antriebstechnik 3/2019

antriebstechnik.de

antriebstechnik 3/2019

19174

3

Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.

www.antriebstechnik.de

März 2019

Elektromotoren

So lassen sich auch Bestandsmotoren im

Feld digital überwachen und analysieren

Lineartechnik

Linearantriebe bewähren sich

in Fräszentren

Kupplungen und Bremsen

Roboter sicher bremsen –

so geht‘s

Special

Integrated Automation,

Motion & Drives


SpeedCore

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EDITORIAL

Idee gesucht (m/w/d)

Liebe Lesenden,

ich musste zunächst einen kurzen Moment innehalten, um sicherzustellen,

wie ich Sie sozial korrekt anspreche. Liebe LeserInnen,

Leser_Innen, Leser*innen, Leser(innen) oder gar eine Doppelnennung

– es gibt eine Vielzahl an Formulierungen zur Gleichstellung

der Geschlechter. Während offizielle Stellen die gendersensible

Sprache begrüßen, tun sich Schreibende mit der neuen Regelung

noch schwer. Ist es doch Usus seit unseren Kindheitstagen das

generische Maskulinum zu verwenden, um die Allgemeinheit

anzusprechen. Auch mein persönliches Stilempfinden als

Redakteurin hadert mit dem ein oder anderen Ausdruck. War zuvor

noch die Rede von „fachmännischer Instandhaltung“ so heißt es

heute „fachkundige“, während der „Autor“ bzw. die „Autorin“ nun

zur „textschreibenden Person“ wird, um auch intersexuelle

Menschen zu berücksichtigen. Die Bemühungen um Gleichstellung

führen folglich zu kontroversen Diskussionen und unter anderem zu

absurden Formulierungen. Um den Lesefluss dennoch nicht zu

stören, obliegt es nun mir, meinen Sprachgebrauch zu prüfen und

mich mit ihm intensiv auseinanderzusetzen. Die bewusste

Kon frontation führt aber auch zu einer Reflektion und sorgt für

frischen Wind in der Ausdrucksweise. Der Leserschaft wird so mehr

Abwechslung geboten.

Mehr Lesefreude möchten wir auch Ihnen ab der kommenden

Ausgabe Ihrer antriebstechnik bieten. In neuem Gewand stellen wir

„die Idee“ in den Fokus. So viel sei schon verraten, wir begeben uns

auf Wissensreise und hinterfragen den Ideenursprung

und die Intention von Technologien.

Dem nicht genug, erkunden wir mit neuen

Redaktionsformen auch „Ideenschmieden“

im Land sowie ideengebende Persönlichkeiten,

die spannende Produkte zur

Marktreife gebracht haben. Denn auch in

Zeiten des Genderns suchen wir

unabhängig von Geschlecht, Religion

oder Herkunft Inspirationen und

Individuen –kurzum: die Idee.

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INHALT

20

26

36

Auf den Geschmack gekommen:

Intelligente Extrudersteuerung als Lösung

für die Kunststoffextrusion

Roboter sicher bremsen:

Unterschiedliche Wirkprinzipien

erleichtern die Bremsen-Auswahl

Höher geht’s wirklich nicht:

Industriegetriebe bewegen Rekord-

Seilbahn auf Zugspitze

EDITORIAL

3 Idee gesucht (m/w/d)

FVA-AKTUELL

6 Aktuelles von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik

MAGAZIN

5 Märkte, Unternehmen, Personalien und Veranstaltungen

8 Landmaschinenhersteller und Kunststoffspezialist starten

Pilotprojekt für mehr Nachhaltigkeit

ELEKTROMOTOREN

12 TITEL So lassen sich auch Bestandsmotoren im Feld digital

überwachen und analysieren

16 Im Bereich Virtual Reality finden sich neue Einsatzbereiche

für innovative FDB-Motoren

15 Produkt-Highlights

SPECIAL INTEGRATED AUTOMATION,

MOTION & DRIVES

36 Industriegetriebe bewegen Rekord-Seilbahn

38 Einbaufertige Carbon-Zahnriemenachse ermöglicht genaue

Messungen in der Sensorproduktion

40 Planetengetriebe bringen dynamische Performance für

Media-Informationssystem

42 Leiser Antrieb sorgt für dynamische Klavier-Klänge

45 Produkt-Highlights

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

46 Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit durch Inline-Festwalzen

RUBRIKEN

28 Impressum

28 Inserentenverzeichnis

STEUERN UND AUTOMATISIEREN

20 Intelligente Extrudersteuerung als Lösung für die

Kunststoffextrusion

22 Produkt-Highlights

KUPPLUNGEN UND BREMSEN

24 Ausgleichskupplungen für unterschiedliche Anforderungen

in Prüfständen

26 Unterschiedliche Wirkprinzipien erleichtern die

Bremsen-Auswahl

28 Produkt-Highlights

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LINEARTECHNIK

30 Linearantriebe bewähren sich in den

Hochgeschwindigkeits-Fräszentren

32 Positioniersystem entspricht Anforderungen von Industrie 4.0

34 Produkt-Highlights

TITELBILD

Siemens AG,

Nürnberg

4 antriebstechnik 3/2019


MAGAZIN

Neue Geschäftsführerin bei Rodriguez

Nicole Dahlen ist zur Geschäftsführerin Vertrieb, Marketing und

Organisation bei Rodriguez ernannt worden. Die Managerin ist

seit 29 Jahren bei dem Hersteller von Lineartechnik und Präzisionslagern

tätig. Zuletzt hatte sie den Posten des Director

Sales+Marketing bekleidet und war seit 2015 Prokuristin. Im

Laufe ihrer Betriebszugehörigkeit

hat Nicole

Dahlen alle Abteilungen

des Unternehmens

durchlaufen und auch

die für das Unternehmen

wichtige Entwicklung

vom Händler zum

Hersteller kundenspezifischer

Systemlösungen

miterlebt, vom

Wechsel der Betriebsstandorte bis hin zum Auf- und Ausbau der

Eigenfertigung. Berufsbegleitend durchlief sie über ihre gesamte

Laufbahn hinweg externe technische und kaufmännische Weiterbildungen

sowie Management-Programme. Nicole Dahlen verstärkt

nun Gunther Schulz in der Unternehmensleitung. Der geschäftsführende

Gesellschafter hat Rodriguez 1984 gegründet und zu

einem international aufgestellten Unternehmen entwickelt.

www.rodriguez.de

Siemens fördert den Einsatz von OPC UA

mit TSN

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ist maßgebend für die Temperaturbeständigkeit

bis 200 °C und die lange Lebensdauer

bei hohen Belastungen.

Siemens begrüßt die von der OPC Foundation kürzlich bekanntgegebene

Initiative, die Standardisierungs- und Harmonisierungsaktivitäten

für OPC UA auch auf TSN-fähige Ethernet-Netzwerke

für die Feldebene auszuweiten. Siemens arbeitet aktiv in allen

relevanten Standardisierungsgremien wie z. B. IEEE, IEC, IETF,

PNO, OPC F sowohl als Editor als auch oftmals als Convenor bzw.

Leiter von Arbeitsgruppen mit. Jüngstes Beispiel ist die Gründung

der internationalen Standardisierungsgruppe IEC/IEEE 60802

durch Siemens. Diese Gruppe standardisiert das sogenannte

„TSNIA Profile“, das TSN-Profil für die industrielle Automatisierung.

Hierdurch soll ein konvergentes TSN-Netzwerk für die

industrielle Automatisierung sichergestellt werden: Unterschiedliche

Applikationen und Protokolle wie OPC UA, Profinet, Ether-

Net/IP, usw. können von verschiedenen Herstellern über ein gemeinsames

Netzwerk betrieben werden. Zusätzlich wird eine geeignete

Auswahl von IEEE Basisstandards getroffen, sodass verschie dene

Protokolle auf ein und derselben Hardwarebasis betreibbar sind.

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Verschränkung und verschiedenste

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FVA AKTUELL

Fertigungsgerechte Primerprozesse für das

mediendichte Umspritzen großer mechatronischer

Komponenten

Im Forschungsvorhaben „PRIME“ wurden Prozesse entwickelt, um Metalldurchführungen

mediendicht mit Kunststoff zu umspritzen. Zu diesem

Zweck müssen die Leiterrahmen von Mechatronikgehäusen mit reaktiven,

polymeren Haftvermittlern versehen werden. Im Vorhaben wurden dazu

unterschiedliche Beschichtungsverfahren und -prozesse untersucht und

entwickelt. Da nicht bekannt war, welche Materialien

sich eignen, ist zuvor ein wirksamer Haft-

Forschungsvorhaben

vermittler experimentell bestimmt worden.

FVA 746 I

Parallel wurde die Wirkung verschiedener Stanzkantengeometrien

untersucht. Die Maßnahmen

IGF-Nr. 18734 N

zur Prozessgestaltung wurden dann abschließend u. a. durch Temperaturschocksequenzen

zwischen – 40 und + 150 °C qualifiziert.

Bei der geometrischen Modifikation der Stanzteile sind zwei Varianten

detaillierter untersucht worden. Zum einen wurden die Kanten verrundet;

zum anderen wurden die Kanten durch eine Mäanderstruktur

gezielt unterbrochen. Weitere Untersuchungen hatten gezeigt, dass

Leckagepfade besonders an den Stanzkanten auftreten.

Bei den Haftvermittlern waren vor allem UV- und wärmehärtende Materialien

wirksam. Diese lassen sich nach dem Auftrag sekundenschnell

fixieren, durch entsprechende Additive bleiben die Materialen jedoch

thermisch reaktiv. So kann die Wärme im Spritzgießprozess genutzt

werden, um die Werkstoffe stoffschlüssig miteinander zu verbinden.

Besonders wirksam war dabei ein hochviskoses Acrylat mit einer Aktivierungstemperatur

von 150 °C, genannt „UV Primer“, das mit einer

Schichtdicke von > 100 µm aufgetragen wird.

Der Auftrag erfolgte vorrangig über einen automatisierten, selektiven

und inlinefähigen Dispensierprozess. Durch die gezielte Kantenverrundung

konnte dabei eine vollständige Benetzung der Stanzkanten und

-flächen und somit ein homogener Materialauftrag realisiert werden.

Die genannte Prozesskette, wie Leiterrahmengestaltung, homogener

Auftrag, UV-Fixierung und Reaktivierung beim Spritzgießen, haben die

Dichtheit entlang der Stanzteile, gemessen an der Leckrate, um mehr als

zwei Größenordnungen verbessert. Die Dichtheit der Gehäuserahmen

liegt nun bei ~ 5 × 10 -4 mbar*l/s. Bei den 2- und 3-poligen Durchführungen

liegt die Leckrate sogar bei < 5 × 10 -5 mbar*l/s und somit eine

Benzindichtheit vor. Infolge der Temperaturschockbelastung hat die

Wirkung bei einigen Versuchsträgern allerdings zwischen 500 und

1 000 Zyklen nachgelassen. In Kombination mit der Mäanderform wurde

die Wirkung jedoch beibehalten, sodass auch nach 1 000 Zyklen noch

eine Benzindichtheit vorlag.

Die Prozesse lassen sich zeitnah und kosteneffizient in die bestehenden

Fertigungsabläufe, z. B. im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, integrieren. Diese

können entweder bei den Unternehmen im Bereich Kunststofftechnik

oder als zusätzliche Lohndienstleistung im Bereich Stanztechnik etabliert

werden. Im Vorhaben wurde die Anprägung zur Kantenverrundung

bereit auf industrieller Ebene mit dem seriellen Stanzprozess vereint.

Folgen müssen nun der serielle Auftrag sowie die serielle UV-Fixierung.

Hierfür sind die entsprechenden Anlagentechniken zu integrieren, für

die ein breites Spektrum an Herstellern besteht.

Im Weiteren sollte die Härtungskinetik des UV-Primers noch genau auf

die Spritzgießparameter angepasst werden, z. B. über die Aktivierungstemperatur,

um eine optimierte Langzeitbeständigkeit zu ermöglichen.

Betriebsfestigkeitsnachweis von

ADI-Gussbauteilen

Untersuchung von ADI-Gussbauteilen auf ihre zyklische

Festigkeit bei verschiedenen Mittelspannungen. Austempered

Ductile Iron ist ein wärmebehandeltes Gusseisen

mit Kugelgraphit, das im Vergleich mit klassischem Gusseisen

mit Kugelgraphit verbesserte Festigkeits- und

Zähigkeitseigenschaften aufweist.

Auf Basis eines Versuchsprogramms

sowie Versuchsdaten aus

der Literatur wird die Schwingfestigkeit

von ADI-Gussbauteilen

Forschungsvorhaben

FVA 743 I

IGF-Nr. 18567 N

untersucht und mit Berechnungen und Berechnungsansätzen

aus der FKM-Richtlinie abgeglichen. Das Versuchsprogramm

umfasst dabei u. a. Flachbiege- und Torsionsversuche

bei unterschiedlichen Mittelspannungen.

Die Ergebnisse zeigen, wie auch in der Literatur bereits

bekannt, dass ein Werkstoff mit höherer Zugfestigkeit nicht

zwangsweise auch eine höhere Schwingfestigkeit aufweist.

Dies gilt insbesondere im Bereich hoher Zugfestigkeiten.

Damit ist die Vorgehensweise der FKM-Richtlinie zur

Bestimmung der Werkstoff-Wechselfestigkeit auf Basis der

Zugfestigkeit nicht allgemein auf ADI-Werkstoffe übertragbar.

Für Faktoren der Richtlinie wie z. B. die Mittelspannungsempfindlichkeit

ergibt sich jedoch eine gute

Übereinstimmung. Zur Berücksichtigung der Geometrie

werden im Projekt die werkstoffmechanischen Stützzahlen

unter Berücksichtigung des hochbeanspruchten Volumens

genutzt. Diese liefern in weiten Teilen ebenfalls gute Übereinstimmungen

mit den Versuchsergebnissen. Die durchgeführten

Torsionsversuche zeigen eine geringere Schubempfindlichkeit

der untersuchten Werkstoffe als in der

Richtlinie für Gusseisen mit Kugelgraphit „GJS“ angegeben

ist. Die Richtlinie liegt auf der konservativen Seite, womit

der Werkstoff hier noch zusätzliches Potenzial bietet.

Die durchgeführten Versuche unter mehrachsiger Belastung

zeigen eine lebensdauerverlängernde Wirkung unter

zeitlich phasenverschobener Belastung. Die Ergebnisse

zeigen die Bereiche in denen die FKM-Richtlinie anwendbar

ist und wo ihre Anwendungsgrenzen für die Berechnung

von ADI-Gussbauteilen liegen. Es werden Berechnungshinweise

gegeben und mögliche Anpassungen für

die Werkstoffgruppe ADI vorgeschlagen.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18567 N wurde über die AiF

im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen

Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für

Wirtschaft und Energie gefördert.

Autor: Torben Engelke, Institut für Maschinelle Anlagentechnik

und Betriebsfestigkeit, IMAB, TU Clausthal

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

Christian Kunze, Tel.: 069/6603-1674

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18734 N wurde über die AiF im Rahmen des

Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung

(IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Autor: Fabian Eltermann, Institut für Mikrosystemtechnik – IMTEK,

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

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

Alexander Raßmann, Tel.: 069/6603-1820

Forschungsvereinigung

Antriebstechnik e. V.

Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt

Tel.: 069 / 6603-1515

E-Mail: info@fva-net.de

Internet: www.fva-net.de

6 antriebstechnik 3/2019


MAGAZIN

Rheintacho strukturiert um und zieht positive Bilanz

Mit einem Zuwachs von 14 % gegenüber

dem Vorjahr meldet Rheintacho Messtechnik

für 2018 erneut ein starkes Umsatzplus.

Dazu beigetragen hätten größere Vertragsabschlüsse

als Folge einer erfolgreichen

Produktpolitik, darunter neue Sensortechnologien.

Um die mit dem prognostizierten

weiteren Wachstum einhergehenden Herausforderungen

zu meistern, wurde die eigene

Organisation angepasst und verstärkt. Gemeinsam

mit Christoph Mozer bildet Elmar

Lackermaier, der zuvor der Entwicklung

vorstand, nun die Führungsspitze der

Rheintacho Messtechnik GmbH. Die Position der Entwicklungsleitung hat bereits Anfang

Februar 2018 Peter Cisar übernommen. Gleichzeitig wurde Wolfang Sexauer, Leiter

Vertrieb & Marketing, die Prokura übertragen. Seit Mai letzten Jahres ist auch Dr. Andreas

Gombert als Chief Operation Officer mit an Bord. In dieser Position verantwortet er die

Organisation und Steuerung der Fertigungs- und Logistikprozesse.

www.rheintacho.de

Instandhaltung von extern richtig planen

Wie eine Fremdvergabe von Instandhaltungsleistungen an Maschinen und Anlagen

erfolgreich gestaltet wird, ist das Thema eines Praxistags von TMM am 28. März in

München. Denn vor einer Fremdvergabe ist eine eingehende Analyse notwendig. Zum

Problem kann es z. B. werden, wenn der Auftraggeber bei der Suche nach dem Billigsten

vergisst, dass bei der Maschinen- und Anlageninstandhaltung jeder Fehler mehrfach zu

Buche schlägt, schlimmstenfalls durch Maschinenstillstände. Wichtige Aspekte, die

vor der Vergabe festgelegt werden müssen, sind neben der Technik auch eine exakte

Leistungsdefinition, die Vertragsform, die Dokumentation, der Wissenstransfer, die

Kommunikation und die Qualitätssicherung. Erst

wenn all dies abgeklärt ist, sollte über den

Preis gesprochen werden. Infos und Anmeldung

zum Praxistag „Zukunftsweisende Lösungsansätze

bei der Fremdvergabe von Instandhaltungsleistungen“

unter folgender E-Mail-Adresse:

eva.winkler@tmm-muenchen.de oder telefonisch

unter 089/1403-532.

www.tmm-muenchen.de

[

]

... das man kaum sieht

STW erwirbt Teilbereich von Intus

Sensor-Technik Wiedemann (STW) übernimmt den Geschäftsbereich „Zentralelektriken“

von Intus Elektronik mit Sitz in Göppingen. Durch den Kauf dieses Teilbereichs von

Intus (ehemals Teil von Erni Electronic Solutions) erweitert STW ihr Portfolio für intelligente

Bordnetze und Leistungsverteilung. Neben Steuerungen und Displays spielen die

Zentralelektriken eine wichtige Rolle bei der Automatisierung mobiler Arbeitsmaschinen.

In kleineren und mittelgroßen Maschinen können sie Schaltschränke ersetzen und

führen zu Einsparung bei der Verkabelung. Intus ist eine Tochter der Fidelitas Industrieholding,

die Unternehmensnachfolgen im süddeutschen

Mittelstand realisiert und sich dabei auf

Unternehmen in Sondersituationen spezialisiert

hat. Intus arbeitet zunächst wie bisher alle Kundenaufträge

als Dienstleisterin für STW ab. Ihre

Leistungsschwerpunkte werden zukünftig die

eines EMS-Dienstleisters sein, also eines Auftragsfertigers

für elektronische Anwendungen.

www.sensor-technik.de

www.fidelitas-industrieholding.de


MAGAZIN

Ist das Recycling von Stopfen

sinnvoll realisierbar?

Landmaschinenhersteller und Kunststoffspezialist starten

Pilotprojekt für mehr Nachhaltigkeit

In der Produktion von

Landmaschinen setzt Grimme

Schutzelemente aus Kunststoff

von Pöppelmann Kapsto ein.

Gemeinsam wollen die beiden

Unternehmen nun für mehr

Nachhaltigkeit im Umgang mit den

Materialien sorgen: Ein Pilotprojekt

erprobt den geschlossenen

Materialkreislauf für die

Schutzkappen und Stopfen –

und wird bei Erfolg ausgedehnt.

Antje kleine Holthaus ist Marketingbeauftragte

Kapsto bei der Pöppelmann

GmbH & Co. KG in Lohne

Die Grimme Gruppe ist spezialisiert auf

Landmaschinen: Über 150 Maschinentypen

aus den Bereichen Kartoffel-, Rübenund

Gemüsetechnik hat sie in ihrem Produktprogramm.

Zur Gruppe zählen neben

der Grimme Landmaschinenfabrik mit Sitz

in Damme und Rieste u. a. auch der nordamerikanische

Kartoffel- und Rübentechnikhersteller

Spudnik in Blackfoot, Idaho,

und der dänische Gemüsetechnikhersteller

Asa-Lift in Sorö.

Seit mehr als 25 Jahren arbeitet die

Grimme Gruppe eng mit Pöppelmann

Kapsto zusammen. Die Division Kapsto

stellt Kunststoff-Schutzelemente für verschiedene

Anwendungen her. Zur Produktfamilie

gehören u. a. Schutzstopfen und

-kappen, Griff- und Schraubkappen sowie

individuell auf besondere Anwendungen

abgestimmte Elemente, die Außengewinden,

Bolzen, Leitungen und vielem mehr

einen optimalen Schutz während der

Fertigung, der Lagerung und dem Transport

bieten. Sie bewahren z. B. Innen- und

Außenkonturen vor Beschädigung und verhindern

das Eindringen von Schmutz in

sensible, sicherheitsrelevante und funktionsentscheidende

Bauteile. Die Kapsto

Schutzelemente werden für unterschiedlichste

Zielmärkte produziert, z. B. Hersteller

und Zulieferer der Automobilindustrie,

Maschinenbau, Bauwesen, Elektronik, Hydraulik,

Pneumatik sowie Mess-, Steuerund

Regelungstechnik.

Auch bei Grimme sorgen die Kunststoffelemente

für den optimalen Schutz von

Bauteilen in der Produktion. Sie werden

hier z. B. für Innen- und Außengewinde,

Hydraulikleitungen und Überwurfmuttern

eingesetzt. Der Landmaschinenhersteller

verwendet Produkte verschiedener Normreihen

wie die Quadrat- und Rechteckstopfen

GPN 260 und 270 zum Verschließen von

Profilrohren, Lamellenstopfen GPN 320 für

Rundrohre, besonders flache, bauraumsparende

Abdeckungen GPN 910, Sechskantkappen

GPN 1000 zum Schutz von Bolzen

und Muttern sowie weitere Sechskantkappen

GPN 1050, die Überwurfmuttern

von Hydraulikleitungen schützen.

Gemeinsames Engagement

Die Kapsto Schutzelemente, die sich einfach

montieren und demontieren lassen,

landeten bei Grimme bisher nach Gebrauch

im Abfall. Als Spezialist für Kunststoffe sieht

sich die Pöppelmann Gruppe in der Pflicht

und setzt sich stark dafür ein, die Nachhaltigkeit

ihrer Produkte zu steigern. Eine neue

unternehmensweite Initiative unter dem

Namen Pöppelmann Blue bündelt innerhalb

der Gruppe alle Aktivitäten, die eine

durchgängige Kreislaufwirtschaft vorantreiben.

„Mit Pöppelmann Blue streben wir, wo

möglich, einen geschlossenen Materialkreislauf

an, bei dem der verwendete Kunststoff

aus ein und derselben Wertschöpfungsstufe

stammt. In der Praxis heißt das

beispielsweise, ein von uns hergestelltes

Produkt landet nach Verwendung im gelben

Sack, durchläuft einen Wiederaufbereitungsprozess

und wird danach zu einem

neuen Produkt, das ausschließlich aus dem

Recyclingmaterial besteht“, erklärt Matthias

Lesch, Leiter Marketing und Innovation.

Mit dem langjährigen Kunden Grimme

fand sich ein idealer Partner, um erste

8 antriebstechnik 3/2019


Erfahrungen mit dieser Initiative zu sammeln,

wie Thorsten Koldehoff beschreibt:

„Die Wahl fiel auf Grimme, weil das Unternehmen

hier in der Region ansässig und

damit über kurze Transportwege gut

erreichbar ist. Als Familienunternehmen

hat Grimme ähnliche Unternehmensstrukturen

wie Pöppelmann und vertritt vergleichbare

Werte. Auch in der Prozessabwicklung

sprechen wir ‚die gleiche Sprache’. Nicht zuletzt

haben wir in 25-jähriger Partnerschaft

gute persönliche Kontakte aufgebaut.“

Der Landmaschinenhersteller war schnell

offen für das Projekt. Denn auch bei Grimme

wird Engagement für mehr Nachhaltigkeit

im Unternehmen an vielen Stellen gelebt.

Und so ließ sich der Maschinenbauer

gern auf ein Pilotprojekt ein. Es sieht vor,

bisher genutzte Schutzelemente zukünftig

aus dem innovativen Recyclingmaterial

Pöppelmann Blue zu beziehen und dafür

zu sorgen, dass diese nach Gebrauch

wieder dem Recyclingprozess zugeführt

werden, um einen geschlossenen Materialkreislauf

zu gewährleisten. Die Zustimmung

geschah unter einer Bedingung, wie

Bernhard Stärk, Leiter Hydraulik, Elektrotechnik

& Technische Dienste bei Grimme,

erklärt: „Wir verwenden die verschiedenen

Schutzelemente unter anderem im Hydraulikbereich.

Aus technischer Sicht war uns

wichtig, dass das neue Material die Qualität

der Schutzelemente nicht verändern darf

und keinen Einfluss auf unsere Produktionsprozesse

hat.“

Erfolgreiche Testphase im Gang

Grimme erhält nun zunächst die Produkte

einer verwendeten Baureihe, nämlich der

Sechskantkappen GPN 1050 zum Schutz

von Überwurfmuttern der Hydraulikleitungen,

aus dem Recyclingmaterial. Dieses

besteht zu 100 % aus Recyclingmaterial und

ist hinterher zu 100 % als Schutzelement

wiederverwertbar. So entsteht ein geschlos-

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01 Die Schutzkappen aus der

Hydraulikmontage eignen

sich – dank nur geringer

Verschmutzung –

ausgezeichnet für den

Recyclingprozess

Das ist Bewegung.


MAGAZIN

02 Die Sechskantkappen GPN 1050 wurden für einen geschlossenen Materialkreislauf

umgestellt und schützen die Überwurfmuttern von Hydraulikleitungen in der

Landmaschinenproduktion

sener Materialkreislauf. In der Produktion

bei Grimme landen die Schutzkappen nach

dem Entfernen nun nicht mehr im Abfall,

sondern in Sammelbehältern. Da die

Kunststoffprodukte ausschließlich aus der

Hydraulik-Montage stammen, sind sie nur

leicht verunreinigt, sodass sie problemlos

zu Rezyklat verarbeitet werden können.

„Produkte aus anderen Verwendungsbereichen,

die zum Beispiel große Mengen an

Lackresten aufweisen, erschweren einen

Recyclingprozess, bei dem am Ende ein für

den Einsatzzweck gleichwertiger Kunststoff

neu ent stehen soll. Daher ist dieser Anwendungsbereich

hervorragend geeignet für

eines unserer Starter-Projekte im Rahmen

von Pöppelmann Blue“, freut sich Koldehoff.

Regelmäßig werden die Sammlungen

ab geholt. Schon jetzt fallen pro Woche etwa

vier bis fünf Säcke Recyclingmaterial an.

Pöppelmann kümmert sich um die Sortierung,

damit es der Wiederaufbereitung –

entweder direkt im Unternehmen oder bei

Spezialbetrieben – zugeführt werden kann.

„Aktuell erproben wir noch verschiedene

Wege, um zum optimalen Wiederaufbereitungsprozess

für einen geschlossenen

Materialkreislauf zu gelangen“, erklärt

Koldehoff. Eine Variante ist der Einsatz von

Post-Industrial Regrind (PIR). Darunter versteht

man Rezyklate, die auf Kunststoffteilen

basieren, die in der Industrie anfallen. Diese

Kunststoffteile können dann durch eine

Compoundierung zu Regranulat verarbeitet

werden. Eine zweite Möglichkeit ist die

Verwendung von Mahlgut. Hierfür werden

ebenfalls Kunststoffteile aus der Industrie

gesammelt und von Fachbetrieben sortenrein

gemahlen. Die fachgerechte Aufbereitung

bringt einen sauberen und gleichwertigen

Sekundär-Kunststoff hervor. Schließlich

ist auch die Verwendung von Post-Consumer

Regrind (PCR) eine Option. Darunter

versteht man das

Material, das z. B.

aus den Wertstoffsammlungen

von Der

Grüne Punkt –

Duales System

Deutschland

GmbH (DSD) stammen

kann. Diese Abfälle

werden selektiert, sortenrein

sortiert und ebenfalls

wiederaufbereitet. Möglich

wäre es auch, Material

aus diesen verschiedenen

Quellen zu mischen. „Wir

setzen uns mit allen denkbaren

Varianten auseinander.

Welche wir in Zukunft

im Einzelfall einsetzen,

hängt von den jeweils spezifischen

Anforderungen

unserer Anwender ab“,

erklärt Koldehoff.

Das Projekt von Grimme und Pöppelmann

befindet sich aktuell noch in der

Testphase. Beide Partner ziehen aber

bereits jetzt eine positive Zwischenbilanz.

Koldehoff meint: „Wir haben zunächst mit

einer Baureihe begonnen. Wenn alles wie

erwartet funktioniert, lautet unser Plan,

nach und nach alle Produkte auf das neue

nachhaltigere Material Pöppelmann Blue

umzustellen.“ Bernhard Stärk ergänzt:

„Unsere Mitarbeiter an der entsprechenden

Stelle in der Produktion haben sich schon

daran gewöhnt, die Schutzelemente in

Sammeltonnen zu entsorgen. Ich bin

sicher, dass dies in anderen Prozessschritten

genauso gut funktionieren wird.“

Auch bei Pöppelmann soll das Pilotprojekt

nur der Anfang sein und viele weitere

unter dem Dach der Initiative sollen folgen.

03 Schutzkappen und -stopfen werden nach der Demontage

zukünftig zur Wiederaufbereitung zurückgeführt

„Wir sind überzeugt davon, dass es nur

gemeinsam gelingt, Lösungen für die aktuellen

gesellschaftlichen Herausforderungen in

Sachen Umwelt- und Klimaschutz zu entwickeln.

Wir möchten das Thema in engen

Partnerschaften wie dieser weiter vorantreiben.

Es birgt eine große Chance für die

europäische Industrie und insbesondere die

Kunststoffbranche, eine weltweite Führungsrolle

bei neuen Techno logien und Materialien

zu übernehmen. Mit der unternehmensweiten

Initiative Pöppelmann Blue nehmen wir

zusammen mit Grimme diese Herausforderung

an. Viele weitere Projekte sollen folgen“,

sagt Koldehoff abschließend.

Fotos: Aufmacher + 01: Grimme; 02– 03: Pöppelmann

www.poeppelmann.de

10 antriebstechnik 3/2019


MAGAZIN

Bosch übernimmt EM-motive vollständig

Bosch übernimmt den Elektromotoren-Hersteller EM-motive. Die EM-motive

GmbH wurde 2011 als paritätisches Gemeinschaftsunternehmen von Bosch und

Daimler gegründet und produzierte bis heute rund 450 000 Elektromotoren. Für

die derzeit rund 340 Mitarbeiter von EM-motive in Stuttgart und Hildesheim

habe die Änderung der Gesellschafterverhältnisse keine unmittelbaren Auswirkungen,

hieß es von Bosch. Das Joint Venture war gegründet worden, um den

Einstieg in die Elektromotoren-Fertigung für beide Partner früh zu ermöglichen

und wirtschaftlich zu gestalten. Bosch hatte sich bereits bei der Gründung eine

Option auf den Erwerb der Anteile gesichert. Mit den Elektromotoren des Unternehmens

werden bereits Fahrzeuge z. B. von Daimler, Porsche, Fiat, Volvo, Peugeot

und StreetScooter ausgestattet. Der Erwerb erfolgt vorbehaltlich der Zustimmung

der Kartellbehörden. Über den Kaufpreis und die weiteren Modalitäten des Erwerbs

wurde Stillschweigen vereinbart.

www.bosch.com

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Neuer Geschäftsführer

bei Turck Österreich

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Herbert Salzgeber hat im Januar

die Leitung der österreichischen

Landesgesellschaft von Turck

übernommen. Der Diplom-Betriebswirt

ist Automatisierungsspezialist

mit langjähriger Vertriebserfahrung.

Salzgeber übernimmt

die Position von Stephan

Auerböck, der das Unternehmen

Ende Dezember nach mehr als

25 Jahren auf eigenen Wunsch

verließ. Auerböck will sich außerhalb

der Automatisierungsbranche

neu orientieren. „Wir freuen

uns, mit Herbert Salzgeber einen

ausgewiesenen Automatisierungsprofi

gefunden zu haben, der seit

Jahrzehnten im österreichischen

Markt zuhause ist“, kommentierte

Christian Wolf, Geschäftsführer

der Turck-Holding, den Wechsel

im Management. „Wir sind überzeugt,

mit Herbert Salzgeber den

Weg der Turck GmbH in Österreich

nicht nur fortsetzen, sondern das

Wachstum signifikant steigern zu

können. Gleichzeitig gilt unser

Dank Stephan Auerböck, der seit

1992 für Turck aktiv war.“

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Digitale, cloudbasierte Angebote von

Siemens machen den Betrieb von

Antriebssystemen transparenter und

effizienter. Damit lassen sich Ausfälle

minimieren und die Verfügbarkeit

steigern, was letztlich höhere

Produktivität für die Anlagen der

Kunden bedeutet. Jetzt können auch

Bestandsmotoren im Feld digital

überwacht und analysiert werden.

Die notwendige Intelligenz dafür

lässt sich ganz einfach nachrüsten.

Henning Hoehnert ist Head Produkt- und

Portfoliomanagement LV Antriebstechnik und

Matthias Manger ist Head Produkt- und

Portfoliomanagement Digitalisierung LV

Motoren, beide bei der Siemens AG in Nürnberg


TITEL I ELEKTROMOTOREN

Motoren sind die treibende Kraft unzähliger Prozesse und damit

ein wichtiger Bestandteil zum Erfolg jedes produzierenden

Unternehmens. Störungsfrei laufende Motoren sind die Voraussetzung

für eine zuverlässige und effiziente Produktion. Der Ausfall

eines relevanten Antriebs führt zu ungeplanten Maschinenstillständen

mit oft kostenintensiven Folgen. Deshalb ist es wichtig, rechtzeitig

anormale Betriebszustände oder Wartungsbedarfe der

einzelnen Antriebskomponenten zu kennen, um in jedem Fall

angemessen (re)agieren zu können.

Mit der Motorenreihe Simotics SD Next Generation und der Konnektivitätsmodul

Simotics Connect 400 hat Siemens eine ebenso

einfache wie effiziente Form des Condition Monitorings und Flottenmanagements

vorgestellt: Die cloudbasierte Datenanalyse mit

Sidrive IQ Fleet.

Digital überwachen, analysieren und optimieren

Motoren sind vom ersten Anlauf an einem ständigen, unterschiedlich

gearteten Verschleiß bestimmt von Einsatzdauer, Umgebungsbedingungen

und Lastzyklen ausgesetzt. Die MindSphere Applikation

Sidrive IQ Fleet unterstützt Anlagenbetreiber dabei, den

Betriebszustand ihrer Motoren zuverlässig, sicher und kom fortabel

zu überwachen. Spezielle Algorithmen können sich ver änderndes

und anomales Betriebsverhalten frühzeitig erkennen, sodass das

Risiko von Motorausfällen deutlich reduziert wird.

Wer produktiver und effizienter werden will, muss Potenziale

und geeignete Stellhebel identifizieren und neben dem Betrieb

auch die Wartung seiner Anlagen optimal planen. Sidrive IQ Fleet

ermöglicht den Aufbau eines effizienten Flottenmanagementsystems,

das auch umfangreiche Fertigungsprozesse mit vielen

Motoren transparent darstellt – die Basis für Optimierung.

Der Wartungsaufwand kann insbesondere bei größeren Anlagen

mit langer Anfahrt des Servicetechnikers erheblich sein. Mit

Sidrive IQ Fleet lassen sich die Servicemaßnahmen z. B. durch

einfache Ersatzteilplanung deutlich optimieren. Das System liefert

wichtige Informationen zu den eingesetzten Siemens-Produkten

aus dem digitalen Zwilling und den richtigen Ersatzteilen oder

Wartungs anweisungen aus dem Handbuch. Es macht den Wartungsverlauf

transparent und gibt Handlungsempfehlungen,

die dazu beitragen, die Lebens dauer der Motoren und Umrichter

zu verlängern. Des weiteren ermöglicht Sidrive IQ Fleet dem

Kunden seine Wartungsplanung zu optimieren und Wartungszyklen

ggf. zusammenzu fassen. Mit der App kann sich der Standort

jeder Antriebskomponente weltweit lokalisieren lassen, schnell

und komfortabel.

Daraus resultieren eine deutlich bessere Verfügbarkeit, Effizienz

und Performance der überwachten Antriebssysteme. Was letztendlich

zu höherer Produktivität der Kundenanlage führt und die Basis

legt für ein nachhaltig erfolgreiches, zukunftsfähiges Unternehmen.

Simotics Connect 400 enthält die erforderlichen Sensoren für die

Erfassung von Motorvibrationen, der Temperatur und des magnetischen

Flusses, ein WLAN-Kommunikationsmodul sowie eine

Batterie für den autarken Betrieb. Im Modul werden die erfassten

Daten vorverarbeitet, gespeichert und täglich zur cloudbasierten

Auswertung nach Sidrive IQ Fleet übertragen.

Spezielle Algorithmen generieren daraus aussagekräftige Kennzahlen

(Key Performance Indicators kurz KPIs), die den Zustand

der Motoren beschreiben. Daraus lassen sich wiederum konkrete

Handlungsanweisungen ableiten und bei Bedarf erzielen Anwender

damit auch für Bestandsmotoren eine noch höhere Zuverlässigkeit

und Verfügbarkeit, bessere Performance und Effizienz sowie

optimierte Serviceability und damit eine längere Lebensdauer.

Einfache Anbindung

Das in Kürze auch separat lieferbare Konnektivitätsmodul Simotics

Connect 400 wird einfach am zu überwachenden Motor befestigt

01 Mit der cloudbasierten Applikation Sidrive IQ Fleet lässt sich der

Betriebszustand weltweit eingesetzter Motoren sicher überwachen

Jetzt auch für Bestandsmotoren am Netz

In Kürze können direkt am Netz betriebene Siemens-Niederspannungsmotoren

der Baugrößen AH132 bis AH450 mit dem Konnektivitätsmodul

Simotics Connect 400 nachgerüstet werden. Damit sind

diese Motoren ohne weitere bauliche Veränderung bereit, Betriebsdaten

zu der cloudbasierten Sidrive IQ Fleet App zu senden.

02 Über das Konnektivitätsmodul Simotics Connect 400 sind nun auch

Bestandsmotoren im Feld einfach in die Überwachung zu integrieren

antriebstechnik 3/2019 13


ELEKTROMOTOREN I TITEL

03 Die Analyse der Betriebsdaten minimiert das Ausfallrisiko und optimiert die

Verfügbarkeit von Siemens Niederspannungsmotoren

04 Das Konnektivitätsmodul Simotics Connect 400 wird

einfach am zu überwachenden Motor befestigt

und mit wenigen Handgriffen in Betrieb genommen: Deckel öffnen,

Batteriestecker anschließen, Box wieder schließen – und das Modul

ist betriebsbereit.

Für die Inbetriebnahme von Simotics Connect 400, das sogenannte

Onboarding, sind Sidrive IQ Fleet und ein aktiviertes Benutzerkonto

erforderlich. Das Konnektivitätsmodul wird per Smartphone oder

Tablet konfiguriert und zur cloudbasierten Datenanalyse im Kundenaccount

angemeldet. Nach wenigen Grundeinstellungen für die

sichere Kommunikation über WLAN zur Cloud ist der Motor

on-board und bereit für die Datenanalyse aus der Ferne.

Datentransparenz an jedem Ort

Sidrive IQ Fleet ist eine auf MindSphere basierende Software für

komfortables Fleet Management und einfaches Condition Monitoring.

Die Software läuft im Internetbrowser auf PC, Tablet oder

Smartphone. Sie macht wichtige Betriebs- und Zustandsdaten aller

verbundenen Niederspannungsnetzmotoren transparent, darunter

u.a. die Temperatur, Vibration, Lastzustand, kumulierte Betriebsstunden

und Anzahl der Starts seit Beginn der Erfassung. Einmal

verbundene Motoren lassen sich nach verschiedenen Kriterien

filtern, bspw. nach Gerätestatus (OK, Warnung, Fehler, …), Verbindungsstatus,

Standort oder Anwendung (Pumpe, Lüfter, Kompressor).

Der Anwender hat vielfältige Einstellmöglichkeiten, so kann er

bspw. beliebige Motoren in eine Watchlist übernehmen und diese

mit einem Mausklick aufrufen. Anhand grafisch aufbereiteter KPIs

erkennt er auf einen Blick sich häufende Störungen wie untypische

Lastschwankungen, auffällige Vibrationen oder zu hohe Temperaturen.

Basierend auf direkt erfassten und historischen Daten können

intelligente Algorithmen die Motoren automatisch in verschiedene

Kategorien klassifizieren.

Skalierbare Lösungen

Sowohl zeitlich als auch quantitativ skalierbare Lizenzmodelle

ermöglichen für jede Konstellation eine wirtschaftliche Kundenlösung.

Für den Einstieg gibt es eine limitierte Trial-Version, womit

sich die Möglichkeiten und Vorteile der Digitalisierung intensiv

testen lassen.

Es können in Kürze am Netz betriebene Siemens Niederspannungsmotoren

der Baugrößen AH132 bis AH450 für Rotating

Equipment, also Pumpen, Lüfter und Kompressoren in den

genannten Baugrößen mit dem Konnektivitätsmodul nachgerüstet

werden.

Maßgeschneiderte Services

Vordefinierte Services sind ein elementarer Bestandteil von Sidrive

IQ. Mit ihnen können Anwender ihren Antriebsstrang digital

anbinden und ein auf Ihre Bedürfnisse abgestimmtes digitales

Dienstleistungsspektrum aus einer Hand nutzen. Für den Digital

Check wird der Ist-Zustand der installierten Hardware erfasst, mit

den Anforderungen des Anwenders abge glichen und ein maßgeschneidertes

Messkonzept inklusive der erforderlichen Spezifikationen

erstellt. Dies kann wahlweise anhand von Daten oder im

Rahmen eines Assessments vor Ort geschehen. Bei Bedarf kann

dem Kunden vor Ort ein zusätzliches technisches Consulting

angeboten werden. Basierend darauf empfehlen Spezialisten

geeignete Hard- und Software sowie digitale Services und schätzen

den Kostenrahmen dafür ab.

Um Anwender noch weiter zu unterstützen, bietet Siemens ein

individuell maßgeschneidertes Connect Package. Das Paket

umfasst alle erforderlichen Leistungen zur Implementierung der

digitalen Infrastruktur beim Anwender. Service Spezialisten installieren

dann zusätzlich erforderliche Hardware sowie Simotics

Connect 400, bspw. ein WLAN- oder LTE-Router-Kit samt Gehäuse,

Stromversorgung und Antennen. Sie nehmen diese in Betrieb und

konfigurieren die Anbindung (Konnektivität) an MindSphere.

Da rüber hinaus konfigurieren sie die cloudbasierten Anwendungen

nach den Wünschen des Kunden und überprüfen die Funktionalität

der gesamten Installation.

Mehrwert einfach nachrüsten

Das Nachrüsten der Siemens Niederspannungsmotoren mit

entsprechender Konnektivität wurde u. a. in Piloteinsätzen in

verschiedenen Branchen und Anwendungen unter rauen Praxisbedingungen

intensiv getestet – und für gut befunden. Mit Simotics

Connect und Sidrive IQ Fleet lässt sich nun auch für bereits in

Anlagen laufende Motoren ein echter Mehrwert generieren.

Fotos: Siemens

www.siemens.de/sidrive-iq

14 antriebstechnik 3/2019


Maßgeschneiderte Motoren aus dem

MPH-Baukasten

Mit der Baureihe MHP bietet Servax eine Palette von Antrieben,

die gestiegene Anforderungen in puncto Leistungsdichte,

Dynamik, Trägheitsmoment sowie Maximalmoment in

Werkzeugmaschinen erfüllen sollen. Parallel besteht die

Möglichkeit einer flexiblen Ausrichtung auf individuelle Bedürfnisse.

Die Baureihe umfasst in der Synchron- und Asynchrontechnologie

Achshöhen von 71 bis 160 mm und deckt in je fünf

Längen Nennmomente von 10 bis 1 200 Nm ab. Das Baukastensystem

versetze Servax in die Lage, innerhalb kurzer Zeit

kundenspezifische Motoren zu konstruieren. So wird z. B. die

Wicklungsauslegung bei jedem Motor individuell definiert,

sodass die gewünschten Kennlinien und Anforderungen

realisiert werden

können. Auch bei

kleinen Stückzahlen

seien der Maßanfertigung

praktisch keine

Grenzen gesetzt.

www.servax.com

| AT12-17G |

Multiachs-Servosystem

AX8000: Minimale Zykluszeit,

maximale Leistung.

Mit Torque- und Servomotoren noch

breiter aufgestellt

KEB Automation beteiligt sich seit Anfang 2019 mit 30 % an dem

italienischen Motorenhersteller Brusatori Motori Elettrici. Dieser

ist spezialisiert auf Asynchron-, DC- und Permanent-Synchronmotorentechnik.

2017 wurden erste Torque-Motorgrößen

entwickelt, die das Programm mit Direktantrieben in wasser- oder

luftgekühlten Versionen für Nenndrehmomente bis zu 1 300 Nm

abrunden. „Mit der Beteiligung an Brusatori Motori Elettrici

bauen wir unsere Position als ganzheitlicher Anbieter von

Automationslösungen bis zur Maschinenwelle weiter aus“, sagt

Curt Bauer, Geschäftsführer von KEB Automation. Dazu Antonio

Brusatori: „In der Partnerschaft mit KEB Automation entstehen

Systemlösungen für drehzahlvariable Anwendungen, die unsere

Leistungsstärke in neue Märkte und Anwendungsfelder tragen.“

www.keb.de

Schneller Strom- und Lageregler:

■ Stromregler-Reaktionszeit 1 µs

■ Stromregler-Zykluszeit 62,5 µs (bis zu 16 µs)

■ Drehzahlregel-Zykluszeit 62,5 µs (bis zu 32 µs)

■ Lageregler-Zykluszeiten 62,5 µs

■ EtherCAT-Zykluszeit 62,5 µs

Achshöhenrekord bei

High-Torque-Motoren

Halle 9,

Stand F06

Die wassergekühlten High-Torque-Motoren DST2-560 von

Baumüller sind mit einer Achshöhe von 560 mm die größten

Motoren, die der Hersteller in Serie anbietet. Mit einem

maximalen Drehmoment von bis zu 80 000 Nm eignen sich diese

für z. B. Servopressen, Extruder oder Schredder. Sie bieten auch

bei niedrigen Drehzahlen sehr hohe Momente und verfügen

über gute Rundlaufeigenschaften. Speziell für den Einsatz in

Schiffen sind die robusten Motoren auch mit

Wingmounts verfügbar. Für eine Zulassung nach

dem Lloyd`s Register und der DNV GL sind sie

vorbereitet. Mit Wirkungsgraden von 96 %

über einen weiten Drehzahlstellbereich sind

sie zudem energieeffizient.

www.baumueller.de

www.beckhoff.de/AX8000

Das AX8000-System komplettiert die hochskalierbare Beckhoff

Antriebstechnik. Das modular kombinierbare Multiachs-Servosystem

AX8000 bringt Hochleistungs-Antriebstechnik mit optimierter

Raumausnutzung in den Schaltschrank. Der AX8000 ermöglicht

gleichmäßigere Bewegungsabläufe durch erhöhte Abtastraten und

somit eine optimierte Produktqualität. Die Strommessung erfolgt

innerhalb 1 µs in einem FPGA.


ELEKTROMOTOREN

Neue Anwendungen im Fokus

Im Bereich Virtual Reality finden sich neue Einsatzbereiche für innovative FDB-Motoren

Die Precision Motors Deutsche

Minebea GmbH (PM DM) ist Teil

des japanischen Minebea Mitsumi

Konzerns und nach eigenen

Angaben das einzige

Entwicklungszentrum für

Festplattenmotoren in Europa.

Die dort entwickelten

Spindelmotoren mit innovativer

Flüssigkeitslagertechnologie

erobern in jüngster Zeit neue,

spannende Anwendungsbereiche.

I

nzwischen sind die Vorteile des Spindelmotors

mit FDB-Technologie (Fluid

Dynamic Bearings) in zahlreichen Einsatzfeldern,

in denen hohe Akribie und Genauigkeit

gefragt sind, gerne gesehen. So z. B. im

Laser Scanning sowie Laser Tracking im Bereich

Virtual Reality. Auch im Einsatzgebiet

von Lidar (Light detection and ranging)

könnte die Motortechnologie Vorteile

schaffen. So kombiniert der FDB-Motor der

PM DM GmbH die positiven Eigenschaften

eines BLDC-Motors (bürstenlosen Gleichstrommotors)

mit der hoch modernen

Technologie der FDB-Lagerung. Er beseitigt

u. a. die begrenzte Präzision von kugelgelagerten

Motoren, reduziert den nicht

Roman Klein und Annette Bammert, Public

Relations Department, bei PM DM GmbH in

Villingen-Schwenningen

wiederholbaren Schlag auf ein absolutes

Minimum, senkt den akustischen Geräuschpegel

und verbessert die Zuverlässigkeit

sowie die Lebensdauer.

Der Einsatz im Laser-Scanner

Für das Aufmaß in der Industrie, etwa in der

Fabrikplanung und im Anlagenbau, werden

Laser Scanner für die effiziente und vollständige

Vermessung von Produktionshallen,

der technischen Gebäudeausstattung,

Stahlkonstruktionen, Fertigungsstraßen

sowie produzierenden Maschinen verwendet.

Gerade bei der Modernisierung, der

Produktionserweiterung, aber auch für die

Produktionsoptimierung ist dieses leistungsfähige

Verfahren für das industrielle Aufmaß

ideal geeignet. Auch die Vermessung von

Schiffen und Flugzeugen vereinfacht sich

durch den Einsatz von Laser Scannern.

Die Geräte werden ebenfalls für die

3D-Vermessung bzw. die Erfassung von großen

Bauteilen und komplexen Strukturen

benutzt. Typische Anwendungen sind das

verformungsgerechte Aufmaß, das Fassadenaufmaß,

die Schadenskartierung und

die Gebäudedokumentation. Aus den

Scan-Ergebnissen lassen sich z. B. Volumen,

Flächen, Grundrisse und Schnitte,

vollständige und vor allem aktuelle Pläne

und Ansichten erstellen. Laser Scanner

vermessen nicht nur Objekte. Sie sorgen

auch für die Sicherheit in gefährdeten

Bereichen oder tracken in virtuellen Welten

den Gamer anhand von Sensoren auf dem

Headset und dem Controller.

Beim Laser Scanning wird ein Laserstrahl

über einen Umlenkspiegel abgelenkt und in

Rotation versetzt. Das vom Scanner empfangene

Laserlicht wird dann entsprechend

ausgewertet. Je präziser der Scan-Vorgang,

umso genauer sind die Abbildungen oder

Darstellungen der Objekte.

Wer präzise messen will, braucht den

richtigen Antrieb in seiner Applikation. Das

ist gar nicht so einfach, denn Kugelgelagerte

Motoren weisen verstärkt Taumelfehler auf,

16 antriebstechnik 3/2019


ELEKTROMOTOREN

01 Hinter dem Begriff

‚Fluid Dynamic Bearings‘

steht eine Lagerung

durch den Einsatz von

spezifischen Ölen –

anstelle von Kugeln

deren Ursachen das Achs- bzw. Lagerspiel,

die Unrundheiten der Kugeln sowie im

Achslager oder am Achszapfen, das Durchbiegen

der Kugellagerachsen oder einfach

nur eine unregelmäßige Verteilung des

Schmierfetts sein können.

Ein solcher Taumelfehler wirkt sich mit

bis zu 1" auf die gemessenen Horizontalrichtungen

aus, aber auch auf die Vertikalwinkel

und Distanzen. Dabei verzeichnen

Motoren mit unverspannten Lagern zu viele

Taumelfehler und sind für den speziellen

Einsatz schwierig zu handhaben. Verspannt

man dagegen die Lager – dem sogenannten

Preload – so wird zwar eine gewisse Achsstabilität

sichergestellt, die Stromaufnahme

steigt jedoch durch die verstärkte Reibung

in den Lagern.

Naturgemäß sind solche Taumelfehler

die Besten, die gar nicht erst auftreten. Hier

rückt der FDB-Motor von PM DM in den

Fokus. Er besitzt eine besonders steife Achsstabilität

und verringert die Taumelfehleranzahl

bei unterschiedlichen Frequenzen

erheblich. Die Winkelveränderungen gehen

sogar in der Bestimmungsgenauigkeit der

Mess- und Auswertverfahren unter.

Ausgewuchtet treten kaum Taumelfehler

auf und auch mit verschiedenen Frequenzen

gibt es keine signifikanten Änderungen.

Der Rundlauf ist gegeben. Maßgeblich für

den Einsatz des FDB-Motors in der Laser-

Scanner-Technologie sind zudem die jahrzehntelangen

Erfahrungen, die PM DM in

der Festplattenindustrie

mitbringt. Der FDB-Motor

ist kundenspezifisch, d. h.,

er kann individuell an

die Applikation angepasst

werden.

Lagerung aus

Flüssigkeiten

Spindelmotoren mit FDB-

Technologie sind besondere

BLDC-Motoren, deren Lagertechnologie

nicht aus Kugeln

besteht, sondern aus Flüssigkeiten

in Form von spezifischen

Ölen. Fluid Dynamic Bearings

nennt die Fachwelt die innovativen

Lager. In den letzten

15 Jahren haben sich Motoren mit

diesem Lagersystem ausschließlich in der

Festplattenindustrie etabliert. Den positiven

Eigenschaften dieser Antriebstechnologie

ist es zu verdanken, dass die Festplattenhersteller

ihre Speicherkapazitäten

immer weiter steigern konnten und heute

bei bis zu 12 Tera-Byte pro Festplatte stehen.

Bereits in die Entwicklungsphase sind

zahlreiche Testläufe integriert, um einen

optimalen Rund- und Planlauf zu gewähren

sowie den nicht wiederholbaren Schlag so

niedrig wie möglich zu halten. Der Lagerspalt

zwischen Welle und Buchse misst nur

wenige μm. In diesem Spalt zirkuliert ein

Spezialöl. Die Buchse selbst besteht aus

einem speziellen Material, um Verschleiß

und Reibung vorzubeugen, wodurch sich

die Lebensdauer erheblich verlängert. Zudem

muss die Bauteilequalität und -genauigkeit

höchsten Standards für die Massenproduktion

entsprechen. Die Fertigung solcher

Motoren erfordert ein hohes Maß an Präzision

und findet in Reinräumen statt.

Fazit

Entscheidungskriterien für die Wahl eines

FDB-Motors sind die spezifischen Eigenschaften

wie extrem leiser Lauf, hohe

Drehzahlen, sehr geringe Vibrationen, der

niedrige nicht wiederholbare Schlag unter

40 Nm, eine geringe Taumelfehlerquote,

die lange Lebensdauer und der niedrige

Stromverbrauch.

Fotos: Precision Motors Deutsche Minebea

www.pmdm.de

02 In den Bereichen Lidar (Light detection and ranging) und VR (Virtual Reality) ist

Präzision gefragt – das ideale Einsatzgebiet für FDB-Motoren

antriebstechnik 3/2019 17


Einfach den richtigen Servomotor finden

Panasonic bietet ein Tool um Planern oder Anwendern die Suche nach dem richtigen Servoantrieb

deutlich zu erleichtern. Ein neuer internetbasierter Produktfinder, der speziell für die Anforderungen

der Suche nach Antriebslösungen entwickelt wurde, nutzt als Basis die wichtigsten Parameter und

Kriterien, die sonst mühsam aus Datenblättern entnommen werden müssen. Durch die Filterung ist

es nun leicht möglich eine grobe Vorauswahl, u. a. nach Leistung, Drehzahl, Encodertyp,

Dreh moment und weiteren Kriterien, vorzunehmen. Mit wenigen

Mausklicks kann der Anwender so die Auswahl der geeigneten

Antriebe eingrenzen und in der Folge eine weitergehende Detailauswahl

vornehmen. Als einer der weltweit größten Hersteller von

Servoantrieben, legt Panasonic besonderen Wert darauf, dass nicht

nur qualitative hochwertige Produkte angeboten werden sondern

auch der zugehörige Service den hohen Qualitätsanforderungen

entspricht.

www.panasonic-electric-works.de

Flachmotoren mit mehr Drehmoment

R.indd 1 25.01.2019 18:08:36

Für Anwendungen in Robotik, Laborautomatisierung, Medizintechnik

und Pumpen bietet Faulhaber DC-Flachmotoren mit

einem hohen Drehmoment bei sehr kurzer Baulänge an. Die

bürstenlosen Motoren der Familie BXT sind Außenläufer-Hochleistungsantriebe

mit genuteter Wicklung. Mit spezieller Wickeltechnik

und optimierter Auslegung sind sie nur 14, 16 und 21 mm lang,

liefern aber Drehmomente bis 134 mNm bei einem Durchmesser

von 22, 32 bzw. 42 mm. Dazu sind sie mit digitalen Hallsensoren

ausgestattet. Sie lassen sich mit Getrieben, Encodern, Bremsen und

Steuerungen des Herstellers kombinieren. Faulhaber ist auf Modifikationen

an den mechanischen und elektrischen Schnittstellen der

Motoren spezialisiert und bietet so individuelle Lösungen an.

Die Motoren verfügen

standardmäßig über Einzellitzen

und bieten damit

eine flexible elektrische

Schnittstelle mit mehreren

Industriesteckverbindern.

www.faulhaber.com

Servomotoren für hohe externe Lasten

Mit den Servomotoren CM3C vervollständigt SEW-Eurodrive seinen

Automatisierungsbaukasten MOVI-C. Die Motoren eignen sich für

Automatisierungs-, Handlings- und Fahrapplikationen, bei denen

Lasten mit größerem Trägheitsmoment zu bewegen sind. Sie werden

dort eingesetzt, wo aus regelungstechnischen Gründen ein geringes

Verhältnis von Lastträgheit zur Motorträgheit gewünscht ist. Beim

Anschluss der Motoren an Umrichter des Herstellers wird eine Auto-

Inbetriebnahme durchgeführt. Die Gebersignale werden digital

übertragen, und auch die Bremsenansteuerung erfolgt digital mit der

Möglichkeit zur Zustandsüberwachung. Neben der servo typischen

24-V-Haltebremse gibt es zusätzlich eine Bremse mit erhöhtem

Arbeitsvermögen für Anwendungsfälle, bei denen Betriebsbremsungen

oder Notausbremsungen

beherrscht werden müssen.

Dazu gibt es in Verbindung mit

der Einkabeltechnik einen

neuen Bremsgleichrichter für

den AC-Anschluss der Bremse.

www.sew-eurodrive.de

Das Genie

Bereit für Industrie 4.0

SD3 – der Servoverstärker für Ihre Automationslösung bis 55 kVA

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18 antriebstechnik 3/2019


ELEKTROMOTOREN

Shuttlewechsel im Betrieb

Umrichter für Infrastrukturaufgaben

Die Umrichter-Baureihe Sinamics G120X von Siemens eignet

sich für den Einsatz in Pumpen-Lüfter-Applikationen in

Branchen wie Wasser/Abwasser, der Gebäudetechnik oder im

industriellen Umfeld. Die Umrichter haben ein Leistungsspektrum

von 0,75 bis 630 kW und können mit jedem Motor

Absolute Gestaltungsfreiheit

Hochgeschwindigkeitsweiche

betrieben werden. Mit einer integrierten Zwischenkreisdrossel

laufen sie unter allen Netzbedingungen. Die Baureihe ist

tropfwassergeschützt und bietet lackierte Baugruppen als

Standard und optional 3C3-Schadstoffresistenz an. Zu ihren

Funktionen zählen z. B. Flussabsenkung zur Anpassung an die

tatsächliche Last, der Eco Mode, der die bestmögliche Performance

und geringsten Verluste bei niedrigen dynamischen

Lasten sicherstellt oder der Keep Running Mode zur Reduzierung

der Drehzahl vor einer Abschaltung. Die Umrichter lassen

sich mit Sinamics Connect 300 an MindSphere anbinden und

bieten die Möglichkeit, über die Applikation Analyze MyDrives

Betriebsdaten auszuwerten.

www.siemens.com

ACOPOStrak

Höchste Effektivität

in der Produktion

www.br-automation.com/ACOPOStrak

Bediengerät mit integrierter

Maschinendiagnose

GOT Drive ist eine Komplettlösung von Mitsubishi Electric,

bestehend aus Bedienterminal und Antrieb, die zentrales

Monitoring, eine schnelle Inbetriebnahme, vorausschauende

Wartung und eine einfache Fehlersuche ermöglicht. Die Lösung

besteht aus einem Bediengerät der GOT2000-Serie und einem

Frequenzumrichter bzw. Servoregler. Bei den Frequenzumrichtern

vergleicht die Diagnosefunktion im Gerät den Frequenzund

Drehmomentverlauf

mit einem

definierten

Normalbereich.

Eine Abweichung

der Werte ist

ein Indiz für

Wartungsbedarf

an der Anlage

und wird direkt am Bediengerät als Voralarm ausgegeben. GOT

Drive für Servoregler (Melservo-J4) realisiert die Maschinendiagnose,

indem sie Reibungs- und Vibrationswerte aufnimmt, mit

einem benutzerdefinierten Normalwert vergleicht und gegebenenfalls

einen Wartungs- oder Reinigungsbedarf am Terminal anzeigt.

In beiden Fällen werden weder eine externe Sensorik noch ein

PC oder zusätzliche Software gebraucht.

Antriebstechnik für die adaptive Maschine.

Flexibler.Schneller.Produktiver.

www.mitsubishielectric.de


Auf den

Geschmack

gekommen

Intelligente Extrudersteuerung

als Lösung für

die Kunststoffextrusion

Die APD-Schlauchtechnik GmbH lernte durch den Erwerb

neuer Extruder eine intelligente Antriebs-, Sensorik- und

Steuerungslösung für die Kunststoffextrusion kennen.

Aufgrund der positiven Erfahrung sollen nun auch sukzessive

ältere Maschinen damit aufgerüstet werden.

Die APD Petzetakis Schlauchtechnik

GmbH (APD) produziert am Standort

Schwalmtal im Dreischichtbetrieb Kunststoffschläuche

aller Art. Das seit 2015 zur

Schauenburg Gruppe gehörende Unternehmen

setzt dazu auf 22 teils vollautomatischen

Produktionslinien eine Vielzahl

von Technologien ein. Zur Modernisierung

und Erweiterung der Produktion von Gewebe-,

monoextrudierten- und Spiralschläuchen

erwarb APD im Laufe der vergangenen

Jahre sieben neue Extruder. Über

diese Maschinen kamen die Schwalmtaler

erstmals in Kontakt mit den Technologien

für die Kunststoffextrusion aus dem Hause

Gefran; denn alle neuen Extruder sind mit

Frequenzumrichtern, Massedruckmessumformern

und der Steuerungssoftware ‚eXtru+‘

des Spezialisten für Antriebstechnik, Sensorik

und Automation ausgerüstet.

Kompaktes Steuerungstemplate

„Unsere alten Extruder wurden und werden

zum Teil noch durch ein wahres Sammel­

Torsten Fuchs ist Niederlassungsleiter bei der

Gefran Deutschland GmbH in Seligenstadt

surium von einzelnen Reglern, Motorstartern

und Potentiometern kontrolliert“, erklärt

Mike Frühe, Leiter der Instand haltung

bei ADP. Die Nachteile waren zahlreich: So

benötigten die vielen Einzelinstrumente

viel Platz und waren komplex zu bedienen,

denn jede Heizzone war mit einem eigenen

Regler ausgestattet, der individuell zu handhaben

war. Mit der Steuerung der neuen Extruder

werden dagegen alle sechs Heizzonen

über ein einziges Gerät geregelt. Das spart

Platz und erleichtert die Bedienung.

Vollständig personalisierbare

Software

Die vorkonfigurierte Softwareanwendung

eXtru+ erlaubt die einfache Steuerung

eines einzelnen Extruders. Sie ist vollständig

personalisierbar und gestattet das

Management von bis zu zwölf Temperaturregelzonen,

die Konfiguration von zwei

Motoren als Master/Slave sowie die Steuerung

im Synchronbetrieb. Zur Optimierung

der Energieeffizienz des Extrusionsprozesses

sind die Funktionen „Energy Saving“ für

die erste Aufheizphase und „Smart Power“

für die folgende Produktionsphase integriert.

Zusätzlich bietet das Software­

Template zahlreiche Automatisierungsfunktionen

wie Alarm- und Rezeptverwaltung,

„Früher musste jede Heizzone einzeln geregelt werden.

Das gehört nun der Vergangenheit an.“

vorbeugende Wartung, Trenddarstellungen

von Temperatur und anderen analogen

Größen, Fernzugriff, die Log-Datei des

Bedienerzugriffs sowie die Wochenuhr für

die Einschaltung der Temperaturregelung.

„Wir hatten zunächst Bedenken, dass die

Mannschaft die neue Steuerung nicht annehmen

würde oder Probleme mit dem

Touch-Display hätte. Doch diese Sorge

war unbegründet“, resümiert Mike Frühe.

Die neue Technologie wurde wohl auch

aufgrund der Vorteile für die Bediener gut

angenommen: Alle wichtigen Daten werden

übersichtlich auf einem Display dargestellt

und die Temperatureinstellung für alle

20 antriebstechnik 3/2019


STEUERN UND AUTOMATISIEREN

sechs Heizzonen erfolgt zentral. „Früher

musste jede Heizzone einzeln geregelt werden.

Heute ist das zwar auch noch möglich,

doch wir können jetzt über die ±-Taste der

Steuerung auch alle Heizzonen bei gleichbleibender

Temperaturdifferenz mit nur

einem Knopfdruck um denselben Betrag

verändern. Dieses Feature kommt bei der

Mannschaft sehr gut an“, so Frühe.

Qualitätskontrolle verbessert

Doch nicht nur hinsichtlich Bedienbarkeit

und Platzersparnis profitiert ADP von der

eXtru+-Steuerung, sie erhöht auch die Produktionssicherheit

und verbessert die Qualitätskontrolle.

„Wir fertigen in unseren Extrudern

ganz unterschiedliche Produkte.

Mit der Steuerung können wir für jeden

Artikel festhalten, wie er gefahren wurde“,

erklärt Mike Frühe. Experimente und ein

mühsames Herantasten wie früher gehören

damit der Vergangenheit an. Heute werden

Prozesskenngrößen wie Material,

Drücke, Temperatur, Drehzahlen

etc. in der Rezeptverwaltung

gespeichert und

können bei Bedarf jederzeit

wieder abgerufen werden.

Eine kontinuierliche Überwachung

der Ströme gibt bei kritischen

Veränderungen – etwa, wenn

ein Heizelement nicht mehr funktioniert –

einen Alarm aus. Das hat insbesondere für

die Wartung große Vor teile, denn das Problem

ist sofort lokalisiert und die Ursachensuche

nicht mehr erforderlich.

Zudem werden durch den recht zeitigen

Alarm Folgeprobleme und kosten intensive

Produktionsausfälle reduziert.

Füllmedienhaltige

Masse druckmessumformer

Neben der Steuerung ist auch die Ausstattung

der Extruder mit Massedruckumformern

neu. Die alten Maschinen von APD

kamen ohne diese Sensoren aus. Das hätte

jedoch zu einem Sicherheitsproblem werden

können. Schließlich bauen Extruder im

Betrieb sehr hohe Drücke von stellenweise

bis zu 430 bar auf. Dieser Druck lässt sich

ohne Massedruckmessumformer nicht präzise

messen. Überschreitet er im Betrieb

den kritischen Wert, kann die ganze Produktionslinie

stillstehen. Um dies zu vermeiden,

musste der jeweilige Mitarbeiter

stets seine volle Aufmerksamkeit dem Extruder

widmen. Die neuen Aggregate ver­

fügen über Massedrucksensoren vom Typ

MN mit flexibler Verbindung und Performance

Level c. Damit entsprechen sie den

Sicherheitsvorgaben der Maschinenrichtlinie.

Der Sensor löst bei Erreichen eines

vorgegebenen kritischen Wertes (Druck

und Temperatur) einen Voralarm aus und

macht so den Mitarbeiter auf das Problem

aufmerksam. Handelt es sich nicht nur um

eine vorrübergehende Störung, sondern

steigen Druck und/oder Temperatur weiter

an, dann leuchtet eine rote Lampe auf und

der Extruder schaltet ab.

„Die bewegliche Verbindung des MN-Sensors

gibt uns die Möglichkeit, den Messkopf

mit der empfindlichen Elektronik so zu positionieren,

dass er vor mechanischen Beeinträchtigungen

geschützt ist“, erläutert Mike

Frühe. So könne etwa beim Spritzkopfwechsel

schon mal ein Werkzeug oder Bauteil

herunterfallen und dadurch der Sensor zerstört

werden. Daher sei es besser, wenn die Elektronik

mithilfe der flexiblen Verbindung außerhalb

des Gefahrenbereichs platziert wird.

01 Mit der Steuerung werden alle sechs

Heizzonen eines Extruders über ein

einziges Gerät intelligent geregelt

02 Das Display bietet neben

generellen Informationen auch den

Zugang zur Alarm- und Rezeptverwaltung

sowie zu Unterseiten wie

Extruder, Motor oder Temperatur

Die Massedruckmessumformer der Serie MN

wurden speziell für die Erfassung des Massedrucks

in Umgebungen mit hohen Temperaturen

bis 400 °C konzipiert. Das Konstruktionsprinzip

basiert auf der hydraulischen

Druckübertragung. Die mechanische Belastung

wird dabei über eine nicht komprimierbare

Flüssigkeit übertragen und der

Druck via DMS­ Technik in ein elektrisches

Signal umgeformt.

Weitere Aufrüstungen geplant

Aufgrund der positiven Erfahrungen sollen

im laufenden Jahr einige ältere Maschinen

ebenfalls mit der eXtru+ und den Sensoren

aufgerüstet werden. Darüber hinaus hat die

ebenfalls zur Schauenburg Gruppe gehörende

Vacuflex GmbH bereits eine Steuerung

bei Gefran angefragt.

Fotos: Gefran

www.gefran.com

03 Die Schmelzdrucksensoren der

Serie MN wurden speziell für die

Druckmessung von heißen

Kunststoffschmelzen bis

400 °C konzipiert

antriebstechnik 3/2019 21


Spezielle Technologiefunktion entlastet

Routineaufgaben

Fluid Dynamic Bearing

Motor

HOHE DREHZAHLEN

LANGE LEBENSDAUER

SEHR GERINGE VIBRATION

NIEDRIGER STROMVERBRAUCH

PM DM GmbH •Minebea- Weg 1 • 78052 Villingen- Schwenningen

Tel. +49 7721 997 100 • www.pmdm.de

Einfache und mittlere Automatisierungsaufgaben möglichst

schnell umsetzen: Diese Anforderung erfüllt Bosch Rexroth mit

der antriebsbasierten Technologiefunktion Sequential Motion

Control SMC. Anwender verkürzen

damit den Programmier-

und Inbetriebnahmeaufwand

um bis zu 90 % im

Vergleich zur klassischen SPS-

Automatisierung. Mit SMC

programmieren Anwender

Ein- und Mehrachsanwendungen

ohne externe Steuerung

direkt in die intelligenten

IndraDrive-Antriebe. Die

einzelnen Befehle übernehmen

komplette Bewegungsabläufe

und werden aneinandergereiht. Sie decken den Großteil typischer

Funktionen wie unabhängige Positionierachsen, Achs- und

Leitachskopplungen, Synchronbetrieb sowie Kurvenscheibenanwendungen

und sequentielle Bewegungen ab. Das Anwendungsspektrum

reicht von Handling-Systemen über Prüfstande

bis hin zu fliegenden Trenneinrichtungen. Der Hersteller liefert

dazu die Antriebe vorkonfiguriert aus. Das entlastet Anwender

von zeitaufwändigen Routineaufgaben wie Betriebsartendefinition,

Diagnose und Fehler-Handling. Die neue Funktion umfasst den

Handbetrieb, einen Parametriermodus sowie den Automatikbetrieb

für die Abarbeitung der Programme.

www.boschrexroth.com

Mit Offline-Monitoring Isolationsverschlechterung rechtzeitig erkennen

PD DM.indd 1 25.01.2019 11:23:57

In der Automobilindustrie werden große Pressen für die Fertigung

von z. B. Seitenteilen oder Türen eingesetzt. Die Umgebungsluft

der Pressen ist ölig und mit feinsten metallischen Partikeln belastet.

Da diese Pressen eine üblicherweise, für ihre Motorleistung im

MW-Bereich, geringe Schutzklasse haben, kommt es bei den vorgenannten

Umgebungsbedingungen häufiger zu einem Absinken

des Isolationswiderstandswertes. Wird der daraus resultierende

Fehlerstrom zu groß, führt dies zur Zerstörung des Motors, was

unbedingt zu vermeiden ist. Denn der Austausch eines solchen

Motors kann zu einem Ausfall von bis zu drei Wochen führen,

folglich eine kostenintensive Betriebsunterbrechung. Aus diesem

Grund wurde vom Kunden eine regelmäßige, in Abständen von

ca. einer Woche stattfindende Messung des Isolationswiderstandes

innerhalb der Maschinen zwischen den Außenleitern und Erde,

gewünscht. Da es sich um ein geerdetes System (TN-System) handelt,

müsste dazu die Anlage jedoch abgeschaltet und eventuell

abgeklemmt werden, was einen zu großen Aufwand bedeutet

hätte. Also wurde über eine Differenzstromüberwachung nachgedacht.

Bei dieser Lösung sah man jedoch zwei Nachteile.

Zum einen wird kein realer Isolationswiderstandswert

in Ohm gemessen, sondern lediglich Information

über den Strom zur Verfügung gestellt. Zum

anderen kann erst ab einem gewissen Strom eine Veränderung

in der Anlage festgestellt werden. Aus diesen

Gründen entschied sich der Kunde für das Offline-

Monitoring. Dazu wurde ein Isolationsüberwachungsgerät

fest installiert. Der Motor wird einmal pro Woche

für ca. zwei bis drei Minuten über einen Lastschalter

vom Netz getrennt. Über die Anlagensteuerung

bekommt das Isolationsüberwachungsgerät dann die

Information, dass es mit der Messung starten kann.

Das Ergebnis und die Fertig-Meldung werden automatisch

der Anlagensteuerung mitgeteilt, sodass die

Anlage wieder in Betrieb gehen kann. So hat der

Anwender regelmäßig den Ist-Zustand des Isolationswiderstands

und kann anhand der Werte erkennen, wie sich das

Isolationsniveau verändert und wann eine Wartung stattfinden

muss. Mit dieser Offline-Monitoring-Lösung hat der Kunde eine

automatisierte Messung, die bereits Verschlechterungen im Mega-

Ohm-Bereich erkennen lässt und somit die Anlagenverfügbarkeit

deutlich erhöht.

www.bender.de

22 antriebstechnik 3/2019


STEUERN UND AUTOMATISIEREN

Ohne Referenzierung die absolute Position erfassen

Die Anforderungen an Sensorik zur Positionserfassung in der

Automatisierung und Antriebstechnik steigen mit der Komplexität

und Leistungsfähigkeit der zugehörigen Maschinen und Anlagen.

Eine Lösung dafür bietet der hochauflösende Absolutsensor

MSA213C von Siko. Er eignet sich mit seiner hohen Signalgüte und

den kleinen, kompakten Abmessungen für den Einsatz im Bereich

Handling und Montageautomation, in Bearbeitungssystemen,

Pick-&-Place Anwendungen oder der PCB-Bearbeitung. Neben

dem geringen Platzbedarf unterstützt aber auch der große Leseabstand

von bis zu 0,8 mm den Anwender bei der Integration des

Sensors in die Geometrie und den vorhandenen Bauraum der

Anlage. Der magnetische absoluter Lineargeber ist dank seiner

hohen absoluten Auflösung von 1 µm für die präzise Positionserfassung

und Geschwindigkeitsmessung in linearen Direktantrieben

prädestiniert. Die absolute Messung ist vor allem in

sicherheitsrelevanten Anwendungen unerlässlich, wenn eine

Positionsänderung auch im stromlosen Zustand sicher erkannt

werden muss. Die realisierte Wiederholgenauigkeit von ± 1 µm

ermöglicht dabei eine zuverlässige Nutzung in Mehrachsapplikationen

oder Positioniersystemen, in denen eine genaue

Ansteuerung bzw. Erkennung von Positionen benötigt wird. Diese

Performance wird dabei über eine Länge von bis zu 16 m erreicht.

Damit der MSA213C möglichst einfach in kundenspezifische

Anwendungen

inte griert werden kann,

ist er mit zahlreichen absoluten

Schnittstelle verfügbar. Angefangen bei den Basis-Varianten mit

SSI, RS485 und BiSS-C steht der Sensor auch mit IO-Link zur

Verfügung und unterstützt Protokolle verschiedener Steuerungshersteller.

Zusätzlich steht parallel eine inkrementelle

Schnittstelle als digitaler Line Driver oder analoger 1 Vss Signalausgang

zur Verfügung. Mit dieser Kombination ist zu jeder Zeit

eine absolute Weginformation gegeben sowie eine exakte Kommutierung

auch im dynamischen Betrieb möglich. Für den

Nutzer ist für Einbau und Betrieb eine Funktions- und Statusanzeige-LED

im Gehäuse untergebracht.

www.siko-global.com

Hybrid-Motorstarter – modular und robust

Mit Contactron Pro bietet Phoenix Contact eine neue Variante der Hybrid-Motorstarter Contactron an.

Durch die Kombination von verschleißfreier Halbleitertechnologie und robuster Relaistechnik soll eine

hohe Anlagenverfügbarkeit sichergestellt werden können. Die Geräte verfügen über eine zusätzliche

Safety-Integration und sind modular erweiterbar. Wie das Unternehmen weiter mitteilt, sorgt das vorgeschaltete

Sicherheitsrelais für einen verlässlichen Stopp der angeschlossenen Motoren nach einem Not-

Halt bis Performance Level e. Über den Tragschienen-Busverbinder kann ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand

die Not-Halt-Gruppenabschaltung aller nachfolgenden Hybrid-Motorstarter umgesetzt

werden. Zudem lassen sich sämtliche Module über die Systemstromversorgung speisen. Das optionale

Rückmeldemodul ermöglicht Anwendern eine Überwachung des Motorstatus von der Leitwarte aus.

www.phoenixcontact.com

Hannover Messe 2019

1.–5.April, Halle 9, Stand H22

iC-Haus-neu.indd 1 31.01.2019 09:45:48

antriebstechnik 3/2019 23


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Drum prüfe, wie

man sich bindet!

Ausgleichskupplungen für unterschiedliche

Anforderungen in Prüfständen

Um in Prüfständen genaueste

Messergebnisse sowie eine exakte

Reproduzier- und Skalierbarkeit von

Prüfvorgängen zu gewährleisten, müssen

Hard- und Softwarekomponenten

sorgfältig ausgewählt werden. Erfahren

Sie, wie verschieden die Anforderungen

dabei sein können und mit welchen

Eigenschaften dabei Ausgleichskupplungen

als wichtiger integraler Bestandteil im

Antriebsstrang von Prüfständen darauf

reagieren.

Hochgeschwindigkeitsprüfstände spielen in heutigen Prüfszenarien

eine immer größere Rolle, da in Testverfahren umfangreiche

Kenntnisse über das mechanische Materialverhalten oder die

Geräuschentwicklung verschiedenster Werkstoffe oder Komponenten

in immer höheren Geschwindigkeitsbereichen gewonnen werden

sollen. Drehzahlen von 15 000 min -1 und mehr sind an der Tagesordnung

bei diesen High-Speed Prüfständen. Um exakte Messergebnisse

ausgeben zu können, legen die Entwickler dieser Testsysteme

besonderes Augenmerk auf eine optimale Laufruhe des gesamten

Antriebsstranges bei diesen hohen Geschwindigkeiten. Für einzusetzende

Ausgleichskupplungen bedeutet das, dass sie durch ihre

Bauart den hohen Drehzahlen gerecht werden und Unwucht minimieren

müssen, um in der Kombination mit den anderen Bauteilen

eine optimale Laufruhe des Antriebsstrangs zu erreichen.

Für die Antriebseinheit eines Prüfstandes musste eine Hochgeschwindigkeitskupplung

in einem Drehzahlbereich bis zu

16 000 min -1 präzise arbeiten. Zusätzlich sollte die Kupplung

über kompakte Abmessungen und dabei über eine höchstmögliche

Drehsteifigkeit und Drehmomentkapazität verfügen.

Zum Einsatz kommt die Lamellenkupplung Servoflex

SFF-050. Deren geschichtete, biegeelastische Lamellen

aus rostfreiem Edelstahl bilden ein Lamellenpaket mit

ausgeprägter Torsionssteifigkeit.

Jörg Melnicky ist Marketingleiter bei der

Schmidt-Kupplung GmbH in Wolfenbüttel

Die Kupplung mit einem Außendurchmesser von 48 mm baut als

einfachkardanische Version mit einer Gesamtlänge von 48,4 mm

kurz und erfüllt damit die Forderung nach einer platzsparenden

Kupplungslösung gepaart mit einer hohen Leistungsdichte. Denn

bei diesen kompakten Abmessungen besitzt die Servoflex eine

Nenndrehmomentkapazität von 25 Nm und eine Torsionssteifigkeit

von 32 000 Nm/rad. Die spielfreie Kupplung ist für Drehzahlen bis

zu 18 000 min -1 ausgelegt. In diesen Hochgeschwindigkeitsprüfständen

kommt es nicht selten vor, dass die Ausgleichskupplungen

zusätzlich in Wuchtgüte von G 2,5 bei einer definierten Bezugsdrehzahl

dynamisch gewuchtet sein müssen.

Hohe universelle Verlagerung

Werkstoffe von Bauteilen werden häufig auf Prüfständen hinsichtlich

ihrer mechanischen Belastbarkeit untersucht. Die Beanspruchungsarten

können dabei abhängig vom Bauteil unterschiedlich

sein. So können Bauteile auf Zug- und

Biegebelastungen, auf entgegengesetzte

Verschiebungen, auf Torsionsbeanspruchungen

oder durch mehr-

02

achsige äußere Belastungen auf

alle drei erwähnten Belastungen

zusammen geprüft werden.

In einem dieser Materialprüfstände

wird der jeweilige Prüfling im letztgenannten

Verfahren geprüft. Zur Ver-

24 antriebstechnik 3/2019


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

01

bindung der Pulserzylinder

mit den

Prüflingen musste

die Kupplung gemäß

der kombinierten Belastungsart

eine entsprechend

hohe universelle

Verlagerungskapazität

ermöglichen, um

Auswirkungen der Prüflingsverformung

auf den Belastungsprozess

auszuschließen.

Zur Integration der Kupplung

stand dabei nur ein knapper axialer

Einbauraum zur Verfügung,

sodass die einzusetzende Kupplung

über kompakte Abmessungen verfügen

musste. Aber nicht nur die Anforderung

hinsichtlich der universellen

Verlagerung und Kompaktheit waren

hoch. Robustheit und eine hohe Torsionssteifigkeit

sowie eine hohe Drehmomentkapazität

– in diesem Fall von 6 000 Nm –

waren Grundkriterien an die Kupplung.

Zusätzlich wurde eine reibschlüssige Wellenanbindung

in Form von Konusnaben

gewünscht.

Für dieses Anforderungsprofil

konzipierte Schmidt-Kupplung

03

die Omniflex RGF 16.32/2. Die

Kupplung bietet eine hohe

universelle Verlagerungskapazität

in Verbindung

mit einer kompakten

Bauform. Die Erklärung

dieser Symbiose liegt

in der Kinematik des

Kupplungssystems.

Dieses beruht auf

einem sogenannten

Parallellenkersystem.

Die Übertragung der

Drehbewegung und des Drehmomentes

erfolgt bei diesem

Kupplungsprinzip mittels zweier um 90°

versetzt angeordneter paralleler Lenkerpaare.

Sie verbinden die An- bzw. Abtriebseite

mit der Mittelscheibe. In den

Kupplungsgliedern arbeiten angepasste

Gelenklager.

Die Kupplung in Spannnabenausführung

besitzt mit einem Außendurchmesser von

325 mm und ihrer Nennlänge von 267 mm

kompakte Abmessungen. Trotz dieser

Kompaktheit ermöglicht sie eine hohe

universelle Verlagerungskapazität von

angular bis zu 3°, radial von bis zu 20 mm

bzw. axial von bis zu 6 mm.

Präzision und Dynamik pur im

Universalprüfstand

Auf Universalprüfständen für Elektromotoren

werden Klein- und Servomotoren hinsichtlich

Kennzahlen wie Drehmoment,

Drehzahl, Spannung oder Reibdrehmoment

evaluiert. Die Erfassung dieser liefert

dabei wichtige Rückschlüsse auf den Wirkungsgrad

des jeweiligen Prüflings.

Neben einem geringstmöglichen

Massenträgheitsmoment spielt 04

die Präzision der einzusetzenden

Kupplung zur Erzielung

genauester Messergebnisse

eine entscheidende

Rolle. Zum Einsatz in

solchen Prüfanlagen

kommt die Spinplus

SP10-A. Die

Spinplus bietet

neben einer hohen

Drehmomentübertragungskapazität

und Torsionssteifigkeit

ein geringstmögliches

Massenträgheitsmoment.

Grund hierfür liegt in dem für

die Funktionswerte und Leistungsparameter

der Kupplung verantwortlichen

Funktionselement. Dieses neuartige,

im MIM-Verfahren

(ein pulvermetallurgisches

Formgebungsverfahren)

hergestellte Funktionselement

ermöglicht

den universellen

Verlagerungsausgleich

– d. h. die

Kompensation radialer,

axialer und angularer

Wellenverlagerungen – in

einer Ebene. Diese Fähigkeit

verleiht der spielfreien Kupplung

den Vorteil einer sehr

kurzen Bauform und einer hohen Leistungsdichte,

verbunden mit einem minimierten

Massenträgheitsmoment.

Als eingesetzte Version mit abgesetzten

Aluminiumklemmnaben besitzt die Kupplung

ein Massenträgheitsmoment von nur

125 gcm 2 . In Verbindung mit ihrer hohen

Torsionssteifigkeit erfüllt sie die Forderung

nach präzisesten Messergebnissen im

dynamischen Bewegungsablauf.

Trotz der kompakten Bauform von

40 mm bei einem Außendurchmesser von

39,5 mm ermöglicht die leichte Kupplung

einen Wellenverlagerungsausgleich von

radial bis zu 0,2 mm, angular von bis zu 1°

bzw. axial von bis zu 0,3 mm.

Kombinierter angularer und

radialer Verlagerungsausgleich

Zur Verbindung der Messwelle und dem

jeweils zu prüfenden Getriebe in einem Getriebeprüfstand

musste die einzusetzende

Kupplung die durch Achsabstands- und

Positionierungsanpassungen entstehenden

kumulierten Winkel- und

Parallelverlagerungen ausgleichen.

Für diese Aufgabe

erweist sich die

Loewe GK 35 der

Serie Torque als

prädestiniert. Diese

Kupplung kombiniert

die kinematischen Eigenschaften

eines Wellengelenkes

mit denen einer

Kreuzschieberkupplung. Das

heißt, das einem Gelenkkreuz

ähnelnde Mittelteil der Gelenkkupplung

kann in den selbstschmierenden

Hochleistungsgleitlagern,

die in den jeweiligen Aluminiumklemmnaben

eingepresst sind, eine

kombinierte Schwenk- und Verschiebebewegung

ausführen. Resultierend kompensiert

die Kupplung parallele Verlagerungen

von bis zu 1,5 mm bzw. Winkelverlagerungen

bis zu 3° in einer kurzen Baulänge von

37 mm. Die axial steife Kupplung mit einem

Nabenaußenmesser von 35 mm eignet sich

für Nenndrehmomente bis 7 Nm.

Fotos: Schmidt-Kupplung

www.schmidt-kupplung.com

01 Die Omniflex bietet die geforderte

Kompaktheit, Verlagerungs- und Drehmomentkapazität

im Materialprüfstand

02 Hohe Torsionssteifigkeit und Leistungsdichte

bietet die Servoflex im

Hochgeschwindigkeitsprüfstand

03 Die Loewe GK ermöglicht den

kumulierten Winkel- und Radialverlagerungsausgleich

im Getriebeprüfstand

04 Die Spinplus erfüllt die Forderungen nach

präzisen Messeergebnissen im dynamischen

Prüfprozess

antriebstechnik 3/2019 25


Roboter sicher bremsen

Unterschiedliche Wirkprinzipien erleichtern die Bremsen-Auswahl

Bei jedem Robotereinsatz steht der Sicherheitsaspekt im Raum. Schließlich dürfen auch bei einem

Steuerungs- oder Stromausfall weder Menschen noch Investitionsgüter durch irreguläre

Bewegungsabläufe zu Schaden kommen. Elektromagnetische Bremsen sind hierfür geeignet, zumal

unterschiedliche Funktionsprinzipien, Baugrößen und Leistungsklassen sicherstellen, dass sich für die

verschiedenen Roboterapplikationen stets die passenden Sicherheitsbremsen finden lassen.

G

ründe für den wachsenden Roboter einsatz gibt es viele. Mitarbeiter

werden von wiederkehrenden oder anstrengenden

und gesundheitsbelastenden Tätigkeiten entbunden. Zudem lassen

sich Arbeits plätze ergonomischer gestalten. Produktionsbedingungen

und -mengen werden besser planbar. Durch Erhöhung der Produktvielfalt

und Individualisierung steigern Roboter zudem die

Produktivität. Da allerdings Menschen zunehmend mit sogenannten

kollaborativen Robotern „zusammenarbeiten“, also miteinander

interagieren, steigt der Bedarf an Sicherheitstechnologie, um Verletzungen

durch Kollisionen zu vermeiden, vor allem auch dann, wenn

Steuerungstechnik oder gar die Stromversorgung ausfallen sollten.

Elektromagnetische Bremsen sind dann meist das Mittel der Wahl.

Als Sicherheitsbremsen bringen sie bewegte Massen bei Bedarf zum

Stillstand, halten Lasten in Position und verhindern dadurch, dass

Menschen oder Sachwerte Schaden nehmen.

Soeren Storbeck, Business Development & Sales/Team Leader

Robotics, Waldemar Schaermann, Development & Engineering,

Meike von Kutzleben, Development & Engineering, alle bei der

Kendrion GmbH in Villingen-Schwenningen

Sicherheit bei großen und kleinen Robotern

Industrieroboter sind so unterschiedlich wie die Aufgaben, die sie

bewältigen. Für die verschiedenen Baugrößen, Bauarten und Lasten

lässt sich zwar die passende Sicherheitsbremse finden, allerdings

gibt es keine Lösung „von der Stange“, die für alle Anwendungen

geeignet ist. Der Bremsenspezialist Kendrion bspw. ist seit

vielen Jahren im Robotik-Markt aktiv und hat Sicherheitsbremsen

unterschiedlicher Funktionsprinzipien im Produktprogramm.

Dadurch gibt es für nahezu alle Robotermodelle die passende, perfekt

auf Bauraum, Haltekraft, Lebensdauer oder Temperaturbereich

abgestimmte Bremsenlösung, für große Indus trieroboter ebenso

wie für kleine Knickarm-, Delta- oder kollaborative Roboter. Die

Bremsenspezialisten unterstützen bei der Auswahl, bei technischen

Fragen mit Beratung oder bei speziellen Aufgabenstellungen

mit applikationsspezifischen Entwicklungen.

Die unterschiedlichen Wirkprinzipien der Federdruck- und Permanentmagnetbremsen,

die Kendrion anbietet, schaffen dafür eine

ideale Ausgangssituation. Für beide Bremsentechnologien gilt, dass

sie im stromlosen Zustand geschlossen sind. Es handelt sich damit

um Sicherheitsbremsen; bei Stromausfall oder bei Versagen der

26 antriebstechnik 3/2019


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

02

01 Für Hohlwellenantriebe mit begrenztem Bauraum hat Kendrion

die Slim Line Federdruckbremse entwickelt

02 Die Slim Line Federdruckbremsen sind für Robotiklösungen bis

etwa 20 kg Traglast ausgelegt

01

Energieversorgung, z. B. durch Leitungsbruch, wird das System

sicher gehalten bzw. zum Stillstand gebracht. Darüber hinaus gibt

es jedoch grundsätzliche Unterschiede, denn bedingt durch ihre

Funktionsweise haben beide Wirkprinzipien jeweils charakteristische

Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Einsatzbereiche im

weiten Feld der Robotik prädestinieren.

Anwendung entscheidet über das Funktionsprinzip

Kendrion liefert seit Jahrzehnten Bremsen in Industrieroboter mit

Traglasten größer als 20 kg. Um auch den wachsenden Markt der

kleineren Roboter bedienen zu können, hat der Bremsenspezialist

viel in die Forschung und Entwicklung von geeigneten Bremsen für

Robotikanwendungen investiert. Mit dem langjährigen Know-how

und den neuen Erkenntnissen aus dem Markt konnten optimal

abgestimmte Lösungen für die Robotik entwickelt werden.

Neben der Permanentmagnetbremsenbaureihe „High Torque“,

die sich bestens für die Übertragung hoher Drehmomente und für

spielfreie Lösungen eignet, wurde auch mit der Servo-Line-Baureihe

eine praxis gerechte Lösung entwickelt. Sie beruht auf dem

Federdruckprinzip und ist für Indus trieroboter mit hohen Bremsenergien

und langer erforderlicher Lebensdauer geeignet. Durch

die Möglichkeit die Reibpaarung mit unterschiedlichen Belagtypen

herzustellen, können die Federdruckbremsen ganz individuell und

applikationsspezifisch konstruiert werden.

Flache Bremse mit großem

Innendurchmesser

Ein Beispiel für Federdruckbremsen, die

sich bestens für die Robotik eignen, liefert

auch die neue Slim-Line-Baureihe. Sie ist

für Robotiklösungen bis etwa 20 kg Traglast

ausgelegt, kann jedoch auch in anderen

Applikationen verwendet werden, die geringe

geometrische Abmessungen erfordern. Die „schlanken“

Einscheibenbremsen sind bezogen auf ihre Leistungsdichte

flacher und leichter als der Marktstandard und durch ihre großen

Innendurchmesser gut für Hohlwellenantriebe geeignet. Dadurch

sind sie prädestiniert für die Anwendung in Leichtbaurobotern, bei

denen die Antriebe im Inneren verbaut werden. Grundlage für diese

Lösung liefert eine patentierte Fertigungstechnologie.

Bei konventionellen Federdruckbremsen gilt es beim Luftspalt,

d. h. beim Abstand zwischen Reibscheibe und Ankerplatte, immer

die fertigungsbedingten Toleranzen zu berücksichtigen. Beim Auslegen

der Bremse auf den Worst-Case-Fall wird der maximale Neuluftspalt

berücksichtigt. Sowohl die Lebensdauer, als auch das Drehmoment

stehen im direkten Zusammenhang mit dem maximalen

Betriebsluftspalt, der sich aus dem maximalen Neuluftspalt und dem

Verschleiß ergibt. Es gilt also, den maximalen Neuluftspalt so gering

wie möglich zu halten. Mit konventionellen Fertigungstechnologien

lassen sich Neuluftspalttoleranzen erreichen, die zwischen ein bis

zwei Zehntel Millimeter liegen. Mit der Lösung von Kendrion sind

Neuluftspalttoleranzen im Bereich von vier Hundertstel Standard.

Das eingesparte Potenzial wird bspw. zur Erhöhung des Halte-Drehmoments

oder auch zur Verlängerung der Lebensdauer genutzt und

somit die Leistungsdichte der Bremse erhöht.

Was drauf steht ist auch drin

Bei der Validierung und Verifikation der Werte kann sich der Anwender

auf das Labor-Team des Bremsenspezialisten verlassen. Kendrion

hat sich über Jahre eine hohe Kompetenz in der Prüfung und Qualifizierung

seiner Produkte aufgebaut. Das Labor ist ausgestattet mit Prüfvorrichtungen

für den Messbereich von 0,1 bis hin zu 10 000 Nm. Die

Prüfaufbauten spiegeln die Applikationsbedingungen 1:1 wieder und

können so die reellen Be dingungen abbilden. Sämtliche Messdaten

werden unter verschiedenen Einsatzbedingungen aufgezeichnet und

für die technischen Daten herangezogen. Somit können dem Anwender

fundierte technische Angaben bereitgestellt werden.

Fotos: Aufmacher: Kinwun – iStockphoto; sonst.: Kendrion

www.kendrion-ids.com

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antriebstechnik 3/2019 27


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Klein aber oho –

Sicherheitskupplung Sky

Mit dem Typ Sky stellt Jakob Antriebstechnik

eine Sicherheitskupplung für indirekte

Antriebe zur Überlastbegrenzung vor.

Kennzeichnend sind eine kompakte

Bauweise und Ausrückmomente bis

9 000 Nm. Die Kupplung ist mit einer Konus-Klemmbuchse

ausgestattet, die die Montage vereinfacht. Große Wellen-/

Bohrungsdurchmesser, eine hohe mögliche Lagerbelastung und

eine bestmögliche Rundlaufgenauigkeit sollen das Konzept

abrunden. Wie der Hersteller weiter mitteilt, seien durch die

Verwendung von hochfestem Vergütungsstahl mit Randschichthärtung

bzw. Plasmabeschichtung der relevanten Funktionsflächen

besonders hohe Ausrückmomente realisiert worden.

www.jakobantriebstechnik.de

Servomotorbremsen individuell

anpassbar

Matrix hat sein Angebot an Servomotorbremsen (SMB) in

genormten Baugrößen, abgestimmt auf die gängigen Motorgrößen,

erweitert. Mit der SMB090 mit 5 Nm gibt es nun eine Bremse für die

wettbewerbsintensivste Motorbaugröße, bei der Baugröße und

Drehmoment die Kundenanforderungen exakt erfüllen müssen.

Die SMB155 mit 32 Nm ist eine Lösung für größere Servomotoranwendungen,

bei denen ein hohes Drehmoment und eine robuste

Konstruktion erforderlich sind. Sie bietet Optionen, mit denen die

Bremse auf die Anforderungen der Anwendung angepasst werden

kann. Elektrische Anschlüsse, Leitungslängen und Betriebsspannung

können ebenfalls nach Wunsch gewählt werden. Auch die

Mitnehmer sind mit Standard-Befestigungsarten oder in individuell

auf die Welle abgestimmter Ausführung verfügbar.

www.matrix-international.com

IMPRESSUM

erscheint 2019 im 58. Jahrgang, ISSN 0722-8546

Redaktion

Leitender Chefredakteur/Chefredakteur:

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Schaar,

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

(verantwortlich für den redaktionellen Inhalt)

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

E-Mail: h.seybold@vfmz.de

Svenja Stenner, Tel.: 06131/992-302,

E-Mail: s.stenner@vfmz.de

Redaktionsassistenz: Angelina Haas,

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

Doris Buchenau, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter

(Redaktionsadresse siehe Verlag)

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Anette Fröder, Sonja Daniel, Anna Schätzlein,

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Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer

Anzeigen

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Werbeträgern e. V. (IVW), Berlin.

Inserentenverzeichnis Heft 3/2019

Ihr Spezialist für:

. Verfestigungsstrahlen

(Shot Peening)

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ate, Leutkirch...............................................35

B&R Industrie-Elektronik,

Bad Homburg..............................................19

Beckhoff Automation, Verl......................15

BRECO Antriebstechnik,

Porta Westfalica.......................................7, 9

Hagmann Zahnradfabrik,

Hattenhofen................................................51

HKR, St. Johann...........................................18

iC-Haus, Bodenheim.................................23

KIMO, Erlangen...........................................45

LEANTECHNIK, Oberhausen...................43

LMT Tool Systems,

Schwarzenbek........................................2. US

Mayr, Mauerstetten..................................27

MICRO-EPSILON MESSTECHNIK,

Ortenburg....................................................... 3

NACHI EUROPE, Krefeld............................. 5

OSK-Kiefer,Petershausen.........................28

PM DM Precision Motors,

Villingen-Schwenningen.........................22

Profilscope, München...............................35

R+W Antriebselemente,

Klingenberg............................................4. US

RINGSPANN, Bad Homburg....................11

SCHMIDT-KUPPLUNG, Wolfenbüttel...29

SIEB & MEYER, Lüneburg.........................18

Tünkers Maschinenbau, Ratingen........45

Uhing, Flintbek...........................................34


KUPPLUNGEN UND BREMSEN

Kupplung für anspruchsvolle Bahntechnik

Reich-Kupplungen beliefert den Hersteller der Diesellokomotive TЭM14

mit der Kupplung Arcusaflex. Die hochelastische, axial steckbare

Flanschkupplung fungiert als Verbindung zwischen Motor und ange -

triebener Maschine. Jede Motoreinheit besteht aus zwei eigenständig

arbeitenden Aggregaten mit je einem 8-Zylinder-4-Takt-Dieselmotor

und Traktionsgenerator. Bei 80 geplanten Lokproduktionen jährlich

kommen somit 160 Kupplungen zusammen. Die Kupplung verfügt über

ein hochelastisches Übertragungselement, das per Steckmontage

eingebaut wird. Es besteht aus einem auf Drehschub beanspruchten,

scheibenförmigen Gummikörper. Dieser dämpft in hohem Maße

Drehschwingungen und ermöglicht den Ausgleich von Fluchtungsfehlern

bei Einsatztemperaturen bis 80 °C. Die Leistungsfähigkeit von

2 400 PS qualifiziert die Lok für den Einsatz im Rangierdienst, den

Abtransport von Schwerlasten sowie für den Streckendienst bei

Eisenbahnen, die eine Spurweite von 1 520 mm aufweisen. Eingesetzt wird die Lok in Regionen mit einem gemäßigten Klima.

Grundsätzlich störungsfrei arbeitet sie bei Außentemperaturen von – 50 bis + 40 °C. Neben der breitspurigen TЭM14 werden auch einige

neue Exemplare der Diesellok TЭ8 auf Russlands Schienen benötigt. Hierfür hat der Hersteller die Lieferung von 100 Arcusaflex-

Vorschaltkupplungen angefragt.

www.reich-kupplungen.de

Präzise Kupplungen in

Inspektionssystemen

Beim Bau von Präzisionsmaschinen setzt Micro-Vu die einstufige

Membrankupplung Flex M von Huco ein. Die Kupplungen

werden an Maschinen eingesetzt, die Fertigungsteile von Blechen,

Kunststoffspritzteilen und O-Ringen bis hin zu Leiterplatten,

kompletten Baugruppen und Einzelkomponenten prüfen. Die

Kupplung treibt einen Präzisionskugelgewindetrieb an, der das

Bildverarbeitungssystem entlang des Prüfstands bewegt, das die

Teile oder Werkstoffe berührungslos misst. Mit der Membrankupplung

im Antrieb des Kugelgewindetriebs erreichen die

Prüfmaschinen auf einem Verfahrweg von 2,35 m eine

x-y-Genauigkeit bis zu 10 μm. Die Wiederholbarkeit bei gleichbleibenden

Prüfbedingungen liegt ebenfalls bei 10 μm. Die

Torsionssteifigkeit der Membrankupplung von 710 Nm/rad

ermöglicht den Einsatz in Präzisionsanwendungen.

In den einander gegenüberliegenden,

dünn gepressten,

wärme behandelten Stahlmembranen

wird das aufgebrachte Drehmoment zu

einfachen Zugspannungen aufgelöst.

www.huco.com

Mit Sensoren nachrüstbare Klemm- und

Bremselemente

Mit der Klemm- und Bremselemente-Serie RBPS-A weitet

Zimmer die Baureihe RBPS um ein neues Feature aus. Eine

Sensornut ermöglicht bei Bedarf eine einfache und kostengünstige

Nachrüstung mit Zimmer-Magnetfeldsensoren inklusive

Zweipunktsensor ohne zusätzliche Störkontur. Der Magnetfeldsensor

wird in der Abfragenut versenkt, und die Sensorleitung

lässt sich gemeinsam mit der Pneumatikleitung abführen. Über

den Zweipunktsensor sind beide Kolbenstellungen abfragbar. Die

Baureihe ist für den Einsatz an Rundführungsschienen konzipiert

und wird hauptsächlich in Portalen eingesetzt. Das System

zeichnet sich durch einen Öffnungsdruck von nur 4 bar und

eine Reaktionszeit von < 30 ms aus. Das Element positioniert

nahezu spielfrei. Nach dem Bremsen oder

Klemmen kann in beide Richtungen weitergearbeitet

werden, ohne dass eine Rückstellbewegung

erforderlich ist. Mit der RBPS-A-

Serie sind drei neue Größen für Rundwellen

mit Durchmessern von 50, 55 und 60 mm

und Haltekräften von 52 kN verfügbar.

www.zimmer-group.de

SEMIFLEX

DIE IDEALE KUPPLUNG FÜR PLATZ-

SPARENDE KONSTRUKTIONEN

Schlank und drehmomentstark

präsentiert sie sich und bietet dabei

trotz ihrer Kompaktheit einen hohen,

rückstellkräftefreien Verlagerungsausgleich

– die ideale Präzisionskupplung

für schmalste Lücken!

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SCHMIDT-KUPPLUNG

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LINEARTECHNIK

Schlichten und Schruppen

in neuer Dimension

Linearantriebe bewähren sich in den Hochgeschwindigkeits-Fräszentren

Das Hochgeschwindigkeits-

Bearbeitungszentrum RigiMill des

schwedischen Herstellers Modig hält den

Weltrekord im High-Speed-Fräsen: Sie kann

1 001 Kubikzoll oder 16,4 Liter Vollmaterial in

einer Minute bewältigen. In ihren y- und

z-Achsen kommen Twin Drives mit gekühlten

HMD-Kugelgewindetrieben von NSK zum

Einsatz. Erfahren Sie, was diese leisten.

B

ei Bearbeitungszentren für die Luft- und

Raumfahrtindustrie ist die Zerspanungsgeschwindigkeit

ein wichtiger Parameter.

Denn zentrale, sehr große Bauteile

wie z. B. die Flügelrippen und andere Strukturbauteile

werden aus dem Vollen gefräst,

wobei es vorkommt, dass aus einem Aluminiumblock

von mehr als 4 t Gewicht ein

fertig bearbeitetes, gut 100-kg-schweres Teil

entsteht. Das heißt: 97,5 % des Materials

wird zerspant.

In diesem anspruchsvollen Anwendungsbereich

der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

von Aluminium und Titan hat

die Modig Machine Tool AB in Virserum,

Schweden, eine sehr gute Position. Das 1947

vom Großvater des heutigen Inhabers und

Geschäftsführers gegründete Unternehmen

entwickelt und fertigt leistungsfähige CNC-

Andreas Kropp ist Application Engineering

Manager Precision bei der NSK Deutschland

GmbH in Ratingen

Maschinen, die weltweit u. a. in den Werken

von Airbus, Boeing, SAAB, Sikorski und

Volvo Aero zum Einsatz kommen.

Auch wenn die Maschinen von Modig

sich generell durch hohe Präzision und

Bearbeitungsgeschwindigkeit auszeichnen,

setzt die RigiMill-Portalanlage in dieser

Hinsicht nochmals neue Maßstäbe. David

Modig: „Ein Ziel war es, die erste Zwei-in-

Eins-Maschine in dieser Leistungsklasse

zu entwickeln – das heißt eine Fräsmaschine

für das Hochgeschwindigkeits-Schruppen

und -Schlichten. Und das zweite Ziel: Die

Maschine sollte die schnellste Fräsmaschine

der Welt sein.“

Steifigkeit als Voraussetzung

für Präzision

Dieses Ziel ist kein Selbstzweck und auch

nicht aus olympischem Ehrgeiz entstanden:

„Die Flugzeugindustrie boomt, die Hersteller

stocken ihre Kapazitäten immer weiter auf.

Deshalb wünschen unsere Kunden Portalanlagen

mit nochmals kürzeren Bearbeitungszeiten“,

weiß Modig. Da es in den

Bearbeitungsprozessen von Flugzeug-

Strukturbauteilen auch auf höchste Präzision

ankommt, ist die Steifigkeit der

Maschinenachsen ein Faktor, der mindestens

ebenso wichtig ist wie die Geschwindigkeit.

Die Spindel der RigiMill nutzt deshalb

Twin-Drive-Antriebe für die y- und die

z-Achse, die mit einer Genauigkeit von

jeweils 0,15 µm positionieren. Die beiden

Elektromotoren operieren jeweils im

Master-Slave-Modus.

Bei der Auswahl der Linearantriebe für

die Achsen waren nicht nur die technischen

Daten der Antriebseinheiten ausschlaggebend.

David Modig: „Wir arbeiten nur mit

den besten Zulieferern zusammen, in diesem

Fall haben wir nach einem renommierten

Anbieter gesucht, der Antriebseinheiten

in höchster Präzision hat und auch die

Leidenschaft mitbringt, innovative Entwicklungen

zu begleiten und voranzutreiben.“

Unter diesen Vorzeichen fiel die Wahl auf

NSK – was nicht überrascht, da sämtliche

bisherige Baureihen von Modig-Bearbei-

30 antriebstechnik 3/2019


LINEARTECHNIK

01 02 03 04

01 Die HMD-Baureihe wurde für Anwendungen in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt

02 Für die präzise Führung aller Hauptachsen sorgen die RA-Rollenführungen

03 Die doppelreihigen Axial-Schrägkugellager übernehmen die rotative Lagerung der Kugelgewindetriebe

04 Über die gekühlte Mutter wird Wärme gezielt dort abgeführt, wo sie entsteht

tungsmaschinen mit Antriebskomponenten

von NSK ausgestattet sind. In Kooperation

mit dem schwedischen Partner Acumo

legten Spezialisten von NSK in Ratingen die

Antriebseinheiten aus und berücksichtigten

neben Faktoren wie Drehmoment,

Geschwindigkeit und den Kräften, die aus

der Achsbeschleunigung resultieren, auch

die Temperaturen, die bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

an den Spindelantrieben

entstehen.

Unter diesen Voraussetzungen erwiesen

sich die Kugelgewindetriebe der HMD­

Baureihe mit wassergekühlten Muttern als

geeignete Lösung. Die HMD-Serie wurde

explizit für Anwendungen in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

entwickelt.

Sie ermöglicht hohe Verfahrgeschwindigkeiten

von bis zu 120 m/min. Durch ein neu

entwickeltes Umlenksystem konnte der

Drehzahlkennwert (d × n) auf 160 000 gesteigert

werden.

Gekühlte Mutter steigert

die Präzision

Die Kühlung des Linearantriebs über die

Mutter – d. h. exakt dort, wo die Wärme entsteht

– verhindert Temperatursteigerungen,

die zu einer Beeinträchtigung der Präzision

in der Bearbeitung führen können.

Bei der Entwicklung dieser Linearantriebe

mit optimierter Kühlung musste NSK einige

konstruktive Herausforderungen meistern.

So konnte das Problem gelöst werden, dass

die Kühlung eine Kontraktion des Werkstoffs

des Mutternkörpers hervorruft, die

sich auf die Vorspannung des Kugelgewindetriebs

auswirkt. Nach umfassenden Versuchen

haben die NSK-Entwickler ein zur

Vorspannung passendes Kühlsystem entwickelt,

sodass das Vorspannungsniveau

durch die Kühlung in keinem Arbeitsschritt

beeinflusst wird.

Aus einer Hand

Die Kugelgewindetriebe der HMD-Serie mit

wassergekühlten Muttern kommen in der

y- und z-Achse der RigiMill zum Einsatz.

Die y-Achse hat einen Verfahrweg von

1 560 mm, bei der z-Achse sind es 900 mm.

Gelagert sind die Kugelgewindetriebe in

den Axial-Schrägkugellagern der BSBD­

Serie von NSK, die exakt für solche Anwendungsfälle

entwickelt wurden. Die zweireihige

Konfiguration dieser Lager mit

einem Druckwinkel von 60° ermöglicht die

Aufnahme hoher axialer Lasten in beiden

Richtungen. Gleichzeitig bieten sie die bei

modernen Präzisionsmaschinen erforderliche

Genauigkeit und Steifigkeit.

Komplettiert wird die NSK-Systemlösung

für alle Hauptachsen der RigiMill durch

die RA-Rollenführungen. Sie zeichnet sich

ebenfalls durch eine extrem hohe Steifigkeit

bei hoher Tragfähigkeit aus und schafft die

Voraussetzung für einen ruhigen, vibrationsarmen

Lauf der Spindelachsen auch bei

sehr hoher Geschwindigkeit und hohen

Kräften, die bei der Bearbeitung über das

Werkzeug auf die Achsen einwirken. Durch

den idealen Linienkontakt der Rolle bleibt

die Verschiebekraft trotz des hohen Maschinengewichtes

gering, da eine reine Rollbewegung

keine zusätzliche Reibung für

den Antrieb darstellt.

Überzeugende Gesamtlösung

Mit diesem Konzept für die beiden Linearantriebe

der CNC-Maschine hat NSK eine

Lösung gefunden, die den Maschinenbauer

überzeugt. David Modig: „Die Komponenten

von NSK und das gesamte Antriebssystem

erfüllen die sehr hohen Anforderungen,

die wir an unsere Zulieferer stellen. Sie

leisten einen wesentlichen Beitrag dazu,

dass die RigiMill nicht nur mit höchster

Präzision arbeitet, sondern auch extrem

schnell. Das senkt die Bearbeitungsgeschwindigkeit

und die Kosten pro Teil.“

Die RigiMill stellt somit aus Sicht der

Anwender eine wirtschaftliche Lösung dar,

weil sie mehr Strukturbauteile pro Zeiteinheit

fertigen kann. Im Praxisbeispiel

einer Flügelrippe reduzierte sich die

Be arbeitungszeit von 384 min auf nur noch

74 min. Und in der Endbearbeitung erreicht

die Maschine eine Oberflächenqualität von

bis zu 0,8 µm Ra. Entsprechend positiv sind

die Reaktionen aus der Luftfahrtindustrie.

David Modig: „Wir haben bei der Einführung

einer neuen Baureihe noch nie so

gutes Feedback bekommen. Die RigiMill

hat sich vom Start weg auf der Agenda der

großen Flugzeughersteller und ihrer

Zu lieferer etabliert.“

Dazu hat sicherlich auch der Weltrekord

beigetragen, den der erste Prototyp bei

einer Kundenveranstaltung im Oktober

2017 aufstellte: Die Maschine zerspante

16,4 l Vollmaterial in einer Minute. Dabei

arbeitete die Hauptspindel, die von einem

180-kW-Motor angetrieben wird, mit Drehzahlen

von bis zu 30 000 min -1 . Auf diesen

eindrucksvollen Rekord folgten schnell die

ersten Bestellungen, die dazu führten, dass

Modig nun – genau wie die Flugzeughersteller

– die Fertigungskapazitäten erweitert:

Eine neue Produktionshalle befindet

sich in Bau.

Fotos: Aufmacher: Modig Machine Tool; sonst.: NSK

www.nskeurope.de

antriebstechnik 3/2019 31


LINEARTECHNIK

Für die Produktion von morgen

Positioniersystem entspricht Anforderungen von Industrie 4.0

Mit dem Kreuztisch vom Typ

KT210 und dem Lineartisch LTP90

von Steinmeyer Mechatronik

lassen sich in Geräten, Anlagen

und Versuchsaufbauten

Bewegungssysteme mit beliebiger

Achsenzahl realisieren. Die internen

Motioncontroller mit CAN-Bus

ermöglichen es, mehrere Tische

zu einem System zu verknüpfen.

Damit sind auch die Möglichkeit

des Remote-Zugriffes und der

Eigenüberwachung gegeben –

eine Lösung für die Smart Factory.

Dr. Alexander Bromme ist Geschäftsführer bei

der Steinmeyer Mechatronik GmbH in Dresden

Die Vernetzung von Maschinen, Geräten

und Sensoren dringt langsam aber

sicher in immer mehr Bereiche der Industrie

vor. Mit dem Ziel der völligen Informationstransparenz

werden im Rahmen des

Organisationskonzepts Industrie 4.0 alle

wichtigen Komponenten der Produktion zu

einem cyber-physischen System zusammengeschlossen.

Sensordaten erweitern Informationssysteme

digitaler Fabrikmodelle,

sodass ein virtuelles Abbild der realen Welt

entsteht. Technische Assistenzsysteme

unterstützen den Menschen mithilfe der

aggregierten Informationen, um fundierte

Entscheidungen treffen und auftretende

Probleme schnell lösen zu können. Im

Optimalfall sind cyber-physische Systeme

in der Lage, dezentral eigenständige

Entscheidungen zu treffen und Aufgaben

weitgehend autonom erledigen zu können.

Auch Steinmeyer Mechatronik beschäftigt

sich mit der Frage, welchen Mehrwert

die Vernetzung in der Positioniertechnik

bieten kann. Als Kompetenzzentrum für

Positionierlösungen, mechatronische Systeme

und optische Komponenten bietet die

GmbH mit Sitz in Dresden Produkte und

kundenspezifische Lösungen für individuelle

Aufgabenstellungen. Auf einer Fertigungsfläche

von über 3 500 m² produzieren

die mehr als 120 Mitarbeiter Positioniersysteme

im Submikrometerbereich für höchste

Qualitätsanforderungen – vom Prototypen

bis zum fertigen Serienprodukt.

Die jüngsten Neuentwicklungen aus dem

Hause Steinmeyer Mechatronik stellen der

Kreuztisch vom Typ KT210 und den Lineartisch

vom Typ LTP90 dar. „Gemeinsam

bilden sie die perfekte Basis für die Positionierung

in der Smart Factory“, verspricht

Elger Matthes, Leiter Entwicklung und Konstruktion

bei Steinmeyer Mechatronik.

Positionierlösung für schnelle

Scananwendungen

Beim Kreuztisch vom Typ KT210 handelt es

sich um ein XY-System für die horizontale

Gebrauchslage. Bei kompakten Abmessungen

von 210 × 210 mm verfügt der Tisch

über Verfahrwege von 100 × 100 mm. „Der

leistungsfähige und präzise elektrische

32 antriebstechnik 3/2019


LINEARTECHNIK

Linearmotor erlaubt geräuscharme, dynamische

Bewegungen und ermöglicht

wesentlich höhere Taktzeiten, als es mit

einem Spindelantrieb möglich wäre“,

erklärt Matthes die Vorteile der selbstentwickelten

Antriebslösung. „Damit eignet

sich der KT210-Kreuztisch hervorragend

für schnelle Scananwendungen und andere

Applikationen wie die Batchbearbeitungen

von Proben oder die Inspektion kleiner

Teile, bei denen häufige Start-Stopp­

Phasen üblich sind.“ Positioniertische mit

herkömmlichem Spindelantrieb seien hierbei

unterlegen. Da der Linearmotor berührungsfrei

arbeitet und die Führungen mit

einem Schmierstoffreservoir ausgestattet

sind, ist der Betrieb des Tisches praktisch

wartungsfrei. Dies gewährleistet eine

besonders lange Lebensdauer.

Der Lineartisch LTP90 verfügt dagegen

über einen Schrittmotorantrieb und eignet

sich – je nach Montage – gleichermaßen

für horizontale wie vertikale Anwendungen.

Sein steifer Grundkörper garantiert

eine hohe Genauigkeit auch bei wechselnden

Lasten.

Die Ingenieure von Steinmeyer Mechatronik

entwickelten die beiden Tische als

kombiniertes XY-Z-System für den Einsatz

in Geräten, Maschinen und Experimentalaufbauten.

„Sie kommen beispielsweise in

der Messtechnik, in Laseranlagen oder in

der Automatisierung sowie in der robotergestützten

Wafer-Produktion oder bei Mikroskop-Anwendungen

zum Einsatz“, so Matthes.

Dabei lässt sich der Lineartisch entweder auf

den Kreuztisch montieren oder separat in

einen Portalaufbau integrieren.

Positioniertische reagieren auf

Ereignisse von außen

Die Programmierung sowie die Anbindung

an die vernetzte Fabrik erfolgt einfach über

Mithilfe einer

intuitiven

Software

lassen sich die

Positioniertische

schnell

und einfach

konfigurieren

Gemeinsam bilden der Kreuztisch

KT210 und der Lineartisch LTP90

ein Positioniersystem, das den

Anforderungen der Industrie 4.0

entspricht. Sie sind vernetzbar,

dezentral steuerbar und ermöglichen

Remote-Zugriff sowie

Eigenüberwachung.

Elger Matthes, Leiter Entwicklung und

Konstruktion, Steinmeyer Mechatronik

USB oder CAN-Bus. Mithilfe eines entsprechenden

Hosts wird das XY-Z-System

zudem internetfähig. Die CAN-Schnittstelle

erlaubt es den Positioniertischen, Statusdaten

zu senden und Rückmeldung über

Programmzustände sowie des Systemzustands

(History, Betriebsstundenzähler,

Lebensdaten usw.) über das Netzwerk

auszugeben. Realisiert wird dies durch

einen integrierten, von außen unsichtbaren

Con troller mit eigenem Programmspeicher.

Bei entsprechender

Einbindung des CAN-

Hosts kann der Anwender

zudem per

Remote-Zugriff über

das Internet auf das

Positioniersystem zugreifen;

in der Praxis

eröffnet dies vollkommen

neue Möglichkeiten:

„Die Tische

gleichen sich im Netzwerk

mit der übergeordneten

Steuerung,

beispielsweise einem

Bahngenerator zur Erzeugung

mehrdimensionaler Trajektorien,

ab und lassen sich somit dezentral steuern“,

erklärt Entwicklungsleiter Matthes. Eventuelle

Probleme wie Abweichungen bei der

Genauigkeit lassen sich per Remote frühzeitig

erkennen – auch aus der Ferne. Zudem

ist die Synchronisierung vieler Achsen in

komplexen Systemen sowie die Verteilung

der Intelligenz auf das Errechnen der Bewegungsvektoren

im übergeordneten System

(Bahngenerator) und Ausregeln der Bewegung

unter Last in der Achse (Tisch mit integriertem

Controller) möglich.

Lediglich ein dünnes Steuerungskabel ist

notwendig, um – bei Bedarf auch mehrere –

Positioniertische miteinander zu vernetzen.

Die eindeutige Zuordnung der Daten findet

mithilfe einer individuellen Kennung, vergleichbar

mit einer MAC-Adresse. Die sonst

üblichen mächtigen und sternförmigen

Verkabelungen entfallen.

Eine Besonderheit der beiden Stein meyer-

Tische vom Typ KT210 und Typ LTP90 ist

die Software-Kalibrierung: Die Genauigkeit

der Positionierung wird bei der Montage

gemessen und die gewonnenen Daten

dauerhaft im internen Controller gespeichert.

Bei der Bewegung werden die aktuellen

Messwerte mit den gespeicherten

Daten abgeglichen und anhand der Abweichung

die korrekte Position ermittelt.

„Im Prinzip erzeugt das System aus Tisch

und Controller die nötige Präzision selbst.

Dadurch, dass wir weniger genaue Komponenten

einsetzen können, erreichen wir

deutliche Kosteneinsparungen, die wir an

unsere Kunden weitergeben können“, fasst

Matthes zusammen.

Die wenigen Kabel, die simple Kalibrierung

sowie die eindeutige, im Tisch

gespeicherte ID sorgen für eine leichte

Austauschbarkeit der Komponenten und

gestalten den Service einfach. Mit dem

Kreuztisch vom Typ KT210 und dem

Lineartisch vom Typ LTP90 hat Steinmeyer

Mechatronik somit ein innovatives Positioniersystem

entwickelt, dass sich zum

einen durch seine Einfachheit und Kosteneffizienz

für eine Vielzahl an Anwendungen

anbietet, zum anderen durch außerordentliche,

durch Software geschaffene

Präzision sowie die Möglichkeiten zur

Vernetzung auszeichnet.

Fotos: Steinmeyer Mechatronik

www.steinmeyer.com

antriebstechnik 3/2019 33


LINEARTECHNIK

Linearsysteme ohne Software oder

PC steuern

Ergänzend zu den Drylin-E-Linearachsen hat Igus mit der

Dryve D3 Angaben zufolge eine kostengünstige und leicht zu

bedienende Steuerung entwickelt. Diese regelte Linearsysteme

ganz ohne Software oder PC und eignet sich für alle gängigen

DC-Motoren. Sie lässt sich an die 24-V-Spannungsversorgung

anschließen und über DiP-Schalter können die Betriebsart,

Endlagenabschaltung,

Beschleunigung und der Motor

parametriert werden. Nach

kleineren Feinjustierungen sei

es möglich, die Steuerung in

kurzer Zeit und ohne Programmier-Know-how

in Betrieb zu

nehmen. Darüber hinaus hat

Igus die Dryve D1 für Schrittmotoren,

DC- und EC/BLDC-Motoren weiter verbessert. Im

Mittelpunkt steht eine neue Oberfläche. Anwender können die

Motorsteuerung über einen Webbrowser vom Fest-PC oder auch

mobil vom Smartphone oder Tablet aus bedienen. Auch die

Inbetriebsetzung einer motorbetriebenen Achse zusammen mit

der Dryve D1 Steuerung erfordere nur wenige Minuten.

www.igus.de

Auf schnellem Weg zur passenden

Profilschiene

Mit einem Online-Konfigurator für Profilschienen erweitert Bosch

Rexroth die digitale Tool-Kette für Lineartechnikkomponenten

und -systeme. Der Anwender wird hier durch die Kugel-, Rollen-,

Miniatur- und Laufrollenschienen des Standardprogramms

geführt. Zusätzlich kann er die Kugel- und Rollenschienen mit

dem integrierten Messsystem IMS konfigurieren. Mit wenigen

Mausklicks sind Bauform,

Werkstoff, Befestigung und

Genauigkeitsklasse der Profilschienen

festgelegt. Bei jedem

Auswahlschritt stellt der

Konfigurator Zusatzinformationen

bereit. Einteilige Schienen

liefert der Hersteller bis zu einer

Länge von 6 000 mm aus. Bei

mehrteiligen Schienen schlägt der Konfigurator die Längen der

Teilstücke vor. Diese können bei Bedarf per Klick geändert

werden. Geliefert werden die Teilstücke mit gekennzeichneten

Enden zur vereinfachten Montage. In der nächsten Version des

Konfigurators sollen auch stirnseitige und vertikale Zusatzbearbeitungen

konfigurierbar sein.

www.boschrexroth.com

Clevere Kugelrückführung für erhöhten Wirkungsgrad

Kugelgewindegetriebe von August Steinmeyer benötigen Angaben

zufolge eine geringere Antriebsleistung als konventionelle

Schraubtriebe und sollen eine höhere Geschwindigkeit und

Positioniergenauigkeit erreichen. Für einen geschlossenen

Kugelkreislauf sorgt eine Kugelrückführung,

die die Kugeln nach dem Durchlaufen eines oder

mehrerer Gewindegänge wieder zurückführt. Zu den

angebotenen Rückführsystemen zählen externe

Umlenkungen, wie die Gesamtumlenkungen für

Ultraspeed-Anwendungen, die Stirndeckelumlenkung

für steile oder mehrgängige Gewinde sowie Z-Umlenkungen für

große Kugeln bei Schwerlast-Kugel gewindetrieben. Interne

Umlenkungen, wie die Einzelgangum lenkung oder die Umlenk -

leiste, adressieren hingegen kleine bis sehr kleine

Kugeldurchmesser und geringe Steigungen. Die

DN-Werte werden mit rund 60 000 bei einfachen

Rohrumlenkungen und mehr als 160 000 bei der

„Ultraspeed"-Version beziffert.

www.steinmeyer.com

Uhing.indd 1 08.02.2019 10:44:58

34 antriebstechnik 3/2019


DTS-Komplettpaket für mehr Präzision

in der Montage

Hepco Motion, Spezialist für Linearführungssysteme und

Automatisierungskomponenten, hat sein „Ovalsystem Komplettpaket“

vorgestellt. Das Driven-Track-System (DTS) besteht aus

Antriebsscheiben und Riemen sowie weiteren erforderlichen

mechanischen Komponenten. Unternehmen, wie z. B. Kia und

Hyundai, sollen das DTS-System bereits in ihren Montagevorrichtungen

für Automobil-Temperatursensoren nutzen. Vorteil

gegenüber herkömmlichen Fördersystemen sei eine erhöhte

Genauigkeit. Darüber hinaus werde während des Montagevorgangs

weniger Ausschuss produziert.

Ihr Spezialist für

Teleskopschienen im

Schwerlastbereich

www.hepcomotion.com

Individuell anpassbare

Hochleistungsaktuatoren

Die elektrischen Hochleistungsaktuatoren der Baureihe

CASM 100 von SKF ermöglichen Plug-&-Play-Lösungen als Ersatz

für pneumatische und hydraulische Systeme im Automatisierungsbereich

und für Anwendungen bei rauen Umgebungsbedingungen.

Mit der Baureihe kann aus zahlreichen Modulen

ein auf die Anwendung zugeschnittenes System zusammengestellt

und bei Bedarf erweitert werden. Sie sind im Kraftbereich

bis 82 kN und bei Lineargeschwindigkeiten bis 890 mm/s

einsetzbar. Mit Hüben bis 2 m, hoher Resistenz gegen Schmutz

und Feuchtigkeit dank verschiedener Dichtungssysteme, einstellbarer

Endschalter und vielen Montagemöglichkeiten stellt es eine

individuell anpassbare Lösung dar. Die Optionen Inline, Adapter

oder Getriebe für einen parallelen Motoraufbau mit Übersetzungen

von bis zu 25:1, Handbetätigung oder Zusatzbremsen,

kombiniert mit einem Servo- oder Asynchronmotor

erlauben viele Freiheiten bei der

Konstruktion und der elektrischen

Ansteuerung.

Technische Beratung unter:

Tel. +49 (0)89 27399605 · info@profilscope.de

Weitere Produktmeldungen und aktuelle

Informationen rund um das Thema

Antriebstechnik finden Sie auch online unter:

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Positioniersystem mit integrierten

Routinen

Das modulare Faserpositioniersystem F-131 von Physik Instrumente

(PI) bietet viele Möglichkeiten, um Herstell- und Prüfprozesse für

Photonik-Komponenten zu entwickeln und zu verbessern. Es

besteht aus einem gestapelten Aufbau von drei Lineartischen mit

DC-Motor mit je 15 mm Stellweg und einem geregelten

NanoCube XYZ-Piezosystem. Zu dem System gehören volldigitale

Steuerungen mit in der Firmware integrierten Befehlen für

schnelles und vibrationsarmes Scannen, Optimierung der

Ankopplung und Charakterisierung von Komponenten. Ein

eingebauter Datenrekorder protokolliert Betriebsgrößen wie

Motorspannung, Geschwindigkeit und Position. Ethernet- und

USB-Schnittstellen, ein hochauflösender Analogeingang für

optische Messtechnik und Softwarebibliotheken sorgen für

schnelles Einbinden in die Anwendung und flexible Nutzung. Das

grafische Anwenderprogramm PIMikroMove bietet eine interaktive

Steuerung und Visualisierung der Alignment-Routinen.

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Höher geht’s

wirklich nicht!

Industriegetriebe bewegen Rekord-Seilbahn

Der Neubau der Seilbahn Zugspitze ist ein Projekt der Superlative.

Die enorme Antriebsleistung für die teils extrem steile Seilbahn erfordert

schwere Industriegetriebe: Zwei Exemplare der Baureihe X von

SEW-Eurodrive treiben das Zugseil an, das die Kabine mit der Kraft einer

ausgewachsenen Diesellokomotive auf 2 943 Meter Höhe hievt.

Christian Rüttling ist Business Development

Manager bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co. KG

in Bruchsal

D

rei Jahre Planung und drei Jahre Bauzeit

waren nötig, um die Personenbeförderung

von der Talstation am Eibsee auf die

Zugspitze zukunftssicher zu machen. Die

Betreibergesellschaft Bayerische Zugspitzbahn

Bergbahn AG entschied sich für einen

kompletten Neubau. Der Auftrag ging an

die Schweizer Seilbahnfirma Garaventa, die

2002 mit dem österreichischen Seilbahnhersteller

Doppelmayr fusionierte. Die

Doppelmayr/Garaventa Gruppe hat bisher

über 14 000 Seilbahnsysteme in mehr als

90 Ländern realisiert. Dennoch ist die neue

Seilbahn Zugspitze ein herausragendes

Prestigeprojekt, das gleich drei Weltrekorde

bricht: Die einzige Stütze – in Stahlbauweise

ausgeführt – ist mit 127 m die höchste

ihrer Art. Zwischen Stütze und Bergstation

überwindet die Bahn bisher nicht realisierte

3 213 m Seil, und die 1 945 m Höhenunterschied

auf diesem Seilabschnitt sind ebenfalls

weltweit einzigartig. So befördert die

vollständig neu entworfene Pendelbahn

seit Dezember 2017 bis zu 580 Gäste pro

Stunde auf Deutschlands höchsten Berg.

Kurz vor dem Gipfel wird der Anstieg der

Seilbahn atemberaubend steil: Die bergfahrende

Kabine überwindet eine Steigung von

104 %, gewinnt also auf jedem Meter Vorwärtsbewegung

mehr als einen Meter an

Höhe. Zeitgleich nähert sich die zweite

Kabine der Talstation, die Bahn fährt also

im Pendelbetrieb. Verbunden sind beide

über eine Zugseilschleife, die in der Talstation

angetrieben wird. Zwei je 900 kW starke

Drehstrommotoren sind über elastische

Klauenkupplungen von KTR mit je einem

dreistufigen Stirnradgetriebe des Typs

X3FS280 von SEW-Eurodrive verbunden.

„Diese Leistung ist erforderlich, weil wir

hier ein extremes Streckenprofil haben“,

betont Projektleiter Markus Reichmuth von

Garaventa. Hinter der Kupplung befindet

sich jeweils noch eine Schwungmasse von

fast einem Meter Durchmesser und gut 1 t

Gewicht. Die Schwungräder sorgen für

ein besseres Regelverhalten des Antriebssystems.

Die daran anschließenden

In dustriegetriebe mit je fast 6 t Gewicht

haben jeweils ein Nenndrehmoment von

240 000 Nm und können eine Leistung von

1 024 kW übertragen. Sie werden von einem

Öl-Luft-Kühler im definierten Temperaturbereich

gehalten. Auf der Abtriebsseite

36 antriebstechnik 3/2019


SPECIAL I INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES

01 Die neue Seilbahn Zugspitze

bricht gleich drei Weltrekorde und

befördert jeweils 120 Personen

auf 2 943 m Höhe

02 03

sorgt jeweils eine über 3 t schwere schaltbare

Bolzenkupplung für den Kraftschluss

mit den Seilrädern. Auf deren Rückseite

kann über Zahnkupplungen ein Notantrieb

eingreifen.

Getriebe der Baureihe X von SEW-

Eurodrive zeichnen sich durch ihre

geräuscharme Verzahnung und

hohe Wartungsfreundlichkeit aus.

Das robuste Gehäuse der Baureihe

ist in der Universalausführung umkehrbar

und kann in allen Raumlagen

verwendet werden. Die bei der

Seilbahn Zugspitze verwendeten Horizontalgehäuse

sind dagegen speziell für

horizontale Anwendungen konzipiert.

Ein weiteres Getriebe von SEW-Eurodrive

ist in der Bergstation auf der Zugspitze

in stalliert: Das dreistufige Kegelstirnradgetriebe

vom Typ X3TH210 mit einem

Nenndrehmoment von 90 000 Nm sitzt am

Antrieb der Bergekabine. Diese könnte zur

Bergung der Fahrgäste auf die Tragseile

gesetzt werden, falls sich die beiden Kabinen

der Seilbahn nicht mehr bewegen

lassen. Das ist jedoch äußerst unwahrscheinlich,

denn jeder der beiden Hauptmotoren

sowie die beiden hydraulisch

betriebenen Notantriebe könnten das Zugseilsystem

notfalls auch allein antreiben.

Die gewaltige, erforderliche Antriebsleistung

erzeugen zwei Drehstrommotoren

mit je 900 kW Nennleistung. Sie sind an

ein 400-V-Mittelspannungsnetz angeschlossen.

Bei einem Stromausfall können

Diesel aggregate der 2 MW starken Netzersatzanlage

die benötigte Leistung bereitstellen.

Die Netzersatzanlage befindet sich

in einem Nebenraum der Talstation und

Video

Ein interessantes Video über die Antriebstechnik

der neuen Seilbahn Zugspitze

finden Sie unter:

www.antriebstechnik.de/Zugspitze

02 Im Falle einer notwendigen

Bergung von Gästen zwischen

Bergstation und Stütze kommt

die Bergewinde für den

Bergekorb zum Einsatz

03+04 Die Industriegetriebe

haben jeweils ein Nenndrehmoment

von 240 000 Nm und

können eine Leistung von

1 024 kW übertragen

05 Peter Baumgartner,

Industriegetriebespezialist bei

Imhof (links), und Markus

Reichmuth, Projektleiter bei

Garaventa, sind stolz auf das

Ergebnis ihrer Kooperation

04

05

wurde von Polyma installiert und in Betrieb

genommen.

Im Normalbetrieb beschleunigen die beiden

Hauptmotoren und die Industriegetriebe

der Baureihe X im Verbund das Gondelsystem

auf bis zu 10,6 m/s – also knapp

40 km/h. Jede Kabine fasst bis zu 120 Fahrgäste

und wird von jeweils zwei Tragseilen

mit 72 mm Durchmesser und 145 t Masse

gehalten. Die Tragseile haben eine Bruchlast

von gut 600 t und wurden aus insgesamt

5 500 km Draht gefertigt. Die Seilbahn ist für

Temperaturen bis – 30 °C zugelassen und

fährt bis Windstärke 8. In rund zehn Minuten

gelangen die Fahrgäste auf den Berg.

Für den Hersteller Garaventa ist die neue

Seilbahn Zugspitze ein Leuchtturmprojekt,

ebenso für die Antriebsspezialisten von

SEW-Eurodrive in Bruchsal, die in der

Schweiz von der Generalvertretung Alfred

Imhof AG vertreten werden. „In letzter

Zeit hat sich die Kooperation mit der

Imhof AG verstärkt“, berichtet Projektleiter

Markus Reichmuth. „Preis- und Leistungsverhältnis

sowie Termintreue stimmen –

und die Zusammenarbeit funktioniert sehr

gut.“ Imhof-Industriegetriebespezialist

Peter Baumgartner ergänzt: „Die Seilbahn

auf die Zugspitze wird ihren Platz in den

Geschichtsbüchern finden. Ein solches

Projekt ist mehr als eine hervorragende

Referenz – es ist ein Meilenstein!“

Fotos: SEW-Eurodrive

www.sew-eurodrive.de/x-getriebe

antriebstechnik 3/2019 37


INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES I SPECIAL

Unmagnetisch,

ungeschmiert,

unkompliziert

Einbaufertige Carbon-Zahnriemenachse ermöglicht

genaue Messungen in der Sensorproduktion

Wo gefertigt wird, muss auch geprüft werden. Und wo Sensoren geprüft

werden, die Metall erkennen und darauf reagieren, muss ein

störungsfreies Messergebnis in der Qualitätsprüfung garantiert werden.

Aus diesem Grund setzt die Werner Turck GmbH & Co. KG mit Sitz in

Halver bei ihrem neuesten Prüfmittel in der Qualitätssicherung auf

komplett metallfreie Carbon-Zahnriemenachsen von Igus.

Stück für Stück nähert sich die Metallplatte

dem Sensor, einem berührungslosen

Endschalter. Plötzlich gibt es eine

Meldung auf dem Monitor neben der

Prüfeinheit. Die Vorrichtung mit der Metallplatte

bleibt stehen. Test bestanden. Nächster

Sensor zur Prüfung.

Unter anderem so läuft es in der Qualitätssicherung

der Werner Turck GmbH &

Co. KG ab. Das Unternehmen mit Hauptsitz

in Halver ist in der Turck-Gruppe für Entwicklung

und Produktion verantwortlich,

während Vertrieb und Marketing bei der

Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim an

der Ruhr liegen. Als Spezialist für Sensor-,

Feldbus-, Anschluss- und Interfacetechnik

sowie HMI und RFID bietet Turck effiziente

Lösungen für die Fabrik- und Prozessautomation.

Unter anderem fertigt das Unternehmen

verschiedenste Sensoren, darunter

z. B. kapazitive, Magnetfeld-, Ultraschallsowie

induktive Sensoren. Letztere erfassen

berührungslos und verschleißfrei metallische

Objekte. Dazu benutzen die Sensoren

ein hochfrequentes elektromagnetisches

Wechselfeld. „Neben Hunderten anderer

Anwendungen kommen diese Sensoren

zum Beispiel häufig in Pressen in der

Automobil industrie zum Einsatz, wo sie in

der automatisierten Fertigung erkennen, ob

die Presse befüllt ist oder nicht“, erklärt

Michael Kind, Bereichsleiter Betriebsmittelkonstruktion/

-bau bei Turck. „Natürlich

prüfen wir die Sensoren direkt nach der Fertigung

zu 100 Prozent auf die entscheidenden

Kenngrößen wie etwa den Schaltabstand. Darüber

hinaus werden zur Qualitätssicherung

weiterführende Tests mittels genau definierter

Stichproben durchgeführt. Bei einer Losgröße

von beispielsweise 250 Sensoren werden

fünf Sen soren am Anfang der Produktion

weiter führend getestet, fünf Stück in der Mitte

sowie zehn Stück am Ende.“

Bei diesen stichprobenartigen Tests wird

ein Sensor nach dem anderen in einer

Prüfvorrichtung befestigt und angeschlossen.

Nach Initiierung über einen kapazitiven

Sensor – natürlich aus eigener Produktion

– bewegt sich eine senkrecht zum

Sensor stehende Metallplatte auf den Sensor

zu, womit der Schaltabstand sowie die

Hysterese des Sensors im Hundertstelmillimeter-

Bereich gemessen und automatisch

im Q-System gespeichert werden. Für

die genaue Messung und Auswertung des

Weges kommt ein induktiver Linearwegsensor

zum Einsatz, der ebenfalls aus dem

Hause Turck stammt. „Dieser Linearwegsensor

kann Wege im μm-Bereich genau messen“,

erklärt Michael Kind. „Für die Messung

01 Verantwortlich für das

Projekt (v. l.): Nico Naujoks

(Turck), Christof Meurer

(Igus), Michael Kind (Turck)

und Stefan Ehls (Turck)

der Funktion unserer Endschalter reichen

jedoch zwei Nachkommastellen.“

Unbedingt erforderlich:

Absolute Metallfreiheit

Von ein paar Schrauben und festen Metallteilen

abgesehen, war bei der Entwicklung

der neuen Prüfeinheit notwendig, dass

sämtliche Komponenten absolut unmagnetisch

sind, um die Messergebnisse nicht zu

verfälschen und den Sensor ausschließlich

auf die Metallplatte reagieren zu lassen. „Bei

der Suche nach einer passenden Lösung

stieß ich auf die Carbon-Zahnriemenachse

von Igus“, erinnert sich Kind. „Mit der Firma

Igus arbeiten wir bereits knapp 18 Jahre sehr

gut zusammen.“ Die Zahn riemenachse aus

der Baureihe Drylin ZLW besteht aus einer

tribologisch optimierten Drylin W-Linearführung

aus Carbon sowie Hochleistungskunststoffen

in Schlitten und Umlenkung.

Sie machen die Drylin ZLW Carbon zur

38 antriebstechnik 3/2019


SPECIAL I INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES

02 Jeweils ein Sensor wird links an der

Prüfeinheit befestigt und angeschlossen

ersten komplett metallfreien Zahnriemenachse.

Durch den konsistenten Vollkunststoffaufbau

innerhalb der Umlenkstationen

u. a. durch den Einsatz von Xiros Kugellagern

mit Kugeln aus Kunststoff oder Glas ist das

System extrem leicht und schmiermittelfrei.

„Die Schmiermittelfreiheit ist natürlich fast

genauso wichtig“, erklärt Michael Zeipert,

Leiter Entwicklung Automation Products

bei Turck. Schließlich würden Schmiermittel

den Wartungsaufwand an den bewegten

Bauteilen erhöhen. Außerdem müssen so

keine Schmierstoffe vorgehalten werden.

Dass sämtliche Igus Produkte komplett auf

externe Schmierung verzichten, ist daher

auch hier ein großer Vorteil und Grund,

warum man bei Turck auf diese setzt. „Wir

setzen sowohl Linear lager als auch Ketten

und Gleitlagerbuchsen ein“, erklärt Michael

Kind. „Früher setzten wir metallische Alternativen

ein, sind dann aber auf Igus

gestoßen. So konnten wir auch schon so

manches Metall-Kugel lager einsparen.“

„Leichter Lauf“ dank Carbon

Durch den Einsatz der Zahnriemenachse

Drylin ZLW Carbon ergibt sich neben der

Metallfreiheit und des Trockenlaufs noch

ein weiterer Vorteil: „Carbon ist ein sehr

leichter Werkstoff. Gegenüber einer baugleichen

Schiene aus Aluminium können

wir hier bis zu 40 Prozent Gewicht sparen

und sogar bis zu 60 Prozent Gewicht gegenüber

einer Stahlschiene“, erklärt Christof

Meurer, zuständiger Technischer Verkaufsberater.

Dazu ergänzt Michael Kind: „Von

der reinen Gewichtsersparnis abgesehen,

müsste die Prüfeinheit erheblich größer

sein und die Linearachse – zum Beispiel ein

Spindel-Linearantrieb – entsprechend weit

vom Sensor entfernt sein, damit es keine

Stör signale gibt.“ Der derzeitige Aufbau mit

der Carbon-Zahnriemenachse von Igus ist

handlich und kann von den Mitarbeiterinnen

und Mitarbeitern bei Turck einfach

zwischen den unterschiedlichen Prüffeldern

hin- und hergetragen werden. Einfach war

ebenfalls die Einbindung der Achse in die

digitale Zeichnung der Prüfeinheit: „Bei der

Planung am Computer konnten wir die

3D-Daten der Zahnriemenachse einfach

übernehmen – ein toller Service“, so Michael

Kind. Ebenso leicht fällt anschließend der

tatsächliche Einbau. Igus liefert die Zahnriemenachsen

komplett vormontiert als

Einheit, sodass sie direkt verbaut und

eingesetzt werden können.

Derzeit befindet sich die neue Prüf einheit

noch in der Prototypen-Phase. Bei Turck ist

man jedoch schon jetzt von dem Konzept

überzeugt und plant den Bau weiterer Einheiten.

Dann ebenfalls mit dabei: die leichte,

unkomplizierte und vor allem unmagnetische

Carbon-Zahnriemenachse von Igus.

Fotos: Igus

www.igus.de

www.turck.de

03 In der Prüfeinheit sorgt eine komplett metallfreie Drylin ZLW Carbon Zahnriemenachse für leichtgängige Bewegungen

antriebstechnik 3/2019 39


INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES I SPECIAL

Getriebe. Hierbei hat sich das Auslegungstool

Cymex 5, in das die von Simtec

programmierten Bewegungssimulationen

eingelesen wurden, bewährt.

Dynamik eröffnet neue

Dimensionen

Werbung, die bewegt

Planetengetriebe bringen dynamische Performance

für Media-Informationssystem

„Le Chandelier“ – der Kronleuchter –

heißt das völlig neue und aktuell

wohl spektakulärste Media-

Informationssystem, das vor

Kurzem im Terminal 3 des

Flughafens Rom-Fiumincino

Leonardo da Vinci in Betrieb

genommen wurde. Zwölf

bewegliche LED-Großbildschirme

positionieren sich – auch dank

spielarmer und verdrehsteifer

Planetengetriebe von Wittenstein –

mit hoher Dynamik und Präzision

zu bewegten Werbeflächen in

unterschiedlichen Formaten und

Formationen.

Dipl.-Ing. Marc Leppich ist Vertriebsingenieur

und Philipp Metzger ist Applikationsingenieur,

beide bei der Wittenstein Alpha GmbH,

Vertriebsbüro Nord-Ost, in Bad Pyrmont

Die spielarmen Planetengetriebe der

Baureihe TP+ erfüllen wesentliche

Anforderungen der Simtec Systems GmbH

aus Braunschweig – dem Erfinder und

Hersteller des Digital Signage-Werbesystems.

„Die hohe Verdrehsteifigkeit der

Getriebe minimiert die Schwingungen auch

bei hoher Bewegungsdynamik und gewährleistet

zusammen mit dem geringen

Verdrehspiel eine optimale Synchronität

und Positioniergenauigkeit der einzelnen

LED-Großbildschirme“, erläutert M. Sc. Anne

Kaufmann, Leiterin des Projektmanagements

Digital Signage bei der Simtec

Systems GmbH. „Hinzu kommt die platzsparende

Bauform der Getriebe, sodass wir

sie ideal in die engen Einbauräume der

rotierenden Kon struktion integrieren konnten.“

Darüber hinaus wurden seitens Simtec

auch höchste Anforderungen an die Auslegung

der Planetengetriebe für die Kinematik

mit ihren zwölf Bildschirmen auf drei

ringförmigen Rotationsebenen gelegt. Da

die Anlage frei programmierbar ist und

somit beliebige Bewegungsabläufe der

20 Freiheitsgrade möglich sind, hat Simtec

neun verschie dene charakteristische Bewegungszyklen

erstellt. Diese waren die Basis

für die Dimensionierung der einzelnen

Der Einsatz digitaler Medieninhalte bei

Werbe- und Informationssystemen wie

elektronische Plakate, digitale Werbung am

Point of Sale, digitale Türbeschilderungen

oder Großbildprojektionen, kurz Digital

Signage, steht in hochfrequentierten,

öffentlichen Indoorbereichen vor einem

neuen Zeitalter. Während statische LEDoder

Plakatwerbung nur eine geringe Wahrnehmung

erzielt – und damit eher geringe

Umsatzeffekte bei Werbeanbietern und

werbenden Kunden – ist bewegte Werbung

mit elektronischen 3D-Effekten ein Eyecatcher

mit deutlich höheren Ertragspotenzialen

für alle Beteiligten. Insbesondere

ScreenFLITE, so der Simtec-Markenname

des am Flughafen von Rom installierten,

interaktiven Werbesystems, garantiert eine

solche höchstmögliche Aufmerksamkeitswirkung.

„Wir schauen instinktiv auf sich

bewegende Objekte, wo auch immer sie

in unserem Sichtfeld auftauchen. Unser

ScreenFLITE nutzt diesen Effekt und bringt

Werbung, Informationen und Nachrichten

in Bewegung und ist deshalb ein echter

Hingucker für Passanten“, erklärt Bernd

Kaufmann, Geschäftsführer und Inhaber

von Simtec. Dies bestätigt Carlo Rinaldi,

Geschäftsführer Marketing und Innovation

des Simtec-Projektpartners Clear Channel.

„Eine kreative Dynamik, die zu Bewegung

wurde“, nennt er die spektakuläre digitale

Skulptur mit ihren mobilen Bildschirmen.

„Das Schöne ist, dass diese Struktur etwa

zehn Tonnen wiegt, aber bei den Betrachtern

kein bedrückendes Gefühl hervorruft,

sondern sie dazu drängt, nach oben zu

schauen, um fasziniert zu sein.“ Die kinematische

Perfektion des ScreenFLITE trägt

ihren Teil dazu bei, die individuellen

Medieninhalte der werbenden Unternehmen

mit großer Eleganz, Dynamik und

Genauigkeit zu präsentieren.

Simtec setzt auf Getriebe von

Wittenstein

Die Simtec Systems GmbH vertraut seit

vielen Jahren auf getriebe- und antriebstechnische

Lösungen von Wittenstein

Alpha. Das Unternehmen in Braunschweig

mit seinen weltweit etwa 80 Mitarbeitern ist

Hersteller von Testanlagen für Automobilund

Fahrzeugkomponenten sowie kundenspezifischen

Simulatorsystemen für den

Entertainmentbereich und für Anwendungen

in der Flug- und Fahrsimulation.

40 antriebstechnik 3/2019


SPECIAL I INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES

01 02 03

01 Die spielarmen Planetengetriebe der Baureihe TP+ erfüllen

wesentliche Anforderungen von Simtec Systems

02 Neben den spielarmen Planetengetriebe TP+ waren die

rotativen Servoaktuatoren TPMP+ die erste Wahl bei der

Ausrüstung der ScreenFLITE-Kinematik

03 Insgesamt kommen in der interaktiven Struktur des ScreenFLITE

20 TP+-Getriebe in unterschiedlicher Dimensionierung zum Einsatz

Video

Wie ScreenFLITE auf dem Flughafen

in Rom montiert wurde und wie er

funktioniert, erfahren Sie im Video:

http://bit.ly/ScreenFLITE

„Aufbauend auf den guten Erfahrungen mit

TPM+-Servoaktuatoren in Flugsimulatoren

waren die spielarmen Planetengetriebe TP+

aus dem Portfolio-Segment Alpha Advanced

Line sowie die rotativen Servoaktuatoren

TPMP+ die erste Wahl bei der Ausrüstung

der ScreenFLITE-Kinematik“, blickt

Andreas Stickel, Director Business Development,

zurück. Hohe Abtriebsmomente

und Maximaldrehzahlen sowie eine große

Übersetzungsvielfalt kennzeichnen die

Getriebe und Servoaktuatoren, die sich für

Anwendungen mit hoher Positioniergenauigkeit

und hochdynamischem Zyklusbetrieb

eignen. Für Simtec Systems

entscheidend war die hohe Leistungsdichte

der spiel armen Getriebe: ihre platzsparende

Kon struktion vereint zugleich ein

Verdrehspiel von weniger als vier Winkelminuten

mit einer hohen Verdrehsteifigkeit,

die mögliche Schwingungen beim Bewegen

der mobilen Säulenkonstruktion

des ScreenFLITE minimiert. „Diese Merkmale

in dieser Einbaugröße konnte kein

anderes Getriebe bieten“, bestätigt Anne

Kaufmann. Darüber hinaus sind die Getriebe

aufgrund ihrer besonderen Schrägverzahnung

angenehm leise: Selbst bei

Drehzahlen von 3 000 min -1 erreichen sie

höchstens Gesprächslautstärke. „Die Betrachter

in der Halle hören somit keinerlei

Bewegungs geräusche beim Drehen der

Ringebenen oder beim Ausfahren der

Scherenarme“, so Andreas Stickel.

Bewegungssimulationen in

Auslegungssoftware

Insgesamt kommen in der interaktiven

Struktur des ScreenFLITE mit ihren Ringen,

Scherenarmen und unendlichen Möglichkeiten

kombinierter Bewegungen 17 TP+-

Getriebe in unterschiedlicher Dimensionierung

sowie drei TPMP+-Servoaktuatoren

zum Einsatz. Für die in dieser Installation

neun charakteristischen Bewegungszy klen

hatte Simtec Simulationen mit Verfahrprofilen

und Kräften erstellt. „Diese wurden als

ASCII-Dateien in das Auslegungstool

Cymex 5 von Wittenstein Alpha eingelesen“,

sagt Kaufmann. Die Auswahl der Getriebe

und Servoantriebe bei Wittenstein erfolgte

daraufhin anhand der vom Programm

errechneten Vorschläge, was die Auslegung

sehr vereinfacht und zudem sehr sicher

gemacht hat.

Werbung in Bewegung ist

Werbung, die etwas bewegt

Nach der Anlieferung und Montage der einzelnen

Module wurde „Le Chandelier“ – so

die Bezeichnung des ScreenFLITE seitens

des Betreibers – in Betrieb genommen und

am 27. Juli 2018 feierlich eingeweiht. Das

Werbesystem besteht aus drei rotierenden

Ringen, die beliebig mit- und gegeneinander

gedreht werden können, dank TP+-

Getrieben mit hoher Dynamik und Präzision.

An jedem Ring sind vier LED-Screens

montiert, die von Scherenarmen mit einer

Hubstrecke von etwa 1 100 mm aus- und

eingefahren werden. Die Flatscreens der

oberen und der unteren Ebene können

zudem vertikal geschwenkt werden. „Die

Bewegung der Scherenarme einer Ebene

des ScreenFLITE sind mechanisch gekoppelt“

erläutert Anne Kaufmann. „Dadurch

werden Unwuchten in der Drehbewegung

der Ringe vermieden. Die mechanische

Auslegung der Kinematik minimiert dabei

die Schwingungen in der Bewegung und

vermeidet das Berühren der Bildschirme.

Zudem gewährleistet sie in Verbindung

mit einer Kurbel auch kon struktive Sicherheit,

denn die Scheren arme sind sehr

genau an einen definierten Endpunkt

einfahrbar. Die Antriebe können sich

beliebig bewegen und es kann zu keiner

Kollision kommen.

Wie sich die Bildschirme letztlich bewegen,

ist eine Frage der Bewegungsprogrammierung

durch den Content Designer des

Betreibers. Er kann die Rotationen und

Horizontalbewegungen individuell den

jeweiligen Medieninhalten und Effekten

anpassen, dadurch eine optimale Aufmerksamkeit

und Werbewirkung erzielen und so

ein größeres Publikum erreichen als dies

bei stationären Werbeformen möglich ist.

„Unser ScreenFLITE findet daher auf internationalen

Digital Signage-Messen viel

Zuspruch“, bestätigt Janett Schütt vom

Marketing bei Simtec, „ein vergleichbares

Produkt am Markt gibt es derzeit nicht.“

Weitere ScreenFLITE-Werbesysteme sind

bereits bestellt. „Darüber hinaus haben

wir jetzt wichtiges Know-how für die Konstruktion,

den Aufbau und die Servotechnik

von Folgeprojekten gewonnen, sodass wir

ScreenFLITE grundsätzlich auch in anderen

Größen auslegen können“, fasst Andreas

Stickel zusammen.

Fotos: Aufmacher, 03 und 04: Simtec Systems;

01 und 02: Wittenstein SE

www.wittenstein.de

antriebstechnik 3/2019 41


INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES I SPECIAL

Hier spielt

die Musik

Leiser Antrieb sorgt für

dynamische Klavier-Klänge

Kleinstantriebe leisten heute in den

unterschiedlichsten Anwendungen

beachtliches. Klein, drehmomentstark,

dynamisch bei präziser

Ansteuerung und möglichst

geräuschlosem Lauf sind

Anforderungen, die viele

industrielle Anwendungen an die

Antriebe stellen. Auch bei der

Entwicklung eines innovativen

Klavier-Konzepts, das den

gehobenen Ansprüchen moderner

Konzertpianisten gerecht wird,

waren diese Eigenschaften wichtig.

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen ist Leiter Marketing

bei der Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG in

Schönaich und Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll ist

Mitarbeiterin im Redaktionsbüro Stutensee

„Never change a running system“ gilt

bekanntlich für viele Bereiche. Wenn sich

die Gegebenheiten jedoch ändern und ein

bewährtes System den veränderten Anforderungen

nicht mehr gerecht wird, ist

Weiterentwicklung nötig. Das gilt auch für

Klaviere. Hier gab es im 18. und 19. Jahrhundert

zahlreiche innovative Veränderungen.

Vor ca. 140 Jahren galten Klaviere

dann als vollständig entwickelt. Heute

stehen Musiker und Komponisten allerdings

wieder vor einem ähnlichen Problem

wie bei der aufkommenden Romantik:

Mehr Kraft, Lautstärke und Dynamik sind

gefragt, denn umfassten zu Beethoven und

Mozarts Zeiten Konzertsäle nur einige

hundert Besucher, sind es heute teilweise

mehrere tausend.

Dynamik unterliegt

physikalischen Beschränkungen

Wie beim Klavier ein Ton entsteht, ist den

meisten bekannt: Drückt der Pianist eine

Taste, wird über eine Mechanik ein Hammer

gegen Saiten geschlagen, die dann

einen Ton erzeugen. Drückt er fest auf die

Taste, entsteht ein lauter Ton, bei schwächerem

Druck ist der Ton leiser. Welches

Spektrum ein Pianist zwischen leisen und

lauten Tönen abdecken kann, ist abhängig

von seiner Fingerkraft. Hinzu kommen

dann noch die konstruktiven Eigenheiten

des Klaviers: der Anschlagweg der Taste,

das Hebelverhältnis, mit dem dieser Weg in

die Bewegung des Hammers übersetzt wird

und schließlich das Gewicht des Hammers

selbst. An diesen Parametern gilt es zu

arbeiten, wenn man die Klangdynamik

optimieren möchte. Allerdings: Der

Anschlag wurde mit der Zeit schon verlängert,

von etwa 7 auf 10 mm. Je schnellere

Passagen man spielen möchte, desto problematischer

wird ein höherer Abstand.

Die Praxis zeigt, dass noch größere Abstände

unge eignet sind. Das Hebelverhältnis von

5 mm lässt sich – aus konstruktiven Gründen

– ebenfalls kaum verändern. Und auch

der Hammer sollte nicht schwerer werden

als seine aktuellen 10 bis 12 g, denn mit

mehr Gewicht würde seine Trägheit das

Spiel behindern. Ist also die Grenze des

Möglichen bereits erreicht?

Das Herz des Klavier-Assistenten

Der Physiker und Amateurpianist Dr. Antoine

Letessier-Selvon machte sich daran,

dennoch eine Lösung zu finden und zwar

zusammen mit Laurent Bessières, dem

Klavierstimmer der Pariser Philharmonie,

und dem Klavierbauer Stephen Pauello, der

42 antriebstechnik 3/2019


für außergewöhnliche Entwicklungen in

seinem Fach bekannt ist. Die Grundidee

bestand darin, die Erzeugung des Klangs

ganz vom Anschlag zu trennen und eine

maschinelle Kraftquelle einzufügen. Von

einem dafür geeigneten Antrieb war einiges

gefordert: Kompakt, robust, drehmomentstark,

dynamisch bei präziser Ansteuerung

sollte er sein und möglichst geräuschlos

laufen. Eine passende Lösung fanden die

Ohne den Faulhaber-

Linearmotor hätten

wir erst gar nicht mit

dem Projekt beginnen

können.

Dr. Antoine Letessier-Selvon,

Lagrange-Institut

Klavierforscher bei den Experten für Kleinstantriebe

von Faulhaber aus Schönaich.

Letessier-Selvon berichtet: „Nachdem wir

diverse ungeeignete Antriebsmodelle aussortiert

hatten, wurden wir mit dem Linearmotor

LM 1247 schließlich fündig. Dieser

hat eine hohe Leistungsdichte und zudem

genau die richtige Größe. Er ist exakt so breit

wie eine Klaviertaste. Es würde zwar auch

mit 1 mm mehr oder weniger funktionieren,

aber dieses Detail verstärkte das Gefühl,

dass hier alles perfekt zusammenpasst.“

Wie funktioniert es technisch?

Letessier-Selvon und seinen Kollegen war

wichtig, kein selbstspielendes mechanisches

Klavier zu bauen, sondern eines,

das den Pianisten unterstützt und ihm

neue Möglichkeiten eröffnet.

Letessier-Selvon erläutert, wie

das Klavier künftig technisch

funktionieren soll: „Wir befestigen

einen Beschleunigungssensor

am Hammerstiel, der mit

dem Druck auf die Klaviertaste

bewegt wird. Er erfasst die

Bewegung des Anschlags sehr

präzise in Stärke und Tempo.

Sein Signal wird von einer elektronischen

Steuerung, dem Controller

an den Linearmotor übermittelt. Dieser

übersetzt es sehr präzise in eine Bewegung

des Hammers. Der Hammer sitzt auf der

Achse des Motors, an derselben Stelle unter

der Saite wie bei der herkömmlichen Mechanik.“

Damit sich ein Motor für einen

solchen Einsatz eignet, war seine kompakte

Baugröße von 12,5 mm Durchmesser und

49,4 mm Länge natürlich ein wesentliches

antriebstechnik 3/2019 43


INTEGRATED AUTOMATION, MOTION & DRIVES I SPECIAL

01 Tonerzeugung bei einem Konzertklavier

Entscheidungskriterium. Daneben überzeugen

die linearen DC-Servomotoren mit

einem ausgezeichneten Leistungs-/Volumenverhältnis,

ihrer robusten Konstruktion

sowie einfachem Einbau und leichter

In betriebnahme. Sie benötigen zudem

keine Schmierung. Dank fehlender statischer

Rastmomente sind diese Antriebe

besonders geeignet für solche Mikro-Positionieraufgaben.

Letessier-Selvon betont die

Wichtigkeit des Antriebs für die gesamte

Lösung: „Ohne ihn hätten wir erst gar nicht

beginnen können. Noch vor einigen Jahren

gab es keinen Motor mit den Leistungsmerkmalen,

die wir benötigen. Erst die Fortschritte

der vergangenen Jahre, etwa bei den Neodym-Permanentmagneten,

haben einen solchen

Motor möglich gemacht, und natürlich

auch die Entwicklungsarbeit von Faulhaber.“

Unveränderbares verändern

Durch den Einsatz einer externen Antriebsquelle

konnten die Klavierforscher nun zwei

entscheidende Parameter verändern. Sie

02 Der Linearmotor LM 1247

ist das Herzstück des

assistierten Klaviers

können das Gewicht des Hammers pro -

blemlos auf 50 g oder sogar mehr erhöhen

und damit ein größeres Klangvolumen

erreichen. Der größere Hammer regt dazu

durch eine größere Krafteinwirkung ein

breiteres Spektrum von Obertönen an. Auch

das Hebelverhältnis zwischen Anschlag und

Hammerweg lässt sich nun dynamisch anpassen.

Dazu wäre es denkbar ein viertes

Pedal einzuführen, das die Kraft des Hebelarms

während des Spiels variiert. Das bringt

dem Pianisten gerade dann Vorteile, wenn

er sehr schnelle Passagen besonders leise

oder laut spielen will. Zudem lässt sich der

Tastenweg sehr einfach nach den Vorlieben

des Pianisten einstellen. Innerhalb von

ca. 10 min kann der Klavierstimmer alle

Hämmer austauschen und so genau an die

Bedürfnisse des Musikers anpassen. Bei

einer herkömmlichen Mechanik erfordert

eine solche Anpassung viele Stunden Arbeit.

Keine Verzögerungen

Ein weiteres gewichtiges Argument für den

Einsatz der gewählten Antriebe war ihre

hohe Dynamik. Während Kritiker befürchten

könnten, dass durch die zwischengeschaltete

Sensorik, Elektronik und Aktorik

eine Verzögerung zwischen Anschlag und

Tonerzeugung entstehen, die den Pianisten

beeinträchtigt, ist genau das Gegenteil der

Fall. Die klassische Klaviermechanik besitzt

nämlich eine beträchtliche Trägheit, die dadurch

beeinflusst wird, ob der Pianist leise

oder laut spielt. So bewegt sich der Hammer

beim Fortissimo z. B. etwa zehnmal schneller

als beim leisen Spiel. Ähnliches gilt für

den Tastenanschlag, der beim sehr schnellen

Spiel ca. 10 ms benötigt. Letessier-Selvon

ergänzt: „Die Reaktionszeit des Antriebs

liegt wohl eher unter einer Millisekunde.

Unsere Elektronik reagiert ebenfalls im

Millisekundenbereich. Faulhaber hat das

längste Intervall im System gemessen, den

Zeitverzug zwischen der Stromgabe des

Controllers und der Stromaufnahme des

Motors. Er liegt im Bereich weniger 100 µs,

also deutlich unter 1 ms. Ich bin sicher, dass

der Pianist keine Verzögerung spüren wird.“

Bis zum ersten Konzert

Aktuell wurde bereits die technische Machbarkeit

des Konzepts getestet mit einem

Monochord, also einer einzelnen Saite. Die

Untersuchungen haben gezeigt, dass der eingesetzte

Beschleunigungssensor und auch

der Motor nicht nur auf dem Papier geeignet

sind, sondern auch in der Praxis funktionieren.

Die Antriebsspezialisten aus Schönaich

haben zu diesem Zweck extra für diesen

Anwendungsfall eine beschleunigungsorientierte

Steuerung entwickelt, die besser zum

Instrument passt als die übliche Geschwindigkeitssteuerung

mit dem Speed Controller.

Derzeit verfeinern Letessier-Selvon und sein

Team die assistierte Mechanik im Detail und

wollen bald eine Oktave beherrschen. „Wenn

das erreicht ist, werden wir den ganzen Flügel

mit der assistierten Mechanik ausstatten.

Nächstes Jahr würden wir gern das erste

Konzert veranstalten“, so Letessier-Selvon.

Fotos: Aufmacher + 01: LPNHE – CNRS/

Antoine Letessier-Selvon; 02: Faulhaber

www.faulhaber.com

44 antriebstechnik 3/2019


Zwei Helfer für günstiges

Automatisieren

Für die Low-Cost-Automatisierung präsentiert Igus einen 4- bis

5-Achs-„Rohboter“ aus Kunststoff sowie das Modell eines Online-

Marktplatzes für Anbieter und Anwender. Die „Rohboter“-Basis

ist das elektro-mechanische Grundgerüst. Aus dem Baukasten

lassen sich schmier- und wartungsfreie Robotiksysteme

zusammenstellen. Motoren, Getriebe, Leistungselektronik,

Steuerung, GUI – alles ist frei wählbar. Dadurch lassen sich

kleine, konfigurierbare Stückzahlen ebenso realisieren wie

große Mengen. Das Spiel des Arms wurde weiter reduziert, eine

höhere Präzision des Robolinks ist somit möglich. Mit integrierten

Kabelkanälen werden die Leitungen innen geführt. Der

DC-Gelenkarm lässt sich zusätzlich mit Greifern, Kameras oder

Sensorik verschiedener Hersteller ausstatten. Dabei wiederum

soll eine neue Online-Plattform helfen. Der digitale Marktplatz

soll den Kunden dabei unterstützen, schnell seine passende

Low-Cost-Automation-Lösung zu finden.

www.igus.de

Servomotorleitung für vielfältige Zwecke

KIMO.indd 1 18.04.2017 14:40:18

Lapp präsentiert eine Servomotorleitung für den Schaltschrank, die

Kabelpritsche und die Schleppkette. Die Ölflex Servo FD 7TCE

entspricht verschiedensten Normen und soll die Beschaffung und

Lagerhaltung vereinfachen, weil Maschinen- und Anlagenbauer

keine weiteren Leitungstypen vorhalten müssen. Die Leitung bietet

Lapp mit und ohne zusätzliche Steuerpaare für den Anschluss an

der Bremse bzw. dem Temperaturfühler an. Sie ist beständig gegen

UV-Licht, flammwidrig nach FT4-Brandtest und ölbeständig nach

Oil Res I/II. Die Leiter bestehen aus Kupferdrähten, sodass die

Leitung auch für enge Biegeradien geeignet ist. Das kapazitätsarme

Material der Aderisolation soll Spannungsabfälle minimieren und

unerwünschte Ableitströme auf der Abschirmung reduzieren. Die

Ölflex Servor FD 7TCE ist als

„TC-ER“ Pritschenleitung und

„Flexible Motor Supply Cable“

UL-gelistet und darf daher auch

in den USA vor Ort verkabelt

werden.

www.lappgroup.com

XPlanar: Frischer Wind in der

Antriebstechnik

Um die Konzeption von Maschinen und Anlagen zu vereinfachen,

hat Beckhoff den XPlanar entwickelt. Das Planarmotorsystem

kombiniert die individuelle Anordnung von Planarkacheln

mit einer mehrdimensionalen Positionierbarkeit der

darüber schwebenden „Planarmover“. Dabei sollen die Mover

ruck- und berührungsfrei

mit bis zu 4 m/s

Geschwindigkeit, 2 g

Beschleunigung und

50 µm Positionierwiederholgenauigkeit

zweidimensional

verfahrbar,

geräuschlos und ohne

Abrieb sein. Durch die

flexible Mover-Positionierung

und die hohe Bewegungsdynamik könnten z. B.

Produktströme einfach und individuell geteilt und bislang

erforderliche Roboter oder andere Mechanik-Vorrichtungen

ersetzt werden. XPlanar eignet sich als Transportsystem im

Maschinenbau, insbesondere zur Automatisierung von

Verpackungs-, Montage-, Sortier- und Kommissionierprozessen.

Gleichzeitig wird der Einsatz im Reinraum, in der Pharmaund

Lebensmittelindustrie sowie unter Vakuumbedingungen

unterstützt.

www.beckhoff.de/xplanar

sales@expert-tuenkers.de

www.expert-tuenkers.de


Steigerung der

Zahnfußtragfähigkeit durch

Inline-Festwalzen

Das Kugelstrahlen stellt oftmals den letzten Bearbeitungsschritt in der

Fertigungskette hochbelasteter Zahnräder zur Gewährleistung der

Tragfähigkeit dar. In vielen anderen Bereichen dynamisch beanspruchter

Bauteile hat sich das Festwalzen etabliert. Um dieses Verfahren auch für die

Zahnradfertigung nutzbar zu machen, wurde ein innovatives

Werkzeugkonzept entwickelt.

E

ine der größten Herausforderungen im Maschinenbau ist heute

der ressourcenschonende Einsatz von Rohstoffen bei einer

gleichzeitig steigenden Erwartungshaltung an die Leistungsfähigkeit

von Bauteilen. Insbesondere die Automobilindustrie sieht sich

einer kontinuierlichen Erhöhung des Fahrzeuggewichts ausgesetzt,

das vorrangig aus erweiterten Sicherheitsvorkehrungen, der Zunahme

elektronischer Hilfstechnik und den wachsenden Komfortansprüchen

der Endkunden resultiert. Als Folge steigen auch

der Energieverbrauch und im Bereich der kraftstoffbasierten

Antriebe die CO 2

-Emissionen an, welches der restriktiven Emissionsgesetzgebung

und dem Wunsch der Konsumenten nach sparsamen

Produkten gegenübersteht [1, 2].

Den zentralen Ansatz zur Lösung dieser Problemstellungen

bieten verschiedene Leichtbaustrategien, zu denen auch der Fertigungsleichtbau

gehört. Bei dieser Maßnahme resultieren Gewichtseinsparungspotenziale

aus der Anwendung unterschiedlicher

Herstellungs-, Fertigungs- und Montageprozesse, die bspw. verbesserte

Werkstoffeigenschaften hervorbringen können [3].

Auch im Forschungssektor der Zahnradgetriebe, deren Fortbestand

sich derzeit auch im Bereich der Elektromobilität andeutet

[4], strebt die Industrie permanent nach einer Senkung des Leistungsgewichts.

Dieses Ziel kann durch eine Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit

und einer damit verbundenen Verbesserung der

Leistungsdichte realisiert werden.

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Dr. h.c. B. Karpuschewski ist Leiter des

Bereichs Fertigungstechnik am Leibniz-Institut für Werkstofforientierte

Technologien (IWT) in Bremen; Prof. Dr.-Ing. Tjark Lierse ist Leiter des

Fachgebiets Werkzeugmaschinen, Fertigungstechnik, Montage &

Qualität (WFM), M. Sc. Steffen Schulze ist wissenschaftlicher

Mitarbeiter im Fachgebiet WFM und M. Eng. Timo Rouven Kaul ist

wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet WFM, alle drei an der

Hochschule Hannover

Im Rahmen des Projektes „FeWaZahn – Inline-Festwalzen zur

Erhöhung der Zahnfußtragfähigkeit“, gefördert durch das Bundesministerium

für Wirtschaft und Energie, strebt die Abteilung WFM

(Werkzeugmaschinen, Fertigungstechnik, Montage & Qualität)

der Hochschule Hannover in Kooperation mit der Ecoroll AG

und der SincoTec Test Systems GmbH die Umsetzung dieser Zielvorgabe

an.

Theoretischer Hintergrund

Zahnradgetriebe verbinden die Kraftmaschine mit der Arbeitsmaschine

und übernehmen die Funktion der Drehzahl- und

Drehmomentwandlung bzw. des Leistungstransfers. Hierbei

resultiert bei einem sich im Eingriff befindlichen Zahn ein komplexer,

dreidimensionaler Spannungszustand im Zahnfuß, der im

Betrieb aufgrund der entlang der Flanke schreitenden Last zeitlich

variiert. Zusätzlich entsteht durch die Zahnfußrundung eine

Kerbwirkung, die zu einer Spannungskonzentration in diesem

Bereich führt [5, 6].

Durch numerische Simulationen, experimentelle Untersuchungen

und Bruchbilder kann eine maximale Beanspruchung des

Zahnfußes in der Region des Berührpunktes der 30°-Tangente an

der Zahnfußrundung nachgewiesen werden. Diese Erkenntnis

fließt direkt in die Zahnradnormen und somit in den Festigkeitsnachweis

gegen Zahnbruch ein [6–9].

Zur Steigerung der Dauerfestigkeit wird in der industriellen

Praxis ein Großteil der in Leistungsgetrieben verwendeten Zahnräder

randschichtverfestigt. Neben dem Nitrieren sowie dem

Induktiv- und Flammhärten besitzt das Einsatzhärten eine hohe

Anwendungshäufigkeit. Als ergänzende Maßnahme bewirkt ein

der Wärmebehandlung nachgeschaltetes Kugelstrahlen eine weitere

Erhöhung der Zahnfußtragfähigkeit von ca. 15 bis 50 % in

Abhängigkeit der Zahnfußgeometrie und den verwendeten Strahlparametern

[10, 11]. Ursächlich ist eine plastische Verformung der

Bauteilrandzone durch das Strahlgut, die zu einer Kaltverfestigung

46 antriebstechnik 3/2019


und zur Ausbildung von Druckeigenspannungen in einem engen

Bereich unmittelbar unterhalb der Werkstückoberfläche führt [12].

Hierdurch können sowohl die effektiv wirkenden Lastspannungen

als auch die Risswachstumsgeschwindigkeit signifikant reduziert

werden [13].

Gegenüber dem Kugelstrahlen kristallisieren sich beim Festwalzen

zwei wesentliche Vorteile heraus, die einen positiven

Einfluss auf die Zahnfußtragfähigkeit haben können. Neben der

Einbringung wesentlich größerer und zugleich tiefreichenderer

Druckeigenspannungen stellt sich ein höherer Grad an Kaltverfestigung

ein, der ebenfalls weiter in das Bauteilinnere hineinreicht

[14–16].

Bereits im Jahr 1990 führte das Unternehmen Liebisch die

ersten Untersuchungen durch, um diese Vorzüge mithilfe eines

einrolligen Werkzeugs auf das Festwalzen von Zahnfußbereichen

zu projizieren. Die Rolle verfügte über die Negativform

einer Zahnflanke und deckte die Hüllkurve des Zahnes ungefähr

vom Zahngrund bis zum Teilkreisdurchmesser des Zahnrads ab.

Zur Komplettbearbeitung einer Zahnlücke musste somit in zwei

Durchfahrten jede Zahnflanke separat gewalzt werden. Auf diese

Weise erzielte Liebisch eine maximale Steigerung der Dauerfestigkeit

um 10 % gegenüber dem geschliffenen Oberflächenzustand.

Als Hauptursache für diese unerwartet niedrige Optimierung

der Lebensdauer wird auf parallel zum Zahnfuß verlaufende

Schlackezeilen verwiesen, die eine rissauslösende

Wirkung besitzen und einem höheren Verbesserungspotenzial

entgegenwirken. Ungeklärt bleibt jedoch die Fragestellung, warum

trotz der Schlackezeilen mit Anwendung des Kugelstrahlens eine

achtzehnprozentige Dauerfestigkeitssteigerung gegenüber dem

geschliffenen Zahnfußzustand festgestellt werden konnte. Auch

der Sachverhalt eines unerwarteten Rissverlaufs in radialer Richtung,

der oftmals bei den festgewalzten Proben auftrat und die

Folge eines fehlerhaften Prozessablaufs, bspw. beim Ein führen

der Rolle in die Zahnlücke, sein könnte, wird nicht näher beleuchtet

[17].

Grundidee und Zielsetzung

Zahnräder unterliegen im Berührpunkt der 30°-Tangente einer

besonders hohen Bruchgefahr. Durch das Festwalzen des Zahnfußes

in diesem versagenskritischen Bereich wird infolge der Kaltverfestigung

und der Induktion von Druckeigenspannungen in der

oberflächennahen Randzone eine Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit

gegenüber dem kugelgestrahlten Zahnradzustand erwartet,

da die Verfestigungsmechanismen beim Festwalzen über eine

größere Tiefenwirkung verfügen.

Bild 01 zeigt den schematischen Aufbau und die prognostizierte

Wirkungsweise des entwickelten Werkzeugs. Einzelne, hintereinander

angeordnete Festwalzrollen sind an einem Rollenhalter

„in line“ montiert. Über unterschiedliche Rollenbreiten, die entsprechend

der Zahnfußhüllkurve aufeinander abgestimmt sind,

kann durch horizontales Verfahren eine geeignete Überlappung

der Walzbahnen in der bruchgefährdeten Region des Zahnfußes

realisiert werden. Auf der Basis beliebig wählbarer Kontaktradien

r k

an den Umfangskonturen der einzelnen Walzrollen ist die effektiv

wirksame Hertz´sche Pressung zwischen der jeweiligen Rolle

und dem entsprechenden Berührpunkt im Zahngrund regulierbar

und somit auch der Betrag und die Tiefe der einzubringenden

Druckeigenspannungen, die den beim Schleifen eventuell induzierten

Zugeigenspannungen entgegenwirken. Da die Rollen

beidseitig den Walzvorgang ausführen, wird die Komplettbearbeitung

einer Zahnlücke mit nur einer Durchfahrt des Inline-Werkzeugs

umgesetzt.

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und zur Einhaltung der vom

Schleifprozess vorgegebenen Taktzeiten können theoretisch mehrere

Zahnräder hintereinander aufgespannt und „Zahnlücke für

Zahnlücke“ festgewalzt werden. Die Aufbringung der Festwalzkräfte

kann dabei mechanisch über Federpakete oder hydraulisch erfolgen.

Insbesondere mittelständischen Verzahnungsherstellern, die

oftmals das abschließende Kugelstrahlen von spezialisierten Unternehmen

durchführen lassen, wird mit dem Inline-Festwalzen die

antriebstechnik 3/2019 47


T

01

Schematischer Aufbau und Wirkungsweise des

Inline-Festwalzwerkzeugs

Inline-Festwalz-

Werkzeugsystem

Schnitt A-A

Zahnrad

Festwalzrollen

Festwalzkraft

F

hintereinander

angeordnete

Festwalzrollen

r k3

r k2

r k2

r k1

A

r k1

r k1

v w

A

30°-Tangente

Messeinrichtung

Hartmetallrolle

Zahnrad,

geradverzahnt

Druck

nach

Walzen

hintereinander

angeordnete

Festwalzrollen

Vierkantprobe

Tiefe z

vor

Walzen

Zug

Kraftmessplattform

©

HSH/WFM

02 Durchführung der Analogieversuche

03

Einfluss des Vorschubs f auf den

Eigenspannungstiefenverlauf

Hydrauliköl

Adapterplatte

Druckmessumformer

Hydrauliköl

Eigenspannungen

0

MPa

–800

–1.200

–1.600

–2.000

f= 0,3 mm

geschliffen

f= 0,5 mm

f= 0,1 mm

f= 0,2 mm

r k

f

–2.400

0 100 200 300 400 500 600 µm 800

Abstand von der Oberfläche z

© HSH/WFM

d

Verfahren:

Festwalzen (ebene Fläche)

Schleifen

Festwalzparameter:

F= 2.000 N

v w = 440 mm/ min

f= 0,1 mm; 0,2 mm;

0,3 mm; 0,5 mm

Festwalzrolle:

Hartmetall

d= 31 mm

r k = 0,8 mm

Werkstück:

Vierkantstahl

28 mm x 28 mm

18CrNiMo7-6

CHD = 1 mm bis 1,2 mm

60 bis 62 HRC

04 Versuchsstand zum Zahnfußfestwalzen

Druckspeicher

Inline-Festwalzwerkzeug

Einlaufzahnrad

Auslaufzahnrad

Verfahrrichtung

Versuchszahnrad

Aufnahmevorrichtung

Möglichkeit geboten, das Werkzeug direkt in die Fertigung zu integrieren

und die Durchlaufzeiten zu minimieren.

Analogieversuche zur Parameterermittlung

Zur Auslegung des Zahnfußfestwalzprozesses und für die anforderungsgerechte

Konstruktion des Inline-Festwalzwerkzeugsystems

finden zunächst Analogieversuche Anwendung, die auf der Basis

von Eigenspannungsuntersuchungen qualitative Rückschlüsse auf

die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Stellgrößen ermöglichen.

Neben den prozessspezifischen Parametern Walzgeschwindigkeit

v w

, Festwalzkraft F und Vorschub f, also der Distanz zwischen

den Walzgründen zweier nebeneinander positionierter

Walzbahnen, stellt die Ausarbeitung optimaler Rolleneigenschaften

(Werkstoff, Durchmesser d, Kontaktradien r k

) die zentrale

Zielsetzung dar.

Die Versuche werden an einer CNC-Fräsmaschine WF 600 MC

der Kunzmann Maschinenbau GmbH durchgeführt. Als Werkzeug

wird ein mit einer Adapterplatte modifiziertes Gewinde-Festwalzwerkzeug

EF-90 der Ecoroll AG eingesetzt, welches für maximale

Kräfte von 8 000 N ausgelegt ist und über Blattfedern im Grundkörper

verfügt. Eine spezielle Messeinrichtung dient zur indirekten

Anzeige der Feder- bzw. Walzkraft, die zusätzlich durch die

Montage eines piezoelektrischen Dynamometers des Typs

9193AA der Kistler Instrumente AG auf dem Maschinentisch

überwacht wird (s. Bild 02). Zur Vermeidung eines Abgleitens der

Rolle in eine zuvor aufgebrachte Walzbahn wird die Hartmetallrolle

beidseitig über Passscheiben aus Messing axial fixiert, ohne

die Rotationsbewegung hierbei einzuschränken. Nach den

Ver suchen aufgenommene Oberflächenmessschriebe belegen die

Wirksamkeit dieser konstruktiven Lösung. Die Rollenspezifikationen

können durch den Austausch der Festwalzrolle variiert

werden. Über die Maschinensteuerung sind die Geschwindigkeit

der translatorischen Bewegung, der Vorschub und die Festwalzkraft

flexibel gestaltbar.

In Anlehnung an den in den Hauptversuchen ausgewählten

Zahnradwerkstoff wird Vierkantmaterial aus dem Einsatzstahl

18CrNiMo7-6 verwendet, um werkstoffspezifische Abweichungen

weitestgehend auszuschließen. Da dieser nur als Rundmaterial zu

erwerben ist, wird die komplette Lieferung einer Fräsbearbeitung

unterzogen, bevor die gefertigten Prüfkörper in einer Charge auf 60

bis 62 HRC einsatzgehärtet werden. Zur Abbildung der gesamten

fertigungstechnischen Historie der Zahnradherstellung schließt

sich der Wärmebehandlung ein allseitiges Planschleifen der Probenrohlinge

auf einer Flachschleifmaschine des Typs FS 640 Z CB

der Geibel & Hotz Maschinen und Werkzeuge GmbH an. Die Vorschubgeschwindigkeit

beträgt 25 m/min, woraus ein spezifisches

Zeitspanvolumen von in etwa Q’ w

= 4 mm 3 /mms resultiert. Als

48 antriebstechnik 3/2019


T

VERZAHNUNGSTECHNIK

05

Eigenspannungen

©

HSH/WFM

0

MPa

–1.000

–1.500

–2.000

–2.500

0

Einfluss verschiedener Endbearbeitungsverfahren auf die

Eigenspannungstiefenverläufe im Zahnfuß

geschliffen

p = 60 bar

p = 100 bar

kugelgestrahlt

100 200 300 400 500 600 µm

Abstand von der Oberfläche z

Werkzeug kommt eine Edelkorundschleifscheibe mit einer 80er

Körnung zum Einsatz, die mit einer konstanten Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeit

von v s

= 30 m/s betrieben wird. Zur Kühlung

des Schleifprozesses findet eine 5%ige wässrige Lösung auf

Basis eines Konzentrats der Firma Castrol Anwendung.

Nach der Fertigstellung der Prüfkörper beginnt entsprechend des

jeweiligen Parametersatzes die Erzeugung eines 5 × 90 mm großen

Walzfeldes. Zur Vereinfachung bleiben beim Übertrag von Analogie-

zu Zahnradradversuch die divergierenden effektiven Krümmungsradien

im Zahnfuß in Abhängigkeit der jeweils im Eingriff

befindlichen Rolle unberücksichtigt. Die Ermittlung der randzonennahen

Eigenspannungen, die für die Festigkeit von hochbeanspruchten

Bauteilen entscheidend sind, wird durch ein

Röntgendiffraktometer Xstress 3000 der Stresstech GmbH vorgenommen.

Elektrolytisches Abtragen ermöglicht die Aufnahme

von Eigenspannungstiefenverläufen.

Das Versuchsprogramm umfasst insgesamt über 40 Parameterkombinationen.

Bild 03 illustriert an dieser Stelle exemplarisch

den Einfluss verschiedener Vorschübe f auf die Ausbildung der

Eigenspannungstiefenverläufe senkrecht zur Bearbeitungsrichtung

bei identischer Festwalzkraft von 2 000 N, konstanter Walzgeschwindigkeit

von 440 mm/min und gleicher Hartmetallrollengeometrie

(d = 31 mm, r k

= 0,8 mm). Um die Auswirkungen des

Festwalzens auf die Eigenspannungsausbildung zu verdeutlichen,

sind zusätzlich die Messergebnisse einer abschließend geschliffenen

Probe abgebildet. Alle Eigenspannungswerte, selbst die des

geschliffenen Oberflächenzustandes, liegen im Druckeigenspannungsbereich.

Während die Eigenspannungen nach dem Schleifen

verhältnismäßig niedrige Messwerte aufweisen, verfügen die einzelnen

Kennlinien der festgewalzten Proben bereits direkt an der

Oberfläche über hohe Druckeigenspannungszustände. Die

Höchst werte bilden sich in einer Tiefe zwischen 50 und 100 µm

aus, wobei mit zunehmendem Vorschub eine Verlagerung der

Maxima in tiefere Werkstoffregionen erkennbar ist. Den wesentlichen

Unterschied stellen erwartungsgemäß die eingebrachten

Druckeigenspannungsbeträge in den einzelnen Messtiefen dar.

Insbesondere im Bereich der Maximalwerte zeigt sich eine deutliche

Erhöhung der Druckeigenspannungen mit abnehmendem

Vorschub. Allgemein kann konstatiert werden, dass sich mit einer

Verringerung der Walzbahnabstände und der damit einhergehenden

Vergrößerung der Walzbahnüberdeckungen verbesserte Druckeigenspannungsverläufe

einstellen.

Beim Inline-Festwalzen ist der Vorschub die maßgebende Größe

für die notwendige Rollenanzahl. Die Konfiguration des Walzbahnabstandes

wird hierbei konstruktiv über die Walzrollenbreite

gelöst, sodass jede einzelne Rolle nur einen exakt definierten

Bereich im Zahnfuß bearbeiten kann. Je weiter die Zahnfußverfestigung

somit in Richtung des Zahnkopfes fortschreitet, desto

größer müssen die zu wählenden Rollenbreiten ausfallen. Hieraus

resultiert ein Zielkonflikt, der einen Kompromiss aus der Höhe der

einzubringenden Druckeigenspannungen und der Baugröße des

In line-Werkzeugs erforderlich macht. Aus diesem Grund erfolgt,

trotz der höheren Eigenspannungswerte bei f = 0,1 mm, das Festwalzen

im Zahnfuß mit einem Vorschub von 0,2 mm. Zur Reduzierung

der Spannungsdifferenz zwischen verfestigtem und ungewalztem

Bereich in Richtung Zahnkopf wird der Vorschub zwischen

den beiden letzten Rollen auf 0,3 mm erweitert. Für die ersten experimentellen

Versuchsreihen mit dem Werkzeugprototypen wird im

Vorfeld ein Walzbereich vom Zahngrund bis annähernd 1,5 mm

über der 30°-Tangente definiert. Mit dieser Auswahl soll eine Festwalzbearbeitung

unterhalb des Zahnfußnutzkreises sichergestellt

werden, um negative Auswirkungen der Walzbahnen auf den

Zahnflankenbereich zu vermeiden, der für das Abwälzen ineinandergreifender

Zähne genutzt wird. In Kombination von Walzbereich

und dem deklarierten Vorschub ergibt sich in Summe das

Erfordernis von zehn Festwalzrollen.

Weitere, hier nicht abgebildete Versuchsreihen, belegen die Vorteilhaftigkeit

der Verwendung von Hartmetallrollen mit einem

Durchmesser von 31 mm. Zur Gewährleistung hoher Druckeigenspannungen

bei einem verhältnismäßig niedrigen Kraftaufwand

werden die acht mittleren Walzwerkzeuge mit dem kleinsten untersuchten

Kontaktradius von 0,8 mm versehen. Die höchste und

niedrigste Festwalzrolle, welche jeweils die Übergänge zu den

unverfestigten Zahnfußbereichen bearbeiten, erhalten mit

r k

= 1,2 mm und r k

= 1 mm größere Kontaktradien, um eine Reduzierung

des Eigenspannungsgefälles in dieser Region zu erzielen.

Weiterhin zeigt die Analyse der anzustrebenden Prozessparameter,

dass die Walzgeschwindigkeit v w

keinerlei Einfluss auf den Eigenspannungs

tiefenverlauf nimmt. Demgegenüber stellt die Festwalzkraft

F die entscheidende Fertigungsgröße dar und wird deshalb

auch in den folgenden Zahnfußfestwalzversuchen variiert.

Untersuchungen zum Zahnfußfestwalzen

Verfahren:

Zahnfußfestwalzen,

Kugelstrahlen, Schleifen

Festwalzparameter:

p = 60 bar; 100 bar

v w = 440 mm/ min

Walzrichtung = ↑

Festwalzrollen:

Hartmetall

d= 31 mm

r k = 1,2 mm; 1 mm; 0,8 mm

Zahnrad:

18CrNiMo7-6

z= 58; m n = 2,5

d a = 153,2 mm

b = 19,1 mm

= 20°; = 0°

CHD = 0,5 mm bis 1 mm

58 bis 62 HRC

Auf Basis der in den Analogieversuchen ermittelten Kennwerte

erfolgt zunächst die Konstruktion und Fertigung des Inline-Werkzeugs

durch die Ecoroll AG. Die einzelnen Bearbeitungsrollen werden

in speziellen Halterungen mechanisch gelagert, die über rotatorische

und translatorische Freiheitsgrade verfügen und auf diese

Weise eine kontinuierliche Selbstzentrierung der Walzelemente in

der Zahnlücke ermöglichen. Die Rollenhalter werden hydraulisch

angesteuert, wodurch einerseits eine einfache Regulierung der

Festwalzkräfte über den hydraulischen Druck realisiert wird und

andererseits eine Entkopplung der aufzubringenden Kraft von der

Maschinenzustellung resultiert. Als Grundsystem wird für die

ersten Untersuchungen eine Universal-Fräsmaschine des Typs

FU 5a der Firma Union genutzt. Eine Adapterplatte, die form- und

kraftschlüssig mit der Schwalbenschwanzführung des C-Gestells

verbunden ist, dient der Montage des Inline-Werkzeugs. Das zu

bearbeitende Zahnrad wird mittels einer Befestigungswelle und

zweier Prismen auf dem Maschinentisch positioniert. Hierdurch

kann sich das Zahnrad rotatorisch frei bewegen und sich während

des Festwalzprozesses bei Bedarf selbst ausrichten. Zum Schutz der

Hartmetallrollen vor Schäden beim Ein- oder Austritt befinden sich

zwischen den Kolbenstangen und den Trägergehäusen der einzelnen

Rollen unterschiedlich dicke Einlegeplättchen, die zu einer

800

antriebstechnik 3/2019 49


Vor einstellung der verschiedenen Eingriffshöhen führen. Zudem

sind dem jeweiligen Versuchszahnrad ein Ein- und Auslaufzahnrad

vor- bzw. nachgeschaltet, welche angepasste Zahnlücken besitzen

und für ein werkzeugschonendes Heranführen zum entsprechenden

Eingriffspunkt sorgen. Die Überwachung des hydraulischen

Drucks und der vertikal eingebrachten Festwalzkraft während der

Bearbeitung wird mittels eines Druckmessumformers sowie einer

Kraftmessplattform verwirklicht. Etwaigen Druckschwankungen

beugt die Implementierung eines Druckspeichers im Inline-Werkzeug

vor (Bild 04).

Aus Gründen einer vereinfachten Prozessauslegung und -steuerung

finden die Versuche zunächst an geradverzahnten Stirnzahnrädern

statt, die über einen Normalmodul von m n

= 2,5, eine Zähnezahl

von z = 58, einen Normaleingriffswinkel von α = 20° und einen

Kopfkreisdurchmesser von d a

= 153,2 mm verfügen und mit ähnlichen

Verzahnungsdaten – allerdings in schrägverzahnter Bauweise

– in einem Doppelkupplungsgetriebe im Automobilbau zum

Einsatz kommen. Ein zukünftiger Transfer der Forschungsergebnisse

auf praxisrelevante Getriebezahnräder soll durch dieses Vorgehen

erleichtert werden. Auch die Übernahme des geschliffenen

Zahnfußzustands der Schrägverzahnung auf die geradverzahnten

Zahnräder soll ungleichen Randbedingungen vorbeugen. Neben

nach üblichen Industriestandards geschliffenen und kugelgestrahlten

Zahnoberflächen stellen mit p = 60 bar sowie p = 100 bar festgewalzte

Zahnfußbereiche den zentralen Gegenstand der Untersuchungen

dar, welche theoretischen Festwalzkräften an der

30°-Tangente von ca. 1 800 bzw. 3 000 N entspricht. Die zehn Hartmetallrollen

des Prototypenwerkzeugs werden hierbei zwar mit

einem identischen Druck beaufschlagt. Aufgrund der unterschiedlichen

Eingriffswinkel an den Zahnflanken ergeben sich aber differierende

Festwalzkräfte in Abhängigkeit der Bearbeitungsposition,

weshalb auf die Angabe des hydraulischen Drucks zurückgegriffen

wird. Die Festwalzprozesse beginnen jeweils im Zahngrund und

münden oberhalb der 30°-Tangente.

Bild 05 stellt die gemessenen Eigenspannungstiefenverläufe

der unterschiedlichen Endbearbeitungszustände im Zahnfuß vergleichend

gegenüber. Analog zu den Ergebnissen der Voruntersuchungen

erzeugen alle untersuchten Verfahren Druckeigenspannungen.

Während sich beim Kugelstrahlen eine aus der Literatur

bekannte Kennlinie mit einem Maximalwert von etwa

– 850 MPa in einer Tiefe von 100 µm einstellt, zeigen sich bei den

festgewalzten Proben unerwartete Kurvenverläufe. Unabhängig

vom jeweiligen Walzdruck bilden sich die maximalen Druckeigenspannungsbeträge

direkt an der Oberfläche aus, bevor die

Messwerte vorläufig mit zunehmender Tiefe abfallen. In einem

Abstand von ca. 250 µm kann anschließend ein erneuter Anstieg

der Eigenspannungen identifiziert werden, ehe die Druckeigenspannungen

Richtung Abszisse tendieren. Die mit p = 100 bar

festgewalzten Zahnradsegmente erreichen sogar einen Maximalwert

von über – 2 100 MPa an der Oberfläche, was ein sehr hohes

Maß an Verfestigung vermuten lässt und als Anlass genommen

wurde, externe röntgenographische Messungen zur Absicherung

der Messreihen zu veranlassen. Diese konnten die aufgenommenen

Eigenspannungsverläufe bestätigen. Bezogen auf die Maximalwerte

der entsprechenden Versuchsreihe zeigt sich also eine

Steigerung der Druckeigenspannungen um über 50 bzw. 140 %

gegenüber der kugelgestrahlten Variante, die durch das Festwalzen

erzielt werden kann.

In abschließenden Pulsatorversuchen werden die Zahnfußtragfähigkeiten

der unterschiedlich bearbeiteten Zahnräder an einem

hochfrequenten Resonanzprüfstand des Typs Power Swing Big

Table durch die SincoTec Test Systems GmbH ermittelt. Aus wirtschaftlichen

Gründen erfolgen die Untersuchungen vorerst an

jeweils fünf Proben im Treppenstufenverfahren bis zu einer Zeitfestigkeit

von 3 Mio. Lastwechseln. Anhand der Prüfergebnisse lassen

sich die positiven Wirkungen der Druckeigenspannungen auf

die Lebensdauer bestätigen. Wie Bild 06 veranschaulicht, können

die ausschließlich geschliffenen Versuchszahnräder einen gemittelten

Lasthorizont von 30 kN bis zur festgelegten Zeitfestigkeit

erdulden. Die kugelgestrahlten und mit p = 60 bar festgewalzten

Prüfkörper weisen mit einer durchschnittlichen Kraft von 37 kN

respektive 38,5 kN ein ähnliches Leistungsniveau zueinander auf.

Zu einer deutlichen Verbesserung führen die mit p = 100 bar behandelten

Zahnfußbereiche, die gegenüber den kugelgestrahlten

Varianten eine weitere Steigerung der Zahn fußtragfähigkeit von in

etwa 11 % hervorrufen. Auch die Bruch lagen der Festwalzbearbeitung

mit 100 bar stellen eine Besonderheit dar. Während bei den

anderen Versuchsreihen die Prüflinge ausnahmslos in der unmittelbaren

Nähe der 30°-Tangente brechen, versagen die mit 100 bar

bearbeiteten Zähne am Übergang zwischen verfestigtem und ungewalztem

Bereich, welches auf eine hohe Spannungsdifferenz in

diesem Gebiet schließen lässt. Zusätzlich kann auf Basis der Schadensbilder

vermutet werden, dass lediglich bei dieser Parameterkonfiguration

der Riss ausgang an der Oberfläche liegt, während bei

den anderen Untersuchungsreihen die Rissinitiierung eher im

Werkstoffinneren erfolgt. Umfassende Bewertungen der Bruchflächen

sind derzeit aber noch ausstehend.

Somit kann festgehalten werden, dass sich durch das Inline-Festwalzen

nicht nur die erhoffte Erhöhung der Zahnfußtragfähigkeit

einstellt, sondern sich wahrscheinlich auch noch Optimierungspotenziale

in der Reduzierung des Spannungsgefälles verbergen.

Eine Ausweitung der Walzbearbeitung oberhalb des Zahnfußnutzkreises

zur Spannungssenkung scheint aufgrund der sich einstellenden

Umformvorgänge allerdings nicht sinnvoll, sodass eine verbesserte

Abstimmung von Werkzeug- und Prozessgrößen erfolgen muss.

Zusammenfassung und Ausblick

In der Getriebetechnik gehören einsatzgehärtete Zahnräder zu den

zyklisch höchst beanspruchten Bauteilen, deren Lebensdauer

wesentlich von der Zahnfußtragfähigkeit bestimmt wird. Insbesondere

im Bereich der 30°-Tangente liegt eine erhöhte Bruchgefahr

vor, weshalb Zahnräder derzeit häufig in einem letzten Fertigungsschritt

kugelgestrahlt werden. Die hierbei induzierten Druckeigenspannungen

wirken einer Rissbildung und -ausbreitung entgegen

und führen zu einer Steigerung der Festigkeit.

An anderen dynamisch hochbelasteten Bauteilen hat sich die

Verwendung des Festwalzens etabliert, dessen Verfestigungsmechanismen

eine größere Tiefenwirkung erzielen als die des

Kugelstrahlens. Aufbauend auf den Ergebnissen diverser Eigenspannungstiefenverläufe,

die im Rahmen von Festwalz-Analogieversuchen

an Vierkantstahl gewonnen wurden, konnte erfolgreich

ein Prototyp des Inline-Festwalzwerkzeugs konstruiert und ge fertigt

werden, das die Vorteile des Festwalzens auf die Zahnrad fertigung

transferiert. Sowohl die durchgeführten Eigenspannungsanalysen

im Zahnfuß als auch die detektierten Kenngrößen im Pulsatorversuch

belegen die erhoffte Funktionsweise des Werkzeugsystems,

indem eine maximale Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit von 11 %

gegenüber dem kugelgestrahlten Oberflächenzustand hervorgerufen

wird. Zudem scheint eine weitere Erhöhung der Leistungsfähigkeit

durch das Festwalzen umsetzbar, da die mit p = 100 bar festgewalzten

Proben am Übergang zwischen dem gewalzten und unverfestigten

Bereich versagen und somit eine Senkung der Spannungsdifferenz

in dieser Region weiter leistungssteigernd wirken könnte.

Zukünftige Forschungsbestrebungen rücken umfangreiche Randzonen-

und Bruchanalysen sowie die Auswirkungen verschiedener

50 antriebstechnik 3/2019


VERZAHNUNGSTECHNIK

Festwalzparameter, wie Walzgeschwindigkeit, Bearbeitungsrichtung

und die Anzahl der Überfahrten, in den Fokus. Darüber hinaus

folgt neben weiteren Lebensdauerversuchen zur statistischen

Ab sicherung auch die Entwicklung eines FE-Modells, aus dem eine

weitere Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit durch die Optimierung

der Rollen- und Werkzeugauslegung resultieren soll. Letztendlich

erfolgt die Übertragung des Werkzeug- und Prozesskonzepts

auf schrägverzahnte Stirnzahnräder. Hierbei stellt die

geradlinige Durchführung des Inline-Werkzeugs entlang der in

axialer Richtung ausgeprägten Zahnfußkrümmung die größte

Herausforderung dar. Erste Lösungsansätze sehen eine Neuausrichtung

der Zahnradaufnahme und eine etwaige Vergrößerung

des axialen Rollenlagerspiels zur Optimierung der Selbstzentrierungseigenschaften

der Walzwerkzeuge vor.

Literaturverzeichnis:

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im Karosseriebau. Dissertation, TU Braunschweig, 2012

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17. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde. 1. Auflage,

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2006

[10] OSK-Kiefer GmbH, Oberflächen- & Strahltechnik: Strahlen und Gleitschleifen

im Lohnauftrag. 4. Auflage, Herausgeber Bernd Kiefer

[11] Anzinger, M.: Werkstoff- und Fertigungseinflüsse auf die Zahnfußtragfähig-

06

Lasthorizont

Erzielbare gemittelte Lasthorizonte verschiedener

Endbearbeitungsverfahren

50

kN

30

20

10

0

geschliffen

kugelgestrahlt

festgewalzt 60 bar

festgewalzt 100 bar

© HSH/WFM

keit, insbesondere im hohen Zeitfestigkeitsgebiet. Dissertation, TU München, 1991

[12] Wied, J.: Oberflächenbehandlung von Umformwerkzeugen durch Festklopfen.

Dissertation, TU Darmstadt, 2011

[13] Elber, W.: Effects of shot peening residual stresses on the fracture and crack

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[14] Altenberger, I., Nikitin, I.: Alternative mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren

zur Schwingfestigkeitssteigerung. In: Härtereitechnische Mitteilungen

Nr. 49, S.269–276, 2004

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Paris: IITT-International, S.144-155, 2005

[16] Mader, S.: Festwalzen von Fan- und Verdichterschaufeln. Dissertation,

RWTH Aachen, 2006

[17] Liebisch, A.: Einflüsse des Festwalzens auf die Eigenspannungsverteilung und

die Dauerfestigkeit einsatzgehärteter Zahnräder. Dissertation, Universität

Karlsruhe, 1990

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