dichtungskonzept für fettund<br />

ölgeschmierte Hauptlager

Niemand behauptet, dass in<br />

Zukunft alles leichter wird.<br />

Wir schon!<br />

Unseren Partnern in der Automobilbranche helfen wir mit der Entwicklung<br />

hochfester Werkstoffe: Diese ermöglichen geringere Fahrzeuggewichte bei<br />

hoher Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz. So meistern wir gemeinsam<br />

eine der wegweisenden Herausforderungen für die Mobilität der Zukunft –<br />

mit Leichtigkeit.<br />

www.gmh.de

EDITORIAL<br />

Geht‘s uns gut?<br />

Liebe Leserinnen, liebe Leser,<br />

unser menschliches Wohlbefinden und unsere Erfolge hängen von<br />

sehr vielen Faktoren ab. Der Wirtschaft eines Landes oder einer<br />

Region geht es genauso. Hier müssen ebenfalls viele Kriterien<br />

zusammenspielen, damit wir wirklich behaupten können, es ginge<br />

uns gut. Aber horchen wir doch einmal in die Körper „Antriebstechnik“<br />

und „Maschinenbau“ hinein. Wir werden feststellen: Alles<br />

läuft wie geschmiert. Auch 2018 konnten wir wieder jede Menge<br />

Umsatzrekorde brechen und auch für <strong>2019</strong> ist die Branche optimistisch<br />

gestimmt – und das trotz zunehmender weltpolitischer<br />

Unwägbarkeiten wie Brexit oder Handelskonflikten.<br />

Aber bleibt das wirklich so? Oder müssen wir uns einmal wieder auf<br />

schwierige Verhältnisse einstellen? Werden die prognostizierten 3 %<br />

Umsatzplus der Antriebstechnik am Ende reichen? In die berühmte<br />

Glaskugel können wir alle nicht schauen, aber für mich steht fest,<br />

dass wir auch zum Jahresende mit viel Stolz auf die Zahlen des<br />

deutschen Maschinenbaus schauen können. Was macht mich da so<br />

sicher? Ganz einfach: Unsere internationale Spitzenstellung, die<br />

Wettbewerbsvorteile unserer Industrie und vor allem der Wandel, in<br />

welchem sie sich aktuell befindet. Mit intelligenten Automatisierungs-<br />

und Antriebslösungen werden wir eine zentrale Rolle bei<br />

smarten und effektiven Produktionsprozessen spielen. Die Konzepte<br />

sind da und werden auf den Weg gebracht. Dort müssen und werden<br />

sie beweisen, dass mit ihnen signifikante Produktivitätszuwächse<br />

erreicht werden können.<br />

Was das noch junge Jahr <strong>2019</strong> für unsere Branche bringt, wollten wir<br />

auch von Experten wissen (ab Seite 12). Wir haben 16 Personen<br />

gefunden, die uns an ihrer Meinung zu Chancen, Veränderungen<br />

und Themen teilhaben lassen. Sie dürfen gespannt sein, in welche<br />

Richtung es geht und wie das Trendometer <strong>2019</strong> für den Maschinenund<br />

Anlagenbau ausschlägt.<br />

KRAFT<br />

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Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />

www.<strong>antriebstechnik</strong>.de<br />

Februar <strong>2019</strong><br />

ANT_AG_<strong>2019</strong>_01-02_001 1 24.01.<strong>2019</strong> 12:00:40<br />

INHALT<br />

18<br />

22<br />

34<br />

Eiskaltes Händchen bewiesen: Ein<br />

deutsches Rollringgetriebe schafft es<br />

in die Antarktis<br />

Auf den Millimeter genau: Großwälzlager<br />

für eine der größten Tunnel-Schildbohrmaschinen<br />

Japans<br />

Für mehr Dynamik: Sicherheitsstoßdämpfer<br />

schützen Flächenmotor und<br />

überzeugen durch kompakte Bauform<br />

EDITORIAL<br />

3 Geht‘s uns gut?<br />

MAGAZIN<br />

5 Märkte, Unternehmen, Personalien und Veranstaltungen<br />

FVA-AKTUELL<br />

6 Christian Kunze über sein erstes Jahr in der<br />

FVA-Geschäftsführung und seine Wünsche<br />

8 FVA verleiht den Hans-Winter-Preis an Kai Neikes<br />

10 Aktuelles von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik<br />

SPECIAL UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong><br />

12 Was treibt unsere Branche im Jahr <strong>2019</strong> an?<br />

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />

18 Deutsches Rollringgetriebe schafft es in die Antarktis<br />

STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />

30 Autarke Transporttechnik-Systeme für das Sortieren oder<br />

Verpacken empfindlicher Produkte<br />

KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

32 Dichtungskonzept für fett- und ölgeschmierte Hauptlager<br />

34 Sicherheitsstoßdämpfer schützen Flächenmotor und<br />

überzeugen durch kompakte Bauform<br />

36 Produkt-Highlights<br />

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />

38 Genetischer Algorithmus zur Auslegung von Lagereglern<br />

RUBRIKEN<br />

23 Impressum<br />

29 Inserentenverzeichnis<br />

20 Neue Schneckengetriebe erfüllen hohe Anforderungen<br />

der Lebensmittelindustrie<br />

19 Produkt-Highlights<br />

19174<br />

1-2<br />

WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />

22 Großwälzlager für eine der größten<br />

Tunnel-Schildbohrmaschinen Japans<br />

23 Produkt-Highlights<br />

ELEKTROMOTOREN<br />

24 Antriebssysteme aus einer Hand optimieren die<br />

Isolationsbeanspruchung elektrischer Maschinen<br />

TITEL<br />

Unser Antrieb <strong>2019</strong><br />

NACHGEFRAGT<br />

Was treibt unsere Branche <strong>2019</strong> an?<br />

28 Antriebskonzept macht Winde für Schiffskrane effizient<br />

FVA Aktuell<br />

C. Kunze über sein erstes Jahr<br />

in der FVA-Geschäftsführung<br />

Elektromotoren<br />

Das richtige Isoliersystem für<br />

umrichtergespeiste Motoren<br />

Komponenten und Software<br />

Dichtungskonzept für fettund<br />

ölgeschmierte Hauptlager<br />

29 Produkt-Highlights<br />

Was treibt die Branche in<br />

diesem Jahr an? Welche<br />

Themen dominieren die<br />

Antriebstechnik? Welche<br />

Trends sind zu erwarten?<br />

Wir haben 16 Branchenexperten<br />

nach ihrer<br />

Meinung gefragt. Was sie<br />

persönlich und ihre<br />

Unternehmen bewegt,<br />

lesen Sie ab Seite 12.<br />

4 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

MAGAZIN<br />

Der Sensorhersteller TWK erfindet sich neu<br />

Bereits das 50-jährige Jubiläum<br />

im Jahr 2012 hat bewiesen,<br />

dass TWK ein etabliertes<br />

und krisenfestes Unternehmen<br />

auf dem Markt ist. Auf<br />

Grund der hohen Produkthomogenität<br />

und des digitalen<br />

Wandels muss sich TWK<br />

jedoch der Herausforderung<br />

stellen. Nötig sind eine klare Marktpositionierung und trennscharfe<br />

Wettbewerbsabgrenzung. Aus diesem Grund legen die Geschäftsführer<br />

Dr. Felix Steinebach und Dr. Hannwelm Steinebach den<br />

Fokus nicht nur auf den Ausbau der Fertigungs- und Entwicklungsabteilung,<br />

sondern auch auf den Ausbau der Marketingabteilung.<br />

Neben der Marktpositionierung und Wettbewerbsabgrenzung zielt<br />

TWK mit dem Marken-Relaunch darauf ab, die Kommunikationskanäle<br />

und -medien gemäß dem neuen Leitbild, das auf Basis einer<br />

gemeinsam mit den Mitarbeitern entwickelten Unternehmenskultur<br />

entstand, neu zu definieren. Der neue Markenclaim „Supreme<br />

Sensoring“ wurde aus den Unternehmenswerten abgeleitet.<br />

www.twk.de<br />

JAT beteiligt sich an Ilmenauer Mechatronik<br />

Die Jenaer Antriebstechnik<br />

(JAT) will ihr Produktspektrum<br />

erweitern und neue<br />

Märkte erschließen und hat<br />

dafür eine Beteiligung an der Ilmenauer Mechatronik erworben.<br />

Diese ist Spezialist für die Entwicklung und Optimierung mechatronischer<br />

Antriebssysteme und Bestimmung magnetischer Eigenschaften.<br />

Neben der Entwicklung linearer und rotatorischer Antriebe<br />

für industrielle und automobile Anwendungen verfügt die Ilmenauer<br />

Mechatronik mit einem patentierten Mess- und Prüfverfahren über<br />

eine spezielle Technologie zur sensorlosen Analyse und qualitativen<br />

Bewertung von Magnetaktoren. Mit der Technologieimplementierung<br />

heben sich künftige Produkte der JAT ab. Anwender von<br />

elektromagnetischen Bauteilen und Systemen sollen besonders<br />

in den Bereichen Systemoptimierung und Systemüberwachung<br />

profitieren. Mit dem Know-how der Ilmenauer könnten die<br />

Entwicklungskapazitäten und -kompetenzen gestärkt und ausgebaut<br />

werden, erklärte JAT-Geschäftsführer Stephan Preuß.<br />

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und innovative, reibungsarme Dichtungen<br />

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Bonfiglioli übernimmt O&K<br />

Im November 2018 schlossen Bonfiglioli und Carraro den Übernahmeprozess<br />

der O&K Antriebstechnik GmbH ab. Der italienische<br />

Antriebsspezialist Bonfiglioli übernahm für insgesamt 17 Mio. EUR<br />

den restlichen Aktienanteil und ist damit der alleinige Eigentümer<br />

der O&K Antriebstechnik GmbH. Die strategischen Überlegungen<br />

und Kooperationsmechanismen, die hinter der bereits im November<br />

2015 von Bonfiglioli und Carraro gemeinsam<br />

unterzeichneten Vereinbarung, haben den Gesamtumsatz<br />

von O&K Antriebstechnik in den letzten<br />

drei Jahren von 36 Mio. EUR im Jahr 2015<br />

auf voraussichtlich rund 65 Mio. EUR im<br />

Jahr 2018 gesteigert.<br />

www.bonfiglioli.com<br />

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FVA AKTUELL I INTERVIEW<br />

„Ich hab den besten<br />

Job der Welt!“<br />

Christian Kunze über sein erstes Jahr in der<br />

FVA-Geschäftsführung und seine Wünsche<br />

Chefredakteur Dirk Schaar im Gespräch mit Christian Kunze (links)<br />

während der FVA Informationstagung 2018<br />

Er wechselte von der Automobilindustrie in die Forschungsvereinigung Antriebstechnik und<br />

übernahm dort die stellvertretende Geschäftsführung. Nun sprach Chefredakteur Dirk Schaar<br />

mit Dipl.-Ing. Christian Kunze über die ersten Erfahrungen, seine anstehenden Schwerpunkte und<br />

die Trends und Herausforderungen der Antriebstechnik in den nächsten Jahren.<br />

Herr Kunze, Sie sind nun seit etwa einem Jahr im Amt als stellvertretender<br />

Geschäftsführer der FVA. Wie lautet Ihr erstes Fazit?<br />

Für mich war es ein großer Schritt aus der Industrie in die Forschungsvereinigung<br />

zu wechseln, aber auch ein sehr bewusster.<br />

Ich komme aus der Automobilindustrie und wann immer ich dort<br />

etwas mehr über Antriebstechnik wissen wollte, kam ich selten an<br />

der FVA vorbei. Ich bin sozusagen ein Kind der FVA und war auch<br />

seit jeher ein Fan von ihr. Heute darf ich den ganzen Tag mit sehr<br />

interessanten Menschen sprechen, ich darf Forschung begleiten<br />

und den technologischen Wandel mitgestalten. Das ist spannend<br />

und zugleich weltweit einzigartig. Von daher sage ich heute:<br />

Ich hab den besten Job der Welt!<br />

Was hat Sie denn gleich zu Beginn besonders beeindruckt?<br />

Mir ist sofort aufgefallen, mit welcher Leidenschaft alle Beteiligten<br />

an die Themen herangehen. Damit meine ich nicht nur die Menschen,<br />

die in den Instituten die Forschung begleiten dürfen, sondern<br />

es sind auch die vielen Industrievertreter, die ihr Herzblut<br />

investieren. Und es sind letztlich auch die Mitarbeiter in unserer<br />

Geschäftsstelle, die nicht nur einen Job erledigen, sondern auch<br />

ein Kommitment abgeben, um die FVA weiterzuentwickeln. Es ist<br />

pure Leidenschaft, die ich nun jeden Tag erleben darf.<br />

Wo sehen Sie Möglichkeiten die Arbeit der FVA noch zu verbessern<br />

– wo wollen Sie anpacken und Schwerpunkte legen?<br />

Das Schlagwort des Maschinenbaus ist Industrie 4.0. Wir müssen<br />

daher eine FVA 4.0 werden und für die Themen, die in der Industrie<br />

im Moment um sich greifen, ein offenes Ohr haben. Wenn ich<br />

immer in Zahnrädern gedacht habe, dann kenne ich leider auch<br />

nur Zahnräder. Ich muss aber sehen was links und rechts davon<br />

aktuell passiert. Wir müssen also aktiv am Wandel teilhaben und<br />

ihn mitgestalten, neue Themen aufgreifen, das Wissen der FVA als<br />

Content-Hub für die Antriebstechnik positionieren, neue Wege<br />

finden und bestreiten – zusammen mit unseren Partnern und<br />

Mitgliedern. Wir wollen Interessierten nicht mehr nur etwas über<br />

die Zahnflanke erzählen, sondern auch Expertenwissen zu verketteter<br />

und additiver Fertigung, Industrie 4.0, Robotik, Urbanisierung<br />

oder Elektromobilität näherbringen. All diese Themen passieren<br />

bereits in der FVA und in unseren 25 Arbeitskreisen. Und<br />

natürlich wollen wir die Innovation in der Mechanik bewahren,<br />

aber ohne Elektrotechnik und Informatik wird das nicht funktionieren.<br />

Wir sprechen dann letztlich über Antriebssystemtechnik.<br />

Wo sehen Sie denn für sich persönlich ein besonderes Thema für<br />

die kommenden Jahre?<br />

Für mich ist das OPC UA. Hierbei arbeiten wir schon relativ eng<br />

mit den entsprechenden Fachverbänden zusammen und wir<br />

haben ganz gute Ideen, wie wir uns als FVA positionieren können.<br />

Im Vordergrund steht dabei die REXS Schnittstelle zum einfachen<br />

Austausch von Getriebedaten, die aktuell Teil unserer Workbench<br />

geworden ist und sich bereits in einem sehr frühen Stadium zum<br />

anerkannten Branchenstandard entwickelt. REXS als Standardschnittstelle<br />

in der Getriebemodellierung schlägt auch die Brücke<br />

zu OPC UA als Industrie-4.0-Kommunikationsstandard.<br />

Unsere Industrie wird immer digitaler. Der Weg hin zur „Fabrik<br />

der Zukunft“ ist überall erkennbar. Wie reagiert die FVA auf<br />

diese Trends?<br />

Um die digitale Fabrik muss und wird sich die FVA in den<br />

nächsten zehn bis 15 Jahren definitiv kümmern. Der Wandel<br />

passiert jetzt und nicht erst in ein paar Jahren. Wir müssen daher<br />

das Know-how, das wir haben, adäquat verkaufen. Das heißt,<br />

Forschung schneller nutzbar machen und in Softwareprodukte<br />

investieren, die wirklich schlagkräftig sind. Die Zeiten, in denen<br />

man ein Buch oder einen Forschungsbericht von 200 Seiten in ein<br />

paar Tagen durchgearbeitet hat, sind definitiv vorbei. Dazu sind<br />

die Innovationszyklen viel zu kurz. Wir müssen das Wissen daher<br />

schnell und „on spot“ vermittelbar machen. Dazu helfen<br />

Instrumente wie unsere Software, Seminare und internationale<br />

Kongresse.<br />

Wie möchten Sie dann die FVA in Zukunft sehen?<br />

In den nächsten fünf Jahren sollten wir auf jeden Fall den<br />

Content-Hub erschaffen haben. Das wird die FVA zur zentralen<br />

Plattform für Antriebstechnik in Deutschland ausbauen – gut<br />

vernetzt, mit vielen Schnittstellen zu zahlreichen Branchen und<br />

zu möglichst vielen Stakeholdern, zu denen wir Überschneidungen<br />

haben. Weiterhin wünsche ich mir, dass wir unseren<br />

Mit gliederstand halten und es schaffen, unsere Mitglieder so<br />

robust aufzustellen, dass der technologische Wandel ihnen nicht<br />

mit Angst begegnen muss, sondern dass sie gut gerüstet mit<br />

einem prall gefüllten Werkzeugkoffer in die nächsten 20 Jahre<br />

gehen können.<br />

www.fva-net.de<br />

6 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

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FVA AKTUELL I INTERVIEW<br />

„Mehr Effizienz für die<br />

Antriebstechnik“<br />

FVA verleiht den Hans-Winter-Preis an Kai Neikes<br />

ist als bei rein wechselnder Belastung.<br />

Das Nennspannungskonzept zur Bestimmung<br />

der Dauerfestigkeit unter Mittelspannungseinfluss<br />

wurde bezüglich seiner<br />

Treffsicherheit gesteigert. Zugleich<br />

konnte die Berechnung vereinfacht werden.<br />

Um darüber hinaus weitere Festigkeitsreserven<br />

nutzbar zu machen, wurde<br />

eine Methode vorgestellt, welche den<br />

Mittelspannungseinfluss mithilfe elastisch-plastischen<br />

Materialverhaltens<br />

noch genauer berücksichtigt.<br />

Wie tragen Ihre Ergebnisse dazu bei, die<br />

Antriebstechnik in der Praxis effizienter<br />

zu machen?<br />

Der Materialausnutzungsgrad und die<br />

Zuverlässigkeit sind für Firmen der<br />

Antriebstechnik von großer Bedeutung.<br />

Mit den Ergebnissen wird ein Beitrag<br />

dazu geleistet, eben jene Punkte für Wellen<br />

und Achsen deutlich zu verbessern<br />

und damit die Effizienz in der Antriebstechnik<br />

zu steigern.<br />

Im Rahmen der FVA-Infotagung Anfang Dezember 2018<br />

in Würzburg wurde Dipl.-Ing. Kai Neikes vom<br />

Institut für Maschinenelemente und -konstruktion (IMM)<br />

der Technischen Universität Dresden der<br />

19. Hans-Winter-Preis der Forschungsvereinigung<br />

Antriebstechnik e.V. (FVA) verliehen.<br />

Chefredakteur Dirk Schaar wollte wissen,<br />

welchen Stellenwert die Auszeichnung<br />

für den Preisträger hat.<br />

Gibt es bereits konkrete Anwendungen,<br />

in denen Ihre Ergebnisse zum Tragen<br />

kommen?<br />

Die Berechnungsmethoden sind im Abschlussbericht<br />

zum Vorhaben FVA 321 VI<br />

zu finden und selbstverständlich sofort<br />

nutzbar. Dies gilt ebenso für die genauere<br />

Methode mit elastisch-plastischem<br />

Materialverhalten.<br />

Mit dem Normenausschuss für Wellen<br />

und Welle-Nabe-Verbindungen wurde<br />

ein Vorschlag erarbeitet, die Ergebnisse<br />

bezüglich des Nennspannungskonzeptes<br />

in die Norm DIN 743 zu integrieren.<br />

Herr Neikes, was bedeutet für Sie die<br />

Verleihung des Hans-Winter-Preises?<br />

Zur Informationstagung der Forschungsvereinigung<br />

Antriebstechnik e.V. sind die<br />

Experten der Antriebstechnik versammelt,<br />

welche die Vorhaben und Vorträge<br />

bewerten. Eine so positive Resonanz von<br />

ihnen zu bekommen, ist eine große<br />

Auszeichnung und zeigt die Wertschätzung<br />

für die eigene Arbeit. Dafür bin ich<br />

sehr dankbar.<br />

In diesem Jahr wurde der Preis für die<br />

Erforschung des Themas „Mittelspannungseinfluss<br />

bei Wellen und Achsen“<br />

vergeben. Was genau haben Sie<br />

erforscht?<br />

Bereits Wöhler untersuchte den Einfluss<br />

von statischen und dynamischen Belastungen<br />

auf die Festigkeit von Wellen und<br />

Achsen. Schon er wusste, dass bei der<br />

Überlagerung von statischen und dynamischen<br />

Belastungen die Festigkeit geringer<br />

Wo sehen Sie weiteren<br />

Forschungsbedarf?<br />

Die Methode zur Berücksichtigung der<br />

lokalen Spannungen ist vielversprechend,<br />

allerdings ist der Ansatz bisher<br />

nur auf duktile Stähle anwendbar. Die<br />

Unter suchungen zu den einsatzgehärteten<br />

Stählen erlauben bisher nur eine<br />

grobe Abschätzung. Hier wären weitere<br />

Untersuchungen wünschenswert, insbesondere<br />

wegen einsatzgehärteter<br />

Ritzelwellen. z<br />

8 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

MAGAZIN<br />

Strategischer Verbund: Keba wird zum Gesamtlösungsanbieter<br />

01 Gerhard Luftensteiner, CEO<br />

Keba AG, und Hartmut Braun,<br />

Geschäftsführer LTI Motion<br />

01 02<br />

Der Automationsspezialist Keba AG mit Sitz in Österreich übernimmt<br />

die LTI Motion sowie Heinz Fiege GmbH, Anbieter für Antriebslösungen<br />

und Spindeltechnik. Ein entsprechender Vertrag<br />

zwischen der Keba AG und dem Verkäufer, der Körber AG, wurde im<br />

2018 unterzeichnet. „Die Portfolios der beiden Spezialisten ergänzen<br />

sich perfekt“, so Gerhard Luftensteiner, CEO der Keba AG. „Keba<br />

ist Spezialist im Steuerungs- und Sicherheitsbereich sowie in der<br />

Bedienung im industriellen Umfeld, LTI Motion im Bereich der<br />

Servo-Antriebstechnik. Für unsere Kunden ist der große Vorteil,<br />

dass diese Kompetenzen ab sofort gebündelt sind. Sie erhalten<br />

künftig Gesamtlösungen aus einer Hand – von der Bedienung über<br />

die Steuerung und Sicherheitstechnik bis hin zur Antriebstechnik“,<br />

führt Luftensteiner weiter aus.<br />

Eine weitere Neuerung wurde im Rahmen der SPS IPC Drives 2018 in<br />

Nürnberg bekannt. Zur gegenseitigen Ergänzung des Digitalisierungs-<br />

und Automatisierungsportfolios vertiefen der österreichische<br />

Experte und das Elektrotechnikunternehmen Weidmüller ihre Partnerschaft.<br />

Der Fokus liegt dabei auf gemeinsamen Angeboten für die<br />

industrielle Automatisierungstechnik mit Schwerpunkt im Bereich<br />

Maschinen- und Anlagenbau. Zudem wollen beide Firmen die Nutzbarmachung<br />

von künstlicher Intelligenz (KI) in der Automatisierung<br />

fördern. Mit der Kooperation streben Keba und Weidmüller ein abgestimmtes<br />

Auftreten bei Kunden mit Schwerpunkt im Bereich Maschinen-<br />

und Anlagenbau in ihren jeweiligen Märkten an. Dabei werden<br />

sich die Partner relevante Komponenten ihrer Portfolios wechselseitig<br />

zur Verfügung stellen. Keba steuert maßgeblich seine offenen<br />

Softwarelösungen und Teile seiner Steuerungsarchitektur bei,<br />

Weidmüller wird vor allem seine zur SPS IPC Drives 2018 erweiterte<br />

u-mation Produktfamilie und seine innovativen Industrial Analytics-<br />

Angebote in die Zusammenarbeit einbringen. In der Weiterentwicklung<br />

der Produkt-, Lösungs- und Serviceangebote setzen beide<br />

Unternehmen auf eine enge Zusammenarbeit.<br />

www.keba.com<br />

www.lti-motion.com<br />

www.weidmueller.com<br />

02 (v. l. n. r.) Michael Matthesius<br />

(Leiter Division Automation<br />

Products & Solutions Weidmüller<br />

Gruppe), Gerhard Luftensteiner<br />

(CEO Keba AG), Volker Bibelhausen<br />

(Technologievorstand Weidmüller<br />

Gruppe) und Christian Gabriel<br />

(Vice President Automation<br />

Keba AG)<br />

Webseite hilft bei Auswahl der Leitung<br />

Die Webseite www.igus.de/antrieb schafft einen Einstieg in das<br />

Leitungsangebot von Igus: Von der Meterware über die direkt konfektionierte<br />

anschlussfertige Antriebsleitung<br />

mit Stecker bis hin zur Sonderleitung<br />

in Wunschlänge. Die Webseite bietet dem<br />

Anwender einen Überblick rund um die<br />

Antriebstechnik, das Testlabor des Herstellers<br />

und die hauseigene Konfektionierung<br />

der Leitungen. Zusätzlich können kostenlose<br />

Muster oder direkt die passende Leitung<br />

über den Shop bestellt werden. Alle<br />

Leitungen bietet der Hersteller auf Wunsch<br />

direkt geprüft mit Stecker als „Readycable“ an. Das Online-Tool<br />

„Readycable Finder“ hilft bei der Auswahl der Antriebsleitung aus<br />

über 4 200 Typen nach 24 Herstellerstandards,<br />

die anschließend über den Online-<br />

Shop bestellt werden können. Da alle Leitungen<br />

im hauseigenen Testlabor getestet<br />

werden, vergibt Igus eine Garantie von<br />

36 Monaten auf alle Leitungen. Die Daten<br />

aus dem Testlabor gehen auch in den<br />

Lebensdauerrechner ein.<br />

www.igus.de<br />

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<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 9

FVA AKTUELL<br />

Gelenkwellen-Längenausgleich<br />

Erhöhte Drehmomentdichten behindern reibwertabhängig<br />

die axiale Verschieblichkeit im Längenausgleich einer<br />

Gelenkwelle, woraus signifikante Anschlusskräfte und<br />

-momente resultieren können. Diese Schnittstellenlasten<br />

führen häufig bei den benachbarten Komponenten des<br />

Antriebsstrangs zu vorzeitigen Schäden, da ihre Größe bislang<br />

nur schwer vorher bestimmbar war. So gehen übliche Annahmen<br />

zur Verschiebekraft von zu geringen Werten aus, was<br />

eine Unter dimensionierung der Anschlussteile zur Folge hat.<br />

Ebenso stellen die bisher verwendeten Schmierstoffe und<br />

Beschichtungen im Längenausgleich der Gelenkwelle keine<br />

optimale Lösung dar. Die Standardschmierstoffe versagen<br />

beim Verschleißschutz und die bisher verwendete Beschichtung<br />

kann für höhere Temperaturen nicht eingesetzt werden.<br />

Im Fokus dieses Vorhabens stand daher, alternative am<br />

Markt verfügbare Schmierstoffe und Beschichtungen in dieser<br />

Anwendung zu testen und konkrete Aussagen zu den<br />

tatsächlich auftretenden Reibwerten sowie dem Verschleißverhalten<br />

geben zu können. Ziel war<br />

Forschungsvorhaben dabei, die Reibwerte im Längenausgleich<br />

zu reduzieren, den Verschleiß<br />

FVA 505 II<br />

IGF-Nr. 17142 N<br />

zu verringern und die Einsatztemperatur<br />

zu erhöhen.<br />

Als Ergebnis der umfangreichen Untersuchungen konnte<br />

festgestellt werden, dass einzelne Schmierstoffe eine signifikante<br />

Verbesserung gegenüber der Referenz (Shell Retinax<br />

LX2) ermöglichen. Einerseits konnte der Reibwert unter<br />

betriebsüblicher Torsionsbelastung um ca. 25 Prozent gesenkt<br />

werden. Andererseits konnte mit diesen Schmierstoffen, verglichen<br />

zum Referenzschmierstoff, eine erheblich zuverlässigere<br />

Trennung der Kontaktflächen erreicht werden, wodurch<br />

zuverlässig ein Fressen der Verzahnung verhindert wird.<br />

Durch die gleichzeitige Anwendung von Beschichtungen<br />

kann der Reibwert bis zu 75 Prozent gegenüber dem alleinigen<br />

Einsatz des Referenzschmierstoffs gesenkt werden.<br />

Dabei ist allerdings die bislang gültige Temperaturgrenze der<br />

Referenzbeschichtung aus Polyamid 11 von ca. 70 °C zu<br />

beachten. Mit den untersuchten alternativen Beschichtungen<br />

konnte der Reibwert zwar nur auf 50 Prozent reduziert<br />

werden, dies aber in Verbindung mit einem deutlich<br />

vergrößerten Einsatztemperaturbereich gemäß Herstellerangaben<br />

von bis zu 300 °C. Die Reibwert- und Verschleißuntersuchungen<br />

wurden innerhalb des Projekts aus Vergleichbarkeitsgründen<br />

bei Raumtemperatur (20 °C) gefahren.<br />

Zu den getesteten Schmierstoffen und Beschichtungen<br />

wurden außerdem Prognosegleichungen aufgestellt, mit<br />

denen die Auslegung von Gelenkwellen bezüglich<br />

Anschlusslasten und Lebensdauer bei Nutzung der neuen<br />

Schmierstoffe und Beschichtungen unterstützt werden.<br />

Ebenfalls wurden wichtige Erfahrungen aus den Beschichtungsmustern<br />

für die Gelenkwellenfertiger aber auch die<br />

Beschichter aufbereitet, welche Fehlerbilder bei der<br />

Beschichtung im Längenausgleich auftreten können, welche<br />

Ursachen diese haben und wie diese zu verhindern sind.<br />

Das IGF-Vorhaben 17142 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik<br />

e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms<br />

zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)<br />

vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund<br />

eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.<br />

Autor: Rico Schmelter, Institut für Maschinenwesen,<br />

Technische Universität Clausthal<br />

Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA),<br />

Dirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632<br />

Größeneinfluss DIN 743<br />

Die Tragfähigkeitsberechnung von Wellen und Achsen nach DIN 743<br />

gibt für die Berechnung der Wechselfestigkeit zwei Vorgehensweisen<br />

an. Demnach ist anzustreben, für den Nachweis ort jeweils die lokale<br />

Bauteil-Wechselfestigkeit einzusetzen, welche ausgehend von Messwerten<br />

(Härtemessungen oder Zugversuchen) berechnet wurde. Ist<br />

diese Bestimmung am konkreten Bauteil (bspw. für die Entwurfsphase)<br />

nicht realisierbar, kann die zweite Methode gewählt werden,<br />

welche den technologischen Größeneinflussfaktor K 1<br />

(d eff<br />

) zugrunde<br />

legt und aus gehend von den Bezugswerten der Zugfestigkeit<br />

(DIN 743-3) die Wechselfestigkeit abschätzt. Insbesondere für<br />

Ver gütungs- und Einsatzstähle sind die genannten<br />

Festigkeitswerte eines Bauteils sehr<br />

stark größenabhängig. Im Zuge des FVA-<br />

Forschungsprojektes 703 I wurde die Übertragbarkeit<br />

der Wechselfestigkeitsberechnung<br />

auf große Bauteildimensionen untersucht. Im Fokus der<br />

Betrachtungen standen die Umrechnungen Härte in Wechselfestigkeit<br />

und Härte in Zugfestigkeit sowie der Gradient der Festigkeit über<br />

den Bauteilquerschnitt. Als Versuchsobjekte dienten dazu vier Wellenwerkstoffe<br />

mit unterschiedlichen Halbzeugdurchmessern bis zu<br />

500 mm. Im weiteren Verlauf des Vorhabens wurde anhand einer<br />

numerisch-analytischen Simulation der technologische Größeneinflussfaktor<br />

K 1<br />

(d eff<br />

) für die unterschiedlichen Werkstoffgruppen präzisiert<br />

und bis Durchmesser 700 mm erweitert. Dabei wurde der Einfluss<br />

der chemischen Zusammensetzung untersucht und der Größeneinflussfaktor<br />

in Abhängigkeit der Härtbarkeit angegeben. Abschließend<br />

erfolgte die Validierung der Simulationsergebnisse mittels der<br />

Härtemesswerte von verschiedenen Halbzeugdurchmessern.<br />

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 17731 BR der Forschungsvereinigung<br />

Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des<br />

Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung<br />

(IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund<br />

eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.<br />

Autoren: David Bretschneider, Institut für Maschinenelemente und<br />

Maschinenkonstruktion, TU Dresden<br />

Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA),<br />

Dirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632<br />

Forschungsvereinigung<br />

Antriebstechnik e. V.<br />

Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt<br />

Tel.: 069 / 6603-1515<br />

E-Mail: info@fva-net.de<br />

Internet: www.fva-net.de<br />

Forschungsvorhaben<br />

FVA 703 I<br />

IGF-Nr. 17731 BR<br />

10 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

Schneider Electric kürt neue Europa-Chefin<br />

Schneider Electric hat Dr. Barbara Frei, Zone President der DACH-<br />

Region, zum Executive Vice President Europe Operations ernannt.<br />

Nach Stationen innerhalb des ABB-Konzerns ist die 48-Jährige seit<br />

2016 für den Automatisierungsspezialisten<br />

tätig, anfänglich als Country<br />

President of Germany. In ihrer aktuellen<br />

Position als Zone President für<br />

die DACH-Region verantwortete sie<br />

u. a. die Integration der deutschen,<br />

österreichischen und schweizerischen<br />

Aktivitäten in eine vereinheitlichte<br />

Vertriebsorganisation. Anlässlich ihrer Berufung zum Executive<br />

Vice President Europe Operations Mitte Dezember 2018 sagte die<br />

neue Europa-Chefin: „Ich freue mich darauf, das weitere Wachstum<br />

in Europa voranzutreiben. Eine meiner Zielsetzungen ist es, unser<br />

Unternehmen, unsere Innovationen und den Mehrwert unserer<br />

Lösungen in unseren vier Endmärkten Gebäude, Rechenzentren,<br />

Industrie und Infrastruktur bekannter zu machen.“<br />

www.schneider-electric.de<br />

Nanotec expandiert in Feldkirchen<br />

Mit einem Erweiterungsbau am Stammsitz in Feldkirchen hat<br />

Nanotec Electronic mehr Platz für die Entwicklung von Motoren und<br />

Steuerungen für die Industrieautomatisierung und Medizintechnik<br />

geschaffen. Wie das Unternehmen Mitte Dezember 2018 bekannt<br />

gab, sind auf weiteren 1 400 m 2 Fläche nun die CNC-Fertigung, die<br />

Entwicklung sowie die Verwaltung und eine Kantine untergebracht.<br />

Der Anbau sei nach neuesten Energierichtlinien geplant und zeichne<br />

sich durch ein offenes Raumkonzept und Besprechungsinseln mit<br />

moderner Kommunikationstechnik aus. Im Bestandsgebäude<br />

wurden parallel die Arbeitsflächen für die Montage erweitert.<br />

www.nanotec.de<br />

Stöber fördert junge Techniktalente<br />

Wie lässt sich Energie sinnvoll nutzen oder einsparen? Mit dieser<br />

Frage haben sich zwei Absolventen der Karlsruher Heinrich-<br />

Hertz-Schule im Rahmen ihrer Abschlussarbeit beschäftigt. Unterstützung<br />

erhielten Stefan Hatz<br />

und Markus Liebmann von<br />

Stöber Antriebstechnik aus<br />

Pforzheim. Resultat der<br />

Kooperation ist ein didaktisches<br />

Modell, das am 21. November<br />

2018 offiziell an die<br />

Heinrich-Hertz-Schule übergeben<br />

worden ist und dort<br />

zukünftig im Unterricht Verwendung<br />

finden soll. „Grob<br />

erklärt geht es dabei um eine Motorwelle, an der eine Stahlscheibe<br />

als Schwungmasse angebracht ist“, so Thilo Dauth, Applications<br />

Engineer bei Stöber. „Läuft der Motor, dann rotiert die Masse mit<br />

bis zu 6 000 Umdrehungen in der Minute. Wird der Antrieb<br />

gestoppt, läuft die Scheibe weiter.“ Letztlich sei es den angehenden<br />

Technikern gelungen, den Energieverbrauch des Aufbaus mittels<br />

zwischenkreisgekoppelter Antriebe und einer geschickten<br />

Programmierung deutlich zu reduzieren.<br />

www.stoeber.de<br />

Mit Getriebegattung in den<br />

„Kreis der Besten“<br />

MAGAZIN<br />

Wittenstein gehört mit seiner Getriebegattung Galaxie zum „Kreis<br />

der Besten“ beim Deutschen Zukunftspreis 2018. Mit dem Preis<br />

zeichnet der Bundespräsident besondere Innovationen aus. Bei<br />

Galaxie handelt es<br />

sich um Zahngetriebe,<br />

die sich<br />

radikal von den<br />

herkömmlichen<br />

Varianten unterscheiden.<br />

Sie erreichen<br />

eine deutliche<br />

Steigerung<br />

aller Leistungsmerkmale<br />

bei<br />

einem wesentlich<br />

geringeren Bedarf<br />

an Energie und Material. Thomas Bayer (Bild links), Leiter des<br />

Innovation Lab von Wittenstein, stellte die Getriebe Bundespräsident<br />

Frank-Walter Steinmeier (Mitte) in Berlin vor. Wittenstein<br />

war einer von drei Nominierten neben einem Forscherteam aus<br />

dem Bereich Energiewirtschaft mit einem flüssigen Wasserstoffspeicher<br />

und dem Unternehmen AiCuris Anti-infective Cures, das<br />

ein Virenschutzmedikament entwickelt hat, das neue Perspektiven<br />

für die Knochenmarktransplantation eröffnet. Letzteres wurde<br />

mit dem Preis ausgezeichnet. Die Preisverleihung wurde vom<br />

ZDF übertragen.<br />

www.wittenstein.de<br />

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UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong> I NACHGEFRAGT<br />

Was treibt unsere Branche<br />

im Jahr <strong>2019</strong> an?<br />

„Mit intelligenter Antriebstechnik den Wandel erfolgreich gestalten“<br />

Die deutsche Antriebstechnik startet optimistisch in das Jahr <strong>2019</strong>. Wir rechnen mit einem Plus von<br />

3 % – trotz zunehmender weltpolitischer Unwägbarkeiten rund um den Brexit und die Handelskonflikte.<br />

Unsere Branche befindet sich in einem tiefgreifenden und rasanten Wandel, angetrieben durch<br />

Digitalisierung, Elektrifizierung, Autonomisierung und Dekarbonisierung. Auch die Künstliche Intelligenz<br />

hält zunehmend Einzug in die Antriebstechnik. Dieser Wandel bietet Chancen, die internationale<br />

Spitzenstellung mit einer intelligenten Antriebstechnik und smarten Lösungen „Made in Germany“<br />

weiter auszubauen. Dafür sind die Unternehmen der Antriebstechnik hervorragend aufgestellt. Denn für<br />

Industrie-4.0-Anwendungen und -Prozesse bilden intelligente Antriebskomponenten und Antriebslösungen<br />

wichtige Möglichmacher für smarte und effiziente Produktionsprozesse, vernetzte Services und<br />

zukunftsweisende Geschäftsmodelle wie Predictive Maintenance. Unseren Unternehmen kommt bei der<br />

Digitalisierung deshalb eine internationale Führungsrolle zu, die es für neue Geschäftsmöglichkeiten zu nutzen gilt.<br />

Denn intelligente Antriebstechnik macht eine intelligente Produktion erst möglich und sichert die Zukunft der Branche.<br />

Hartmut Rauen, stellvertretender Hauptgeschäftsführer des VDMA<br />

und Geschäftsführer des VDMA-Fachverbandes Antriebstechnik<br />

„Individuell bringt Vorteile“<br />

uch in <strong>2019</strong> sieht Rodriguez nach wie vor einen Trend zu kundenspezifischen Systemlösungen.<br />

A Durch diese sogenannten Value Added Products (VAP) ergeben sich für Anwender einige Vorteile:<br />

Die individuell konzipierten Produkte erfüllen alle Anforderungen der Kunden und ermöglichen die<br />

Einsparung von Umbauteilen sowie die Reduzierung der Montagezeiten. Gleichzeitig lassen sich die<br />

Kosten für Entwicklung, Beschaffung und Administration deutlich reduzieren. Das ist immer dann<br />

besonders von Vorteil, wenn nur kleine Stückzahlen benötigt werden – hier lohnt es sich für die<br />

Kunden oftmals nicht, individuelle Lösungen selbst zu konstruieren und zu produzieren. Deshalb<br />

realisiert Rodriguez auch Losgrößen von 1 bis 10 Stück. Möglich wird das durch das nötige Know-how<br />

und moderne Fertigungsanlagen.<br />

Gunther Schulz, Geschäftsführender Gesellschafter, Rodriguez GmbH<br />

„Weiter in Richtung Fabrik der Zukunft“<br />

In diesem Jahr wird sich die Vernetzung von Maschinen und Anlagen noch weiter beschleunigen und<br />

damit den Weg zur Fabrik der Zukunft ebnen. OPC UA mit der Echtzeit-Erweiterung TSN setzt sich<br />

aktuell als offener Standard durch, der herstellerübergreifend Komponenten, Maschinen und IT verbindet.<br />

Mit der Vernetzung können Maschinenhersteller und Endanwender ihren Wertstrom durchgängig<br />

digitalisieren: Von der Produktentwicklung über die Fertigungsplanung und Simulation bis zur automatischen<br />

Erzeugung von Maschinenprogrammen. Auch <strong>2019</strong> wird sich in den meisten Industrien der Trend<br />

zu immer kleineren Losgrößen fortsetzen und Fertigungsleiter werden eine maximale Flexibilität in ihren<br />

Werken anstreben. Zunehmend werden sich schaltschranklose Maschinen durchsetzen, die drahtlos<br />

Informationen austauschen und sich schnell zu neuen Linien zusammenstellen lassen. Diese Flexibilität<br />

wird in den nächsten Jahren ganz neue digitale Geschäftsmodelle ermöglichen. Anwender werden<br />

zukünftig nicht mehr Maschinen, sondern wertschöpfende Arbeitsschritte kaufen. Sie bezahlen dann nach dem Prinzip „pay per<br />

value“ oder einer garantierten Verfügbarkeit „pay per availability“. Erste Anwendungen in diesem Feld laufen bereits an.<br />

Dr. Heiner Lang, Leiter Business Unit Automation & Electrification Solutions, Bosch Rexroth AG<br />

12 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

NACHGEFRAGT I UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong><br />

„Intelligente Produkte schaffen“<br />

Mechatronische Antriebssysteme, die Informationen eigenständig erfassen und kommunizieren<br />

können, sind schon jetzt eine wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung von Industrie 4.0. Ihre<br />

Bedeutung wird weiter zunehmen, denn als smarte Komponenten mit dezentraler Intelligenz werden sie<br />

in der Produktion der Zukunft Maschinen und ganze Fertigungslinien in die Lage versetzen, sich selbstständig<br />

zu optimieren. Es wird daher in <strong>2019</strong> in der elektrischen Antriebstechnik insgesamt eine<br />

verstärkte Motivation – aber auch Notwendigkeit – geben, intelligente Produkte zu schaffen, die<br />

ihrerseits eine Netzwerkfähigkeit innerhalb von Maschinen und über gesamte Wertschöpfungsketten<br />

ermöglichen. Smarte elektrische Antriebssysteme werden sich als zentrale Bausteine digitalisierter<br />

Maschinen und Anlagen etablieren, wodurch diese wechselnden Anforderungen schnell und wirtschaftlich<br />

effizient gerecht werden können – Stichwort Losgröße 1. Der Umfang von Selbstdiagnosefunktionen<br />

smarter Servosysteme wird zunehmen und nicht nur die Verfügbarkeit beim Betreiber verbessern, sondern auch als Input in die<br />

Entwicklung neuer Produkte und vor allem auch neuer digitaler Geschäftsmodelle an Hersteller wie Wittenstein zurückfließen.<br />

Patrick Hantschel, Leiter Digitalization Center, Wittenstein SE<br />

„Die Anforderung lautet Einfachheit“<br />

Auch im Jahr <strong>2019</strong> wird die Digitalisierung der wichtigste Trend bleiben. Diese hat enormen<br />

Einfluss auf alle Bereiche der Technik, so auch auf die Antriebstechnik. Alles wird vernetzter,<br />

schneller und einfacher, und zwar über den gesamten Lebenszyklus hinweg – vom Maschinendesign,<br />

dem Engineering und Inbetriebnahme über die Überwachung industrieller Prozesse bis<br />

hin zum Service mit Ersatzteilgeschäft und Wartung. Unsere Branche steht vor der Herausforderung,<br />

die Fertigungsprozesse weiter zu digitalisieren für mehr Flexibilität, Effizienz und Leistung.<br />

Dabei findet die Differenzierung nicht mehr über das Produkt statt; das Angebot aus Hardware,<br />

Software und Dienstleistungen wächst mehr und mehr zusammen. Die klare Anforderung lautet<br />

Einfachheit, so wie man es bereits aus dem Consumer-Bereich kennt. Wir bei ABB setzen dabei<br />

auch <strong>2019</strong> auf Nähe zu den Kunden. Wir wollen deren Prozesse verstehen und mit ihnen<br />

diskutieren, welchen individuellen Nutzen wir bieten können. Durch Zuhören und gemeinsame Entwicklungen streben<br />

wir zweierlei an: Eine vertrauensvolle Zusammenarbeit sowie eine Win-Win-Situationen für alle Beteiligten.<br />

Stefan Flöck, Lead Division Manager Robotik und Antriebe, ABB Automation Products GmbH<br />

„Bedarf an Support steigt“<br />

Deutschland ist ein Hochlohnland und es herrscht massiver Fachkräftemangel. Die Workforce ist<br />

knapp und limitiert. Das wird die Automatisierung auch <strong>2019</strong> weiter vorantreiben – und zwar in<br />

allen Bereichen. Wir rechnen damit, dass auch konservative Branchen wie die Bauindustrie, die Landwirtschaft<br />

und der Pflegesektor hier verstärkt tätig werden und ihre Applikationen und Prozesse zunehmend<br />

automatisieren. Insbesondere einfache Handhabungsaufgaben werden künftig vermehrt von automatisierten<br />

Systemen übernommen. Der Trend geht klar von Hydraulik hin zu elektromechanischen Systemen.<br />

Auf Produktebene rücken die Kundenbedürfnisse noch stärker in den Fokus. Hier setzen sich vor allem<br />

zwei Entwicklungen fort: leichtere Handhabung und mehr Intelligenz. Stichworte sind unter anderem<br />

Industrie 4.0, Predictive Maintenance und die Integration von Sensorik. Zudem werden die Applikationen<br />

immer komplexer, die Produktpaletten umfangreicher und die Entwicklungszyklen kürzer. Die Folge:<br />

Der Bedarf an Support im Engineering-Bereich steigt stetig, auch vor dem Hintergrund der wachsenden Nachfrage nach Customising-Lösungen.<br />

Da sind die Unternehmen gefragt, ihren Service und ihre Beratung entsprechend auszubauen.<br />

Daniel Obladen, Head of Sales General Industries, Nabtesco Precision Europe GmbH<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 13

UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong> I NACHGEFRAGT<br />

„Weiter im Zeichen von Industrie 4.0“<br />

<strong>2019</strong> steht weiterhin im Zeichen von Industrie 4.0. Der Fokus wird in diesem Jahr jedoch darin<br />

liegen, vom Konzept in die Praxisanwendung – in der Fertigung und im Lager – überzugehen.<br />

Für die Anwender steht dabei die Schaffung eines echten Mehrwerts im Sinne einer Effizienzsteigerung<br />

im Mittelpunkt. Sensoren sind hierfür wichtige Weichensteller und die Sensor<br />

Intelligence liefert die Basis für zukunftsfähige Automatisierungslösungen. Gleichzeitig<br />

können wir so Engpässe bei Kompetenzen und Fachkräften ausgleichen. Mit neuen Technologien,<br />

wie Künstlicher Intelligenz, können Sensoren noch spezifischere Aufgaben erledigen, die<br />

zuvor nicht denkbar waren. So können hoch anspruchsvolle Automatisierungsanwendungen<br />

direkt in der Fertigung gelöst werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Bedeutung der<br />

Datensicherheit. Diese verstärkt den Trend zu Anwendungen, die durch Edge Computing<br />

innerhalb oder in der Nähe des Sensors realisiert werden. <strong>2019</strong> ist das Jahr der pragmatischen, praxisnahen Indus trie-<br />

4.0-basierten Lösungen, die durch Frameworks wie AppSpace von Sick implementiert werden. Sensor Intelligence ist<br />

nach wie vor der Schlüsselfaktor für Industrie 4.0.<br />

Dr. Mats Gökstorp, Vorstand für den Bereich Sales & Service, Sick AG<br />

„Bequem zurücklehnen“<br />

Convenience schickt sich – nicht nur in der Profiküche, oder am eigenen Herd, sondern<br />

zunehmend auch im Bereich der Antriebslösungen. Statt sich zeitraubend mit der Auswahl<br />

der Grundkomponenten zu befassen, soll der Convenience-Partner die detailreiche Arbeit<br />

übernehmen. Damit können sich zum Beispiel Maschinenbauer auf ihre Kernkompetenzen<br />

fokussieren, anstatt sich mit der Abstimmung von Einzelkomponenten zu befassen. Dabei<br />

werden die angeforderten Kreationen immer individueller. An diesem Trend zu einem Höchstmaß<br />

an kundenindividuellem Engineering bei gleichzeitiger Steigerung der Kundenzufriedenheit<br />

durch Vereinfachung orientiert sich Sumitomo Drive Technologies. Diese Dynamik quittieren<br />

wir unter anderem mit der Akquise des Motoren- und Reglerherstellers Lafert. Der Markt<br />

hat Geschmack gefunden an kompletten und individuell abgestimmten Antriebsachsen – ohne<br />

sich dabei das konzeptionelle Zepter aus der Hand nehmen zu lassen. Dem Convenience-Gedanken folgend, müssen<br />

Partner für Antriebslösungen die eigene Komfortzone noch weiter vergrößern und zukunftsweisende Ideen und<br />

Geschäftsmodelle im Maschinenbau kreieren. Die Digitalisierung wird ihrerseits die vernetzte Arbeit verändern und<br />

zum Beispiel die Tür für Zustandsüberwachungen und Produktionsoptimierungen weit öffnen.<br />

Nils Zieglgänsberger, Bereichsleiter Business Development GM & MCD, Sumitomo Drive Technologies<br />

„Wir sind uns der Risiken bewusst“<br />

Für <strong>2019</strong> erwarten wir für den Maschinenbau global eine nachlassende wirtschaftliche<br />

Dynamik. Eine zentrale Rolle spielen dabei die großen derzeitigen Risikofaktoren, zum<br />

Beispiel der Brexit, die Entwicklungen in den USA und die zunehmenden weltweiten Handelskonflikte.<br />

Der heimische Markt birgt dabei insgesamt weniger Risiken, dennoch werden diese<br />

einen großen Einfluss ausüben. Insgesamt erwarten wir noch immer ein leichtes Plus in der<br />

Maschinenbauindustrie, sind uns aber der signifikanten Risiken bewusst, die der Markt in<br />

<strong>2019</strong> hat. Bei R+W werden wir unsere Modernisierungsstrategie <strong>2019</strong> fortsetzen und unter<br />

anderem ein komplett neues Büro- und Produktionsgebäude errichten. Viele Projekte im<br />

Hinblick auf Produktentwicklung, Lean Management, Modernisierung des Lagersystems und<br />

Leadmanagement wurden bereits gestartet und laufen in das Jahr <strong>2019</strong> hinein. Als Technologieführer<br />

und Marktführer im Bereich der Metallbalgkupplungen in Deutschland ist es für uns wichtig, hier die<br />

entsprechenden Maßnahmen umzusetzen, um langfristig unsere Wettbewerbsposition behaupten und ausbauen<br />

zu können.<br />

Steffen Herter, Geschäftsführer, R+W Antriebselemente GmbH<br />

14 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

NACHGEFRAGT I UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong><br />

„Digitalisierung und Energieeffizienz“<br />

Ich sehe für <strong>2019</strong> vor allem drei große Trends in der Antriebstechnik. Da wäre zunächst die<br />

Digitalisierung: Hier wird Condition Monitoring für Predictive Maintenance das zentrale<br />

Thema sein, was die Erfassung der Motordaten und deren Auswertung zum Zweck der<br />

Minimierung von Stillstandzeiten und Betriebskosten durch vorbeugende Wartungsmaßnahmen<br />

umfasst. Unsere Motor Scan-Lösung bietet hierfür alle Möglichkeiten und wird kontinuierlich<br />

weiterentwickelt. Dann die Energieeffizienz: Energieverbrauch und CO 2<br />

-Ausstoß sind<br />

weiter ein Thema. Hier gibt es vor allem zwei Lösungswege: Energiesparende Antriebssysteme<br />

aus Frequenzumrichter und Standard-Asynchronmotoren in Energieeffizienzklasse IE3 oder<br />

IE4 mit Aluminiumrotor sowie die deutlich kostenintensiveren Synchronmotoren für besonders<br />

dynamische Prozesse, wo es um Anforderungen mit sehr großen Regelbereichen und<br />

-genauigkeiten geht. Gerade in energieintensiven Anwendungen werden sich die Standard-IE4-Motoren aufgrund<br />

ihrer Selbstanlauffähigkeit weiterhin durchsetzen. Zuletzt überträgt sich der Effizienzgedanke zunehmend auch auf<br />

Sonderanwendungen: Wir stellen fest, dass der Markt hier schneller reagiert als die Vorschriften. So fordern mehr und<br />

mehr Anwender von Motoren, die bislang nicht unter die EU-Energiesparvorschriften fallen, Antriebssysteme mit<br />

höchsten Wirkungsgraden. Bereits heute bieten wir, obwohl nicht gefordert, Motoren für den Schiffbau, ATEX-Motoren<br />

sowie Rauchgasmotoren bis Wirkungsgradklasse IE4 in konventioneller Asynchronbauweise an. Hier sehe ich<br />

großes Potenzial für die Zukunft.<br />

Detlef Wortmann, Manager Low Voltage Motors, WEG Germany GmbH<br />

„Die Stunde der Automatisierung“<br />

Wenn wir die Großwetterlage betrachten, müssen wir uns für <strong>2019</strong> auf schwierigere<br />

Verhältnisse einstellen. Die wirtschaftliche Dynamik lässt deutlich nach und die Politik<br />

verstärkt diesen Trend negativ. Meines Erachtens hat die deutsche Industrie in den letzten<br />

Jahren an Produktivität eingebüßt. Die Hochkonjunktur führte zu hohen Kostensteigerungen<br />

und das Verhalten war geprägt von der Einstellung „wir produzieren um jeden Preis“. Damit<br />

blieb der Fokus auf Produktivität leicht auf der Strecke. Eine Abkühlung des Marktes wird jetzt<br />

dazu führen, dass wieder mehr Aufmerksamkeit auf dieses Thema gelenkt werden muss.<br />

Damit schlägt – wieder einmal – die Stunde der Automatisierung. Viele der Konzepte, die wir<br />

im Kontext Industrie 4.0 und Digitalisierung vorangetrieben haben, und die bisher nur<br />

vereinzelt tatsächlich durchgängig implementiert wurden, werden jetzt ihren Weg in die<br />

Produktion finden. Dort müssen sie beweisen, dass mit ihnen signifikante Produktivitätszuwächse erreicht werden<br />

können. Aber auch langjährige Trends wie zum Beispiel energieeffiziente Antriebslösungen oder der Fachkräftemangel<br />

werden uns in den nächsten Jahren weiter beschäftigen.<br />

Frank Maier, Innovationsvorstand, Lenze SE<br />

„Von Netzrückwirkungen bis Industrie 4.0“<br />

Dezentrale und erneuerbare Energiequellen spielen eine zunehmend wichtige Rolle in der Energieerzeugung.<br />

Dieser stetig wachsende Markt stellt neue Ansprüche an den Netzbetrieb und verlangt<br />

nach neuen Konzepten. Ein wesentlicher Aspekt sind dabei die Netzrückwirkungen infolge der taktenden<br />

Arbeitsweise der Umrichter. Hier ist im Zuge der Überarbeitung entsprechender Normen mit erweiterten<br />

Anforderungen zu rechnen, wie etwa der Einführung von Verträglichkeitspegeln im für Umrichter<br />

relevanten Frequenzbereich.<br />

Darüber hinaus setzen innovative Konzepte nicht nur auf eine Reduzierung der Netzrückwirkungen,<br />

etwa durch aktive Filterkonzepte oder Multileveltopologien, sondern auch auf eine Erweiterung der<br />

Funktionalität. Der Umrichter ist damit nicht mehr nur eine einspeisende Quelle, die definierte Gridcodeanforderungen<br />

einhält, sondern er trägt aktiv zur Netzstabilisierung oder Blindleistungskompensation<br />

bei. Natürlich gewinnt auch die Digitalisierung in der Antriebstechnik immer mehr an Bedeutung. Antriebskomponenten werden<br />

über IoT an Cloud-Computing-Plattformen angebunden, um hier zusätzlichen Kundennutzen in Form von Verfügbarkeit, Effizienz<br />

und Performance zu schaffen. Edge-Controller stellen eine lokale Lösung für die Analyse von Antriebsdaten dar. Die Ergebnisse<br />

dieser Analyse können entweder an eine übergeordnete Instanz übertragen oder direkt zum Eingriff im lokalen System genutzt<br />

werden. Der digitale Zwilling, ein digitales Abbild des Antriebs, stellt auf einfachem Weg zusätzliche Informationen über den<br />

Antrieb zur Verfügung.<br />

Henning Höhnert, Leiter Produktmanagement Low Voltage Drives and Motors, Siemens AG<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 15

UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong> I NACHGEFRAGT<br />

„Hauptmotor der wirtschaftlichen Entwicklung“<br />

Auch im Jahre <strong>2019</strong> wird die deutsche Antriebstechnik wieder ein Hauptmotor der wirtschaftlichen<br />

Entwicklung unserer Economy sein. Anhaltende Kundenfokussierung und eine auf Innovationen<br />

ausgerichtete Unternehmenskultur prägen unsere Branche nachhaltig. Gerade die Megatrends wie<br />

Industrie 4.0 sind ohne die Erfindungen der Antriebstechnik nicht vorstellbar. In <strong>2019</strong> werden wir<br />

verstärkt Produkte sehen, die durch die intelligente Verbindung von mechanischem Know-how mit<br />

abgestimmter Sensorik, Elemente von Industrie 4.0 wie Predictive Maintenance erst wirklich greifbar<br />

machen. Durch die Einbindung der so gewonnenen Daten in die Steuerungsstruktur der Maschinen<br />

werden Maschinen und Aggregatszustände transparent. Angepasste Auslastung und bedarfsgesteuerte<br />

Wartungsintervalle realisierbar. Die Automatisierung wird global immer mehr zunehmen. Auch<br />

sogenannte Billiglohnländer können sich diesem Trend nicht mehr entziehen. Intelligente Lösungen –<br />

gerade auch mit Blick auf die Kosten und den Energieverbrauch – sind hier notwendig. Dadurch werden die Grenzen zwischen<br />

der klassischen Asynchrontechnik und der modernen Servotechnik verschwimmen. Wer hier Lösungen parat hat, welche die<br />

Lücke zwischen beiden Systemansätzen schließt, wird die Nase vorne haben.<br />

Rainer Wegener, Mitglied der Geschäftsleitung, Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KG<br />

„Wir haben vier große Themen“<br />

Für NSK werden in diesem Jahr vier Themen die Antriebstechnik dominieren: Industrie 4.0,<br />

Energieeffizienz, Predictive Maintenance und Lebenszykluskosten. In den Fertigungswerken<br />

werden wir konsequent die Grundsätze der Digitalisierung im Kontext von Industrie 4.0<br />

anwenden. Ziel ist es, robotergestützt und hoch flexibel bei minimalen Rüst- und Vorlaufzeiten<br />

auch kleinere Serien von Antriebskomponenten zu fertigen. Viele Kunden fragen nach Lösungen<br />

für Predictive Maintenance. Hier stehen Wälzlager mit integrierter Sensorik zur Verfügung, die<br />

online ihren Betriebszustand überwachen. Auf der Basis dieser Daten lässt sich die Lebensdauer<br />

des individuellen Lagers bestimmen. Wir erwarten für die kommenden Monate viele Projekte<br />

mit diesen Systemen. Neue Wälzlagerbaureihen leisten zudem einen Beitrag zur Energieeffizienz<br />

elektrischer Antriebe. Hier gibt es diverse Stellschrauben zur Optimierung: Werkstoffauswahl,<br />

Wärmebehandlung, Oberflächen und Beschichtungen sowie die Fettauswahl. Mit diesen Maßnahmen kann man<br />

die interne Reibung von Wälzlagern um bis zu 80 % verringern. Aber auch das Thema Kosten und Preise wird uns weiter<br />

umtreiben. Wir werden immer wieder darauf hinweisen, dass Anwender bei der Auswahl von Wälz lagern und Linearantrieben<br />

nicht nur auf die Preisschilder schauen, sondern die Lebenszykluskosten berücksichtigen sollten. Die Anwender<br />

sind für dieses Thema sensibilisiert, weil die Anforderungen an Produktivität und Verfügbarkeit steigen. Deshalb<br />

muss ein Ausfall von Antriebskomponenten vermieden werden.<br />

Günter Winkler-Gonze, Managing Director, European Industrial Business Unit, NSK Europe Ltd.<br />

„Antriebe, wo sie benötigt werden“<br />

Der Trend zur Dezentralisierung wird sich weiter verstärken, das heißt, dass es statt eines<br />

großen Motors mehrere kleine, kompakte Antriebe gibt. Diese werden an den Stellen<br />

eingesetzt, wo sie wirklich benötigt werden. Die Komponenten können dank IIoT miteinander<br />

kommunizieren und ermöglichen so eine Vernetzung vom Leitrechner bis zur Aktor-Sensorebene.<br />

Damit steigen aber auch die Anforderungen an die Antriebe, was deren Leistungsdichte,<br />

Kompaktheit, Regelbarkeit oder Energieeffizienz betrifft. Auch benötigen viele<br />

batteriegetriebene Anwendungen kompakte Motoren mit einem geringen Gewicht.<br />

Vereinfacht gesagt, geht der Trend also weiter in Richtung Kleinmotoren mit integrierter<br />

Elektronik. Einen weiteren Trend sehen wir dank zunehmender Vernetzung in der Digitalisierung.<br />

Sensoren im Motor können heute schon viele Parameter erfassen, die in Echtzeit dem<br />

übergeordneten System ausgespielt werden können. So können Zustände wie Lage, Temperatur, Geschwindigkeitsinformationen,<br />

Drehmomente und Stromwerte gemessen bzw. berechnet werden und als Analysegrundlage dienen.<br />

Damit kann zum Beispiel das übergeordnete System besser eingestellt oder Störungen vorzeitig erkannt werden.<br />

Johannes Moosmann, Geschäftsbereichsleiter Industrielle Antriebstechnik, ebm-Papst St. Georgen GmbH & Co. KG<br />

16 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

NACHGEFRAGT I UNSER ANTRIEB <strong>2019</strong><br />

Trendometer <strong>2019</strong> für den Maschinen- und Anlagenbau<br />

Was sind die angesagten Themen im Maschinen- und Anlagenbau sowie der Automatisierung im<br />

Jahr <strong>2019</strong>? Branchenexperte Dr. Mathias Döbele, Leiter Maschinen- und Anlagenbau bei Dr. Wieselhuber<br />

& Partner, wagt eine Prognose: Welche Trends scheuchen die Player aus ihrer Komfortzone,<br />

welchen „Impact“ haben sie auf die Branche?<br />

Dr. Mathias Döbele, Leiter<br />

Maschinen- und Anlagenbau,<br />

Dr. Wieselhuber & Partner<br />

Künstliche Intelligenz (KI) – Tempo ist angesagt! – Impact 10<br />

Neue Technologien verändern die Wirtschaft und die Unternehmen grundlegend – KI ist ein elementarer<br />

Bestandteil. Der größte Hemmschuh in den Unternehmen, die damit verbundenen Chancen zu<br />

nutzen: Das Management – vor allem im Mittelstand – traut sich zu wenig an die neuen Themen<br />

heran. Eine entsprechende Unternehmensstrategie? Auch am Horizont bei den wenigsten Unternehmen<br />

auszumachen. Da USA und China beständig an ihrem Wettbewerbsvorteil für die Zukunft feilen,<br />

ist <strong>2019</strong> Handeln angesagt: Erste Implementierungen sind notwendig, um Erfahrungen mit der<br />

neuen Disziplin zu sammeln.<br />

Operative Überlastung – Unternehmensorganisation in den Fokus! – Impact 9<br />

Die Auftragsbücher sind zum Bersten voll – und viele Unternehmen der Branche versinken im<br />

operativen Geschäft. Zeit für Gedanken über die Zukunft? Gibt es nicht. Doch auf Grund tektonischer<br />

Verschiebungen in internationalen Märkten, getrieben durch die Digitalisierung, ist es in Sachen<br />

Unternehmensorganisation eigentlich 5 vor 12. Zum einen sollten sich die Maschinenbauer und<br />

Automatisierer möglichst agil aufstellen, um den laufend ändernden Anforderungen flexibel und<br />

schnell gerecht zu werden und sich so unternehmerische Freiheiten zu verschaffen. Zum anderen<br />

müssen sie neue Geschäftsmodelle, beeinflusst durch Plattformökonomien, mit auf den Radar<br />

nehmen. Eine strategisch geplante internationale Ausrichtung des Geschäfts – insbesondere mit Blick<br />

auf Asien – ist ebenso wichtig.<br />

Komplexität – die Kehrseite von Individualisierung & Co. – Impact 6<br />

Die Konsequenz von Losgröße 1 und zunehmender Individualisierung im Rahmen der Digitalisierung?<br />

Die interne Komplexität in Unternehmen wird durch eine schier grenzenlose Variantenvielfalt enorm<br />

aufgebläht. Umso wichtiger wird es, die Prozesse vom Verkauf über die Entwicklung bis zum Verkauf<br />

komplett zu Überblicken und ein intelligentes Komplexitätsmanagement in Angriff zu nehmen.<br />

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<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 17

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />

Eiskaltes Händchen bewiesen<br />

Deutsches Rollringgetriebe schafft es in die Antarktis<br />

Extremer Einsatz: Die glazialen Bewegungen im Eis werden genauestens erforscht. Mit von der Partie: bewährte Uhing-Technik aus Kiel<br />

Für das internationale Arktis-Forschungsprojekt Beamish muss gebohrt werden –<br />

und das mindestens zwei Kilometer tief in die arktische Erde hinein. Damit das<br />

gelingt, kommt ein Rollringgetriebe von Uhing zum Einsatz. Sie widerstehen nicht<br />

nur der Kälte, sondern bringen jede Menge weiterer Vorteile mit sich.<br />

Wolfgang Weber ist Geschäftsführer<br />

der Joachim Uhing GmbH &<br />

Co. KG in Flintbek<br />

A<br />

uf glatter Welle in eisiger Kälte.<br />

Das internationale Forschungsprojekt<br />

Beamish erforscht das bisherige Verhalten<br />

des westantarktischen Eisschildes sowie<br />

den Fluss der schnellen „Eisströme“, die es<br />

entwässern. Dazu sind Messungen an der<br />

Eisoberfläche aber auch Bohrungen ins<br />

Bett des Rutford Ice Stream notwendig. Das<br />

Eis des Rutford Ice Stream ist weit über<br />

zwei Kilometer dick und das Bohren direkt<br />

bis zum Grund eine große Herausforderung.<br />

Hierfür wird eine große Warmwasser-<br />

Bohrmaschine verwendet, die bis zu zwei<br />

Tage braucht, um bis in so große Tiefen<br />

einzuschmelzen. Die Maschine wurde<br />

eigens für diesen Einsatz gebaut. Die größten<br />

Teile liegen mit einem Gewicht von bis<br />

zu sieben Tonnen auf dem Eis. Der giganti-<br />

sche Spezial-Bohrer, der auf freiem Eis im<br />

Einsatz ist, muss auch bei – 30 °C einwandfrei<br />

funktionieren sowie Schneetreiben<br />

und anderen widrigen Wetterbedingungen<br />

trotzen, um den Polarforschern gute Arbeit<br />

zu ermöglichen. Die Antarktis und Grönland<br />

haben das Potenzial, einen irreversiblen<br />

Anstieg des Meeresspiegels auszulösen,<br />

der noch viele Jahrhunderte andauern<br />

könnte. Daher sind aktuelle Ergebnisse aus<br />

exakten Messungen für die Forschung von<br />

enormer Bedeutung.<br />

Und hier kommen die Vorteile des Uhing<br />

Rollringgetriebes zum Tragen. Das Standardgetriebe<br />

ohne Sonderausführungen<br />

wird in der Aufwickel-/Abwickel-Einheit für<br />

die 2 km lange Heißwasserleitung eingesetzt.<br />

Die glatte Welle mit mechanischem<br />

Abstreifer erlaubt den Forschenden die einfache<br />

Bedienung der Anlage. Und das bei<br />

geringem Wartungsaufwand. Zum Vergleich:<br />

Schraubenspindeln oder Ketten<br />

hätten bei diesen extremen Umgebungsbedingungen<br />

größere Probleme. Rollringgetriebe<br />

sind Kraftschlussgetriebe, welche<br />

die konstante Drehbewegung einer glatten<br />

Welle in eine hin- und hergehende Bewegung<br />

umwandeln. Weitere Vorteile des<br />

Uhing Rollringprinzips im Eis: hohe Dynamik<br />

in den Umschaltpunkten und höchster<br />

Wirkungsgrad durch vollständige Wälzlagerung<br />

von Getriebe und Nutzlast.<br />

Fotos: Paul Anker/British Antarctic Survey<br />

www.uhing.com<br />

18 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

Modulare Antriebsplattform für optimale<br />

Antriebslösungen<br />

Mit bMotion stellt Bühler Motor eine neu entwickelte, optimal auf die Kundenbedürfnisse<br />

abgestimmte modulare Antriebsplattform vor. Diese ist weit mehr als nur ein<br />

Baukasten aus DC-Motoren, Getrieben, Encodern und Bremsen. Sie zeichnet sich<br />

durch Produktvielfalt, einfache Kombinierbarkeit sowie eine hohe Anzahl vordefinierter<br />

Varianten aus. Für besondere Marktanforderungen stehen bereits spezifische, vorvalidierte<br />

Kombinationen<br />

zur<br />

Verfügung.<br />

Zusammen mit<br />

festen Durchlaufzeiten<br />

für Muster-,<br />

Vorserien- und<br />

Serienteilen, sowie<br />

fachkundigem,<br />

applikationsspezifischem<br />

Support<br />

sollen bMotion-<br />

Antriebe einen<br />

deutlichen Mehrwert<br />

für den<br />

Kunden generieren.<br />

Dieser zeigt sich<br />

bereits in der Entwicklungsphase des Kunden durch die Bandbreite an Lösungen.<br />

Verschiedene Antriebe des Kundensystems können aus einer Hand bezogen werden.<br />

Die Antriebe sind vordefiniert und für verschiedene Markt anforderungen spezifiziert.<br />

Beispielsweise sind Antriebe mit niedrigem Rücktreib moment für Türen in der<br />

Gebäudeautomation ebenso verfügbar wie Antriebe mit ausgezeichneter Robustheit<br />

und hoher Umweltbeständigkeit für die Agrartechnik.<br />

www.buehlermotor.de<br />

Getriebemotoren gehen online<br />

Durch die Kombination von TorqueControl4.0 von Bauer Gear Motor und einem<br />

netzbetriebenen Getriebemotor entsteht eine Industrie-4.0-Komponente. Durch die<br />

Anbindung von TorqueControl4.0 über IO-Link kann der Getriebemotor ohne zusätzliche<br />

Komponenten in die Maschinensteuerung integriert werden. Die Lösung bietet<br />

eine Sanftanlauffunktion<br />

und eine<br />

Überlastkupplung<br />

sowie die Möglichkeit<br />

zur Erhebung<br />

von Betriebsdaten<br />

und deren Weiterleitung<br />

zur Überwachung.<br />

Sie führt<br />

zur Beurteilung,<br />

Anzeige und<br />

Meldung des Drehmomentverlaufs<br />

eines Prozesses<br />

schnelle und<br />

genaue Messungen<br />

von sowohl Strom<br />

als auch Spannung<br />

durch. Darüber hinaus kann TorqueControl4.0 durch die kontinuierliche Lastpunktüberwachung<br />

die Magnetisierung des Motors durch die Anpassung der Spannung<br />

ändern. Die Lösung eignet sich für Anwendungen zum Materialtransport, Intralogistik<br />

oder Verfahren, die ein Anlaufen unter Last und eine schonende Leistungsabgabe und<br />

kontinuierliche Datenerfassung erfordern.<br />

www.bauergears.com<br />

[<br />

]<br />

... was man kaum sieht

Hygienisch antreiben<br />

Neue Schneckengetriebe erfüllen hohe Anforderungen<br />

der Lebensmittelindustrie<br />

Canan Baglar, Marketing & Vertrieb, und<br />

Olliver Heinlin, Geschäftsleitung, beide bei<br />

der Cavex GmbH & Co. KG in Ofterdingen<br />

Besonders in der Nahrungs- und<br />

Lebensmittelindustrie sowie im<br />

pharmazeutischen und<br />

biotechnischen Umfeld spielen<br />

hygienische Anforderungen eine<br />

bedeutende Rolle. Die technischen<br />

Anlagen für diese Bereiche<br />

unterliegen demnach strengen<br />

Richtlinien – auch Getriebe. Für<br />

namhafte Anlagenhersteller in<br />

diesen Branchen stellt die<br />

Lieferantenwahl deshalb eine<br />

Herausforderung dar.<br />

Die Hof Sonderanlagenbau GmbH ist seit<br />

über 30 Jahren Spezialist in der Herstellung<br />

von individuellen Gefriertrocknungsanlagen,<br />

Be- und Entladesystemen sowie<br />

Einfrier- und Auftaugeräten für die pharmazeutische<br />

und biotechnische Industrie. Eine<br />

tägliche Herausforderung des Unternehmens<br />

ist die ständige Weiterentwicklung<br />

von maßgeschneiderten Anlagen für die<br />

individuellen Kundenbedürfnisse. Heute<br />

für das Morgen zu planen und entwickeln<br />

ist ein Anspruch, der Hof als Unternehmen<br />

prägt und den Anlagen einen innovativen<br />

Charakter verleiht. Die Innovationskraft<br />

von Hof spiegelt sich auch in der Auswahl<br />

von Lieferanten wider und führt zu einem<br />

hochwertigen Endergebnis in den Anlagen.<br />

Die Qualität jeder einzelnen Komponente,<br />

welche in die Anlagen eingebaut wird, ist<br />

deshalb bis ins kleinste Detail durchdacht.<br />

Sicherer Transport<br />

Für die Be- und Entladesysteme sowie für<br />

das Hof smartVTS (Vial Transfer System)<br />

konnte mithilfe der Getriebe von Cavex im<br />

Hygienic-Design ein maß geschneidertes<br />

Antriebskonzept erarbeitet werden. Die Kerneigenschaft<br />

dieser beiden Anlagen ist der<br />

sichere und integrierte Transport von pharmazeutischen<br />

Produkten und Primärpackmitteln.<br />

Durch das neue Konzept von Cavex<br />

optimierte die Firma Hof ihre Anlagen vor<br />

allem in Punkto Hygiene. „Um den hohen<br />

Anforderungen in der Pharmaindustrie gerecht<br />

zu werden, ist ein flexibler Partner notwendig.<br />

Diesen hat Hof mit der Cavex im<br />

Bereich Edelstahl getriebe gefunden. Durch<br />

die enge Zusammenarbeit konnte ein Getriebe<br />

entwickelt werden, welches alle Anforderungen<br />

in Sachen Material, Hygienic-<br />

Design und Dokumentation erfüllt.“ Damit<br />

unterstreicht Hof die erfolgreiche Zusammenarbeit,<br />

die seit 2016 besteht.<br />

Reinigungsfreundlichkeit steigern<br />

Der Bedarf nach hochwertigen Anlagen im<br />

pharmazeutischen und biotechnologischen<br />

Bereich steigt und damit auch die individuellen<br />

Anforderungen der Kunden. Neuentwicklungen<br />

sind unabdingbar und müssen<br />

nach den spezifischen Herausforderungen<br />

konzipiert und realisiert werden. Hierbei<br />

sind Zuverlässigkeit und Qualität wichtige<br />

Parameter, welche vor allem für die Edelstahlkomponenten<br />

eine Voraussetzung<br />

darstellen. Cavex-Getriebe kommen an den<br />

Förderbändern für den Transport von pharmazeutischen<br />

Produkten und Primärpackmitteln<br />

in den Be- und Entladesystemen von Hof<br />

zum Einsatz. Während die Förderbänder bisher<br />

mit standardmäßigen Getrieben ausgestattet<br />

waren, welche aus hygienischen Gründen<br />

mit einer Schutz abdeckung bzw. Einhausung<br />

versehen wurden, bevorzugt Hof<br />

heute das neue Cavex-Konzept. Die Probleme<br />

der aufwändigen Einhausungen sind gravierend:<br />

Die zu reinigenden Flächen sind oft<br />

sehr groß und folglich zeitaufwändig, ebenso<br />

ist eine verdeckte Schmutz- und Feuchtigkeitsbildung<br />

möglich und nicht zuletzt wird<br />

die Lebensdauer des Antriebs durch die entstehende<br />

Stauwärme, die sich unter der<br />

Einhausung bildet, beeinträchtigt. Mit den<br />

Cavex-Getrieben im Hygienic-Design konnten<br />

alle Nachteile beseitigt werden. Dabei<br />

wurden Vorgaben hinsichtlich Werkstoffeigenschaften,<br />

FDA-Konformität und technische<br />

Spezifikationen konsequent umgesetzt.<br />

Mit einer lebensmitteltauglichen und korrosionsbeständigen<br />

Oberfläche kann das Getriebe<br />

direkt am Förderband angebracht<br />

werden, womit die Reinigungsfreundlichkeit<br />

deutlich steigt. Neben der geringen Rauheit<br />

von R a<br />

= 0,8 bietet auch das durchdachte<br />

Design des Getriebes einen Mehrwert für die<br />

hygienischen Anforderungen. Denn aufgrund<br />

der Rundungen im Gehäusedesign<br />

erfolgt der Wasserablauf von den Oberflächen<br />

selbstständig. Wie bei allen Cavex<br />

Getrieben kommt auch bei den Edelstahlversionen<br />

die Schneckenverzahnung zum<br />

Einsatz. Die Verzahnungsgeometrie weist<br />

eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit<br />

auf. Im Vergleich zu anderen Schneckengetrieben<br />

sind höhere Wirkungsgrade möglich.<br />

Fotos: Cavex<br />

www.cavex-gmbh.de<br />

20 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />

Getriebemotoren für Drehmomente bis 18 000 Nm<br />

WEG hat sein Getriebemotorenprogramm WG20 mit Stirnrad-, Flach- und Kegelstirnradgetrieben<br />

für Nennmomente bis 18 000 Nm erweitert. Die Getriebe in je drei<br />

Baugrößen lassen sich mit Anbaumotoren des Herstellers bis 75 kW und bis Energieeffizienzklasse<br />

IE4 zu Getriebemotoren mit hoher Leistungsdichte kombinieren. Sie<br />

eignen sich für anspruchsvolle Anwendungen z. B. in Stahlwerken, im Energiesektor<br />

oder im Bergbau. Die Getriebemotoren<br />

sind weltweit einsetzbar, da sie mit<br />

motor interner Spannungsumschaltung<br />

nahezu alle Spannungen abdecken und<br />

z. B. mit Frequenzumrichter auch bei 100<br />

bzw. 120 Hz betrieben werden können.<br />

Die Block gehäuse aus Grauguss sind<br />

besonders verwindungssteif. Mit glatten<br />

Oberflächen sind sie einfach zu reinigen,<br />

sodass sich die Getriebemotoren auch für<br />

Anwendungen mit hohem Reinigungsbedarf eignen. Die Getriebe sind in einem<br />

großen Untersetzungsbereich zwei- bzw. dreistufig ausgeführt. Hierdurch fallen die<br />

Verluste gering aus.<br />

www.weg.net<br />

Verlässliche Getriebemotoren für das<br />

Craft-Beer-Segment<br />

Als Auftragsbrauerei produziert Octopi Brewing eine Vielzahl verschiedener<br />

Biersorten und verarbeitet in der Regel rund 1 000 bis 2 000 kg Getreide für einen Sud.<br />

Für anspruchsvolle Aufgaben im Brauprozess wählte das Unternehmen Maschinen<br />

mit zuverlässiger und energieeffizienter Antriebstechnik aus und setzt einen<br />

Nord-Flachgetriebemotor am Rührwerk im Maischbottich sowie einen Nord-<br />

Kegelradgetriebemotor am Läuterbottich-Hackwerk ein. Beide sind mit einem 3,7 kW<br />

starken Motor ausgestattet. Die leistungsstarken Antriebe garantieren störungsfreie<br />

Abläufe sowie einen reibungslosen Betrieb. Nord besitzt umfangreiches Know-how<br />

im Bereich der Getränkeindustrie und bietet branchenoptimierte Antriebsprodukte<br />

für sämtliche Aufgaben in der Produktion, z. B. pumpen, mischen, rühren, Klimaund<br />

Lüftungstechnik, bewegen und positionieren, dosieren, füllen, verpacken,<br />

fördern und lagern. Die robusten, langlebigen und kosteneffizienten Getriebe,<br />

Motoren und Antriebselektronik sind in einer großen Bandbreite an Übersetzungen<br />

und mit verstärkter Lagerung verfügbar.<br />

www.nord.com<br />

[GESCHLOSSENLEBE<br />

NSMITTELKONFORM ]<br />

was man kaum sieht<br />

Flink angepasst: Servo-Planetengetriebe<br />

aus dem Baukasten<br />

SEW hat ein Baukastensystem für Servo-Planetengetriebe vorgestellt, das hochpräzise<br />

Ergebnisse verspricht. Das PxG ermöglicht die individuelle Anpassung der<br />

Getriebe an spezifische Anforderungen der Applikation. Ein Verdrehspiel von einer<br />

oder drei Winkel minute(n) in der spielreduzierten Ausführung, kennzeichnen die<br />

schrägverzahnten Getriebe der Baureihen P5.G bis P7.G. Sechs Baugrößen decken<br />

den Drehmomentbereich von 20 bis 6 500 Nm ab. Die Ausführungen mit Vollwelle,<br />

Vielkeilverzahnung oder Flanschblock sollen die flexible Anbindung weiterer<br />

Antriebselemente ermöglichen. Adapter vereinfachen den Anbau von Servomotoren<br />

unterschiedlicher Baugrößen. Die Konstruktion ermöglicht<br />

ferner die Austauschbarkeit von Einzelelementen im<br />

Getriebe. Eine verlängerte Lebensdauer des Servo-<br />

Planetengetriebes soll mit dem Wellendichtring<br />

„Premium Sine Seal“ in Kombination mit dem<br />

SEW-GearOil erzielt werden können.<br />

DER BRECOprotect<br />

Beste Zahnriemenqualität aus<br />

Porta Westfalica, verbaut in<br />

Ihrer Anlage.<br />

Das ist Bewegung.<br />

www.sew-eurodrive.de

WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />

Auf den<br />

Millimeter<br />

genau<br />

Großwälzlager für eine<br />

der größten Tunnel-Schildbohrmaschinen<br />

Japans<br />

Jaap Ten Kate ist Senior Marketing<br />

Group Manager bei JTEKT Europe<br />

Bearings B.V. in Almere, Niederlande<br />

Um die Infrastruktur Japans weiter auszubauen, werden immer mehr Tunnel<br />

gebaut, die zum Beispiel einen wichtigen Teil einer Tokioter Ringstraße<br />

ausmachen. Riesige Tunnelbohrmaschinen kommen hier zum<br />

Einsatz. Aber ohne entsprechend robuste und präzise<br />

Großwälzlager, wäre kein effizienter Bau möglich.<br />

Nun helfen Lager von JTEKT dabei.<br />

Das Großwälzlager von JTEKT wird unter<br />

der Marke Koyo mit dem Motto „Key of<br />

your operation“ vertrieben und für Bauarbeiten<br />

an der 16,2 km langen äußeren<br />

Ringstraße von Tokio bis zu den Schnellstraßen<br />

Kan-Etsu und Tomei in die Tunnel-<br />

Schildbohrmaschine eingebaut. Das in dieser<br />

Schildbohrmaschine verwendete Bohrschild<br />

mit 16,1 m Durchmesser ist das größte<br />

in Japan und noch größer als das rund 14 m<br />

große Schild, das beim Bau der Tokyo Bay<br />

Aqua-Linie (wurde im Jahr 1997 eröffnet)<br />

zum Einsatz kam. JTEKT entwickelte damit<br />

Japans größtes Großwälzlager mit 7,7 m<br />

Durchmesser zum Abstützen der Rotation<br />

dieses großen Bohrschildes. Das Bohrschild<br />

dient zum Eingraben in den Boden und<br />

Fräsen durch hartes Gestein, daher beeinflusst<br />

seine Leistung erheblich die Effizienz<br />

von Tunnelbohrarbeiten.<br />

Das neu entwickelte Drehkranzlager hat<br />

einen Durchmesser von 7,7 m. Trotz dieser<br />

Abmessungen wird durch spezielle Poliertechnologien<br />

ein Rundlauf mit nur 0,1 mm<br />

erreicht und somit die Drehgenauigkeit des<br />

Messerschildes deutlich verbessert. Die<br />

Qualität des neuen Lagers wird von Anwendern<br />

aufgrund optimaler Werkstoffe und<br />

Wärmebehandlungstechnologie<br />

hochgradig geschätzt.<br />

Dies gewährleistet<br />

ausreichende Haltbarkeit und<br />

Zuverlässigkeit für längere Bauarbeiten,<br />

bei denen sich ein Teileaustausch<br />

schwierig gestaltet.<br />

Hohe Rundlaufgenauigkeit<br />

Aufgrund von Japans engen Straßen werden<br />

Schildbohrmaschinen i. d. R. in einzelnen<br />

Segmenten zu den jeweiligen Tunnelbohrstellen<br />

transportiert. Auch für den<br />

Tunnel des Tokioter Außenrings wurde das<br />

Großwälzlager in vier Segmenten angeliefert<br />

und vor Ort zusammengebaut. Im Vergleich<br />

zu einteiligen Schildbohrmaschinen<br />

gestaltet sich das maschinelle Bearbeiten<br />

von Maschinen mit mehrteiliger Konstruktion<br />

vor allem wegen Problemen, wie Verziehkontrolle<br />

während der Wärmebehandlung,<br />

viel schwieriger.<br />

JTEKT wurde zur Teilnahme an diesem<br />

Projekt ausgewählt, da das Unternehmen für<br />

seine Erfolgsbilanz beim Liefern von Wälzlagern<br />

für Schildbohrmaschinen und die hohe<br />

Das neu entwickelte Drehkranzlager hat<br />

einen Durchmesser von 7,7 m und erreicht einen<br />

Rundlauf mit nur 0,1 mm<br />

technologische Meisterschaft durch das<br />

Sammeln jahrelanger Erfahrungen anerkannt<br />

ist und als einziger japanischer Händler<br />

Großwälzlager in mehrteiliger Konstruktion<br />

fertigen kann. Die Nachfrage nach Tunnelbohrarbeiten<br />

in Japan steigt weiter und<br />

wird auch in Zukunft in Bereichen wie Eisenbahn-<br />

und Straßen infrastruktur zunehmen.<br />

Als einziger Hersteller von Großwälzlagern<br />

arbeitet JTEKT auch weiterhin an der<br />

Produktweiterentwicklung und trägt damit<br />

zum Ausbau der Infrastruktur sowohl in<br />

Japan und anderen Ländern bei.<br />

Fotos: Koyo<br />

www.koyo.eu<br />

22 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />

Schrägkugellager mit hohen Tragzahlen<br />

Die Schrägkugellager BEAW von NSK in High Capacity-Ausführung<br />

haben größere Wälzkörper und einen gepressten Stahlkäfig.<br />

Sie ersetzen die Serie 7312BW-7316BW. Von der Vorgängerbaureihe<br />

unterscheiden sie sich durch eine um den Faktor 1,2 bis 1,6<br />

gesteigerte Gebrauchsdauer.<br />

Typische Anwendungsgebiete sind<br />

Pumpen und Kompressoren sowie<br />

die Lagerungen der Kugelgewindetriebe<br />

von elektrischen Kunststoff-<br />

Spritzgießmaschinen. Zu den<br />

Konstruktionsmerkmalen gehören<br />

größere Borddurchmesser an<br />

beiden Seiten der Außenringe. Die Schulterdurchmesser der<br />

Innenringe sind geringer als bei der Vorgängerbaureihe. Das führt<br />

zu einem größeren Freiraum zwischen Innenring und Käfig – mit<br />

der Folge, dass der Ölfluss durch das Lager verbessert wird. Die<br />

Durchflussgeschwindigkeit des Schmierstoffs erhöht sich dadurch<br />

um 40 Prozent. Das verbessert die Schmierung des Lagers. Die<br />

Baureihe ist in gepaarter Ausführung mit fünf Bohrungsdurchmessern<br />

von 60 bis 80 mm verfügbar.<br />

www.nskeurope.de<br />

Drehfreudig in schmutziger Umgebung<br />

Zum Lagern schnell drehender Wellen in stark von Staub und<br />

anderen Verunreinigungen belasteten Umgebungen<br />

eignen sich die einreihigen Schrägkugellager der<br />

Reihe 7200 von Nachi. Durch ihre Laufbahngeometrien<br />

in Innen- und Außenring nehmen diese<br />

Wälzlager nicht nur radiale, sondern in einer<br />

Richtung auch größere axiale sowie<br />

zwischen radial und axial unter beliebigen<br />

Winkeln angreifende Kräfte auf. Ein<br />

wesentlicher Vorteil dieser Schrägkugellager<br />

ist die reibungsarme, ein- oder beidseitige<br />

Abdichtung. Damit sind sie gegen feinen,<br />

aggressiven Staub und andere Verschmutzungen geschützt.<br />

Deshalb eignen sie sich besonders zum Einsatz in Kompressoren,<br />

Axiallüftern, Elektromotoren und Generatoren. Damit die Schrägkugellager<br />

axiale Kräfte aus beiden Richtungen aufnehmen<br />

können, werden sie paarweise angeordnet, und zwar in O- oder<br />

X-Anordnung. Für besonders hohe Genauigkeit und minimales<br />

Lagerspiel sind paarweise abgestimmte Schrägkugellager<br />

erhältlich.<br />

www.nachi.de<br />

Variantenreiche Serie einreihiger Zylinderrollenlager<br />

Zur Herstellung seiner einreihigen Zylinderrollenlager verwendet<br />

die NKE Austria GmbH reinsten Wälzlagerstahl, was eine lange<br />

Lebensdauer gewährleistet. Zudem verringert die hohe Oberflächengüte<br />

der Laufflächen die Betriebstemperatur und reduziert<br />

Verschleiß. Weiterhin hat NKE die Geometrie von Laufbahn und<br />

Rollen optimiert, um die Tragfähigkeit der Lager zu erhöhen.<br />

Mithilfe einer modifizierten Käfigkonstruktion konnte zudem die<br />

Schmierfilmbildung verbessert werden. Kennzeichnend für die Serie<br />

ist ihre große Variantenvielfalt: über 3 000 Typen werden in Steyr mit<br />

kurzen Vorlaufzeiten nach Kundenwunsch gefertigt. Neben den<br />

technischen Vorteilen zeichnen sich die Zylinderrollenlager durch<br />

ein hohes Maß an Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit aus.<br />

www.nke.at<br />

IMPRESSUM<br />

erscheint <strong>2019</strong> im 58. Jahrgang, ISSN 0722-8546<br />

Redaktion<br />

Leitender Chefredakteur/Chefredakteur:<br />

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Schaar,<br />

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

(verantwortlich für den redaktionellen Inhalt)<br />

Redakteure: Holger Seybold, Tel.: 06131/992-254,<br />

E-Mail: h.seybold@vfmz.de<br />

Svenja Stenner, Tel.: 06131/992-302,<br />

E-Mail: s.stenner@vfmz.de<br />

Redaktionsassistenz: Angelina Haas,<br />

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

Doris Buchenau, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter<br />

(Redaktionsadresse siehe Verlag)<br />

Gestaltung<br />

Anette Fröder, Sonja Daniel, Anna Schätzlein,<br />

Mario Wüst<br />

Chef vom Dienst<br />

Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer<br />

Anzeigen<br />

Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262,<br />

E-Mail: o.jennen@vfmz.de<br />

Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206,<br />

E-Mail: a.zepig@vfmz.de<br />

Annemarie Benthin, Anzeigenverwaltung<br />

Tel.: 06131/992-250, E-Mail: a.benthin@vfmz.de<br />

Anzeigenpreisliste Nr. 55: gültig ab 1. Oktober 2018<br />

www.vereinigte-fachverlage.info<br />

Leserservice<br />

vertriebsunion meynen GmbH & Co. KG,<br />

Große Hub 10, 65344 Eltville, Tel.: 06123/9238-266<br />

Bitte teilen Sie uns Anschriften- und sonstige<br />

Änderungen Ihrer Bezugsdaten schriftlich mit<br />

(Fax: 06123/9238-267, E-Mail: vfv@vertriebsunion.de).<br />

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<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 23

ELEKTROMOTOREN<br />

Die richtige Auswahl von Isoliersystemen<br />

für umrichtergespeiste Motoren<br />

Antriebssysteme aus einer Hand optimieren die Isolationsbeanspruchung elektrischer Maschinen<br />

D<br />

ie Integration von Umrichtertechnik<br />

ergibt eine Vielzahl neuer Freiheitsgrade<br />

in der Projektierung von Antriebssystemen.<br />

Durch eine konsequente Optimierung und<br />

Abstimmung der Systemkomponenten ist die<br />

VEM-Gruppe nun in der Lage, die optimale<br />

Antriebslösung für alle Kundenwünsche<br />

unter dem Namen VEMoDRIVE zu liefern.<br />

Die sich aus dem Zusammenspiel von Motor<br />

und Umrichter ergebenden Anforderungen<br />

an die Motorisolierung werden in dem<br />

folgenden Beitrag vorgestellt. Im Anschluss<br />

werden Lösungswege aufgezeigt, um herauszufinden,<br />

ob eine Isolierung den durch einen<br />

Dr.-Ing. Michael Sprenger ist Entwicklungs- und<br />

Projektingenieur Antriebssysteme und Dr.-Ing.<br />

Henri Arnold ist Leiter Technik Antriebssysteme<br />

und Dr.-Ing. Jörg Schützhold ist Entwicklungsund<br />

Projektingenieur Antriebssysteme, alle bei der<br />

VEM Sachsenwerk GmbH in Dresden<br />

Umrichter hervorgerufenen Anforderungen<br />

Stand hält. Dabei werden in diesem Artikel<br />

nur teilentladungsfreie Isoliersysteme<br />

betrachtet (Typ 1 nach DIN EN 60034-18-41).<br />

Einflussfaktoren auf die Impulsbelastung<br />

des Isoliersystems<br />

Betrachtet man die Ausgangsspannung eines<br />

Frequenzumrichters (FU), so fällt auf, dass<br />

die Spannung als Folge von Rechteckimpulsen<br />

mit einem bestimmten Spannungsanstieg<br />

∆u/∆t, einem Endwert im eingeschwungenen<br />

Zustand U a<br />

und einer Wiederholrate<br />

(Pulsfrequenz) f P<br />

ausgegeben wird. Diese<br />

Spannungsform, wie in Bild 01 dargestellt,<br />

stellt andere Anforderungen an das Isoliersystem<br />

als eine rein sinusförmige Spannung.<br />

Im folgenden Abschnitt werden die Auswirkungen<br />

impulsförmiger Spannungen auf<br />

die Isolierung dargestellt.<br />

Aufbau des Isoliersystems<br />

Betrachtet man das Wicklungssystem einer<br />

Drehfeldmaschine unter Prüfbedingungen,<br />

ergibt sich das in Bild 02 gezeigte Ersatzschaltbild.<br />

Daraus resultieren auch die<br />

grundlegenden Isolierungen einer Wicklung:<br />

1. Phasenisolierung / Wickelkopfisolierung<br />

(U PP<br />

)<br />

2. Isolierung Phase-Erde (U PE<br />

)<br />

3. Windungsisolierung (U W<br />

)<br />

Der schematische Aufbau eines Isoliersystems<br />

ist in Bild 03 dargestellt. Diese<br />

Isolierungen werden, abhängig von der<br />

Spannungsform, unterschiedlich stark<br />

beansprucht.<br />

Einfluss des Spannungsanstieges<br />

Eine niederfrequente, sinusförmige Spannung<br />

U PE<br />

würde sich gleichmäßig über alle<br />

24 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

ELEKTROMOTOREN<br />

Die VEM-Gruppe konzipiert<br />

und produziert elektrische<br />

Antriebsysteme, Spezialmotoren und<br />

Sondermaschinen mit einem<br />

Leistungsspektrum von 60 Watt bis<br />

60 Megawatt sowie Komponenten<br />

der Antriebstechnik und<br />

Energieerzeugung. Entsprechend<br />

ihrer Profilierung zum<br />

Systemanbieter bietet die<br />

VEM-Gruppe unter der Bezeichnung<br />

VEMoDRIVE komplette Antriebsysteme<br />

an. Kunden können damit<br />

Motor, Umrichter, Transformator<br />

sowie Anlagensteuerung aus einer<br />

Hand erhalten, und das alles<br />

„Made in Germany“.<br />

01<br />

Ausgangsspannung<br />

02<br />

U PP<br />

U a<br />

0<br />

–U a<br />

0<br />

Die gepulste Ausgangsspannung eines<br />

Frequenzumrichters stellt andere<br />

Anforderungen an das Isoliersystem<br />

als rein sinusförmige Spannungen<br />

Δt<br />

Δu<br />

π<br />

Phasenwinkel<br />

U PE<br />

1/f P<br />

Definitionen der Spannungen an einem<br />

dreiphasigen Wicklungssystem<br />

2π<br />

U W<br />

Windungen n verteilen, sodass sich eine benötigte<br />

Spannungsfestigkeit der Windungsisolation<br />

von U W<br />

≈ U PE<br />

/n ergäbe. Praktisch<br />

ist jedoch bei der im Normmotorenbereich<br />

üblichen Träufelwicklung mit lackisolierten<br />

Runddrähten von einer ungeordneten Lage<br />

der Leiter innerhalb der Nut auszugehen.<br />

Eingangs- und Ausgangswindung einer<br />

Spule können nebeneinander liegen,<br />

sodass hier nur von U W<br />

< U PE<br />

ausgegangen<br />

werden kann. Der konkrete Wert ist abhängig<br />

von der Wicklungsausführung, insbesondere<br />

von der Lochzahl q sowie der Anzahl<br />

in Reihe geschalteter Spulengruppen.<br />

Durch den schnellen Spannungsanstieg<br />

∆u/∆t ergeben sich, im Vergleich zu einer<br />

sinusförmigen Spannung mit 50 Hz Grundfrequenz,<br />

sehr hochfrequente Anteile. Zur<br />

Bestimmung des Einflusses dieser Frequenzanteile<br />

wird das Hochfrequenzersatzschaltbild<br />

in Bild 04 betrachtet.<br />

Aufgrund der Permittivität des Isoliermaterials<br />

bilden sich Kapazitäten zwischen<br />

den Leitern und Erde bzw. zwischen den<br />

Leitern. Die stellen für hochfrequente Impulse<br />

einen Kurzschluss dar. Daraus ergibt<br />

sich, dass eine steile Spannungsflanke<br />

nahezu vollständig über den ersten Windungen<br />

abfällt und damit die Windungsisolierung<br />

stärker beansprucht als eine niederfrequente,<br />

sinusförmige Spannung. Im<br />

Extremfall ist die Spannung über der ersten<br />

Windung U W1<br />

≈ U PE<br />

. Eine Abschätzung der<br />

Spannungsverteilung gibt die Norm<br />

DIN EN 60034-18-41. Darin wird der Anteil<br />

des Impulses, der die Win dungsisolation beansprucht,<br />

in Abhängigkeit der Spannungsanstiegszeit<br />

∆t ange geben. Bild 05 zeigt den<br />

beschriebenen Zusammenhang.<br />

Bei Einsatz moderner Frequenzumrichter<br />

mit Spannungsanstiegszeiten im Bereich<br />

von ca. 100 ns zeigt sich, dass die Win-<br />

03<br />

3<br />

c<br />

Isoliersysteme elektrischer Maschinen<br />

a – Phasenisolierung<br />

b – Isolierung Phase-Erde<br />

c – Windungsisolierung<br />

2<br />

1<br />

1 – Phase-Phase<br />

2 – Phase-Erde<br />

3 – Windung-Windung<br />

dungsisolation mit 80 % des Spitzenwertes<br />

eines Spannungssprungs beansprucht wird.<br />

Durch die Entwicklung hin zu schneller<br />

schaltenden Halbleiterbauelementen auf<br />

Basis von z. B. Siliziumkarbid (SiC) oder<br />

Galliumnitrit (GaN) werden diese Bean-<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 25<br />

b<br />

a

ELEKTROMOTOREN<br />

spruchungen über alle Leistungsbereiche<br />

hinweg steigen, was bei der Isolationskoordination<br />

bzw. Filterdimensionierung umrichterbetriebener<br />

Motoren berücksichtigt<br />

werden muss.<br />

Einfluss der Kabel- und<br />

Motorimpedanzen<br />

Aufgrund verschiedener Impedanzen der<br />

Kabel und des Motors ergeben sich<br />

Re flexionen und, je nach Impedanzverhältnis,<br />

entsprechende Überspannungen. Diese<br />

lassen sich mithilfe der Leitungstheorie<br />

und deren Abbildung in IEC/TS 61800-8<br />

berechnen. Zur Veranschaulichung dient<br />

Bild 06. An den Ausgangsklemmen des<br />

Umrichters werden die in Bild 01 gezeigten<br />

Spannungen angelegt. Diese Impulse<br />

breiten sich auf dem Kabel als Wanderwelle<br />

aus, bis sie schließlich am Motor<br />

ankommen. Mit der charakteristischen<br />

Induktivität L 0<br />

und der charakteristischen<br />

Kapazität C 0<br />

des Kabels lässt sich dessen<br />

Wellenwiderstand<br />

berechnen. Dieser Wert ist nur vom verwendeten<br />

Kabeltyp und dessen Verlegeart,<br />

nicht aber von dessen Länge abhängig.<br />

Trifft die Welle auf den Motor, kommt es je<br />

nach Impedanz des Motors Z m<br />

zu möglichen<br />

Reflexionen. Der Wellenanteil,<br />

welcher reflektiert wird, ergibt sich zu<br />

.<br />

Einfluss der Kabellänge<br />

Abhängig von Zeit des Spannungsanstieges<br />

Δt und der Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />

Anstiegszeit ∆t 100 ns 2 000 ns<br />

Ausbreitungsgeschwindigkeit<br />

200 000 km/s<br />

v<br />

Kritische Kabellänge l cr<br />

10 m 200 m<br />

Tabelle 01: Kritische Kabellängen in<br />

Abhängigkeit der Spannungsanstiegszeit<br />

Nennleistung des Motors Reflexionsfaktor Γ<br />

P n<br />

in kW<br />

< 3,7 0,95<br />

90 0,82<br />

355 0,6<br />

Tabelle 02: Reflexionsfakten für verschiedene<br />

Nennleistungen (IEC/TS 61800-8)<br />

der Welle auf der Leitung v ergibt sich eine<br />

kritische Kabellänge<br />

.<br />

Unterhalb dieser Länge wird nur ein Teil<br />

des Spannungsimpulses reflektiert und abhängig<br />

von der Kabellänge l k<br />

ergibt sich eine<br />

Überspannung an den Motorklemmen von<br />

.<br />

Ist das Kabel länger als die kritische Kabellänge,<br />

wird der Spannungsimpuls vollständig<br />

reflektiert, woraus sich eine Spannung<br />

an den Motorklemmen von<br />

ergibt. Oberhalb der kritischen Kabellänge<br />

ist die Überspannung an den Motorklemmen<br />

unabhängig von der Länge des Kabels.<br />

In Tabelle 01 sind zwei Beispiele für kritische<br />

Kabellängen angegeben. Dabei wird<br />

von einem ungefilterten und einem gefilterten<br />

Spannungsimpuls eines typischen<br />

IGBT-Stromrichters mit einer Anstiegszeit<br />

∆t = 100 ns bzw. ∆t = 2 000 ns ausgegangen.<br />

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit wird mit<br />

2/3 der Lichtgeschwindigkeit angenommen.<br />

Es ist ersichtlich, dass bei ungefilterten<br />

Ausgangsspannungen nahezu immer von<br />

einer überkritischen Kabellänge und damit<br />

vollständiger Reflexion ausgegangen werden<br />

kann. Durch den Einsatz von Filtern,<br />

wie z. B. Drosseln oder du/dt-Filtern, kann<br />

die Kabellänge deutlich vergrößert werden,<br />

bevor es zu den maximalen Überspannungen<br />

an den Motorklemmen kommt.<br />

Berechnung der Isolationsfestigkeit<br />

bei Umrichterspeisung<br />

Bei netzgespeisten Motoren mit sinusförmiger<br />

Spannungsbelastung ergibt sich eine<br />

klare Strategie bezüglich der Isolationsprüfung.<br />

Vereinfacht betrachtet, wird die Wicklung<br />

mit einer höheren Spannung geprüft,<br />

als im regulären Betrieb auftritt. Wird die<br />

Prüfung bestanden, kann davon ausgegangen<br />

werden, dass die Wicklung der Prüfspannung<br />

abzüglich einiger Sicherheitsfaktoren,<br />

z. B. durch Erwärmung und Alterung,<br />

dauerhaft standhält.<br />

Im Gegensatz dazu gibt es bei gepulsten<br />

Umrichterausgangsspannungen eine Reihe<br />

Parameter, die nicht bekannt bzw. variabel<br />

sind. Wie bereits beschrieben, haben bei<br />

impulsförmiger Spannungsbelastung<br />

n die Zwischenkreisspannung,<br />

n die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit,<br />

n das Ausgangsfilter,<br />

n die Kabelimpedanz,<br />

n die Motorimpedanz und<br />

n die Kabellänge<br />

einen Einfluss darauf, wie hoch die Spannungsbelastung<br />

im Betrieb wirklich ist.<br />

Diese Faktoren lassen sich bei der Auswahl<br />

eines Motors nur bedingt abschätzen.<br />

Eine Möglichkeit ist, eine Worst-case­<br />

Abschätzung durchzuführen. Dies führt<br />

jedoch dazu, dass nur verstärkte und entsprechend<br />

teure Isoliersysteme eingesetzt<br />

werden könnten. Die Felderfahrung zeigt<br />

jedoch, dass auch Motoren mit einfacheren<br />

und günstigeren Isolierungen dem Umrichterbetrieb<br />

über Jahre standhalten.<br />

Um diese Erfahrungen auch quantitativ<br />

widerzuspiegeln und bei der Auswahl von<br />

Antriebssystemen anzuwenden, wurde bei<br />

VEM ein Berechnungsverfahren entwickelt,<br />

welches sich an den Normen für drehende<br />

elektrische Maschinen DIN EN 60034-18-41<br />

und drehzahlvariable Antriebssysteme<br />

IEC/TS 61800-8 orientiert. Damit ist VEM in<br />

der Lage, auch bei schlecht bekannten<br />

Einsatzbedingungen die Isolationsfestigkeit<br />

der Motoren zu gewährleisten.<br />

Bestimmung der im Betrieb<br />

auftretenden Spannungsbelastung<br />

Wie oben beschrieben, hat eine impulsförmige<br />

Spannung hauptsächlich Einfluss<br />

auf die Windungsisolation. Bei einem Zweipunktstromrichter<br />

mit Spannungszwischenkreis<br />

ist der Spitzenwert der Ausgangsspannung<br />

gleich der Zwischenkreisspannung<br />

U ZK<br />

. Mit der verketteten Netzspannung U Netz<br />

(inklusive der positiven Spannungstoleranz)<br />

ergibt sich bei ungesteuerten Netzgleichrichtern<br />

und Antrieben ohne Bremsbetrieb<br />

Durch die unterschiedlichen Impedanzen<br />

von Kabel und Motor ergeben sich entsprechende<br />

Überspannungen durch Reflexion.<br />

Wie bereits gezeigt, tritt die vollständige Reflexion<br />

bei üblichen Umrichtern ohne Filter<br />

bereits bei Kabellängen ab 10 m auf. Daher<br />

wird im Folgenden von einer überkritischen<br />

Kabellänge ausgegangen. Um den Reflexionsfaktor<br />

Γ genau zu bestimmen, ist die<br />

Kenntnis der Kabel- und Motorimpedanz<br />

notwendig. Diese Parameter sind jedoch im<br />

Allgemeinen nicht bekannt. Die IEC/TS<br />

61800-8 gibt hierfür jedoch die in Tabelle<br />

02 aufgelisteten Reflexionsfaktoren in<br />

Abhängigkeit der Nennleistung des Motors.<br />

Damit ist es möglich, die Spannung an den<br />

26 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

ELEKTROMOTOREN<br />

Klemmen des Motors<br />

abzuschätzen.<br />

Um eine Vergleichbarkeit der tatsächlichen<br />

Spannungsbelastung mit der zulässigen<br />

Spannung am Motor sicherzustellen, werden<br />

beide Spannungen auf einen Ersatzimpuls<br />

mit 300 ns Anstiegszeit mittels des Verhältnisses<br />

in Bild 05 umgerechnet (Faktor 0,7).<br />

Diese Anstiegszeit resultiert aus den in DIN<br />

EN 60034-18-41 angegebenen Werten für<br />

Impulsprüfspannungen. Damit ergibt sich<br />

die auf 300 ns bezogene Spannungsbelastung<br />

.<br />

Mit diesem vereinfachten Vorgehen lässt<br />

sich die Spannungsbelastung (auf Prüfbedingung<br />

normiert) aus der Netzspannung<br />

U Netz<br />

, der Nennleistung des Motors P n<br />

und<br />

der Spannungsanstiegszeit Δt des Frequenzumrichters<br />

ermitteln.<br />

Bestimmung der zulässigen<br />

Spannungsbelastung im Betrieb<br />

Ausgangspunkt für die maximal zulässige<br />

Spannung ist die Teilentladungsprüfung mit<br />

Impulserregung nach DIN EN 60034-18-41<br />

bzw. IEC/TS 61934. Hieraus ergibt sich eine<br />

Prüfspannung U Prüf<br />

. Diese gibt<br />

den Spitzenwert der impulsförmigen<br />

Spannung an, bei der Teilentladungen<br />

beginnen (engl.: partial discharge inception<br />

voltage (PDIV)).<br />

Diese Prüfung wird mit einem genormten<br />

Impuls (siehe DIN EN 60034-18-41<br />

Anhang B) bei einer Spannungsanstiegszeit<br />

von ca. 300 ns durchgeführt.<br />

Ausgehend von diesem Messwert wird<br />

über Sicherheitsfaktoren, die auf Erfahrungswerten<br />

basieren, Rückschluss auf die<br />

dauerhaft zulässige Betriebsspannung<br />

gezogen. Dabei wird zunächst von der PDIV<br />

auf die Teilentladungsaussetzspannung<br />

(engl.: partial discharge extinction voltage<br />

(PDEV)) geschlossen. Die PDIV liegt dabei<br />

ca. 25 % über der PDEV. Unterhalb der<br />

PDEV wird davon ausgegangen, dass unter<br />

Prüfbedingungen keine Teilentladungen<br />

stattfinden. Mit dem Teilentladungssicherheitsfaktor<br />

F PD<br />

= 1,25 ergibt sich<br />

.<br />

Die Prüfung findet bei einer Temperatur<br />

von 25 °C statt. Im Betrieb wird die Isolierung<br />

aufgrund der Verluste der Maschine<br />

entsprechend warm. Dies führt zu einer<br />

Verminderung der Isolationsfestigkeit.<br />

Überschlägig wird davon ausgegangen,<br />

dass eine Erwärmung der Wicklungstemperatur<br />

ϑ W<br />

von 25 auf 155 °C eine Verringerung<br />

der PDIV und damit auch der PDEV um<br />

ca. 25 % zur Folge hat. Aus IEC/TS 60034-25<br />

ergibt sich der Temperatur-Sicherheitsfaktor<br />

.<br />

Neben der unmittelbaren Verringerung der<br />

Isolationsfähigkeit erhöht sich durch die<br />

Erwärmung auch die Alterungsgeschwindigkeit.<br />

Dies führt zu einer zusätzlichen<br />

dauerhaften Verminderung der Spannungsfestigkeit.<br />

Aus DIN EN 60034-18-41 ergibt<br />

sich der Alterungs-Sicherheitsfaktor<br />

Fasst man diese Einzelfaktoren zu einem<br />

Gesamt-Sicherheitsfaktor<br />

zusammen, ergibt sich die zulässige<br />

Impulsspannung im Betrieb<br />

Fazit<br />

.<br />

Dieser Artikel liefert einen Beitrag zur Auswahl<br />

von Isoliersystemen für umrichtergespeiste<br />

Motoren, welche auf die tatsächlichen<br />

Anforderungen abgestimmt und<br />

damit kostenoptimal dimensioniert sind.<br />

Dabei wird anhand geltender Normen eine<br />

Berechnungsmethode vorgestellt, mit der<br />

auch bei unbekannten Anforderungen an<br />

das System eine Abschätzung getroffen<br />

werden kann, die deutlich günstiger ist, als<br />

der Worst-case.<br />

Besonders interessant ist, dass die Kabellänge<br />

einen relativ geringen Einfluss auf die<br />

Spannungsbelastung hat, da die kritische<br />

Kabellänge oft bereits ab 10 m erreicht wird.<br />

Somit kann beim Großteil der Antriebssysteme<br />

von überkritischer Kabellänge ausgegangen<br />

werden. Im Gegensatz dazu<br />

haben die Temperatur und damit auch die<br />

Alterung der Wicklungsisolierung im<br />

Betrieb einen sehr hohen Einfluss auf die<br />

Isolationsfestigkeit. Bereits eine geringe<br />

Absenkung der Wicklungstemperatur führt<br />

zu deutlich höherer Spannungsbelastbarkeit<br />

und geringerer Alterung. Es ist zu vermuten,<br />

dass die Luftfeuchte einen ähnlichen Effekt<br />

hat wie die Wicklungstemperatur.<br />

Dies deckt sich auch mit den praktischen<br />

Beobachtungen, dass Maschinen am<br />

Umrichter deutlich länger halten als<br />

vorher gesagt, da diese meist nicht dauerhaft<br />

zu 100 % ausgenutzt werden und damit<br />

die Wicklung entsprechend kühler ist.<br />

.<br />

04<br />

U PE<br />

U W1<br />

U W2<br />

U Wn<br />

05<br />

ΔU W<br />

/ ΔU PE<br />

06<br />

1,00<br />

0,50<br />

Hochfrequenzersatzschaltbild des<br />

Wicklungssystems<br />

Beanspruchung der Windungsisolation<br />

bei schnellen Spannungsanstiegen<br />

(DIN EN 60034 18 41)<br />

0,00<br />

50 500 5000<br />

Δt in ns<br />

Darstellung der unterschiedlichen<br />

Impedanzen<br />

Umrichter Filter Kabel<br />

L 0<br />

C 0<br />

Motor<br />

Z m<br />

Des Weiteren kann das Isoliersystem durch<br />

den Einsatz von<br />

n Ausgangsdrosseln,<br />

n einer Überspannungsrückführung oder<br />

n Sinusfiltern<br />

entlastet werden. Dadurch können auch<br />

Motoren mit günstigerem Isoliersystem<br />

oder ältere, bereits bestehende Motoren mit<br />

einem Umrichter ausgerüstet werden. Dabei<br />

ist die Überspannungsrückführung eine<br />

Besonderheit der VEMoDRIVE-Umrichter,<br />

welche eine flexible und kostengünstige<br />

Variante des du/dt-Filters darstellt.<br />

Die Antriebssysteme von VEM werden<br />

somit im gesamten Spannungs- und Leistungsbereich<br />

optimal aufeinander abgestimmt.<br />

Durch die Berechnung und Auswahl<br />

aller Komponenten des Antriebssystems aus<br />

einer Hand kann der Energieverbrauch auch<br />

bei Umrichterbetrieb bestimmt bzw. minimiert<br />

werden. Gleichzeitig wird auch das<br />

Isoliersystem an die tatsächliche Beanspruchung<br />

angepasst und optimal ausgelegt.<br />

Fotos: Aufmacher: René Jungnickel;<br />

sonst.: VEM Sachsenwerk<br />

www.vem-group.com<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 27

ELEKTROMOTOREN<br />

Wenn’s eng wird<br />

Neues Antriebskonzept macht Winde für Schiffskrane effizient<br />

Da es in Schiffskranen häufig eng zugeht, müssen speziell Antriebe, die in den<br />

Kranen verbaut werden, kompakt gestaltet werden. Die Anforderungen an<br />

die Zuverlässigkeit und die Servicefreundlichkeit sind außerordentlich hoch.<br />

Beim Ausfall entstehen ansonsten teure Liegezeiten der Schiffe.<br />

Holger Graf ist Branchenmanager<br />

Marine-Technologie und Energie bei<br />

der Zollern GmbH & Co. KG in<br />

Herbertingen<br />

E<br />

in Vorteil elektrisch angetriebener Seilwinden<br />

ist die Energieeffizienz aufgrund<br />

eines höheren Wirkungsgrads und<br />

der besseren Leistungsdichte gegenüber<br />

hydraulisch angetriebenen Systemen. Im<br />

Havariefall besteht außerdem kein Emissionsrisiko,<br />

z. B. durch austretendes Hydrauliköl.<br />

Elektrisch angetriebene Seilwinden<br />

mit moderner Steuerungs- und Regelungstechnik<br />

können auch deutlich einfacher in<br />

automatisierte Anlagen integriert werden.<br />

Die neu entwickelte Elektro-Winde von<br />

Zollern erfüllt die besonderen Ansprüche<br />

der maritimen Industrie. Sie ist kompakt<br />

im Aufbau, energieeffizient und wartungsarm.<br />

Für einen reibungslosen Betrieb sorgen<br />

die servicefreundliche Konstruktion<br />

der elektrisch angetriebenen Winde und<br />

die damit verbundene leichte Zugänglichkeit<br />

im Reparaturfall oder beim Tausch von<br />

Verschleißteilen.<br />

Der Prototyp der Winde entstand aus einer<br />

Kundenforderung im Schiffskranbereich.<br />

Es galt, innerhalb<br />

eines eng definierten Bauraumes eine Seilwinde<br />

mit einem völlig neuen Antriebskonzept<br />

zu integrieren. Die Hauptmodule sind<br />

ein mehrstufiges Planeteneinschubgetriebe,<br />

welches innerhalb der Seiltrommel verbaut<br />

ist sowie ein platzsparend koaxial angebauter<br />

Drehstrom-Synchronmotor mit integrierter<br />

Haltebremse. Der Motor zeichnet<br />

sich durch seine, im Vergleich zu einem<br />

Drehstrom-Asynchronmotor, kompakte<br />

Bauweise aus. Er bietet zudem einen sehr<br />

hohen Wirkungsgrad. In den für den Windenbetrieb<br />

relevanten Betriebspunkten<br />

werden Wirkungsgrade von bis zu 97 % erreicht.<br />

Die servicefreundliche, hydraulisch<br />

betätigte Haltebremse ist im Motor integriert<br />

und kann im Reparaturfall ohne Demontage<br />

des Motors oder der Seilwinde getauscht<br />

werden. Diese Haltebremse wird mit<br />

einem kompakten Hydraulikaggregat betrieben.<br />

Die gesamte Winde ist eine kompakte<br />

Einheit von Seilwinde und Antriebsmotor.<br />

Beide sind hinsichtlich Drehzahlbandbreite<br />

aufeinander abgestimmt. Der<br />

Wegfall des Kegelradgetriebes ermöglicht<br />

eine weitere Wirkungsgradverbesserung des<br />

Gesamtsystems und erhöht dessen technische<br />

Sicherheit. Die kostenintensive Ölumlaufkühlung<br />

des Kegelradgetriebes entfällt.<br />

Im Vergleich zu Planetengetrieben haben<br />

Kegelradgetriebe außerdem eine deutlich<br />

niedrigere zulässige Maximaldrehzahl.<br />

Der Zollern Drehstrom-Synchronmotor ist<br />

mit Permanentmagneten ausgeführt. Er besteht<br />

im Wesentlichen aus Rotor, Stator,<br />

Haltebremse und Gehäuse. Der Rotor ist<br />

mit Permanentmagneten bestückt. Die Magnete<br />

bestehen aus einer Neodym-Eisen-<br />

Bor Legierung, die sehr korrosionsstabil ist.<br />

Diese Legierung ermöglicht die größte<br />

Energiedichte unter den Permanentmagneten.<br />

Der Werkstoff des Rotorblechpakets ist<br />

M270-50A. Dieser zeichnet sich durch geringe<br />

Ummagnetisierungsverluste bei ausgezeichneter<br />

Stanzbarkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit<br />

aus.<br />

Das Statorpaket ist in das Statorgehäuse<br />

eingeschrumpft. Dadurch werden ein fester<br />

Sitz und eine gute Wärmeleitfähigkeit erreicht.<br />

Das Gehäuse hat eine Wassermantelkühlung,<br />

die auch mit der Getriebekühlung<br />

kombiniert werden kann. Der Stator ist mit<br />

einer Epoxid-Vergussmasse vollvergossen, um<br />

eine bessere Wärmeabfuhr zu ermöglichen.<br />

Die neue Elektro-Winde eignet sich überall<br />

dort, wo enger Bauraum gegeben ist, hohe<br />

Anforderungen an Produktlebensdauer und<br />

Wartungsfreundlichkeit gestellt werden und<br />

geringe laufende Unterhaltungskosten gefragt<br />

sind.<br />

Fotos: Aufmacher: Fotolia; Einklinker: Zollern<br />

www.zollern.com

ELEKTROMOTOREN<br />

Schrittmotorenmodul spart Energie und<br />

steigert Leistung<br />

B&R ergänzt die X20-Serie mit dem Modul X20SM1436-1 zur<br />

direkten Ansteuerung von Schrittmotoren. Mit ihm können<br />

Schrittmotoren mit Betriebsspannungen von 18 bis 60 VDC bei<br />

Nennströmen bis 2,5 A betrieben werden. Mit der Current-<br />

Reduction-Funktion ist eine<br />

sensorlose, lastabhängige<br />

Stromregelung integriert,<br />

welche die Leistung des Moduls<br />

steigert. Das Modul regelt je<br />

nach Betriebssituation und Last<br />

den Strom nach unten. Dadurch<br />

sind Energieeinsparungen von<br />

bis zu 75 Prozent möglich. Auch<br />

die Verlustleistung und die<br />

Wärmeentwicklung im Modul<br />

werden durch die Funktion<br />

reduziert. Gleichzeitig wird die<br />

Laufruhe des Schrittmotors<br />

verbessert. Zum Eigenschutz verfügt das Modul über eine<br />

Einschaltstrombegrenzung und einen kurzschluss- sowie<br />

überlastsicheren Motorausgang. Das Modul verfügt über vier<br />

digitale 24-VDC-Eingänge. Drei davon können als ABR-Encodereingänge<br />

mit einer Eingangsfrequenz von 50 kHz bei Vierfach-<br />

Auswertung konfiguriert werden.<br />

www.br-automation.com<br />

Flinke Programmierung und<br />

Inbetriebnahme<br />

Nach Einführung der ServoStep-Motoren stellt JVL Industri<br />

Elektronik A/S Add-ons bereit, welche die Einrichtung und<br />

Pro grammierung in der Studio 500-Software von Rockwell<br />

Automation vereinfachen und beschleunigen sollen. Die<br />

ServoStep-Motoren werden als kompakte All-in-one-Lösung<br />

angeboten, die kein zusätzliches Getriebe benötigt. Wie das<br />

Unternehmen<br />

mitteilt, bietet<br />

die Produktfamilie<br />

zudem<br />

eine<br />

Stromregelung,<br />

die den<br />

Energieverbrauch<br />

reduziert und Überhitzung ausschließt. Laufruhe wird<br />

durch eine Schrittauflösung von 409 600 Umdrehungen erreicht.<br />

Der Drehzahlbereich von 0 bis 3 000 min -1 kann in Stufen von<br />

0,01 min -1 geregelt werden. Die Motoren haben acht programmierbare<br />

Ein- und Ausgänge, von denen jeder als digitaler<br />

Eingang, digitaler Ausgang oder analoger Eingang eingerichtet<br />

werden kann. Sie sind mit EtherNet/IP-Schnittstelle ausgestattet<br />

und werden optional mit STO (Safe Torque Off) angeboten.<br />

Laut JVL ist eine Inbetriebnahme innerhalb von fünf Minuten<br />

möglich.<br />

www.jvldrives.de<br />

0001421380_000001.pdf - 07.01.2015<br />

Modifiziertes Baukastensystem für<br />

42-mm-Antriebe<br />

Ebm-Papst hat seinen ECI-42-<br />

Baukasten überarbeitet. Die<br />

konfigurierbaren Antriebe mit<br />

42 mm Durchmesser und Schutzart<br />

IP54 werden nun auch mit magnetischen<br />

Inkrementalgebern<br />

(Auflösung 12 Bit) und industrietauglichen<br />

Steckern für den<br />

einfachen elektrischen Anschluss angeboten. Der radiale Winkelstecker<br />

mit Bajonettverschluss ist drehbar und rastet automatisch<br />

ein. Für platzkritische Anwendungen steht ein axiales Steckermodul<br />

zur Verfügung. Der Innenläufermotor erreicht Leistungen<br />

von rund 45 bzw. 90 W bei 110 bzw. 220 mNm Nenndrehmoment<br />

und 4 000 min -1 Nenndrehzahl. Die Motoren gibt es in industrieüblicher<br />

24- und 48-V-DC-Ausführung. Die Antriebe lassen sich<br />

über das Online-Portal idt-config.ebmpapst.com konfigurieren und<br />

bestellen. Ab dem Frühjahr sind diese voraussichtlich innerhalb<br />

von 48 Stunden versandfertig.<br />

Gewalzte<br />

Ringe<br />

Zylindrisch oder profiliert.<br />

Außendurchmesser von 150 - 2000 mm,<br />

Gewicht von 3 kg - 1500 kg.<br />

Werkstoffe: Bau-, Edelbau- und Wälzlagerstähle,<br />

Werkzeugstähle, Rostfrei-Qualitäten, Nickelbasisund<br />

Titanlegierungen.<br />

www.ebmpapst.com<br />

Inserentenverzeichnis Heft 1-2/<strong>2019</strong><br />

BRECO Antriebstechnik,<br />

Porta Westfalica...................................19, 21<br />

GATES EUROPE,<br />

Erembodegem (Belgien)......................4. US<br />

Georgsmarienhütte GmbH,<br />

Georgsmarienhütte..............................2. US<br />

igus®, Köln.....................................................17<br />

LQ Mechatronik-Systeme,<br />

Besigheim......................................................31<br />

Mayr, Mauerstetten..................................... 9<br />

NACHI EUROPE, Krefeld.............................. 5<br />

Platestahl Umformtechnik,<br />

Lüdenscheid..................................................29<br />

R+W Antriebselemente, Klingenberg.... 7<br />

SycoTec, Leutkirch.......................................11<br />

TOX PRESSOTECHNIK, Weingarten......... 3<br />

untitled exhibitions, Stuttgart...............37<br />

Gewalzte Ringe • Blankstahl<br />

Platestahl Umformtechnik GmbH<br />

Platehofstraße 1 - 58513 Lüdenscheid - Germany<br />

Tel.: 02351 439-0 - info@platestahl.com<br />

Fax: 02351 439-355 - www.platestahl.com<br />

Wir laden Sie ein: Hannover Messe 01.-05.04.<strong>2019</strong> Halle/Stand 4 C 41<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 29<br />

Platestahl.indd 1 06.12.2018 17:58:29

STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />

Einen Schritt voraus<br />

Autarke Transporttechnik-Systeme für das Sortieren oder<br />

Verpacken empfindlicher Produkte<br />

Um die Produktivität und Flexibilität von Fertigungs- und<br />

Verpackungsstraßen zu steigern, setzen immer mehr Unternehmen,<br />

zum Beispiel aus der Lebensmittel- oder Automobilbranche, auf autarke<br />

Transporttechnik-Systeme. Ausgestattet mit linearen Synchronmovern<br />

(LSM) und softwarebasierten Algorithmen ermöglichen sie einen<br />

schnellen und kostengünstigen Produkt- oder Verpackungswechsel.<br />

Wo unter anderem das MagneMotion-System von Rockwell Automation<br />

zum Einsatz kommt, erfahren Sie in diesem Artikel.<br />

S<br />

eit einigen Jahren unterstützen automatisierte<br />

Transportsysteme die Fertigungs-<br />

und Verpackungsstraßen herstellender<br />

Unternehmen intensiv dabei ihre Produktionsabläufe<br />

zu optimieren. Allerdings<br />

bieten diese Systeme oft nicht die nötige<br />

Flexibilität, um eine schnelle Umrüstung<br />

zwischen Produktchargen durchzuführen.<br />

In vielen Fällen muss der Bediener die<br />

Maschine anhalten, umrüsten und die<br />

Produktion neu anlaufen lassen. Da es bei<br />

diesen manuellen oder halbautomatischen<br />

Umstellungsvorgängen zu Ausfallzeiten<br />

kommt, ist es kostenintensiv und zeitaufwändig,<br />

personalisierte Produkte oder die<br />

Produktion kleinerer Mengen anzubieten.<br />

Genau dieses Angebot kann jedoch einen<br />

wichtigen Beitrag zur Differenzierung in<br />

einem hart umkämpften Markt leisten.<br />

Manche Hersteller von Keksen bieten<br />

bspw. für ein und dasselbe Produkt mehrere<br />

Packungstypen an. Das kann von zwei<br />

Keksen in einer kleinen Snack-Packung bis<br />

zu 48 Keksen oder mehr in einer Familienpackung<br />

reichen.<br />

Mit einem rein mechanischen Drehfördersystem<br />

mit Ketten, Riemen und Getrieben<br />

ist diese Flexibilität nur schwer zu erreichen,<br />

ganz zu schweigen von der Zeit und dem<br />

Aufwand ein solches System zu warten.<br />

Daher hat die Einführung von au tarken<br />

Transporttechnik-Systemen – basierend auf<br />

einer Technologie mit linearen Synchronmovern<br />

(LSM) – eine grundlegende<br />

Ver änderung bei Motion-Anwendungen<br />

ein geleitet. Diese Systeme verfügen über<br />

Ulrich Arlt ist EMEA Product Manager Motion<br />

Control bei Rockwell Automation in Düsseldorf<br />

hochentwickelte, softwarebasierte Algorithmen,<br />

die es den Unternehmen ermöglichen,<br />

Produkt- oder Verpackungswechsel<br />

schneller und kostengünstiger durchzuführen.<br />

Anstatt die Maschine anzuhalten und<br />

umzurüsten, muss der Bediener nur ein<br />

Programm ändern oder durch ein anderes<br />

ersetzen. Es ent stehen also lediglich kurze<br />

oder gar keine Ausfallzeiten. Allein dadurch<br />

lässt sich die Produktivität steigern.<br />

Flexibilität für<br />

Automobil hersteller<br />

Das Robotik-Unternehmen Kuka ist ein<br />

gutes Beispiel dafür, wie die LSM-Technologie<br />

die Produktivität und Flexibilität steigern<br />

kann. Das Kuka-Fördersystem Pulse<br />

für Fertigungsstraßen im Karosseriebau<br />

basiert auf dem MagneMotion-System von<br />

Rockwell Automation und transportiert die<br />

Komponenten durch jede Robotik-Station.<br />

Die Fertigungsstraße ist 45 % schneller als<br />

ein rein mechanisches Transportsystem,<br />

was den Automobilherstellern eine Durchsatzsteigerung<br />

ermöglicht. Da weniger<br />

bewegliche Teile vorhanden sind, wurden<br />

die durch Wartungsarbeiten bedingten<br />

Ausfallzeiten verkürzt, der mittlere Ausfallabstand<br />

(MTBF) hingegen deutlich<br />

vergrößert. Wichtig ist außerdem, dass Veränderungen<br />

der Komponenten für unterschiedliche<br />

Fahrzeugmodelle mit minimaler<br />

Ausfallzeit durchgeführt werden können.<br />

Geschwindigkeit liefert<br />

Wettbewerbsvorteil<br />

Ein weiteres Beispiel, wie MagneMotion zur<br />

Steigerung der Flexibilität und Produktivität<br />

beiträgt, ist das Verarbeitungssystem für<br />

Proben bei Arup Laboratories, einem<br />

kli nischen Labor für Pathologie und Teil der<br />

Universität von Utah in den USA. Bei Arup<br />

wurde das System MagneMover Lite von<br />

Rockwell Automation implementiert, um<br />

Teströhrchen mit Blut- oder anderen Proben<br />

zu transportieren und diese für Ärzte<br />

und Krankenhäuser zu analysieren. Durch<br />

die LSM-Technologie werden die Reagenzgläser<br />

in magnetischen Vehikeln schnell<br />

und mit hoher Genauigkeit zu bestimmten<br />

Zielen transportiert, wobei fast keine<br />

beweglichen Teile zum Einsatz kommen.<br />

Das System von Arup verknüpft den<br />

Barcode der Probe mit der eindeutigen ID<br />

des Ve hikels, das das Reagenzglas befördert.<br />

Je nachdem, welcher Test für die Probe<br />

beauftragt wurde, wird das Vehikel dann zu<br />

unterschiedlichen Zielen geleitet. Die sich<br />

bewegenden Behälter werden ständig von<br />

einem Motor zum nächsten gezogen, sodass<br />

die Vehikel mit den Reagenzgläsern sozusagen<br />

über die Fertigungsstraße „fliegen“.<br />

Die Höchstgeschwindigkeit des Magne-<br />

Mover-Lite-Systems beträgt 2 m/s und ist<br />

damit neunmal schneller als eine herkömmliche<br />

Förderanlage. Neben den Vorteilen für<br />

Ärzte und Patienten, Proben schneller<br />

analysieren zu können, ist das System auch<br />

für Arup ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal,<br />

da es deutlich schneller ist als<br />

andere Förder bänder, die in anderen Automatisierungssystemen<br />

klinischer Laboratorien<br />

auf dem Markt zum Einsatz kommen.<br />

Funktionsweise<br />

Das MagneMover Lite-System basiert auf<br />

einer Reihe miteinander verknüpfter Moto-

STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />

Das MagneMover Lite-System, das bei Arup<br />

Teströhrchen transportiert, ist mit einer<br />

Höchst geschwindigkeit von 2 m/s neunmal<br />

schneller als eine herkömmliche Förderanlage<br />

ren mit darüber liegenden Führungsschienen.<br />

Die Vehikel bestehen aus Kunststoff<br />

und verfügen über eine Anordnung von<br />

Permanentmagneten. Die Motoren erkennen<br />

die Position der Magneten und leiten<br />

diese entlang den Schienen vorwärts oder<br />

rückwärts. Jedes Vehikel lässt sich einzeln<br />

steuern, wodurch eine Sortierung möglich<br />

ist, z. B. die Umleitung in einen anderen<br />

Kanal oder ein anderes System. Das System<br />

vermeidet Engpässe, indem Sensoren auf<br />

jedem Vehikel erkennen, ob sich ein anderes<br />

Vehikel davor befindet und sich nicht<br />

bewegt. In diesem Fall bleibt das Vehikel so<br />

lange stehen, bis der Weg wieder frei ist.<br />

Dadurch wird ein Quetschen oder Zusammendrücken<br />

vermieden. So ist das System<br />

ideal für das Sortieren oder Verpacken<br />

empfindlicher Produkte geeignet, z. B. Flüssigkeiten<br />

in Beuteln oder elektronische<br />

Komponenten für medizinische Geräte. Der<br />

Bediener programmiert das Ziel für jeden<br />

Vehikel- oder Produkttyp sowie die maximale<br />

Geschwindigkeit und Beschleunigung.<br />

Einhaltung von Compliance-<br />

Vorschriften<br />

Das bei Arup eingesetzte System Magne-<br />

Motion Lite ist für Traglasten bis 2 kg ausgelegt,<br />

die größeren Systeme MagneMotion<br />

QuickStick und QuickStick HT sogar für<br />

Traglasten bis 100 kg bzw. 4 500 kg. Die<br />

MagneMotion-Systeme sind außerdem in<br />

der Lage, mehrere unterschiedliche Traglasten<br />

gleichzeitig zu bewältigen, was<br />

weiterhin die Ausfallzeiten verringert und<br />

die Flexibilität erhöht.<br />

Da das MagneMotion-System jedes<br />

Produkt einzeln steuert, erleichtert dies die<br />

Rückverfolgbarkeit innerhalb des Produktionsprozesses.<br />

Davon profitieren vor allem<br />

Unternehmen, die strengen Compliance-<br />

Vorschriften unterliegen, z. B. Unternehmen<br />

im Bereich Life Science, der<br />

Lebensmittel- und Automobilindustrie.<br />

Der Bediener kann jederzeit die Position<br />

eines Produkts überprüfen, und die Compliance-Verantwortlichen<br />

können bestätigen,<br />

dass es korrekt verarbeitet wurde.<br />

Das MagneMotion-System von Rockwell<br />

Automation ist in unterschiedlichen Varianten<br />

verfügbar: Als vollständig individualisierte<br />

und vormontierte Einheit, als einzelne<br />

Komponenten oder als Mischung aus individualisierten<br />

und standardmäßigen Teilen.<br />

Die Hersteller sparen Geld und steigern ihre<br />

Rentabilität dank der Systeme, indem sie<br />

weniger Energie als bei herkömmlichen<br />

mechanischen Förderanlagen brauchen.<br />

Zudem benötigen die Maschinen im Fertigungsbereich<br />

weniger Platz und erfordern<br />

weniger Wartungsarbeiten – Merkmale, die<br />

auch für OEMs interessant sind. Hierzu<br />

kommen um bis zu 50 % oder mehr erhöhte<br />

Durchsatzgeschwindigkeiten, sodass diese<br />

Technologie dazu beiträgt, die Zukunft der<br />

intelligenten Fertigung neu zu definieren.<br />

www.rockwellautomation.de<br />

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elektromechanische Ausrüstungen<br />

im Maschinen- und Anlagenbau.<br />

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KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

Clevere Lippe<br />

Dichtungskonzept für fett- und<br />

ölgeschmierte Hauptlager<br />

Windkraftanlagen sind extremen<br />

Belastungen ausgesetzt und stellen<br />

hohe Anforderungen an sämtliche<br />

Bauteile. Eine große Herausforderung,<br />

insbesondere für die Dichtungen des<br />

Hauptlagers der Rotorwelle. Für den<br />

langlebigen und sicheren Einsatz<br />

unter diesen Bedingungen wurden<br />

Dichtungskonzepte für fett- oder<br />

ölgeschmierte Hauptlager<br />

entwickelt.<br />

Dr. Kristian Müller-Niehuus ist Director<br />

Engineering Heavy Industry bei Freudenberg<br />

Sealing Technologies GmbH in Hamburg<br />

A<br />

bgestimmt auf die spezifischen Anforderungen<br />

der jeweiligen Windkraftanlage,<br />

insbesondere auch im Hinblick auf<br />

den zur Verfügung stehenden Einbauraum,<br />

bestehen die einzelnen Dichtungslösungen<br />

von Freudenberg Sealing Technologies aus<br />

einer oder mehreren Dichtungskomponenten.<br />

Die Entwicklung für den herausforderndsten<br />

Bereich, die Abdichtung des<br />

Hauptlagers, ist die Einzeldichtung Merkel<br />

Radiamatic R 55. Es ist ein Wellendichtring<br />

für große Durchmesser bis zu 3,5 m zur Abdichtung<br />

fettgeschmierter Lager. Er basiert<br />

auf dem Typ R 35, der sich bereits seit<br />

20 Jahren im Einsatz bewährt hat. Die Weiterentwicklung<br />

mit der Typenbezeichnung<br />

R 55 ist zusätzlich mit einer integrierten,<br />

funktional entkoppelten Abweiserlippe ausgestattet<br />

und somit für kompakte Einbauräume<br />

geeignet. Die ergänzende Abweiserlippe<br />

schützt vor Umwelteinflüssen und<br />

Verunreinigungen und sorgt dafür, dass<br />

die eigentliche Dichtlippe des Radialwellendichtrings<br />

ungestört die primäre Dichtfunktion<br />

übernehmen kann: Den wirkungsvollen<br />

Schutz gegen Austritt von Schmier-<br />

mittel aus dem Bereich des Hauptlagers<br />

über viele Jahre Betriebsdauer. Technisches<br />

Highlight ist die geringe Wechselwirkung<br />

von Dicht- und Abstreiferlippe selbst bei<br />

außermittigem Lauf der Welle von bis zu<br />

± 1,6 mm. Damit liegen die Vorteile auf<br />

der Hand: Verlässliche Dichtfunktion und<br />

Verzicht auf den Einsatz und somit den<br />

Bauraum für eine zweite Dichtung, die<br />

üblicherweise die Primärdichtung und das<br />

Hauptlager vor Verunreinigungen schützt.<br />

Klassische Trennung bei<br />

Fettschmierung<br />

Die Aufteilung der Aufgaben eines Dichtsystems<br />

auf einzelne Elemente, die sich ausschließlich<br />

auf die ihnen zugewiesene Funktion<br />

konzentrieren können, ist bei vorhandenem<br />

Platz im Einbauraum die optimalste<br />

Dichtungslösung. Somit kommt neben dem<br />

Radialwellendichtring Merkel Radiamatic<br />

R 35 im Rahmen der FST-Systemlösungen<br />

der Abweiser Merkel Enviromatic EA zum<br />

Einsatz. Mit seiner klar definierten, robusten<br />

Abweiserlippe wirkt er in axialer Richtung.<br />

32 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

Er kann einen Wellenversatz von bis zu<br />

± 4 mm ausgleichen, wobei seine Lippenkante<br />

immer linienförmig in Berührung<br />

mit der Gegenlauffläche bleibt – ein<br />

Vorteil im Vergleich zu den sonst eingesetzten<br />

Standard V-Ringen, die mit ihrer<br />

lappenähnlichen Dichtlippe eher einen<br />

undefinierten Dienst leisten.<br />

Ölschmierung für maximale<br />

Performance<br />

03 Der R55 hat eine zusätzliche, integrierte,<br />

funktional entkoppelte Abweiserlippe ...<br />

01 Merkel Radiamatic<br />

R55: Wellendichtring für<br />

Durchmesser bis zu 3,5 m<br />

Im anspruchsvollen Getriebebau üblich, in<br />

der Windkraft im Kommen: Ölgeschmierte<br />

Lager und Komponenten. Die Vorteile sind<br />

offensichtlich: Das flüssige Schmiermittel<br />

kann kontrolliert an den Ort des Geschehens<br />

gebracht werden und lässt sich bei<br />

Bedarf kühlen oder reinigen. Für die hochbelasteten,<br />

teuren Rollenlager die bestmögliche<br />

Voraussetzung für einen langen,<br />

wartungsarmen Einsatz. Die Abdichtung<br />

solcher Lager ist ebenfalls Teil der<br />

Freudenberg Systemlösungen. Für einen<br />

verlässlichen Schutz gegen Austritt von<br />

Schmieröl ist i. d. R. die Doppelanordnung<br />

zweier Radialwellendichtringe sinnvoll. Die<br />

zweite, äußere Dichtung hat eine reine<br />

Back-up-Funk tion. Schmiermittel, üblicherweise<br />

Fett, von Zeit zu Zeit über eine<br />

zusätzliche Schmiernut nachgepumpt, gewährleistet,<br />

dass die Dichtung im normalen<br />

Betrieb nicht trocken läuft und vorzeitig<br />

verschleißt. Wie bei allen Dichtsystemen<br />

unter rauen Umgebungsbedingungen<br />

üblich, müssen sowohl das Lager als auch<br />

das Dichtsystem vor Verunreinigungen von<br />

außen geschützt werden. Idealerweise<br />

kommt auch hier der Abweiser Merkel Enviromatic<br />

EA zum Einsatz, ein langlebiger und<br />

verlässlicher Schutz. Bei beengten Platzverhältnissen<br />

lässt sich alternativ der Merkel<br />

Radiamatic R 55 mit integrierter Abweiserlippe<br />

als Sekundärdichtung einsetzen.<br />

Passender Werkstoff-Partner<br />

Die Entwicklung einer geeigneten Dichtungsgeometrie<br />

ist nur die halbe Miete. Eine<br />

Dichtung überzeugt erst in Kombination<br />

mit dem für die jeweilige Anwendung geeigneten<br />

Werkstoff. Die Materialentwickler von<br />

Freudenberg arbeiten kontinuierlich daran,<br />

Werkstoffe an die hohen Anforderungen<br />

von Windkraftanlagen hinsichtlich Abriebfestigkeit,<br />

Funktionssicherheit und Lebensdauer<br />

anzupassen. Mit der Ventoguard-<br />

Familie – Werkstoffe auf Basis von Nitril-<br />

Butadien-Kautschuk (NBR), Fluorkarbin-<br />

Kautschuk (FKM), Ethylen-Propylen-Dien-<br />

04 ... die das Hauptlager wirkungsvoll gegen<br />

Verunreinigungen und Umwelteinflüssen schützt<br />

02 Die Neuentwicklung<br />

R 55 weist eine geringe<br />

Wechselwirkung von<br />

Dicht- und Abstreiferlippe,<br />

selbst bei außermittigem<br />

Lauf der Welle, auf<br />

Kautschuk (EPDM) und hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk<br />

(HNBR) – stehen<br />

verlässliche Hochleistungs-Werkstoffe als<br />

Idealpartner für die Windindustrie zur Verfügung.<br />

Der Typ Ventoguard 467, ein HNBR, ist<br />

bspw. für Temperaturen von – 40 bis + 80 °C<br />

geeignet. Gleichzeitig überzeugt dieser Werkstoff<br />

durch maximale Verschleißfestigkeit<br />

und vor allem durch seine Beständigkeit<br />

gegen UV-Licht und Ozon. Das sind wichtige<br />

Voraussetzungen, um die in der Windkraft<br />

geforderte Lebensdauer von bis zu 20 Jahren<br />

erfüllen zu können. Daher kommt bei Dichtungen,<br />

wie der Merkel Radiamatic R 35/R 55<br />

oder beim Enviromatic Abweiser dieser<br />

leistungsfähige Werkstoff zum Einsatz.<br />

Material- und Designkompetenz<br />

Praxistests sind bei Dichtungen dieser<br />

Baugrößen nur begrenzt möglich und können<br />

zudem die geforderte lange Lebensdauer<br />

nicht abbilden. Aus diesem Grund<br />

hat Freudenberg computergestützte Testverfahren<br />

entwickelt, mithilfe derer sich<br />

tatsächliche Belastungen auf Lager und<br />

Dichtungen verlässlich simulieren lassen.<br />

Das Computer Aided Engineering (CAE)<br />

ermöglicht es auf Basis der Werkstoffdaten<br />

und Testergebnisse Dichtungslösungen zu<br />

entwickeln, die auf die jeweilige Anwendung<br />

optimiert sind. Damit können Dichtungen<br />

exakt auf kundenspezifische Anforderungen<br />

ausgerichtet werden. Hierfür<br />

arbeitet das Entwicklerteam während der Designphase<br />

eng mit dem Kunden zusammen.<br />

Fotos: Freudenberg Sealing Technologies<br />

www.fst.com<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 33

KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

Für mehr Dynamik<br />

Sicherheitsstoßdämpfer schützen Flächenmotor<br />

Vier Sicherheitsstoßdämpfer von ACE schützen die Endlagen eines direkt<br />

angetriebenen Flächenmotors, der am Institut für Fertigungstechnik und<br />

Werkzeugmaschinen (IFW) im produktionstechnischen Zentrum der<br />

Leibniz Universität Hannover entwickelt wurde. Das neue Konzept des<br />

Hochschulteams ist interessant für hochdynamische Maschinen und kann<br />

unter anderem die Produktivität von Werkzeugmaschinen steigern.<br />

Aufprallkopf<br />

Kolbenstange<br />

Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft<br />

(DFG) seit 2010 geförderte<br />

Projekt dient der grundlegenden Erforschung<br />

eines zweiachsigen direkt angetriebenen<br />

Mehrkoordinatensystems unter besonderer<br />

Einsatzfähigkeit in Werkzeugmaschinen.<br />

Darüber hinaus hat das IFW-Team neben<br />

der intensiven Arbeit an dem Motor Augenmerk<br />

auf den Schutz der Endlagen ihres<br />

Systems gelegt. Wie die Ingenieurwissenschaftler<br />

Jan Friederichs und Jonathan<br />

Fuchs der Universität Hannover berichten,<br />

galt es vor allem in der Entwicklungsphase,<br />

den Prototypen bestmöglich zu schützen,<br />

um z. B. Zeit wegen unnötiger Ausfälle zu<br />

vermeiden und keine Verzögerungen des<br />

Projektes zu riskieren.<br />

Friederichs und Fuchs haben gemeinsam<br />

mit weiteren wissenschaftlichen Mitarbeitern<br />

und ihrem Professor in der Vergangenheit<br />

gute Erfahrungen mit den Maschinenelementen<br />

von ACE Stoßdämpfer gemacht.<br />

Die Ingenieure sowie weitere Forscher benutzen<br />

mehrfach die von ACE im Internet<br />

im Menü Berechnungen angebotenen Tools,<br />

www.ace-ace.de/de/berechnungen.html,<br />

mit deren Hilfe sie u. a. die Praktikabilität<br />

neuer Ideen hinsichtlich der Dimensionierung<br />

von verbauten Sicherheitsdämpfern<br />

überprüfen. Dazu müssen<br />

z. B. die bewegte Masse, die Aufprallgeschwindigkeit<br />

der Massen bzw.<br />

die Stoßdämpfer und zusätzlich<br />

wirkende Antriebskräfte, Antriebsleistungen<br />

oder Antriebsmomente<br />

berücksichtigt werden. Bei der<br />

Ermittlung der geeigneten Lösung<br />

wurde davon ausgegangen,<br />

Festanschlag<br />

Dichtungspaket<br />

Führungslager<br />

Membranspeicher<br />

Kolben<br />

Kolbenring<br />

Außenkörper<br />

Druckhülse mit Drosselbohrungen<br />

massiver Körper ohne Sicherungsring<br />

01 Sicherheitsstoßdämpfer der<br />

Produktfamilie SCS33 bis 64<br />

34 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

dass im Fall der Fälle eine bewegte Masse<br />

von 10 kg mit einer Geschwindigkeit von<br />

4 m/s bei einer Antriebskraft von 500 N auf<br />

den jeweiligen Stoßdämpfer auffährt. Die<br />

Kombination von kinetischer und Antriebsenergie<br />

ergab eine Gesamtenergie bzw.<br />

einen Hub von 104,5 Nm. Aufgrund der<br />

erhobenen Daten und unter Berücksichtigung<br />

der Tatsache, dass bei Weiterentwicklungen<br />

nicht ständig neue Dämpfer verbaut<br />

werden sollten, entschied man sich dazu,<br />

vier Sicherheitsstoßdämpfer des Typs<br />

SCS33-EUD zu verbauen.<br />

Abbau kinetischer Energie<br />

Die Sicherheitsstoßdämpfer der Baureihe<br />

SCS33 bis 64 zeichnen sich u. a. durch eine<br />

optimale Dämpfungstechnik, ein gehärtetes<br />

Führungslager und ein durchgehendes<br />

Gewinde aus. Diese Dämpferfamilie ist speziell<br />

für den Notstopp-Einsatz konzipiert<br />

und kann durch ihre kompakte Bauform in<br />

den Größen M33 x 1,5 bis M64 x 2 vielseitig<br />

eingesetzt werden, z. B. in Portal-, Förderanlagen<br />

oder Bestückungsautomaten.<br />

Material und Technik der selbsteinstellenden<br />

Maschinenelemente erlauben 1 000 Lastwechsel.<br />

Der Stoßdämpferkörper, Kolbenstange,<br />

Kopf und Zubehör bestehen dabei<br />

aus unterschiedlich bearbeitetem Stahl, die<br />

Druckfeder ist verzinkt oder kunststoffbeschichtet.<br />

Die maximale Lebensdauer<br />

wird erreicht, wenn die Umgebungstemperatur<br />

Werte von – 12 bis + 70 °C nicht überbzw.<br />

unterschreitet. Wird ein Austausch der<br />

Dämpfer nötig, ist dieser aufgrund einer<br />

Vielzahl an Zubehör und Anschlussteilen<br />

einfach zu vollziehen. Kombiniert mit der<br />

kompakten Bauform ist auch die nachträgliche<br />

Integration in bestehende Projekte problemlos<br />

möglich. Die beim Flächen motor<br />

eingesetzten Modelle sind bei einem maximalen<br />

Hub von 50 mm ohne Fest anschlag in<br />

der Lage, 620 Nm/Hub auf zunehmen. Der<br />

Hersteller verfügt neben diesen Varianten<br />

auch über weiter optimierte Dämpfer: Bei<br />

diesen Dämpfern erhöht sich die Kraftaufnahme<br />

um noch einmal mehr als 50 % auf<br />

950 Nm/Hub. Dann verringert sich die<br />

Lebensdauer jedoch auf maximal fünf Hübe.<br />

Flächenmotor erzielt große<br />

Kraftdichte<br />

Das Besondere an dem auf dem Prinzip der<br />

permanentmagneterregten synchronen<br />

Linearmotoren basierenden Flächenmotor<br />

ist die hohe Vorschubkraft. Damit ist diese<br />

Lösung vor allem bisherigen planaren<br />

Antriebskonzepten überlegen. Diese setzen<br />

zumeist auf das Reluktanzprinzip zur<br />

Erzeugung der Vorschubkräfte in einer<br />

Ebene. Prinzipbedingt erzeugen solche<br />

Motoren nur relativ geringe Vorschubkräfte.<br />

Der im IFW entwickelte Motor besticht<br />

außerdem durch die neuartige Kreuzwickeltechnologie.<br />

Dabei werden die Wicklungen<br />

für die einzelnen Vorschubrichtungen<br />

senkrecht zueinander gestapelt. Da die<br />

beiden Wicklungssysteme sich nur geringfügig<br />

gegenseitig beeinflussen, ermöglicht<br />

dies die Nutzung standardisierter Achsregler.<br />

Durch den Einsatz von schachbrettartig<br />

angeordneten Permanentmagneten erreicht<br />

der Flächenmotor eine große Kraftdichte<br />

und kann daher für hoch dynamische Werkzeugmaschinen<br />

eingesetzt werden.<br />

Optimiert wurde der Motor außerdem im<br />

Hinblick auf die für Lineardirektantriebe<br />

typischen Störkräfte. Mithilfe einer Methode<br />

zur Berechnung der optimalen Geometrie<br />

des Motors lassen sich Rastkräfte und Vorschubkraftwelligkeiten<br />

reduzieren. Zusätzlich<br />

erreichte man so eine Erhöhung der<br />

Vorschubkraft. Da bei der Bearbeitung<br />

eines Werkstückes zusätzlich dynamische<br />

Kräfte auf den Antrieb einwirken, untersuchte<br />

das IFW u. a. das Verhalten beim<br />

Fräsen von Kreisbahnen und Taschen in<br />

Aluminium-Werkstücken und damit den<br />

Einfluss von Kräften auf das Positionierverhalten<br />

während eines Bearbeitungsprozesses.<br />

Dadurch ergab sich die Möglichkeit<br />

einer prozessnahen Analyse des<br />

Antriebsverhaltens in Wechselwirkung mit<br />

dem Fertigungsprozess.<br />

Die Übertragung der gewonnen Erkenntnisse<br />

auf weitere Baugrößen steht im Mittelpunkt<br />

der Aktivitäten von Fuchs und dem<br />

Team, das einen größeren, aus 16 Prototypmodulen<br />

aufgebauten Flächenmotor konzipiert<br />

und aufgrund der Unterstützung<br />

durch die DFG hat fertigen lassen. Durch<br />

die entwickelte Modularität des Motors<br />

lassen sich je nach industrieller Anforderung<br />

auch unterschiedliche Baugrößen<br />

des Flächenmotors realisieren. Der neue<br />

Flächenmotor soll Spitzenkräfte bis zu<br />

4 800 N und Nennkräfte um 2 400 N je Achse<br />

erzeugen. Kombiniert mit dem Permanentmagnetfeld,<br />

können individuelle Verfahrwege<br />

unabhängig von der Baugröße des<br />

Flächenmotors erreicht werden.<br />

Fotos: ACE Stoßdämpfer GmbH; IFW, Leibniz<br />

Universität Hannover<br />

www.ace-ace.de<br />

Dipl.-Ing. Jonathan Fuchs ist Abteilungsleiter<br />

Komponenten und Überwachungssysteme am<br />

Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen<br />

im produktionstechnischen Zentrum<br />

der Leibniz Universität Hannover und<br />

Robert Timmerberg, M.A., ist Fachjournalist<br />

(DFJV) und Mitinhaber der plus2 GmbH,<br />

Presse- und Werbeagentur, mit Niederlassungen<br />

in Düsseldorf und in Wermelskirchen bei Köln<br />

02 Flächenmotor mit Kreuztischführung und Hybridkinematik für Fräsversuche<br />

03 Flächenmotor mit Sekundärteilmagneten<br />

Werkstück<br />

X-Schlitten<br />

Z-Schlitten<br />

Z-Stoßdämpfer<br />

Kraftsensor<br />

Führungen<br />

X-Stoßdämpfer<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 35

KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />

Das passende Kabel für bewegte<br />

Anwendungen finden<br />

Auf der Suche nach hochflexiblen Antriebsleitungen in bewegten<br />

Anwendungen bietet Igus mit dem Readycable-Produktfinder ein<br />

Online-Tool, das hilft, die technisch beste und kostengünstigste<br />

Lösung aus über 4 200 Leitungstypen zu finden. Der Anwender<br />

gibt die Igus- oder Artikelnummer des Herstellers ein oder wählt<br />

den Antriebsherstellernamen aus dem Menü aus. Anschließend<br />

kann er den<br />

benötigten<br />

Leitungstyp<br />

anklicken und<br />

der Produktfinder<br />

listet alle<br />

passenden<br />

Antriebsleitungen<br />

auf.<br />

Die Übersicht<br />

erfasst die<br />

verschiedenen<br />

Leitungsqualitäten,<br />

ob PUR-, PVC- oder TPE-Außenmantel, inklusive ihrer<br />

wichtigsten Eigenschaften wie Biegeradius und Verfahrwege. Der<br />

neue Lebensdauerrechner sagt nach Eingabe verschiedener<br />

Parameter die Haltbarkeit der Leitung in der E-Kette voraus. Der<br />

Preis wird ebenfalls angezeigt. Mit einem weiteren Klick kann der<br />

ausgewählte Artikel in den Warenkorb übernommen werden.<br />

Die entsprechende Antriebsleitung wird in Wunschlänge, auf<br />

den Zentimeter genau geliefert – ab 24 Stunden und ohne<br />

Zuschlag ab Losgröße 1.<br />

www.igus.de<br />

Getriebemotoren schnell<br />

online finden<br />

Mit dem Online-Tool „Antriebsauslegung“ von SEW Eurodrive<br />

können Anwender schnell prüfen, welche Getriebemotoren für<br />

ihren Einsatzfall geeignet sind und wie sich geänderte Applikationsdaten<br />

auswirken. Schon mit wenigen Daten und Angaben zur<br />

Applikation erhalten die Anwender passende Antriebsempfehlungen.<br />

Die Webanwendung dient der ersten Orientierung,<br />

welcher Getriebemotor für den betreffenden Einsatzfall der<br />

passende sein kann. Sie ermöglicht die erste Auslegung, um ein<br />

Gefühl für die benötigte Größe zu bekommen. Und schließlich<br />

kann überprüft werden, wie sich geänderte Applikationsdaten auf<br />

die Belastung der Antriebstechnik auswirken. Zur detaillierten<br />

Beratung kann in jedem Schritt das Fachwissen eines Experten<br />

hinzugezogen werden. Die Online-Produktauslegung basiert auf<br />

der Kundenapplikation. Sie umfasst eine Auswahl klassischer<br />

Applikationen wie Hubwerk, Fahrwagen, Drehtisch, Rollenbahn,<br />

Kettenförderer und Gutförderer im Bereich der Intralogistik.<br />

www.sew-eurodrive.de<br />

Antriebslösungen online konfigurieren<br />

Im Kundenportal www.mynord.com von Nord Drivesystems kann<br />

jeder selbst seine Antriebslösung online konfigurieren und<br />

bestellen. Such- und Sortierfunktionen, wie z. B. Motorleistung,<br />

Abtriebsdrehzahl und Abtriebsdrehmoment unterstützen die<br />

Auswahl. Über<br />

eine Plausibilitätsprüfung<br />

zeigt der<br />

Produktkonfigurator<br />

nur die<br />

Optionen an, die<br />

zu den bereits<br />

angegebenen<br />

Wünschen passen.<br />

Auch die Online-<br />

Konfiguration und<br />

Konformitätsprüfung<br />

von<br />

Atex-Getriebemotoren<br />

ist möglich. Zudem können auch dezentrale Antriebstechnik<br />

oder Schaltschrankumrichter konfiguriert werden. Alle<br />

Konfigurationsschritte werden auf einer einzigen Seite durchgeführt.<br />

Alle schon eingegebenen Spezifikationen sowie die noch zu<br />

wählenden Merkmale werden in einer Box am Fensterrand<br />

angezeigt. Außerdem lassen sich 3D-Modelle, Umrisszeichnungen<br />

und Maßbilder der konfigurierten Antriebslösung<br />

generieren. Die erstellten CAD-Daten können heruntergeladen<br />

und in ein CAD-Programm integriert werden.<br />

www.nord.com<br />

Neues Inbetriebnahme- und Servicetool<br />

für Experten und Einsteiger<br />

Mit „driveStudio“ stellt ebm-Papst eine Software vor, mit deren<br />

Hilfe sich die GreenTech EC-Antriebe mit der integrierten<br />

K4-Regelelektronik noch einfach auf spezifische Anforderungen<br />

anpassen lassen. Die Applikation soll sich sowohl für erfahrene<br />

Applikationsingenieure als auch für Anwender mit geringeren<br />

Programmierkenntnissen eignen. Im einfachsten Level „Demo“<br />

genügen wenige Klicks, um den Antrieb im Drehzahl-, Drehmoment-<br />

oder Positioniermodus<br />

zu starten<br />

und sich die aktuellen<br />

Werte anzeigen zu<br />

lassen. Im Parametrier-Level<br />

kann<br />

der Anwender die<br />

Standardeinstellungen<br />

des Antriebs<br />

in logischer Reihenfolge<br />

menügeführt<br />

verändern. In der Programmiersprache „C“ werden erfahrene<br />

Anwender in die Lage versetzt, im Scripting-Level z. B. beliebige<br />

Fahrsequenzen frei programmieren zu können, etwa für Testläufe.<br />

Das neue Inbetriebnahme- und Service-Tool läuft auf allen PCs<br />

mit Windows-Betriebssystem und steht zum kostenlosen<br />

Download unter folgendem Link bereit: www.ebmpapst.com/<br />

drivestudio<br />

www.ebmpapst.com<br />

36 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

Komfortabel bedienbares Schmiersystem<br />

Perma-Tec hat sein elektromechanisches<br />

Schmiersystem Perma Star Vario optimiert.<br />

Dieses stellt die korrekte Schmierung von<br />

Elektromotoren, Förderbändern, Pumpen,<br />

Lüftern und Ventilatoren auch bei oft<br />

wechselnden Temperaturen, hohem<br />

Gegendruck oder Verschmutzungen an der<br />

Schmierstelle sicher. Das System besteht aus<br />

einer mit Schmierfett oder -öl befüllten<br />

LC-Einheit, einem Batterieset und einer<br />

wiederverwendbaren Antriebseinheit. Alle Daten zur Anwendung, z. B. die Einstellung<br />

der Spendezeit, lassen sich per LCD und Drucktaster vornehmen. Sobald die<br />

Antriebseinheit per Hand auf die LC-Einheit geschraubt wird, ist das System<br />

einsatzbereit. Das Schmiersystem spendet im laufenden Prozess bei – 20 bis + 60 °C<br />

sicher und zuverlässig Schmierstoff. Durch einen Druckaufbau von 6 bar ist es<br />

möglich, Schlauchleitungen bis 5 m Länge zu verwenden. So können Schmierpunkte<br />

aus Gefahrenbereichen ausgelagert werden. Die richtige Schmierung kann<br />

der Anwender mit der Software Perma Select wählen.<br />

www.perma-tec.com<br />

Optimiert für den Schleppketteneinsatz<br />

Die OCT-Hybridleitungen von Lütze eignen sich für Servoantriebe im Maschinen- und<br />

Anlagenbau sowie in der Transport- und Fördertechnik. Die Leitungen werden mit<br />

einem PUR-Mantel und einer speziellen Polyolefin Aderisolation ausgestattet und sind<br />

damit geeignet für den Einsatz in der Schleppkette. Weiterhin sind die Leitungen<br />

geeignet für den Betrieb unter rauen Betriebsbedingungen, z. B. unter extremen<br />

Temperaturschwankungen und bei der Verwendung von aggressiven Kühl- und<br />

Schmiermitteln. Die Leitungen sind mit unterschiedlichen Aderzahlen und Querschnitten<br />

verfügbar. Erhältlich sind sie zudem ab Losgröße 1. Maximale Leitungslängen<br />

nach Beckhoff-Standard mit Motordrossel sind<br />

von 50 bis 100 m reali-sierbar. Die Hybridleitungen<br />

in One-Cable-Technology bieten mit<br />

7,5 x D eine hohe Wechselbiegefestigkeit für den<br />

langfristigen und ausfallsicheren Einsatz in der<br />

Schleppkette. Das für den Dauereinsatz<br />

optimierte Abschirmgeflecht bietet eine hohe<br />

aktive und passive Störsicherheit.<br />

www.luetze.de<br />

Zahnriemen unkompliziert verbinden<br />

Der oftmals schwierige Zugang zu Zahnriemen in komplexen Maschinen und<br />

Anlagen sowie die unterschiedlichen Abmessungen in Fertigungslinien machen<br />

einen Austausch von Zahnriemen häufig zu einer umständlichen und zeitintensiven<br />

Prozedur. Mit der Fingerstanze AF-151 von Habasit lassen sich HabaSync-<br />

Zahnriemen vor Ort auf die passende Länge bringen. Mit der ebenfalls portablen<br />

Endverbindungs-Heizpresse PF-151TB lassen sich die Riemen anschließend direkt<br />

in der Anlage verbinden. Bei synchronen Transportanwendungen in Anlagen mit<br />

mehreren Linien oder schwer zugänglichen Riemen vereinfachen die mechanischen<br />

Endverbindungen Hinge Joint, Pin Joint und PA Hinge den Wechsel. Auch<br />

Zahnriemen mit Beschichtungen lassen sich<br />

damit verbinden. Alle Zähne bleiben vollständig<br />

und lückenlos erhalten. Hinge Joint ist eine<br />

stabile Scharnierverbindung und vollständig in<br />

den Zahnriemen integriert. Lediglich im Bereich<br />

der Verbindung ist ein schmaler Schnitt auf<br />

Zahn- und Transportseite sichtbar.<br />

www.habasit.com

Regleroptimierung<br />

Anforderungen<br />

Genetischer Algorithmus zur<br />

Auslegung von Lagereglern<br />

r n i<br />

Geschwindigkeits-<br />

Lageregelkreis<br />

Die Lageregelung von Werkzeugmaschinen hat<br />

den Zweck, dass Anforderungen an das<br />

Positionierverhalten der Vorschubachsen<br />

sichergestellt sind. Im folgenden Beitrag wird eine<br />

Methode vorgestellt, um den Lageregelkreis<br />

optimal für die maschinenspezifischen<br />

Anforderungen auszulegen. Hierzu werden<br />

Kenngrößen zur Beschreibung der Anforderungen<br />

definiert und in ein Optimierungsproblem<br />

überführt. Mittels eines Genetischen Algorithmus<br />

wird das Optimierungsproblem gelöst und<br />

optimale Reglerparameter werden bestimmt.<br />

Thomas Berners, M.Sc., ist Mitarbeiter des Werkzeugmaschinenlabors WZL,<br />

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Alexander Epple ist Oberingenieur des Werkzeugmaschinenlabors<br />

WZL und Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Inhaber des<br />

Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Mitglied des Direktoriums des<br />

Werkzeugmaschinenlabors WZL, alle an der RWTH Aachen<br />

Die Wahl geeigneter Reglerparameter ist eine zentrale Herausforderung<br />

während der Inbetriebnahme von Produktionsmaschinen.<br />

Insbesondere bei Werkzeugmaschinen, welche eine hohe Positioniergenauigkeit<br />

bei gleichzeitig hoher Positionierdynamik erwarten<br />

lassen, sind strikte Anforderungen des Schwingungsverhaltens<br />

zu erfüllen. Während der Inbetriebnahme werden die Parameter<br />

des Geschwindigkeits- und Lageregelkreises (Bild 01) derart gewählt,<br />

dass im Zeit- und Frequenzbereich ein anforderungsspezifisches<br />

Maschinenverhalten sichergestellt ist. Berücksichtigt werden<br />

muss dabei das positionsabhängige Verhalten der Achse, welches<br />

aus einem nichtlinearen Übertragungsverhalten der einzelnen Antriebskomponenten<br />

resultiert. So weisen die häufig eingesetzten<br />

Kugelgewindetriebe, die eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung<br />

umsetzen, eine positionsabhängige Steifigkeit abhängig<br />

von der Lagerung auf. In der oft anzutreffenden Fest-Los-<br />

Lagerung kann deshalb eine deutlich höhere Steifigkeit gemessen<br />

werden, wenn der Maschinentisch sich in der Nähe des Festlagers<br />

befindet als in der Nähe des Loslagers. Dieser Umstand wirkt sich<br />

direkt auf den Lageregelkreis aus, wobei wiederum am Festlager<br />

eine geringere Resonanzamplitude messbar ist als am Loslager. Der<br />

Lageregler wird herkömmlicherweise für alle eventuellen Bewegungen<br />

ausgelegt, sodass dieser konservativ für den schlechtesten<br />

Fall parametriert wird. Zusätzlich werden bei mehreren zusammen<br />

interpolierten Achsen die Lageregler aller Achsen entsprechend der<br />

dynamisch schlechtesten Achse eingestellt. In Werkzeugmaschinen<br />

werden im Allgemeinen P-Regler für die Lageregelung eingesetzt,<br />

sodass bei der Inbetriebnahme mehrerer Achsen der kleinste ermittelte<br />

Proportionalwert für alle Achsen übernommen wird. Der<br />

38 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

Regelgröße<br />

REGELUNGSTECHNIK<br />

Proportionalwert wird dabei u. a. durch die Messung von Sprungantworten<br />

ermittelt, wobei der Proportionalwert solange verringert<br />

wird bis kein Überschwingen mehr messbar ist [WECK06].<br />

Ein Nachteil bei diesem Vorgehen ist, dass die spätere Verwendung<br />

der Achse oft nur oberflächlich betrachtet wird. So wird nicht<br />

berücksichtigt, dass für manche Anwendungen eine hohe Störunempfindlichkeit<br />

oder eine spezifische Resonanzfrequenz wichtiger<br />

sind als eine überschwingungsfreie Sprungantwort. Im Folgenden<br />

wird deshalb eine Methode basierend auf einem Genetischen<br />

Algorithmus vorgestellt, die eine optimale Auslegung der<br />

Reglerparameter hinsichtlich der späteren Verwendung der Vorschubachse<br />

erlaubt. Grundlage der Methode ist ein Katalog von<br />

Kenngrößen, welche maschinenspezifische Anforderungen hinsichtlich<br />

der tatsächlichen Verwendung der Maschine wiedergeben.<br />

Die maschinenspezifischen Anforderungen werden zur<br />

Reglerauslegung in eine Zielfunktion übertragen. Die Zielfunktion<br />

bildet die Grundlage eines Optimierungsproblems und ermöglicht<br />

eine optimale Parameterwahl.<br />

01<br />

Vereinfachter Wirkungsplan und Aufbau des Lageregelkreises<br />

von Werkzeugmaschinen, nach [BREC16]<br />

K L<br />

K P<br />

, T np<br />

r n i<br />

Servomotor<br />

Kugelgewindetrieb<br />

Geschwindigkeits-<br />

Lageregelkreis y<br />

Drehgeber<br />

Linearführungen<br />

Getriebe<br />

Maschinentisch<br />

Linearmaßstab<br />

Maschinenbett<br />

Anforderungen an die Regelung<br />

02<br />

Kenngrößen der Sprungantwort<br />

Hinsichtlich der Anforderungen an den Lageregelkreis von Werkzeugmaschinen<br />

kann zwischen zwei Kategorien unterschieden<br />

werden. Zum einen Kenngrößen im Zeitbereich, die sich auf das<br />

zeitliche Verhalten der Vorschubachse beziehen, und zum anderen<br />

Anforderungen im Frequenzbereich, die eine Betrachtung von Frequenzgängen<br />

voraussetzen. Die gleichzeitige Definition von Kenngrößen<br />

im Zeit- und Frequenzbereich ermöglicht in der folgenden<br />

Parameteroptimierung Maschinenverhalten hinsichtlich beider<br />

Bereiche zu berücksichtigen. Nur so ist es möglich eine bestimmte<br />

Resonanzamplitude und eine spezifische Einschwingzeit zu fordern<br />

und die Lageregler dementsprechend zu bestimmen. Hinsichtlich<br />

des Zeitbereichs sollen hier vier Kenngrößen eingeführt<br />

werden (Bild 02):<br />

n Überschwingweite h: Die Überschwingweite gibt bei einer Sprungantwort<br />

den maximalen Wert an, den die Regelgröße oberhalb<br />

des Sollwerts erreicht.<br />

n Positionierzeit T 95 %<br />

: Als Positionierzeit wird die Zeit definiert bei<br />

der die Regelgröße letztmalig 95 % des Sollwerts erreicht.<br />

n Überschwingfrequenzen f: Die Überschwingfrequenzen sind die<br />

Schwingungsfrequenzen, welche auftreten sobald die Regelgröße<br />

erstmalig den Sollwert erreicht. Im Falle einer Sprunganregung<br />

entsprechen diese den Eigenfrequenzen der Vorschubachse und<br />

können mittels Fourier-Transformation ermittelt werden. In den<br />

meisten Anwendungsfällen genügt es die dominante Überschwingfrequenz<br />

f dom<br />

zu betrachten.<br />

n Konturabweichung Υ: Mit der Konturabweichung kann die Abweichung<br />

zwischen dem Sollwert r und der Regelgröße y über der<br />

Zeit bewertet werden. Die Konturabweichung ist dazu definiert<br />

als die Summe des betragsmäßigen Schleppfehlers innerhalb<br />

eines betrachteten Zeitraums:<br />

Die Definition der Kenngrößen im Frequenzbereich soll im Folgenden<br />

in Anlehnung an die S/KS/T-Darstellung (siehe Bild 03) des<br />

geschlossenen Regelkreises erfolgen [SKOG05]. Hierzu wird der<br />

Regelkreis auf drei Ausgänge erweitert, die eine Aussage über das<br />

f<br />

γ<br />

h<br />

y<br />

r<br />

T 95 %<br />

Frequenzverhalten erlauben:<br />

n Sensitivitätsfunktion S: Der Störgrößeneinfluss auf den Regelkreis<br />

kann mit der Sensitivitätsfunktion<br />

bewertet werden. Zur Reduktion der Störunempfindlichkeit ist der<br />

Regler so zu wählen, dass der maximale Singulärwert σ max<br />

(im SISO-<br />

Fall gleichbedeutend mit der maximalen Amplitudenverstärkung<br />

im Frequenzgang) möglichst klein ist. Zusätzlich kann die Sensitivitätsfunktion<br />

mit einer frequenzabhängigen Funktion w p<br />

gewichtet<br />

werden, sodass bestimmte Frequenzbereiche weniger Einfluss in<br />

die Kenngröße erhalten.<br />

n Stellgrößenaktivität KS: Zur Bewertung der Stellgrößenaktivität<br />

bzw. dem Aufwand der vom Regler betrieben werden muss, um<br />

das Streckenverhalten zu erzielen, kann die Übertragungsfunktion<br />

± 5 %<br />

Zeit<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 39

herangezogen werden. Für einen geringen Aufwand durch den<br />

Regler ist ein kleiner maximaler Singulärwert der Stellgrößenaktivität<br />

anzustreben. Wie bei der Sensitivitätsfunktion kann auch hier<br />

eine Gewichtungsfunktion w KS<br />

definiert werden, welche einen bestimmten<br />

Frequenzbereich speziell gewichtet.<br />

n Komplementäre Sensitivitätsfunktion T: Die komplementäre Sensitivitätsfunktion<br />

entspricht dem Führungsfrequenzgang des geschlossenen<br />

Lageregelkreises in der S/KS/T-Darstellung.<br />

Ist ein gutes Führungsverhalten im gesamten Frequenzbereich gewünscht,<br />

so sollten der maximale und minimale Singulärwert nahe<br />

eins angestrebt werden.<br />

w T<br />

entspricht hierbei wiederum einer Gewichtsfunktion hinsichtlich<br />

spezieller Frequenzbereiche.<br />

Im Falle eines varianten Streckenverhaltens – z. B. durch die<br />

oben beschriebene Positionsabhängigkeit der Steifigkeit der Kugelgewindetriebe<br />

– ist der jeweils größte Wert jeder Kenngröße im<br />

Arbeitsbereich heranzuziehen. Hierbei ist zu beachten, dass je<br />

nach Kenngröße an unterschiedlichen Positionen der jeweils<br />

größte Wert auftreten kann. Ist darüber hinaus ein Unsicherheitsmodell<br />

und eine nominelle Übertragungsfunktion (vergleichbar<br />

einem Mittelwert aller möglichen Übertragungsfunktionen der<br />

Regelstrecke) bekannt, kann die Robustheit linearer Regelungen<br />

durch einen strukturierten Singulärwert bewertet werden. Hierbei<br />

wird zwischen robuster Stabilität und robuster Performance unterschieden,<br />

wobei die robuste Stabilität angibt, ob der Regler für alle<br />

Variationen der Regelstrecke ein stabiles Verhalten erzeugt. Die<br />

robuste Performance bezieht zusätzlich Störgrößenspezifikationen<br />

ein, die im Allgemeinen die robuste Stabilität miteinschließt. Für<br />

beide gilt, dass die Robustheit hinsichtlich des Unsicherheitsmodells<br />

gegeben ist, falls ein strukturierter Singulärwert kleiner<br />

eins erreicht ist:<br />

Für eine tiefere Auseinandersetzung mit den Eigenschaften und der<br />

Berechnung des strukturierten Singulärwerts sei auf [SKOG05;<br />

RAIS94] verwiesen. Als Kenngröße hinsichtlich der robusten Performance<br />

kann die Funktion φ definiert werden:<br />

Die Funktion φ gibt folglich den strukturierten Singulärwert aus,<br />

falls dieser größer als eins ist und keine robuste Performance<br />

sichergestellt ist. Im umgekehrten Fall, in dem robuste Performance<br />

sichergestellt ist, wird die Funktion zu null, da von<br />

einer weiteren Bewertung bereits erfüllter Anforderungen abgesehen<br />

wird.<br />

Die Kenngrößen sollen die Anforderungen an den Lageregelkreis<br />

wiedergeben, wobei die beschriebenen Kenngrößen nur eine Basis<br />

geben können, welche für spezifische Anwendungen variiert oder<br />

ergänzt werden muss. Aus den gewählten Kenngrößen wird eine<br />

Zielfunktion J definiert, in der die verwendeten Kenngrößen addiert<br />

werden. Im Falle mehrerer miteinander interpolierter Achsen werden<br />

die Kenngrößen aller Achsen summiert.<br />

Aufgrund der Übersichtlichkeit sind in der Zielfunktion in Gleichung<br />

(8) keine Skalierungs-/Gewichtungsfaktoren einbezogen<br />

worden. Um einzelnen Kenngrößen einen größeren Einfluss in das<br />

Ergebnis der Zielfunktion und damit eine größere Relevanz im<br />

Optimierungsproblem zu geben, bietet sich eine kenngrößenspezifische<br />

Gewichtung an. So kann bspw. der Überschwingweite eine<br />

größere Gewichtung als der Störempfindlichkeit zugesprochen<br />

werden. Falls eine gleich große Gewichtung aller Kenngrößen gefordert<br />

ist, so können diese auf einen einheitlichen Zahlenwert skaliert<br />

werden. Ist z. B. eine Überschwingweite von 10 µm und eine<br />

Positionierzeit von 0,1 s zu erwarten, kann die Überschwingweite<br />

mit 100 und die Positionierzeit mit 10 multipliziert auf einen Zahlenwert<br />

von eins skaliert werden.<br />

Eine Zielfunktion mit allen eingeführten Kenngrößen wie in Gleichung<br />

(8) ist meist nicht zielführend, da oft wenige Kenngrößen<br />

genügen, um die Anforderungen an das Maschinenverhalten zu<br />

beschreiben. Ebenso ist zu prüfen, ob Kenngrößen sich widersprechen,<br />

wie bei einer möglichst geringen Stellgrößenaktivität<br />

aber gutem Führungsverhalten. Die Zielfunktion ist somit immer<br />

hinsichtlich des spezifischen Anwendungsfalls zu betrachten.<br />

Parameteroptimierung mittels<br />

Genetischer Algorithmen<br />

Für die Parameteroptimierung wird ein Genetischer Algorithmus<br />

verwendet, der dem biologischen Mechanismus des Überlebens<br />

des Stärksten und den natürlichen Mechanismen der Fortpflanzung<br />

nachempfunden ist [KRAM09], siehe Bild 04.<br />

Der Algorithmus betrachtet dabei Individuen, welche jeweils<br />

eine mögliche Lösung des Optimierungsproblems darstellen. Die<br />

Gesamtheit der in jedem Optimierungsschritt betrachteten Individuen<br />

wird als Population bezeichnet. Die einzelnen Optimierungsschritte<br />

können – übertragen auf die Biologie – als Generationen<br />

interpretiert werden. Jedes Individuum innerhalb der Population<br />

einer Generation hat als Eigenschaft eine Variablenkombination.<br />

Diese Variablen entsprechen den Variablen der Zielfunktion des<br />

Optimierungsproblems, wobei sich die Fitness des jeweiligen Individuums<br />

über den Wert der Zielfunktion bestimmt. Gemäß der<br />

natürlichen Selektion überleben nur die Individuen mit den besten<br />

Fitnesswerten, was bezogen auf den Algorithmus ein Überleben der<br />

Individuen mit den besten Werten der Zielfunktion entspricht. Diese<br />

Individuen werden direkt in die nächste Generation und damit in<br />

den nächsten Optimierungsschritt übertragen. Alle anderen Individuen<br />

werden in der nächsten Generation nicht berücksichtigt und<br />

„sterben“ nach einem Optimierungsschritt. Zusätzlich zu den<br />

stärksten Individuen wird mittels Mutation und Rekombination<br />

eine neue Generation mit möglichen Lösungskandidaten des Optimierungsproblems<br />

bestimmt. Sowohl für die Mutation wie auch für<br />

die Rekombination werden Individuen anhand der Fitnesswerte<br />

ausgewählt, welche die Grundlage der Individuen der nächsten<br />

Generation bilden. Im Rahmen der Mutation werden Variablenkombination<br />

einzelner Individuen zufällig verändert, sodass ein<br />

mutiertes Individuum in die nächste Generation übergeht. Bei der<br />

Rekombination werden die Variablenkombinationen zweier Individuen<br />

kombiniert, wodurch wiederum ein neues Individuum für die<br />

nächste Generation entsteht.<br />

40 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

„Eltern“<br />

„Nachkommen“<br />

REGELUNGSTECHNIK<br />

Der schrittweise Ablauf eines Algorithmuses nach [MATH17] ist in<br />

der Tabelle dargestellt. Zur Initialisierung des Algorithmus wird zuerst<br />

eine Population mit einer Anzahl von α Individuen mit zufälligen<br />

Variablenkombinationen erzeugt. Ausgehend dieser ersten<br />

Population werden zu Beginn eines jeden Optimierungsschrittes<br />

die Fitnesswerte der einzelnen Individuen der aktuellen Population<br />

bestimmt. Anhand der Fitnesswerte werden eine Anzahl von β Individuen<br />

ausgewählt, die als fortpflanzende Individuen zur Rekombination<br />

und Mutation verwendet werden. Ebenfalls anhand<br />

der Fitnesswerte werden γ Individuen mit den besten Fitnesswerten<br />

ausgewählt (sog. Eliten), um direkt in die Population der nächsten<br />

Generation überzugehen. Zu beachten ist dabei, dass die Anzahl γ<br />

der Eliten deutlich kleiner als die Anzahl β der fortpflanzenden<br />

Individuen ist. Nach der Wahl der Eliten werden δ Individuen durch<br />

Rekombination aus den fortpflanzenden Individuen erzeugt und<br />

der Population der nächsten Generation hinzugefügt. Anschließend<br />

wird die kommende Generation durch Mutation weiterer<br />

Individuen aufgefüllt, sodass diese wieder eine Anzahl von α Individuen<br />

beinhaltet. Jeder Optimierungsschritt wird durch das Ersetzen<br />

der aktuellen Population durch die Population der kommenden<br />

Generation abgeschlossen. Die Optimierungsschritte werden<br />

solange ausgeführt bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Eine<br />

sinnvolle Abbruchbedingung ist z. B. eine bestimmte Anzahl an<br />

Individuen mit Fitnesswerten innerhalb eines Bereichs und/oder<br />

eine gegen null strebende Änderungsrate des Fitnesswerts des<br />

stärksten Individuums.<br />

Der Vorteil des beschriebenen Genetischen Algorithmuses ist die<br />

universelle Einsatzfähigkeit, da der Algorithmus nicht auf stetige<br />

oder differenzierbare Funktionen angewiesen ist. Ein weiterer Vorteil<br />

liegt in der einfachen Parallelisierbarkeit des Algorithmuses, da<br />

die meist zeitaufwändige Berechnung der Zielfunktion/Fitnesswerte<br />

parallel auf mehrere CPU-Kerne verteilt werden kann. Nicht unerwähnt<br />

bleibt jedoch auch der Nachteil, dass besonders bei wenig<br />

rechenintensiven Zielfunktionen der Algorithmus aufgrund der<br />

Populationsgröße und dem damit verbundenen Rechenaufwand<br />

langsamer konvergiert als andere Optimierungsverfahren wie<br />

bspw. das klassische Newton-Verfahren.<br />

03<br />

r<br />

d<br />

04<br />

S/KS/T-Darstellung des Lageregelkreises<br />

K<br />

Funktionsweise von Genetischen Algorithmen<br />

Fitness<br />

Parameterkombination<br />

Überleben<br />

der Besten Rekombination Mutation<br />

w P<br />

w KS<br />

G m<br />

w T<br />

w P<br />

Sr<br />

w KS<br />

KSr<br />

w T<br />

Tr<br />

Beispielhafte Auslegung eines Lagereglers<br />

Im Folgenden wird eine beispielhafte Auslegung der Lageregelung<br />

einer Werkzeugmaschine mittels Genetischem Algorithmus<br />

vorgestellt. Zur Auslegung wird das Verhalten von zwei Achsen<br />

(x- und y-Achse) betrachtet, wobei ein Modell der Streckendynamik<br />

durch eine frühere Modellbildung bekannt ist [BERN17]. Das<br />

Modell der Streckendynamik wurde durch Systemidentifikation<br />

auf der Grundlage von gemessenen Führungsfrequenzgängen an<br />

verschiedenen Positionen erstellt. Hierzu wurde aus den Führungsfrequenzgängen<br />

jeweils eine Übertragungsfunktion ermittelt<br />

und anschließend eine nominelle Übertragungsfunktion<br />

berechnet, die einen gemittelten Führungsfrequenzgang wiedergibt.<br />

Die Abweichungen zwischen nomineller Übertragungsfunktion<br />

und den Übertragungsfunktionen an den Messpunkten der<br />

Führungsfrequenzgänge bilden die Grundlage eines Unsicherheitsmodells.<br />

Das Unsicherheitsmodell gibt in Kombination mit<br />

der nominellen Übertragungsfunktion das mögliche Streckenverhalten<br />

auch zwischen den Messpunkten wieder. Auf dieser<br />

Grundlage soll im Folgenden die Auslegung der P-Regler hinsichtlich<br />

der Konturabweichung zwischen den beiden Achsen,<br />

der Überschwingweiten und der robusten Performance der Regler<br />

veranschaulicht werden. Die sich für das Beispiel ergebende<br />

Kostenfunktion ist somit:<br />

Start<br />

Initialisiere die Population P mit α zufälligen Individuen x;<br />

Repeat<br />

Bestimme die Fitness der einzelnen Individuen J(x i<br />

);<br />

Selektiere β Eltern aus P anhand der Fitness;<br />

Füge γ Individuen mit der besten Fitness zur Population P‘ hinzu;<br />

For i = 1 To δ<br />

Erzeuge Individuum x i<br />

durch Rekombination;<br />

Füge x i<br />

zur Population P‘ hinzu;<br />

Next<br />

For j = 1 To α – γ – δ<br />

Erzeuge x j<br />

durch Mutation;<br />

Füge x j<br />

zur Population P‘ hinzu;<br />

Next<br />

Ersetze P durch P‘;<br />

Until Abbruchbedingung<br />

End<br />

Schrittweiser Ablauf eines Algorithmuses nach [MATH17]<br />

<strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong> 41

Proportionalwert Y-Achse [m/mm*min]<br />

Position [mm]<br />

05<br />

Konvergenz der Generationen des Genetischen<br />

Algorithmuses<br />

06<br />

Sprungantworten der optimierten Regelkreise<br />

2.5<br />

Isarithmen<br />

der Zielfunktion<br />

1. Generation<br />

10. Generation<br />

20. Generation<br />

40. Generation<br />

1<br />

0.95<br />

2<br />

0.8<br />

1.5<br />

0.6<br />

1<br />

0.4<br />

Sollwert<br />

X-Achse: X-400 Y650<br />

X-Achse: X400 Y50<br />

Y-Achse: X-400 Y650<br />

Y-Achse: X400 Y50<br />

0.2<br />

0.5<br />

0<br />

0.5 1 1.5 2 2.5<br />

Proportionalwert X-Achse [m/mm*min]<br />

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25<br />

Zeit [s]<br />

Hierbei gibt der Index x bzw. y die jeweilige Achse an. Für Konturabweichung<br />

wird ein Sollwertsprung als Sollwert für beide Achsen<br />

angenommen. Alle Kenngrößen werden zudem auf den Zahlenwert<br />

eins skaliert, sodass alle Kenngrößen zu näherungsweise gleichen<br />

Teilen in die Zielfunktion eingehen.<br />

In Bild 05 sind die Variablenkombinationen (Werte der P-Regler<br />

der beiden Achsen) der einzelnen Individuen für unterschiedliche<br />

Generationen dargestellt, wobei zusätzlich als Isarithmen die<br />

Resultate der Zielfunktion hinterlegt sind. Zu Beginn sind die<br />

Variablenkombinationen zufällig über den gesamten Wertebereich<br />

verteilt. Mit zunehmenden Generationen ist eine Konvergenz<br />

zum minimalen Wert der Zielfunktion deutlich zu erkennen, wobei<br />

bereits nach 20 Generationen eine Konzentration der Individuen<br />

um das Minimum festzustellen ist. Nach 40 Generationen stoppt<br />

der Algorithmus aufgrund der Abbruchbedingung, die mittels der<br />

Änderungsrate in den Fitnesswerten der Elternindividuen festgelegt<br />

wurde.<br />

Das Ergebnis der Optimierung ist in Bild 06 in der Form von<br />

gemessenen Sprungantworten an der realen Maschine dargestellt.<br />

Festzustellen ist, dass beide Achsen kein Überschwingen zeigen.<br />

Hinsichtlich der Positionierzeit konnte für die y-Achse ein positionsunabhängiger<br />

Wert von 0,113 s erreicht werden. Bei der x-Achse<br />

ist mit den Werten 0,126 und 0,138 s eine Positionsabhängigkeit<br />

feststellbar. Hinsichtlich der strukturierten Singulärwerte konnte<br />

ein Wert von 0,97 für die x-Achse und 0,96 für die y-Achse erzielt<br />

werden, womit die robuste Performance beider Achsen sichergestellt<br />

ist.<br />

Das hier gezeigte Beispiel einer Optimierung zweier P-Reglern<br />

einer Werkzeugmaschine zeigt das Potenzial des Genetischen Algorithmuses<br />

auf der Basis von summierten Kenngrößen der Streckendynamik.<br />

Hierbei ist die Struktur des Reglers und des Streckenmodells<br />

nicht von Bedeutung, sodass der Optimierungsalgorithmus<br />

für beliebige Streckenmodelle und zur Optimierung beliebiger<br />

Regler eingesetzt werden kann.<br />

dazu Kenngrößen zur Beschreibung der Anforderungen, die mittels<br />

einer Zielfunktion in der Optimierung berücksichtigt werden. Zur<br />

Optimierung wird ein Genetischer Algorithmus mit dem Vorteil<br />

der Strukturunabhängigkeit verwendet. So ist der Optimierungsalgorithmus<br />

vollständig unabhängig von der internen Struktur des<br />

Reglers und des Maschinenmodells.<br />

Für den herkömmlichen Lageregelkreis von Werkzeugmaschinen<br />

wurden in einem Beispiel die proportionalen Lageregler von zwei<br />

Achsen hinsichtlich Konturabweichung, Überschwingweite und robuster<br />

Performance ausgelegt. In zukünftigen Forschungsaktivitäten<br />

sollen moderne Regler nach dem Prinzip der modellprädiktiven<br />

Regelung, Regelkreissynthese oder H∞-Regelung auf die Werkzeugmaschine<br />

übertragen werden. Die in diesem Beitrag vorgestellte<br />

Methode bietet in diesem Kontext ein Werkzeug zur Auslegung der<br />

modernen Regler.<br />

Literaturverzeichnis:<br />

[BERN17] Berners, T.; Kehne, S.; Epple, A.; Brecher, C.: H∞ position control for<br />

machine tool feed drives. In: 7. WGP-Jahreskongress, 2017<br />

[BREC16] Brecher, C.; Berners, T.; Obdenbusch, M.: Plattformunabhängige<br />

NC-Kernerweiterung. Modellgetriebene Softwareentwicklung am Beispiel<br />

Lageregelung von Vorschubantrieben. In: wt Werkstattstechnik online. 106. Jg.,<br />

2016, Nr. 5, S. 320–324<br />

[KRAM09] Kramer, O.: Computational Intelligence. Berlin Heidelberg: Springer<br />

Verlag, 2009<br />

[MATH17] MathWorks: Global Optimization Toolbox: User’s Guide.<br />

Firmenschrift, 2017<br />

[RAIS94] Raisch, J.: Mehrgrößenregelung im Frequenzbereich. München:<br />

Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 1994<br />

[SKOG05] Skogestad, S.; Postlethwaite, I.: Multivariable Feedback Control.<br />

Analysis and Design. 2. Aufl. Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore:<br />

Wiley-Interscience, 2005<br />

[WECK06] Weck, M.: Werkzeugmaschinen 3. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 2006<br />

Fazit und Ausblick<br />

In diesem Beitrag wurde eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht<br />

die Lageregler von Werkzeugmaschinen optimal an die jeweiligen<br />

Anforderungen der Maschine anzupassen. Die Methode nutzt<br />

Förderhinweis<br />

Das Projekt wurde gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft<br />

(DFG) – Projektnummer: 394205384.<br />

42 <strong>antriebstechnik</strong> 1-2/<strong>2019</strong>

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