DER KONSTRUKTEUR 12/2020

derkonstrukteur.de

DER KONSTRUKTEUR 12/2020

19073

12 DEZEMBER 2020

AM PULS DER TECHNIK

DER RICHTIGE DREH

Wälzlagerlösungen für den Einsatz in der

mechanischen Sensorik

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EDITORIAL

AUS DER NATUR LERNEN

Auf der Suche nach technischen Lösungen kann die Natur als Vorbild dienen.

Sie hilft uns bei der Entwicklung und Optimierung von Materialien, Strukturen

und Bauteilen und liefert uns neue Ansätze, wenn klassische Konstuktionsmethoden

an ihre Grenzen stoßen. Bionik – eine interdisziplinäre Wissenschaft,

die sich mit der Umsetzung von Prinzipien biologischer Systeme auf heutige

Problemstellungen beschäftigt. Doch so einfach dies klingen mag, vom biologischen

Phänomen bis zur technischen Umsetzung ist es ein weiter Weg. Einige

Erkenntnisse aus der Natur finden bereits heute ihre Anwendung. Dazu zählen

der bekannte Lotoseffekt, durch den Wasser auf Oberflächen einfach abperlt

und dabei sämtliche Schmutzpartikel mitnimmt, das Spinnennetz, ein

Leicht gewicht, das fünfmal so reißfest ist wie Stahl oder die Wabenstruktur

eines Wespennestes – ein bionisches Prinzip, das sich in vielen Leichtbauprodukten

wiederfindet.

Eine der größten Wissenschaftsorganisationen Deutschlands ist das Alfred-

Wegener-Institut, das sich mit den komplexen Prozessen im „System Erde“

beschäftigt. Hier nimmt ein Forscherteam die Nanostruktur von Kieselalgen als

Vorbild für Anwendungen im Leichtbau unter die Lupe. Aus den gewonnen

Erkenntnissen ist letztendlich auch eine Software für effiziente Entwicklungsprozesse

entstanden. Wir sprachen mit Dr. Christian Hamm, dem Initiator des

Forschungsprojekts und gingen der Frage nach, wie sich das Potenzial der

Einzeller auch für den Maschinenbau nutzen lässt. Das Interview finden Sie auf

Seite 38/39. In unserem Special „Bionik“ gehen wir noch weiteren Phänomen

auf die Spur – lassen Sie sich überraschen, was wir aus der Natur lernen können.

Viel Spaß beim Lesen der aktuellen Ausgabe wünscht Ihnen

Nicole Steinicke

Chefredakteurin

n.steinicke@vfmz.de

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INHALT

06

MENSCHEN UND MÄRKTE

03 Editorial: Aus der Natur lernen

06 DER KONSTRUKTEUR persönlich: Jens Berghäuser,

Teamleiter Konstruktion Automatisierung & Robotik

bei Hirata

08 Whiteboard: Vielseitig – Roland Eisenlauer,

Geschäftsführer der Zwick Roell GmbH

über die Kunst der Prüftechnik

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

KONSTRUKTIONSELEMENTE

10 TITELSTORY

Wälzlager: Der richtige Dreh

14 Kugelgewindetriebe: Präzision auf ganzer Linie

16 Drahtseilfedern: Schwer auf Draht!

18 Schellensysteme: Gewappnet für Wind und Wetter

20 Freiläufe: Universelle Problemlöser

22 Schneckengetriebe:

Damit die Wirkung nicht nachlässt

26 Kugellager: Sonderwünsche

08

22

16


ANTRIEBSTECHNIK

28 Synchron-Servoantriebe: Dezentral, dynamisch, sicher

FLUIDTECHNIK

30 Linearantriebe: Hydraulik zieht gleich

SPECIAL

LEICHTBAU & BIONIK

36 Software: Bionik wächst virtuell

38 INTERVIEW Das Potenzial der Kieselalge

ausschöpfen – Dr. Christian Hamm,

Leiter des Bionischen Leichtbaus am AWI

40 Greiferlösungen: Alles im Griff mit dem Gecko-Effekt

SERVICE

42 Impressum

43 Vorschau

38

36

ANZEIGE

28

TITELBILD

Findling Wälzlager GmbH,

Karlsruhe

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 5


JENS BERGHÄUSER

hat eine Ausbildung zum

Metallbauer der Fachrichtung

Konstruktionstechnik absolviert.

Heute ist er Teamleiter

Konstruktion Automatisierung

& Robotik bei Hirata in Mainz

Was hat Sie dazu bewegt, Konstrukteur zu

werden?

Nach meinem Abschluss als Metallbauer

wollte ich mich unbedingt weiterbilden.

Statt für den Metallbaumeister entschied

ich mich damals für eine Weiterbildung

zum Staatl. gepr. Maschinenbautechniker.

Während der Weiterbildung entdeckte ich

meine Leidenschaft für die kreative und

abwechslungsreiche Tätigkeit als

Konstrukteur.

Sie kommen vom Metallbau, was fasziniert

Sie an Automatisierung und Robotik?

Im Metallbau ist ja alles eher statisch. An

der Automatisierung fasziniert mich, wie

z. B. aus vielen Einzelteilen im Zusammenspiel

zwischen Mechanik, Elektronik und

Programmierung ein fertiges Produkt entsteht.

Und gerade im Sondermaschinenbau

kommt man mit vielen Technologien und

Prozessen wie Kleben, Verschrauben,

Pressen, Lasern usw. in Berührung. So stellt

jedes Projekt einen vor neue Herausforderungen

und Aufgaben.

MENSCHEN UND MÄRKTE

Was ist für Sie die größte Herausforderung

als Teamleiter Konstruktion?

Die größte Herausforderung als Teamleiter

besteht für mich darin, den Übergang vom

Kollegen zum Vorgesetzten zu schaffen.

Und natürlich möchte man auch gerne

neuen Schwung in festgefahrene Strukturen

bringen.

Was ist Ihr privater Ausgleich?

In meiner Freizeit verbringe ich viel Zeit

mit meiner Familie. Wir sind oft in der

Natur. In meiner Heimat, dem Rheingau,

entsteht durch die Nähe zum Rhein schnell

ein Urlaubs-Gefühl. Außerdem lese ich

sehr gerne.

IM SONDERMASCHINEN-

BAU STELLT EINEN JEDES

PROJEKT VOR NEUE

HERAUSFORDERUNGEN

JENS BERGHÄUSER, TEAMLEITER KONSTRUKTION

AUTOMATISIERUNG & ROBOTIK, HIRATA

6 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


GREIFSYSTEME AUF TOUR

Nachdem

Messebesuche

derzeit ausfallen,

kommt

Schunk mit

seinen Exponaten

einfach

direkt zu den

Kunden: Die

Schunk-Roadshow,

die bereits

erfolgreich in

Österreich und

Belgien stattfand, bietet einen umfassenden Einblick in die

Welt der Greifsysteme. Sie richtet sich an Konstrukteure,

Anlagenplaner sowie Mit arbeitende aus der Produktion.

Präsentiert werden aktuelle Highlights, bewährte Greifsystem-Flaggschiffe

und nützliches Zubehör. Das Roadshow-

Portfolio umfasst die Bereiche Greifen/Drehen, Lineartechnik,

Roboterzubehör, Mecha tronik und Greifsysteme für

Cobots. Schunk-Fachberater erläutern live vor Ort die

technischen Besonderheiten und die Einsatzmöglichkeiten

der einzelnen Komponenten, wobei die Themen und

Exponate stets individuell auf den Anwender abgestimmt

sind. Die jeweils geltenden Hygiene auflagen werden

sorgfältig eingehalten, sodass ein gefahr loser Besuch

möglich ist. Wer die kostenlose Roadshow ins eigene

Unternehmen einladen möchte, kann sich an seinen

Schunk-Fachberater im Außendienst wenden.

www.schunk.com

KOOPERATION ZWISCHEN NABTESCO UND KEBA

Dass Getriebeeffekte

einen starken Einfluss

auf die Bahngenauigkeit

von Robotern haben, ist

hinlänglich bekannt. Seit

vielen Jahren beschäftigen

sich die Firmen

Nabtesco und Keba daher

mit diesem Thema.

Während Nabtesco stetig

die Genauigkeit der

Getriebe erhöht,

verbessert Keba kontinuierlich

die Modelle zur

Kompensa tion von

Roboter ungenauigkeiten in der Software. Allerdings ist die Ermittlung

entsprechender Parameter aufgrund mangelnder Transparenz

sehr aufwändig. Deshalb arbeiten die beiden internationalen

Technologieexperten von jetzt an gemeinsam an der Vision, den

genausten Roboter der Welt zu ermöglichen. Dabei geht es um die

gezielte Integration von getriebespezifischen Daten und Charakteristiken

– direkt vom Hersteller – in die Robotersteuerung. Ziel der

Kooperation zwischen Nabtesco und Keba ist es, Kunden die Herstellung

von Robotern mit einer Punkt- bzw. Bahngenauigkeit im

Hundertstel-Millimeter-Bereich zu ermöglichen. Für Roboter-,

Maschinen- und Anlagenbauer würden sich dadurch neue, faszinierende

Möglichkeiten ergeben. So könnten künftig hochgenaue

Handling- und Bearbeitungsaufgaben roboter basiert mit der

Präzision einer Werkzeugmaschine ausgeführt werden.

www.nabtesco.de


WHITEBOARD

VIELSEITIG

DIE KUNST DER

PRÜFTECHNIK: EINBLICKE

IN DIE WELT VON

ROLAND EISENLAUER

Wann begann Ihre Leidenschaft

für das Ingenieurwesen?

Sie haben Maschinenbau und

Wirtschafts- und Sozialwissenschaften

studiert und haben

eine hohe Affinität zu Software.

Wo stehen Sie heute?

Die Digitalisierung schreitet

voran. Brauchen wir in Zukunft

noch Materialprüfung?

Wie sieht in Ihren Augen

Prüftechnik 4.0 aus?

Sie sind Kunstliebhaber, sehen

Sie bei Ihrer Arbeit auch einen

künstlerischen Aspekt?

MENSCHEN UND MÄRKTE

Bilder: 1. vejaa – stock.adobe.com,

2. sharpnose – stock.adobe.com, 3. - 5. Zwick Roell

8 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


ROLAND EISENLAUER

GESCHÄFTSFÜHRER,

ZWICK ROELL GMBH & CO. KG, ULM


KONSTRUKTIONSELEMENTE

DER RICHTIGE DREH

TITELSTORY

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Drehgeber- und Wegmesssysteme kommen in

den unterschiedlichsten Applikationen zum

Einsatz. Ebenso vielfältig sind die am Markt

verfügbaren Lösungen. Grundsätzlich gilt: Die

Lagertechnik, die im mechanischen Sensor für

Bewegung sorgt, bestimmt maßgeblich dessen

Genauigkeit. Mit passenden Wälzlagerlösungen

gelingt der richtige Dreh.

Findling Wälzlager hat für den Einsatz in der mechanischen

Sensorik zahlreiche geeignete Lagerlösungen im Sortiment.

In diesem Anwendungsbereich sind vor allem die Unterstützung

von hohen Drehzahlen und eine optimale Laufruhe von

Bedeutung. Deshalb eignen sich hier besonders Rillenkugellager,

die ab 0,8 mm Wellendurchmesser verfügbar sind. Bauraumsparend

sind insbesondere Dünnringlager und für hohe Steifigkeit

werden gerne zweireihige Schrägkugellager nachgefragt. Immer

häufiger kommen korrosionsbeständige Edelstahllager zum Einsatz

– zum Beispiel in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie

oder sonstigen Apparaturen, die mit korrosiven Medien in Kontakt

kommen. Dabei ist die große Herausforderung ein geräuscharmer

Autor: Klaus Findling, Geschäftsführer, Findling Wälzlager GmbH, Karlsruhe

Lauf, da Edelstähle von Grund auf eine gröbere Gefügestruktur

aufweisen als Chromlager. Einen Sonderfall stellen außerdem Keramiklager

dar, mit denen sich ein ungewollter Stromdurchgang

vermeiden lässt: Sie werden immer dann verbaut, wenn die Gefahr

besteht, dass die Spannung an der Lagerstelle zwischen Gehäuse

und Welle überspringt.

Für außergewöhnliche Anwendungen konzipiert und realisiert

Findling Wälzlager Sonderlösungen in einer hohen Variantenvielfalt

und verspricht auch bei Kleinserien kurze Lieferzeiten.

VOM OPTIMALEN SCHMIERSTOFF

BIS ZUR SONDERBEFETTUNG

SONDERWÄLZLAGER SIND IN

HOHER VARIANTENVIELFALT

MÖGLICH ...

Aber auch bei Standardtypen lassen sich für bestmögliche Ergebnisse

verschiedene Ausstattungsmerkmale kombinieren. So ist gerade in

der Sensorik die richtige Wahl des Schmierstoffs im Lager besonders

wichtig. Andernfalls könnte dieser sich verflüssigen oder ausgasen

und so die Funktionalität insbesondere optischer Drehgeber

beeinträchtigen. Bei niedrigen Temperaturen darf das Schmiermittel

außerdem nicht zu fest werden, denn das wirkt sich nachteilig

auf das Anlaufmoment aus. Um eine optimale Leichtgängigkeit

des Lagers zu erreichen, muss die Viskosität des Schmierstoffes auf

den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt sein. So lassen sich ein

niedriges Reibmoment und die Ausbildung eines konstanten

Schmierfilms gewährleisten.

10 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

01

01 Rillenkugellager unterstützen die hohen

Drehzahlen und eine optimale Laufruhe, die in der

Sensorik von Bedeutung ist

02 Für spezielle Anforderungen kann Findling

Sonderbefettungen in kleinen und mittelgroßen Serien

von bis zu 1 000 Stück pro Losgröße realisieren

02

Für spezielle Anforderungen kann Findling Sonderbefettungen in

kleinen und mittelgroßen Serien von bis zu 1 000 Stück pro Losgröße

im eigenen Hause realisieren – zwei professionelle Dosieranlagen

zur Wälzlagerbefettung und eine Spezialreinigungsanlage für das

Entfernen von Konservierungsstoffen (Öle, Wachse) machen es

möglich. Die individuelle Wälzlagerschmierung ist für Unternehmen

interessant, die ihren Kunden hochindividuelle Lösungen auch in

kleinen Losgrößen anbieten. Zudem lässt sich die Vorlaufzeit für

Bemusterungen mit individuellen Schmierstoffen durch Umbefettung

von Standardprodukten drastisch reduzieren. Auch eine

Bemusterung mit unterschiedlichen Kugellagerfetten zum Test der

bestmöglichen Anwendungseignung lässt sich rasch realisieren.

TECHNISCH TROCKEN UND DOCH

BESTENS KONSERVIERT

Vor allem bei optischen Sensoren gibt es zudem oft die Anforderung,

dass die Lager technisch trocken (ohne Konservierungsöl)

geliefert werden müssen – auch das kann Findling leisten. Die Auswaschung

der Wälzlager erfolgt in der bereits erwähnten Reinigungsanlage.

Um bei diesen Lagern trotzdem eine hohe Konservierung

und damit Lagerfähigkeit zu erreichen, wird meist eine VCI-Verpackung

aufgebracht (VCI = Volatile Corrosions Inhibitor = Korrosionsschutz

aus der Dampfphase). Der chemische Wirkstoff verflüchtigt

sich aus dem Trägermaterial (Folie, Papier oder Spender) und

lagert sich im Inneren einer Verpackung in molekularer Form auf

der zu schützenden Metalloberfläche ab. Die Korrosionsschutzwirkung

ist jedoch stark abhängig vom Luftaustausch; ein Maximum

von 12 Monaten sollte nicht überschritten werden. Einen länger anhaltenden

Korrosionsschutz bieten abtrocknende Öle, bei denen

der Konservierungsfilm als Feststoff oder wachsartiger Konservierung

auf der Oberfläche verbleibt.

KÄFIGE UND DICHTUNGEN FÜR

EINEN IDEALEN RUNDLAUF

Ferner lassen sich sowohl bei Käfigen als auch Dichtungen Anpassungen

vornehmen, die in Summe für eine optimale Performance

des Wälzlagers im Betrieb sorgen – zum Beispiel bezüglich des

Anlaufmoments. Im Bereich der Käfige sind vor allem Blech-Ausführungen

in Lappen-, Niet- und Fensterbauweise für die Sensorik

geeignet. Sie besitzen den Vorteil, dass sie nur wenig wiegen und

… UND AUCH BEI STANDARD-

LÖSUNGEN LÄSST SICH AN VER-

SCHIEDENEN SCHRAUBEN DREHEN

der Schmierstoff leicht an die Wälzkontakte gelangt. Eine weitere

Option sind Massivkäfige aus glasfaserverstärktem Polyamid: Sie

verbessern zusätzlich die Gleit- und Notlaufeigenschaften bei eingeschränkter

Betriebstemperatur.

Bezüglich der Dichtungen bietet Findling für geringste Drehmomente

bei bestmöglicher Dichtwirkung auch eine Kombination

aus Z-Deckel (berührungsfrei) mit nichtschleifenden oder schleifenden

Dichtungen (Ausführung RSZ bzw. LBZ); alternativ kommen

in V- oder L-Nut geführte Dichtungen in Frage. Wichtig ist in

jedem Fall, dass die Dichtungen ein Austreten des Schmierstoffes

verhindern.

KONSTRUKTIVE TIPPS UND TRICKS

Konstruktiv gibt es bei Wälzlagern in der Sensorik aber noch weitere

Besonderheiten zu berücksichtigen: So sind die Toleranzklassen

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 11


KONSTRUKTIONSELEMENTE

04

03

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITELSTORY

03 Auch bei den Käfigen lassen sich Anpassungen vornehmen –

im Bild sind unterschiedliche Varianten von Massivkäfigen zu sehen

04 Wälzlager von Findling kommen unter anderem in Durchflussmessgeräten

zum Einsatz ...

05 ... und in einem Encoder, der für härteste Einsatzbedingungen

konzipiert ist

bei Wälzlagern für die Sensorik oft abweichend vom Standard in P6

und P5 ausgeführt – dies trägt zu einer optimalen Rundlaufgenauigkeit

bei. Gut zu wissen: Die höhere Toleranzklasse wird meist nur

am drehenden Teil benötigt (Innenring), sodass der Außenring so

bleiben kann wie er ist – das hält die Herstellkosten in Grenzen.

Die Lagerluft ist in diesem Anwendungsbereich meist eingeschränkt

(CM) oder gering (C2), um das Betriebsspiel und damit

das Kippspiel der Lager auch bei geklebter Montage zu reduzieren.

Kundenindividuelle Lagerluftklassen sind bei Findling möglich,

ANFORDERUNGEN AN WÄLZLAGER

IN DER SENSORIK

n Miniaturisierung – ab 0,8 mm Wellendurchmesser

n geringer Reibungswiderstand für einen

leichtgängigen Lauf

n spezielle Wälzlagerfette u. a. für verschiedene

Temperaturbereiche

n hohe Drehzahlen

n hohe Rundlaufgenauigkeit

n Dichtungen in unterschiedlichen Varianten – es darf

kein Schmierfett austreten

wobei Toleranzbereiche von 4 µm eingehalten werden können. In

der regulären Wälzlagermontage wird das Lager je nach Anwendung

auf die Welle oder in den Gehäusesitz gepresst (Übergangsoder

Presspassung). Wenn der Anwender das Lager aber auf die

Welle kleben möchte, so benötigt man eine Spielpassung und bei

hohen Anforderungen an die Steifigkeit zum Ausgleich eine geringere

Lagerluft.

In der Sensorik sind die Wälzlager im Normalfall keinen hohen

Belastungen ausgesetzt. Keine Belastung, kein Problem? Leider

doch: Auch das muss bei der konstruktiven Auslegung berücksichtigt

werden. Gerade bei geringer Radialbelastung sollte ein axial

vorgespanntes Lager mit geringer Lagerluft gewählt werden. Ohne

Vorspannung und geringe Lagerluft entsteht im Lager durch die

geringe Belastung zu viel Spiel, was sich durch Schlupf des Wälzlagers

in einer geringeren Lebensdauer auswirkt.

QUALITÄTSKONTROLLE: AUF NUMMER SICHER

In der Sensorik ist nicht zuletzt auch eine eingehende Qualitätskontrolle

hinsichtlich Drehmomentmessungen und Geräuschprüfungen

relevant. Diese deckt Findling ebenfalls ab. Die Geräuschprüfung

von Wälzlagern ist ein standardisierter Testablauf bei

1 800 min -1 , bei dem die Geräuschentwicklung entweder in Dezibel

oder besser noch die Schwingbeschleunigung in drei Frequenzbereichen

gemessen wird. Laufgeräusche können zahlreiche, auch

qualitative Ursachen haben – eine hundertprozentige Prüfung gibt

demnach auch Aufschluss über die Fertigungsgüte und Funktionalität

eines Wälzlagers.

Die Geräuschprüfung ist unterteilt in eine Geräuschklasse (Z1 bis

Z4), die die Laufgeräusche in dB angibt und eine Vibrationsklasse

(V1 bis V4), die in unterschiedlichen Frequenzbändern die

Schwingbeschleunigung in mm/s² misst. Für die Sensorik wird

üblicherweise eine Kombination aus Z3V2 und bei höheren Anforderungen

Z4V3 gewählt.

Von der korrekten Auswahl und Auslegung des anwendungsspezifischen

Wälzlagers bis hin zur Qualitätssicherung: Dank der

12 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

Lebensdauer auch mit einem besonders ruhigen Laufverhalten

und einem geringen Trägheits- und Anlaufdrehmoment. Hohe

axiale und radiale Lasten auf der Welle stellen für diese Lager kein

Problem dar. Diese Eigenschaften sind vor allem in Anwendungen

wichtig, bei denen der Drehgeber mit Seilzuggebern kombiniert

wird – die Kugellager entlasten dabei die Feder und tragen somit

zu einer längeren Lebensdauer bei. Auch bei Härtefällen in

der Sensorik gilt also: Mit Wälzlagern von Findling gelingt der

richtige Dreh.

Bilder: Aufmacher Hintergrund: selensergen – stock.adobe.com; 04: piamphoto –

stock.adobe.com; 05: Petair – stock.adobe.com, Sonstige: Findling Wälzlager

www.findling.com

05

großen Anwendungserfahrung können die Experten von Findling

Hersteller von Drehgebern, Seilzuggebern oder Durchflussmessgeräten

optimal beraten und unterstützen. So kommen belastbare

Kugellager von Findling auch in einem „Hardcore-Encoder“ eines

deutschen Sensorspezialisten zum Einsatz, der für härteste Einsatzbedingungen

konzipiert ist. Im Drehgeber lagern sie die Welle,

die die Drehbewegung/Positionsänderung an die Sensoren überträgt.

Die Wahl fiel in diesem Fall auf gedeckelte Rillenkugellager

der Leistungsklasse Supra. Sie überzeugen neben einer langen

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GANZER LINIE

PRÄZISION AUF

KONSTRUKTIONSELEMENTE

PRÄZISION AUF

GANZER LINIE

Typische Anwendungen für Kugelgewindetriebe finden sich

in der Luft- und Raumfahrt (Fly-by-Wire, elektronische Flugzeugsteuerung),

in der Automobilindustrie (Servolenkungen),

in Systemen für die Präzisionsmontage, in Robotern, in der

Halbleiterfertigung (Stepper) sowie in Werkzeugmaschinen (CNC-

Maschinen). Bei hochgradig präzisen Anwendungen (im Mikrometerbereich),

bei denen neben Radialbelastungen auch Axialkräfte

auftreten, ist besonderes Augenmerk auf die Konstruktion von

Kugelgewindeantrieb und Kugelgewindespindel sowie deren Lagerung

zu legen.

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Kugelgewindetriebe werden in einer

Vielzahl von Applikationen eingesetzt.

Sie kommen immer dann zur Anwendung,

wenn eine Rotationsbewegung in eine

lineare Bewegung mit geringer Reibung,

d. h. hohem mechanischem Wirkungsgrad,

und hoher Genauigkeit umgesetzt werden

muss. Dabei kommt auch der Lagerung

eine entscheidende Bedeutung zu.

SPEZIALISIERT AUF WÄLZLAGER

Seit der Zusammenlegung von Toyoda Machine Works (Werkzeugmaschinenbau)

und Koyo Seiko (Herstellung von Wälzlagern)

zur Jtekt Corporation im Jahr 2006, arbeiten Ingenieure aus

beiden Unternehmensbereichen eng zusammen, um ihr Fachwissen

auszutauschen und Lager zu optimieren. Speziell geht es

darum, Produkte zu entwickeln, die den aktuellen Anforderungen

des Marktes für Hochpräzisionslager in Werkzeugmaschinen

entsprechen.

DIE KRITISCHE ROLLE VON STÜTZLAGERN

Bei der Entwicklung eines neuen Kugelgewinde-Systems wird

t ypischerweise viel Wert auf die richtige Auslegung des Kugelgewindetriebs

(mit internem Kugelumlaufsystem) und die Spindel/

Kugelgewindewelle (präzisionsgeschliffen oder gewalzt/kaltgeformt)

gelegt. Die Bedeutung der Wellenstützlager wird dagegen häufig

unterschätzt. In Einsatzfällen, bei denen die Positionier- und Wiederholgenauigkeit

der Kugelgewindespindel von entscheidender

Bedeutung ist (wie z. B. in Werkzeugmaschinen), müssen die Wellenlager

die Welle bei unterschiedlich starken Axialbelastungen durch

Motorantriebs- und Trägheitskräfte absolut axial fixieren, damit

Spiel vermieden wird.

SCHRÄGKUGELLAGER ZUR

SPINDELWELLENLAGERUNG

Koyo hat einen besonderen SAC-Lagertyp mit spezieller Innengeometrie

(einschließlich 60 °-Kontaktwinkel) entwickelt, der maximale

Laufgenauigkeit sowie die Aufnahme von Radial- und Axialkräften

bietet, die typischerweise für moderne (Hochgeschwindigkeits-)

Werkzeugmaschinen bzw. Anwendungen ähnlicher Betriebsanforderungen

erforderlich ist. Die SAC-Lager lassen sich als Satz in ein

Gehäuse einbauen oder werden als Lagereinheit angeboten. Es

sind verschiedene Ausführungen erhältlich, die spezifischen Anwendungsbedingungen

gerecht werden, darunter zwei-, drei- oder

vierreihige Lager, sowie Ausführungen mit optional gegenläufi -

ger Ausrichtung zur Aufnahme bidirektionaler Axialbelastungen.

Die Produkte versprechen eine hohe Präzision und eine lange

Lebensdauer.

Bilder: Jtekt

www.koyo.eu

DIE BEDEUTUNG DER

WELLENSTÜTZLAGER WIRD

IN KUGELGEWINDESYSTEMEN

HÄUFIG UNTERSCHÄTZT

14 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

FOLIENVERPACKUNGEN ZUVERLÄSSIG TRANSPORTIEREN

SMC, der Spezialist für Automatisierungstechnik, hat sein Portfolio an Vakuumsaugern

um die Serie ZP3P-JT mit Faltenbalg für den Transport von formveränderlichen

Kunststofffolien und Folienverpackungen erweitert. Die dünne und flexible

Dichtmanschette des ZP3P-JT passt sich sehr gut an die Oberfläche an und eignet

sich für das Ansaugen folienverpackter Waren. Speziell ausgeformte Rippen unter

der Dichtmanschette reduzieren die Leckage zwischen Sauger und Produkt. Das

trägt zum sicheren und schnellen Transport bei – mit einer Beschleunigung von

bis zu vier G. Mit seinen 5½ Falten kann ZP3P-JT Höhen und Winkel ausgleichen.

So lassen sich auch unterschiedlich geformte Verpackungen sanft und sicher

ansaugen und transportieren, ohne die Verpackung oder den Inhalt zu beschädigen.

Der Vakuumsauger ist in den Durchmessern 20, 25, 32, 40 und 50 mm

verfügbar.

www.smc.eu

ELEKTROMECHANI-

SCHER SCHRAUBSTOCK

FÜR FILIGRANE BAUTEILE

Das Unternehmen Roemheld

bringt einen serienreifen

elektromechanischen Schraubstock

auf den Markt. Da das

Spannelement ohne Mindestdruck

funktioniert, lassen sich

auch filigrane Werkstücke

verzugsfrei spannen. Der

elektromechanische Schraubstock

eignet sich darüber hinaus

für Anwendungen, bei denen ein

Kontakt des Bauteils mit Hydrauliköl

unerwünscht ist. Aufgrund

des Strombetriebs wird kein

zusätzlicher Druckerzeuger an

der Maschine benötigt. Zudem

kann auf eine Überwachung der

Spannkraft verzichtet werden, da

alle Kraftmomente über den

Motor erfasst werden. Eine

permanente Selbsthemmung der

mechanischen Spindel sorgt

dafür, dass die Spannkraft auch

ohne Stromzufuhr erhalten

bleibt. Die steuerbaren Spannhübe

können auch für große

Weiten individuell dimensioniert

werden. Gleichzeitig werden die

Voraussetzungen zur Automatisierung

des Werkstück-Rüstens

geschaffen. So ist es möglich,

ganze Teilefamilien ohne

manuellen Eingriff in nur einem

Spannsystem zu fertigen.

www.roemheld-gruppe.de

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KONSTRUKTIONSELEMENTE

SCHWER AUF DRAHT!

Autor: Robert Timmerberg,

Fachjournalist (DFJV),

plus2 GmbH, Düsseldorf

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Schädliche Erschütterungen und Stöße,

Schwingungen und Vibrationen von Menschen

und Maschinen fernzuhalten, das wird im

Industriealltag immer relevanter. Ein

Spezialist im Bereich Dämpfungstechnik und

Schwingungsisolation hat jetzt neue Produkte

in sein Portfolio aufgenommen: Drahtseilfedern.

Sie sind hart im Nehmen und trotzen selbst

extremen Einsatzbedingungen.

Eine auf professionelle Weise beruhigte Lagerung von Maschinen

und Anlagen lässt diese akkurater arbeiten, macht Messergebnisse

zum Teil erst möglich und vermeidet die Übertragung

von Schwingungen in angrenzende Räume und die

erweiterte Umwelt. Da mit Vibrationen und Stößen erhebliche Lärmbelastungen

einhergehen können, ist die Schwingungstechnik

zudem für den Arbeitnehmerschutz von Bedeutung. Die ACE Stoßdämpfer

GmbH ist auf diesem Gebiet seit mehr als 10 Jahren zuverlässiger

Berater und Lösungsanbieter und unterstützt mit vielen Produkten

die Anwender dabei, bestehende Richtlinien und gesetzliche

Vorgaben zu erfüllen. In diesem Kontext zeichnen sich die neuen

Drahtseil- und Kompaktfedern wie alle Produkte von ACE durch

leichte Auslegung und große Vielfalt aus. Sie ergänzen die bisherige

Produktpalette, die sich von äußerst niederfrequent isolierenden

Luftfederelementen über einbaufertige Gummi-Metall-Isolatoren

bis hin zu Dämmungsplatten erstreckt. Mit diesem Spektrum ist ACE

in der Lage, Konstrukteuren Stoßdämpfung und Schwingungs isola

tion nach Maß und für nahezu alle Anwendungen anzubieten.

SCHWINGUNGSDÄMPFUNG AUCH

IN EXTREMSITUATIONEN

Die hinzugekommenen Drahtseilfedern erweitern das Applikationsspektrum

noch einmal beträchtlich und sind ideal für alle Anwendungen

geeignet, bei denen Stöße und Vibrationen auch unter Extrembedingungen

unter Kontrolle zu bringen sind, mitunter auch

gleichzeitig. Dabei können diesen robusten Maschinenelementen die

wenigsten Umgebungen etwas anhaben. Ihre Überlegenheit unter

schwierigen Bedingungen ist auf das verwendete Material und dessen

einzigartige Bauweise zurückzuführen. Komplett aus widerstandsfesten

Aluminiumlegierungen oder auf Wunsch aus Edelstahl gefertigt, trotzen

sie nicht nur unterschiedlichsten Einwirkungen von außen, sondern

sind auch von innen heraus so gut wie keinen Alterungsprozessen

unterworfen. Für die Anwender ergibt sich dadurch besonders auf

lange Sicht ein hoher Kosten-Nutzen-Vorteil. Unterstützt wird dieser

Aspekt dadurch, dass es sich um wartungsfreie Elemente handelt.

BREITES SPEKTRUM

Die drei neuen Produktfamilien von ACE bestehen aus rostfreien

Edelstahlseilen, sind auf besondere Weise geformt und verfügen für

jeden Einsatzzweck über eine überdurchschnittlich gute Dämpfung

aufgrund der Reibung der einzelnen Drähte untereinander. ACE

stellt Konstrukteuren die neuen Drahtseilfedern mit Kabeldurchmessern

von 1,59 bis 31,75 mm und zur Montage mit Gewinden

von M4 × 0,7 bis M20 × 2,5 in verschiedensten Ausführungen sowie

auch in kurzer Bauform zur Verfügung. Zur Serie zählen auch

sieben verschiedene Kompaktfedertypen in unterschiedlichen

16 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


Ausführungen mit Kabeldurchmessern von 1,59 bis 6,35 mm und

zur Montage mit Gewinden von M3 × 0,5 bis M8 × 1,25.

Die Drahtseilfedern, Kompaktfedern und auch die Drahtseilfedern

in kurzer Bauform eignen sich für eine stoß- und vibrationsfreie

Lagerung in verschiedensten Einsatzbereichen. Dabei isolieren

sie eine breite Palette unterschiedlicher Vibrationen und

decken ein beachtliches Spektrum von möglichen Belastungen ab,

das von ca. 300 g bis zu 2 000 kg reicht. Der niedrige Massebereich

ist prädestiniert für die Lagerung von Festplatten und Messapparaturen,

der hohe kommt z. B. bei Transporten von Containern und

Maschinen zum Einsatz, auch weil durch die Verwendung von

mehreren Elementen den Möglichkeiten nach oben kaum Grenzen

gesetzt sind. Dies gilt auch für weitere Anwendungsbereiche, zu

denen unter anderem vibrations- und schockreduziertes Lagern

von Elektronikkästen, Pumpen, Kompressoren und allen möglichen

Kameralagerungen gehört. Diese finden Verwendung in autonom

fahrenden Reinigungsmaschinen, speziellen Film- und Fernsehkameras

sowie bei in Drohnen verbauten Modellen. Daneben erfüllen

die Drahtseilisolatoren auch spezielle Anforderungen militärischer

Anwendungen und entsprechen den MIL-Spezifikationen.

Die aus Drahtseil gefertigten Komponenten bieten einen besonders

großen nutzbaren Federweg, niedrige Eigenfrequenzen, geringe

Resonanzübertragung und schnellen Abfall der Amplitude bei Stößen.

Darüber hinaus gibt es bei dieser Produktserie von ACE nach dynamischer

Kollision keine Anzeichen von Ermüdung. Einsetzbar sind

sie bei Temperaturen von - 130 bis + 260 °C, physikalische Werte, die

auch hinsichtlich anderer am Markt verfügbaren Komponenten aus

Drahtseil positiv ins Auge fallen. Außerdem sind alle Vertreter der

drei neuen Produktfamilien besonders resistent gegen Säuren,

Meerwasser und UV-Strahlung. Neben den Standardversionen aus

Edelstahldrähten und Aluminiumbefestigungsleisten können Anwender

bei ACE optional auch komplette Edelstahlvarianten ordern.

Aufgrund des veredelten Materials sind diese im direkten Vergleich

etwas schwerer und überzeugen durch Korro sionsbeständigkeit,

etwa bei Einsatz in Salzwasser.

FEDERNDE

DRUCKSTÜCKE

DER KLÜGERE

GIBT NACH…

PATENTIERT

MINIMIERT VERSCHLEISS

FIXIEREN

ARRETIEREN

ELEKTRISCH ISOLIERT

VIELSEITIG

POSITIONIEREN

ANDRÜCKEN

RASTEN

Bilder: ACE

www.ace-ace.de

01 ACE stellt Konstrukteuren die neuen

Drahtseilfedern mit Kabeldurchmessern

von 1,59 bis 31,75 mm und zur Montage

mit Gewinden von M4 x 0,7 bis M20 x 2,5

in verschiedensten Ausführungen sowie

auch in kurzer Bauform zur Verfügung

02 Zu der neuen Serie

der Drahtseilfedern zählen

auch sieben verschiedene

Kompaktfedertypen in

unterschiedlichen

Ausführungen mit Kabeldurchmessern

von

1,59 bis 6,35 mm

und zur Montage

mit Gewinden von

M3 x 0,5 bis M8 x 1,25

www.halder.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

GEWAPPNET FÜR

WIND UND WETTER

Autor: Ulrich König, Chief Research &

Development Officer, Stauff, Werdohl

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Ein Hersteller von Rohr- und Schlauchverbindungen

hat ein Schellenprogramm speziell für die

Befestigung von elektrischen Leitungen in den

Türmen von Windkraftanlagen entwickelt. Zu

den Eigenschaften dieser Schellen gehören eine

einfache, schnelle und werkzeuglose Montage,

eine dauerhafte Befestigung der Leitungen unter

widrigen Bedingungen und die Übereinstimmung

mit allen branchenrelevanten Anforderungen,

z. B. an die elektrische Sicherheit.

Wie lange braucht ein eingespieltes Team für die Montage

von elektrischen Leitungen mit Querschnitten

von 22 bis 38 mm in einem 100 oder 150 m hohen

Turm einer Windkraftanlage (WKA)? Und wie befestigt

man diese Leitungen so, dass sie unter widrigen Bedingungen

über viele Jahre die Leitungen sicher in Position halten und dabei

auch das nötige Spiel für die Schwankungen des Turms bei Starkwind

erlauben? Eine Antwort auf diese Fragen gab Stauff schon vor

Jahren mit einer ersten Generation von Befestigungselementen, die

von Grund auf für elektrische Leitungen in WKA-Anwendungen

entwickelt wurde.

Grundlage dieser Befestigungslösung war die bewährte Stauff-

Schelle zur Befestigung von Rohrleitungen z. B. für die Hydraulik. In

die Ausnehmungen einer Grundplatte, die an der Unterkonstruktion

aufgeschraubt oder angeschweißt wird, lassen sich Leitungen einlegen

und mit schraubbaren Deckeln befestigen – einzeln oder in

Reihen. Diese Lösung bewährte sich, aber die Stauff-Konstrukteure

suchten nach einer Lösung, die insbesondere die Montage vereinfacht,

ohne den dauerhaft festen Sitz der Leitungen zu beeinträchtigen.

Deshalb entwickelten sie – in Kooperation mit einem führenden

Hersteller von Windkraftanlagen – ein neues Programm mit der

Bezeichnung WPC.

SCHNELLE UND WERKZEUGLOSE MONTAGE

Das Grundkonzept der WPC-Schelle: Die Leitungsaufnahme wird

z. B. auf einer Schiene aufgeschraubt – hier gibt es diverse Montagemöglichkeiten

– und das Kabel eingelegt. Die mit einem Scharnier

an der Leitungsaufnahme befestigte Gegenseite wird mit einem

Schnellspannsystem, d. h. mit einem Handgriff, verschlossen – fertig.

Somit kann der Monteur die Leitungen verlegen, ohne dass er ein

Werkzeug benötigt. Das erleichtert die Installation sowohl im liegenden

Turmsegment als auch im bereits stehenden Turm. So spart

der Hersteller Installationskosten. Das neue System ist in zwei

Grundvarianten verfügbar – als WPC für eine Leitung und als WPC-

Trefoil für drei Leitungen, die kleeblattartig auf kompaktem Raum

befestigt sind. Dabei können Leitungen mit Querschnitten von 22 bis

38 mm installiert werden.

DAUERHAFT FESTER SITZ DER LEITUNGEN

Eine zentrale Eigenschaft des Befestigungssystems ist der dauerhaft

feste Sitz der Leitungen. Dabei sorgt der Kabelhalter aus flexiblem

Elastomer für gleichbleibende Haltekräfte – auch bei nicht zu erwartenden

Toleranzabweichungen der Kabelaußendurchmesser.

Über eine Stellschraube mit Kontermutter lässt sich der Anpressdruck

an die Kabeldurchmesser anpassen. Dabei ist stets ein gewisser

Toleranzausgleich zu berücksichtigen, weil sich der im Wind

stehende Turm bewegt. Die Leitungen müssen in der Lage sein,

diese Bewegungen mitzumachen.

18 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

Ein Federpaket im Schnellspannsystem gewährleistet eine kontinuierliche

Vorspannung des Verschlusses. Eine Verschlusssicherung

verhindert das unbeabsichtigte Öffnen der Spann- und Zuhalteeinrichtung.

Die werkzeuglose Montage erleichtert nicht nur die Erstinstallation

der Leitungen im Turm, sondern auch die Wartung

bzw. den Austausch von Leitungen während der Betriebsdauer der

Windkraftanlage.

AUF WIDRIGE BEDINGUNGEN EINGESTELLT

In den Türmen von Windkraftanlagen herrschen ungünstige Umgebungsbedingungen

für elektrische Komponenten. Mit extremen

Temperaturen und korrosiver Atmosphäre ist zu rechnen. Die Metallelemente

der WPC-Baureihe sind daher in verschiedenen hochwertigen

Qualitäten (Stahl-, Zink/Nickel-beschichtet für Onshore-

WKA, Edelstahl V4A für Offshore-Anwendungen) verfügbar.

Die Stahlvariante mit einer hoch wirksamen Korrosionsschutzbeschichtung

auf Basis einer Zink-Nickel-Oberfläche hat sich in

diversen Einsatzbereichen als günstige Alternative zu Edelstahl

erwiesen. Im Salzsprühtest erreicht sie eine Standzeit von rund

1 200 Stunden. Das ist mehr als einschlägige Standards z. B. der Automobilindustrie

fordern. Das Elastomer der Windkraftschellen ist

DAS SCHELLENSYSTEM LÄSST SICH

FLEXIBEL AN UNTERSCHIEDLICHE

ANFORDERUNGEN ANPASSEN

temperaturstabil im Bereich von -45 bis + 90 °C (im Dauereinsatz;

kurzzeitig bis + 125 °C). Außerdem nimmt es bei Feuchtigkeit kein

Wasser auf, bleibt also formstabil.

ALLE TESTS BESTANDEN

Die einschlägigen Anforderungen an den Brandschutz werden

ebenfalls erfüllt: Die WPC-Schellen sind als Brandschutzmaterial

SA-VO nach UL 94 geprüft und freigegeben. In Kooperation mit einem

Windkraftanlagen- und einem Leitungshersteller hat Stauff auch

die elektrischen Eigenschaften – vor allem die Kurzschlussfestigkeit

des WPC-Programms – getestet. Dabei wurde die uneingeschränkte

Eignung des Befestigungssystems bei der Übertragung hoher Ströme

nachgewiesen.

Mechanische Belastungstests bestätigten eine hohe axiale Haltekraft

bei sehr gutem Kabelmantelschutz. Weitere Tests zeigten, dass

02 Kompakt und sicher:

Drei Leitungen werden in

„Trefoil“-Anordung befestigt

Tieftemperatur keinen negativen Einfluss auf die Haltekräfte im Befestigungssystem

hat. Im Gegenteil: Die Haltekraft war sogar noch

höher als im Versuch bei Raumtemperatur. Hier wirkt sich die

Werkstoffpaarung Elastomer/Metall positiv aus.

Mit diesen Eigenschaften eignet sich das WPC-System für die

Befestigung von elektrischen Leitungen bei Onshore- und Offshore-

Windkraftanlagen. Verschiedene Basisversionen für eine Leitung

und für drei Leitungen stehen ab Lager zur Verfügung. Der modulare

Aufbau des Systems schafft die Voraussetzung für die Anpassung an

den individuellen Anwendungsfall. So können beispielsweise ein

oder zwei Schellenkörper mit austauschbarem Elastomer als Kabelschutz

für diverse Kabeldurchmesser verwendet werden.

Bilder: Aufmacher Hintergrund: David Hense – stock.adobe.com,

Sonstige: Walter Stauffenberg GmbH & Co. KG

www.stauff.com

01 Das Windkraftschellen-

System wurde für die Installation

von elektrischen Leitungen in

den Türmen von Windkraftanlagen

entwickelt

5


KONSTRUKTIONSELEMENTE

UNIVERSELLE PROBLEMLÖSER

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Ein Spezialist für Verzahnungstechnik und

Feinzerspanung hat einbaufertige

Komplettfreiläufe im Programm, die wahre

Multitalente sind. Sie lassen sich in den

Antriebssträngen des Maschinen- und

Anlagenbaus sowohl als Rücklaufsperren als

auch für Überhol- und Vorschubfunktionen

einsetzen. Dass sie zudem für einen sehr großen

Drehmomentbereich und in vier verschiedenen

Klemmstück-Varianten zur Verfügung stehen,

steigert ihre Vielseitigkeit weiter.

In Sachen Vielseitigkeit macht den Freiläufen der Premium-Baureihen

FB/FBF von Ringspann so schnell keiner was vor. Denn

diese vom Hersteller einbaufertig bereitgestellten Komplettfreiläufe

stehen nicht nur in mehreren Klemmstück-Konfigurationen

für unterschiedliche Leistungsanforderungen zur Verfügung, sondern

auch für einen enorm großen Drehmomentbereich von 45 bis

160 000 Nm. Konstrukteuren und Entwicklern im Maschinen- und

Anlagenbau eröffnet sich damit ein weites Feld für die Realisierung

innovativer und effizienter Lösungen für Rücklaufsperren sowie

Überhol- und Vorschub-Kinematiken innerhalb der Antriebsstränge.

Sie können zudem wählen zwischen Basisausführungen mit oder

ohne Befestigungsflansch. Alle FB-/FBF-Freiläufe lassen sich direkt

im Webshop von Ringspann auswählen und ordern. Viele Varianten

mit Standardbohrungen (max. 300 mm) sind kurzfristig lieferbar.

CHROMSTAHL MIT VERSCHLEISSSCHUTZ

Grundsätzlich handelt es sich bei den Komplettfreiläufen der Baureihen

FB/FBF von Ringspann um kugelgelagerte und abgedichtete

Klemmstück-Freiläufe, die werksseitig ölgefüllt und montagefertig

ausgeliefert werden. Seiner individuellen Anwendung entspre-

Autor: Alexander Regenhardt, Freier Fachjournalist, Darmstadt

chend kann der Konstrukteur dann hinsichtlich der Klemmstück-

Konfiguration zwischen vier Leistungskategorien wählen. Dabei

decken bereits die Standard-Variante und die Riduvit-Ausführung

ein breit gefächertes Einsatzgebiet ab. Beide eignen sich für

Rücklaufsperr- und Überhol-Anwendungen mit maximalen Leerlauf-Drehzahlen

von 4 800 min -1 (Innenring) beziehungsweise

5 500 min -1 (Außenring). Als Vorschub-Freiläufe bewältigen sie

mittlere (Standard) bis hohe (Riduvit) Schaltzyklen. Die Chromstahl-Klemmstücke

der Riduvit-Variante zeichnen sich überdies

durch eine spezielle Oberfläche mit hartmetallartiger Verschleißbeständigkeit

aus. „Diese leistungsfähige Funktionsbeschichtung

beruht auf wichtigen tribologischen Erkenntnissen und verleiht

den Riduvit-Freiläufen eine deutlich erhöhte Lebensdauer“, sagt

Thomas Heubach, der Leiter der Freilauf-Sparte von Ringspann.

ENTSCHEIDUNG ZWISCHEN X ODER Z

Spezieller ausgelegt sind die weiteren Varianten der Freiläufe FB/

FBF, die sich durch das Design der Klemmstückabhebung unterscheiden

und prädestiniert sind für die Realisierung besonders anspruchsvoller

Rücklaufsperr- und Überhol-Anwendungen. Der

Konstrukteur kann hier wählen zwischen Komplettfreiläufen mit

der sogenannten Klemmstückabhebung X oder Klemmstückabhebung

Z. Beide Ausführungen wurden entwickelt für hohe Leerlauf-

Drehzahlen im Langzeitbetrieb, bei denen oberhalb der Abhebedrehzahl

kein Verschleiß an den Klemmstücken entsteht. Raffiniert

sind hierbei die bis ins feinste Detail durchdachten Formgebungen

und Lagerungen der Klemmstücke. „In diesen zwei Disziplinen der

Freilauf-Konstruktion verfügen wir dank jahrzehntelanger eigener

Entwicklungsarbeit über eine international anerkannte Expertise“,

betont Thomas Heubach.

Bei den Komplettfreiläufen FB/FBF mit Klemmstückabhebung X

laufen die reibschlüssig in einem Käfig geführten Klemmstücke im

Leerlauf mit dem Innenring um. Da dies fliehkraftbedingt ohne

jeden Kontakt zum Außenring erfolgt, kann der Freilauf mit Klemmstückabhebung

X bei Anwendungen mit schnell drehendem Innenring

nahezu verschleißlos rotieren. In Analogie dazu laufen die

Klemmstücke vom Typ Z im Leerlauf berührungslos mit dem Außenring

um – weshalb sich die Freiläufe FB/FBF mit dieser Art der

Klemmstückabhebung als Ideallösung für Langzeit-Anwendungen

mit schnell drehendem Außenring erweisen. „Die ersten beiden Fragen,

die sich der Konstrukteur bei der Wahl zwischen X und Z also

beantworten muss, lauten: Wie ist die Einbaulage? Und in welche

20 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

NEBEN EINER

GROSSEN AUSWAHL

AN STANDARD-FREI-

LÄUFEN REALISIEREN

WIR AUCH SONDER-

AUSFÜHRUNGEN

Sowohl die Komplettfreiläufe FB/FBF als auch die Kombinationslösungen

FBE/FBL sind reale Beispiele für unsere

Marktführerschaft auf dem weltweiten Freilaufmarkt und

unsere Positionierung als internationaler One-Stopp­

Supplier für hochwertige Komponenten der industriellen

Antriebstechnik. Neben einer großen Auswahl an kurzfristig

lieferbaren FB- und FBF-Freiläufen realisieren wir

auf Kundenwunsch auch Sonderausführungen, etwa für

ausgefallene Bohrungsmaße oder seltene Anflanschungen.

THOMAS HEUBACH, Leiter der Freilauf-Sparte, RINGSPANN

Drehrichtung soll der FB/ FBF frei laufen bzw. in welche Drehrichtung

soll er sperren oder mitnehmen?“, erläutert Thomas Heubach.

ZWEI VERWANDTE MIT WELLENKUPPLUNGEN

Die Komplettfreiläufe der Premium-Baureihen FB/FBF von Ringspann

kommen aktuell in nahezu allen Sparten und Nischen des

internationalen Maschinen- und Anlagenbaus zum Einsatz. Ob in

den Antriebssystemen von Besäumscheren für Breitband-Walzenstraßen,

von Fleischverarbeitungsmaschinen, von Zerkleinerungsmühlen,

von Postsortieranlagen oder von freizeittechnischen Fahrgeschäften

wie etwa Achterbahnen – in unzähligen Applikationen

dienen sie als überaus zuverlässige und langlebige Rücklaufsperren,

Überhol- oder Schaltkupplungen.

Kombilösung bei Wellenversatz:

Die Komplettfreiläufe FBE und

FBL werden als einsatzfertige

Baugruppe mit elastischen

und drehstarren

Wellenkupplungen

bereitgestellt (im

Bild ein FBE mit

elastischer

Wellenkupplung)

Maßgeschneidert für Anwendungen mit Überholfunktion, bei denen

zwei Wellen mit Versatz verbunden werden müssen, sind zwei

enge Verwandte der FB-Familie. Dabei handelt es sich um die Komplettfreiläufe

FBE und FBL, die Ringspann als einsatzfertige Baugruppe

mit elastischen und drehstarren Wellenkupplungen aus seinem

Portfolio anbietet. „Der Kunde erhält hier also Kombinationslösungen

aus zwei Funktionskomponenten, wobei sich die Wellenkupplungen

je nach gewünschter Drehrichtung flexibel am Freilauf andocken

lassen“, erklärt Thomas Heubach. Die elastische FBE-Lösung ist

ausgelegt für kleinere Wellenverlagerungen – zum Beispiel zwischen

einem Hauptantrieb und einem Winkelgetriebe – und die drehstarre

FBL-Ausführung kann große radiale und winklige Versätze aufnehmen,

ohne dass Zwangskräfte auf benachbarte Lager wirken.

Eine typische Einbau-Situation dafür ist beispielsweise die Positionierung

zwischen dem Hauptmotor und dem Kriechgangantrieb

einer Förderbandanlage. Beide Systemlösungen aus Überholfreilauf

und Wellenkupplung liegen in den drei Varianten Standard,

Riduvit und mit Klemmstückabhebung Z vor.

Bilder: RINGSPANN

www.ringspann.de

DIE KLEMMSTÜCKABHEBUNG X

Die Klemmstückabhebung X kommt in den Rücklaufsperren

und Überholfreiläufen von Ringspann immer dann zum

Einsatz, wenn im Leerlaufbetrieb der Innenring mit hoher

Drehzahl umläuft und in der Überholfunktion der Mitnahmebetrieb

bei niedriger Drehzahl erfolgt. Im Leerlauf bewirkt

die Fliehkraft, dass sich die in einer X-ähnlichen Form

gefertigten Klemmstücke von der Laufbahn des Außenrings

abheben. Der Freilauf arbeitet dann verschleißfrei und mit

unbegrenzter Gebrauchsdauer. Dabei laufen die Klemmstücke

– geführt in einem mit dem Innenring reibschlüssig

verbundenen Käfig – mit dem Innenring um. Die Fliehkraft

hat das Klemmstück im Gegenuhrzeigersinn gedreht und am

Stützbord des Käfigs angelegt, wodurch ein Spalt zwischen

dem Klemmstück und der Laufbahn des Außenrings

entsteht; der Freilauf arbeitet also berührungslos. Sinkt nun

die Drehzahl des Innenrings soweit ab, dass die Wirkung der

Fliehkraft auf das Klemmstück kleiner wird als die Anfederungskraft,

legt sich das Klemmstück wieder an den Außenring

an und „schaltet“ den Freilauf sperrbereit. Zu beachten:

In der Anwendung als Überholfreilauf darf die Mitnahmedrehzahl

40 % der Abhebedrehzahl nicht überschreiten.

Klemmstückabhebung X: im Leerlauf bewirkt die Fliehkraft,

dass sich die X-ähnlich gefertigten Klemmstücke von der

Laufbahn des Außenrings abheben

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 21


KONSTRUKTIONSELEMENTE

DAMIT DIE WIRKUNG

NICHT NACHLÄSST

01

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Bei der Herstellung von Medikamenten kommt

es auf höchste Präzision an. Die Rezeptur muss

zu 100 % passen – und auch im Produktionsprozess

geht es um Genauigkeit bis ins Detail.

Um seine Tablettenpressen perfekt für ihre

anspruchsvolle Aufgabe zu rüsten, setzt ein

Hersteller auf individuell zugeschnittene

Schneckengetriebe, die sich durch Laufruhe,

geringe Temperaturemissionen und Langlebigkeit

auszeichnen.

Autor: Peter Becker, Senior PR Consultant, Bartenbach AG, Mainz

Tabletten werden mithilfe von Tablettenpressen produziert,

die das wirkstoffenthaltende Pulver oder Granulat stark verdichten.

Einer der führenden Hersteller solcher Pressen

ist Romaco Kilian aus Köln. Das Traditionsunternehmen

Kilian wurde 1875 gegründet und ist seit 2013 Teil des Prozess- und

Verpackungstechnologie-Konzerns Romaco. Das Unternehmen

bietet heute die gesamte Bandbreite der Tablettiertechnologie an,

von Einzelstempel-Labortablettenpressen bis hin zu Hochgeschwindigkeits-Tablettenpressen

für Großproduzenten. Zu den

letztgenannten gehört auch die Doppelrundläufertablettenpresse

S710 Prime. Die kosteneffiziente Maschine produziert bis zu

1,02 Mio. Tabletten/Stunde und entwickelt Presskräfte von bis zu

100 kN.

Kommt es bei Hochleistungstablettenpressen zu Ausfällen oder

Produktionsproblemen, entsteht für den Tablettenhersteller innerhalb

kürzester Zeit ein großer wirtschaftlicher Schaden. Daher sind

für Romaco Kilian neben der Leistungsfähigkeit vor allem die Anlagenverfügbarkeit

und die Prozesskonstanz entscheidend für die

Neuentwicklung einer Tablettenpresse, wie Romaco-Kilian-Konstruktionsleiter

Bernhard Kock erklärt: „Für unsere Kunden ist vor

allem die gleichbleibende Qualität der Tabletten entscheidend. Die

Gewichte müssen einheitlich sein. Der Tablettenpulvereintrag darf

sich von Tablette zu Tablette nicht unterscheiden, damit auch die

Wirksamkeit identisch ist. Dementsprechend hoch muss auch die

22 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


VERBINDUNGSELEMENTE

& BEFESTIGUNGSTECHNIK

02

Mit über 130 Jahren

Erfahrung zählt REYHER

zu den führenden

Handelsunternehmen

für Verbindungselemente

und Befestigungstechnik

in Europa und beliefert

Kunden weltweit.

01 Das E160F-Schneckengetriebe in Flanschausführung von ZAE wurde

individuell an die anspruchsvollen Anforderungen von Romaco Kilian

angepasst; es gewährleistet den ruhigen Lauf des Rotors der Tablettenpresse

02 Die Doppelrundläufertablettenpresse S710 Prime von Romaco Kilian produziert

bis zu 1,02 Mio. Tabletten/h und entwickelt Presskräfte von bis zu 100 kN

Qualität unserer Maschinen sowie der eingesetzten

Maschinenkomponenten – insbesondere

der Getriebe – sein.“

TEMPERATUR UND LAUFRUHE

ALS ERFOLGSKRITERIEN

gleichmäßig erfolgt. Romaco Kilian forderte

daher, dass sich das Getriebe, das

den Rotor der S710 Prime antreibt, im Betrieb

nicht übermäßig erhitzt und eine

entsprechend perfekte Laufruhe garantiert.

Ist diese nicht gewährleistet, kann es

überdies zu störender Geräuschentwicklung

kommen.

SPEZIALIST FÜR ANSPRUCHS-

VOLLE LÖSUNGEN

DAS SPEZIELL ANGEPASSTE SCHNECKENGETRIEBE

IST DAS HERZSTÜCK DER TABLETTENPRESSE

RRP – REYHER Rapid

Prototyping

C-Teile als Prototypen aus

dem 3D-Drucker

Funktionsfähige Modelle

aus Kunststoff oder Metall

Bauteilebetrachtung und

Verbauversuche

Reduktion von Gewicht

und Herstellungskosten

Damit es in der Tablettenproduktion nicht

zu Ausfällen bzw. Ausschuss kommt, dürfen

die Tablettenpressen nicht zu heiß

l aufen. Eine zu hohe Temperatur könnte

die Wirksamkeit der Rezeptur negativ beeinflussen.

Zudem könnte ein zu hoher

Hitzeeintrag die Langlebigkeit der Maschinenkomponenten

beeinträchtigen. Hierbei

spielt das Getriebe als Herzstück der

Maschine die zentrale Rolle. Das Getriebe

treibt den Rotor der Tablettenpresse an.

Auf dem Rotor befinden sich die Pressenwerkzeuge

sowie die Matrizenscheibe, die

essenziell die Leistungsfähigkeit und Prozessqualität

der Tablettenpresse beeinflusst.

In die Bohrungen der Matrizenscheiben

fließt die Wirkstoffmischung der

Tablette vor dem Verpressen. Der Rotor

muss daher absolut ruhig laufen, damit

die Ausbringung des Tablettenpulvers

Auf der Suche nach einem zuverlässigen

Partner, der individuelle Getriebe von

höchster Güte produziert, wandte sich

Romaco Kilian an die Experten von ZAE-

Antriebssysteme aus Hamburg Altona.

„Die ZAE steht für Stabilität und Kompetenz.

Wir arbeiten bei anderen Maschinentypen

seit längerem mit den Hamburgern

zusammen. Und wir können uns

seit Tag 1 darauf verlassen, dass die Qualität

der ZAE-Getriebe gleichbleibend

hoch ist und die Teileverfügbarkeit sowohl

im Einkauf als auch im Ersatzteilmanagement

immer gegeben ist. Das

schätzen wir sehr“, erklärt der Geschäfts-

F. REYHER Nchfg. GmbH & Co. KG

Haferweg 1 · 22769 Hamburg

Telefon 040 85363-0

kontakt@reyher.de

www.reyher.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

temperatur die Lebensdauer des Getriebeöls, der Radialwellendichtringe

und der Lager.

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

03 Das E160 aus der

ZAE-Schneckengetriebebaureihe war die

Basis für die perfekt abgestimmte Kundenlösung

führer von Romaco-Kilian, Jens Carstens, die Hintergründe der

Zusammenarbeit.

Auch ZAE-Antriebssysteme kann sich mit Fug und Recht Traditionsunternehmen

nennen. Seit mehr als 100 Jahren produziert

das Unternehmen innovative, hocheffiziente Antriebstechnik, die

sich in zahlreichen Branchen hervorragend bewährt. Insbesondere

die Konstruktion hoch individualisierter Antriebslösungen ist

eine Spezialität des Hamburger Industriegetriebeherstellers.

„Natürlich bauen wir auch hervorragende Standardgetriebe. Unschlagbar

sind wir aber im kundenspezifischen Engineering von

Speziallösungen. Daher hat es uns gefreut, als Romaco Kilian mit

dieser anspruchsvollen Aufgabe an uns herangetreten ist. Getriebe

für Tablettenpressen dürfen einerseits keine zu große Hitze entwickeln,

sollten aber gleichzeitig laufruhig und besonders robust

gegen eintragende Momente und Schläge sein“, erläutert Folke

Hedder, Vertriebsleiter bei ZAE, die Anforderungen an das Getriebe

für die S710 Prime.

EXTREME PRÄZISION GEFORDERT

Deshalb wurde das E160F Schneckengetriebe in Flanschausführung

von ZAE an die Anforderungen von Romaco Kilian individuell

angepasst. Beim E160F handelt sich um ein spielarmes Getriebe.

Dies ist insbesondere bei Tablettenpressen von großer Bedeutung,

kommt es doch beim Einpressvorgang der Pressstempel wie auch

beim Entspannen der Stempel zu rücktreibenden Momenten ins

Getriebe, die den Lauf und die Standzeit des Getriebes negativ beeinflussen

würden. Schneckengetriebe sind für solche Anforderungen

prädestiniert, da sie aufgrund ihrer Verzahnungsgeometrie solche

Schläge gut dämpfen bzw. kompensieren können.

Dennoch reichte es bei weitem nicht aus, ein beliebiges Schneckengetriebe

mit passender Leistung zu wählen. Insbesondere bei

der Einstellung und Auswahl der Kegelrollenlager war höchste

Präzision gefragt, damit das Axialspiel der Schnecke im Betrieb im

Optimum lag und die gewünschte Laufruhe erreicht wurde. Das

Spiel durfte im definierten Betriebspunkt lediglich 0,02 mm betragen,

damit der perfekte Kompromiss aus Steifigkeit, Energieeffizienz

und Reibung gefunden wurde. Denn gehen die verbauten

Kegelrollenlager im Betriebspunkt bereits in Vorspannung, erhöht

sich natürlich auch die Temperatur des Getriebes und somit der

gesamten Anlage. Darüber hinaus verringert eine hohe Getriebe-

NACHGEWIESENE QUALITÄT ÜBERZEUGT

Eine gehörige Portion Engineering war von den Spezialisten von

ZAE gefragt, um diese Genauigkeit gewährleisten zu können. Ein

aufwändiger Prüf- und Entwicklungsprozess gewährleistete, dass

ZAE die perfekte Lösung für die Romaco Kilian S710 Prime finden

konnte. ZAE betreibt im Werk in Hamburg-Altona ein großes Prüffeld,

um den Kunden nicht nur theoretisch perfekt konfektionierte

Produkte anbieten zu können, sondern vielmehr solche, die im

Praxistest nachgewiesen haben, dass sie die Kundenanforderung

zu 100 % erfüllen.

Um das Axialspiel wiederholungsgenau zu messen, hat ZAE in

diesem Fall eigens einen Messautomaten konstruiert, da die nötige

Präzision bei manueller Messung nicht ausreichend war. – Ein weiterer

Beweis dafür, dass ZAE keine Mühen scheut, um ein perfektes

Ergebnis für ihre Kunden zu gewährleisten.

Das von ZAE perfekt auf die S710 Prime abgestimmte Schneckengetriebe

E160F ist den von Romaco Kilian gesetzten Richtwerten

mehr als gewachsen. Das Getriebe erreicht am definierten Betriebspunkt

eine Temperatur, die weit unter dem Grenzwert liegt,

den der Kölner Tablettenpressenhersteller gesetzt hatte. Denn:

Jedes ZAE-Getriebe erhält mit der Auslieferung ein Abnahmeprotokoll

mit den Werten aus dem Probelauf. Die meisten Getriebe absolvieren

diesen Testlauf mit Temperaturen, die größtenteils 10K

(oder 10 °C) unter dem Grenzwert des Kunden liegen.

Die optimierte Betriebstemperatur gewährleistet einerseits einen

effizienten Betrieb des Getriebesystems, andererseits schont sie die

eingesetzten Kegelrollenlager und das Getriebeöl. Somit profitiert

Romaco Kilian von einer Getriebelösung, die die S710 Prime optimal

bei der Tablettenproduktion unterstützt und über die Lebensdauer

der Maschine sehr wartungsarm ausfällt. Dies wiederum erhöht

die Standzeit der gesamten Tablettenpresse. Und letztlich

kann sich der Tablettenpressenhersteller auf die Getriebe verlassen.

ZAE steht dafür ein, dass die gelieferten Getriebe einen prozesssicheren

und ruhigen Lauf gewährleisten. Bei der Montage ist

kein Nachjustieren notwendig. Für Romaco Kilian bedeutet dies:

bestellen, einbauen, anfahren, fertig.

KOOPERATION AUF AUGENHÖHE

ZAE und Romaco Kilian, das passt zusammen – nicht nur technologisch,

wie ZAE-Vertriebsleiter Folke Hedder abschließend festhält:

„Die Zusammenarbeit macht einfach großen Spaß. Wir kooperieren

mit Romaco Kilian partnerschaftlich und vertrauensvoll. Und nicht

zuletzt passt es zwischenmenschlich. Wenn die Chemie stimmt, ist

die Arbeit meiner Meinung nach am Ende auch meist produktiver

und erfolgreicher.“ Jens Carstens pflichtet bei: „Wir schätzen ZAE als

Sparringspartner auf Augenhöhe. Unsere Anregungen und Anforderungen

werden aufgenommen und wir erhalten kreative und kompetente

Vorschläge, wie unsere Herausforderungen zu meistern wären.

Die Diskussionsqualität und Reaktionszeit sind ausgezeichnet. Man

merkt einfach, dass man bei ZAE mit Experten spricht, die unsere

Bedürfnisse als Maschinenhersteller verstehen und diese in hervorragende

Getriebetechnik umsetzen können. Wir freuen uns schon

jetzt auf künftige gemeinsame Projekte.“

Bilder: ZAE AntriebsSysteme

www.zae.de

24 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

WELLE UND KUPPLUNG PER

KLEMMNABE VERBINDEN

Um Schäden durch

Überlast im Antriebsstrang

und einer

Metallbalgkupplung

ausschließen zu

können, hat Enemac die

ECPB-Reihe entwickelt,

eine Kombination aus

Sicherheitskupplung

und Klemmnabe. Der

Metallbalg sorgt für

einen axialen, angularen

und lateralen

Versatzausgleich zwischen An- und Abtriebswelle. Angeboten

wird ECPB in 17 Baugrößen für Ausrückmomente zwischen

0,5 Nm und 2 000 Nm. Bohrungen zwischen 5 und 90 mm können

über die Klemmnabe der Metallbalgkupplung aufgenommen

werden, die Klemmnabe im Sicherheitsteil ist für Wellendurchmesser

zwischen 5 und 100 mm erhältlich. Die beidseitig

angebrachte Klemmnabe verbindet Welle und Kupplung spielfrei

und kraftschlüssig. Sie kann optional auch mit einer Passfedernut

versehen werden. Das schnelle und einfache Spannen mittels

Klemmnaben erleichtert den Ein- und Ausbau der Sicherheitskupplung

und sorgt für geringe Standzeiten bei der Anlagenwartung.

Auch korrosionsgeschützte Ausführungen oder

alternative Balglängen sind realisierbar.

www.enemac.de

AXIAL-SCHRÄGKUGELLAGER FÜR GRÖSSTES

MITTELINFRAROT-TELESKOP

In der chilenischen

Atacama-Wüste

entsteht das größte

optische Teleskop der

Welt. HQW Precision

steuert für dieses

Projekt ZKLN-Lager bei,

mit denen die 800 im

Teleskop positionierten

Spiegel justiert werden.

Das Extremely Large

Telescope (ELT) soll

2025 in Betrieb

genommen werden. Es verfügt über einen segmentierten

Primärspiegel mit einem Durchmesser von rund 40 m, der sich

aus 800 kleineren hexagonalen Spiegeln mit je etwa 1,4 m

Durchmesser zusammensetzt. Das ELT soll eine etwa 256 Mal

größere Lichtsammelfläche bieten als das Weltraumteleskop

Hubble und Bilder liefern, die 16 Mal schärfer sind. Dies wird

über die Positionierung der Spiegel erreicht. „Die spezielle

Innengeometrie der ZKLN-Lager gewährleistet eine sehr hohe

axiale Steifigkeit, und eine geteilte Innenringkonfiguration

beseitigt das Spiel innerhalb des Lagers“, sagt Eugen Bärwald,

Vertriebs- und Anwendungsingenieur bei HQW. „Dadurch wird

die hohe Genauigkeit gewährleistet, die für diese Anwendung

entscheidend ist.“

www.hqw.gmbh

GELENKLAGER:

DOPPELT GEKOPPELT HÄLT LÄNGER

Mit der

Koppelstange

Igubal GPZM

stellt Igus ein

Doppelgelenklager

vor, das

nicht nur

schmier- und

wartungsfrei

ist, sondern

durch ein

neues

Gehäusematerial

auch

besonders

flexibel ist. Dadurch wird der Kugelzapfen fest umschlossen, das

Eindringen von Schmutz verhindert und die Ausfallsicherheit

der bewegten Anwendung erhöht. Tests im Labor ergaben eine

um 25 % höhere Elastizität des Werkstoffs RN283 gegenüber

dem Standardwerkstoff Igumid G. Im Test wurde zudem

verflüssigter Staub eingespritzt. Durch das elastische Material

hat dieser keinen Einfluss auf die Funktion. Auch die Abriebfestigkeit

bei den metallischen Kugelzapfen wurde getestet. Das

Ergebnis: Mit einem um Faktor 20 besseren Verschleißwert

setzte sich das neue TPU-Material gegenüber Polyamid durch.

Gelenklager aus tribologisch optimierten Kunststoffen werden

z. B. in der Agrarindustrie, im Maschinen- oder Anlagenbau oder

in der Automobilindustrie eingesetzt.

www.igus.de

KISSsoft AG

A Gleason Company

T. +41 55 254 20 50

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▪ Rainflow-Verfahren zur Lastdatenanalyse




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VDMA 23904 und Bertsche

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KONSTRUKTIONSELEMENTE

SONDERWÜNSCHE

„Unsere Sonderkugellager sind auch in der

Krise gefragt“, das lässt ein Spezialist für

anspruchsvolle Produkte im Bereich der

Hochgenauigkeits- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen

verlauten. Der fränkische

Maschinenbauer bietet präzise High-End-

Produkte für Spitzenleistungen, extreme

Umgebungen, Vakuum und Reinraum an.

Die seit Jahren kontinuierlich wachsende Nachfrage nach anwendungsspezifischen

Sonderkugellagern und Lagersystemen

von GMN hält auch während der aktuellen Krise an. Verlangt

würden insbesondere anwendungsspezifische Kugellager

und einbaufertige Lagersysteme für den Maschinenbau sowie die Medizin-,

Vakuum- und Messtechnik, so der fränkische Maschinenbauer.

Gefragt sind Sonderanfertigungen insbesondere dann, wenn

Standardlager die Erfordernisse hinsichtlich Geometrie, Präzision,

Material, tribologischer und einsatzbedingter Anforderungen nicht

erfüllen. Hierbei konzentriert sich die Firma GMN auf Spindelkugellager,

Rillenkugellager und Hybridmodelle mit Keramikkugeln.

Jahren werden GMN-Sonderkugellager bei Navigations systemen

verwendet. Sie sind außerdem weltweit in mehr als 100 000 Röntgenröhrensystemen

im Einsatz.

ENGE ENTWICKLUNGSPARTNERSCHAFT

Anwendungsspezifische Kugellager und Komplettsysteme werden

stets in enger Absprache mit dem Kunden entwickelt, dem hierbei

ein fester Ansprechpartner zur Seite steht. Dabei übernimmt GMN

sämtliche Aufgaben von der Entwicklung über die Fertigung der

Komponenten bis hin zum Rund-um-Service für die Lieferung der

Serienteile und Artikelbevorratung beim Endkunden vor Ort.

ERFOLGSFAKTOR „FREIE KONFIGURATION“

Zu den Erfolgsfaktoren von GMN zählt, dass das Unternehmen in

der Lage ist, sehr unterschiedliche Kundenanforderungen zu erfüllen,

da es zahlreiche Konfigurationsoptionen bietet. Zuerst werden

die Art des Lagers und das Anwendungsgebiet benannt und

DER MASCHINENBAU BESTELLT

OFT BAULICH ANGEPASSTE

SPEZIALAUSLEGUNGEN

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

HÖCHSTE PRÄZISION UND ANDERE

ANFORDERUNGEN

Höchste Ansprüche an die Präzision gehören bei vielen Sonderkugellagern

zum Standard. Messlatte ist meist die Hochpräzisions-

Genauigkeitsklasse P4+ oder die unternehmenseigene Premiumkategorie

„Ultra Präzision“ UP+. Sie erfüllt noch weitergehende

Vorgaben bei Lauf-, Form- und Maßgenauigkeit.

Dazu kommen zusätzlich anwendungsspezifische Anforderungen.

Für die Vakuumtechnik wird vor allem höchste Sauberkeit der

Komponenten gefordert. Lagersysteme in Röntgengeräten und

Computertomographen müssen darüber hinaus vibrationsarm sein

und Umgebungstemperaturen bis zu 550 °C aushalten. Bei Messund

Navigationssystemen stehen hingegen Systemlaufgenauigkeiten

unter einem Mikrometer im Mittelpunkt. Und der Maschinenbau

bestellt oft baulich angepasste Spezialauslegungen.

JAHRZEHNTELANGE ERFAHRUNG

Neben jahrzehntelanger Erfahrung tragen zum kontinuierlichen

Erfolg von GMN vor allem ein umfassendes Leistungs- und Serviceangebot

und eine große Fertigungstiefe bei. So stellte das Unternehmen

1928 als einer der weltweit ersten Hersteller Hochgenauigkeitskugellager

in Serie her. Und bereits seit mehr als vierzig

die Umgebungsbedingungen betrachtet. Denn beim Einsatz unter

Fluiden oder aggressiven Gasen sind andere Vorgaben zu erfüllen

als in Reinräumen oder im Vakuum.

Danach werden Parameter wie Größe, Präzision, Steifigkeit, Betriebstemperatur,

Belastbarkeit und Drehzahl anwendungsspezifisch

konfiguriert. Verschiedene Optionen gibt es zudem bei der

Lagerbauart und den zum Einsatz kommenden Materialien, Schmierungen,

Einbaulagen sowie Medienzufuhren.

HOHE FERTIGUNGSTIEFE

Bei der Serienproduktion der Sonderkugellager und Komplettsysteme

profitiert GMN von einer großen Fertigungstiefe und einer exzellenten

Lieferantenkette mit langjährigen Partnerschaften und

detailliertem Know-how. Viele Bauteile wie Maschinenspindeln,

Freiläufe und Dichtungen stellt das Unternehmen in Nürnberg

selbst her. Komponenten für Vakuumanwendungen können außerdem

vor Ort plasmagereinigt und auf einer eigenen PVD-Anlage

(Physical Vapour Deposition) beschichtet werden. Bei Bedarf können

Lager zudem unter Reinraumbedingungen montiert werden.

Bilder: GMN

www.gmn.de

26 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


KONSTRUKTIONSELEMENTE

ZYKLOIDGETRIEBE FÜR AUTOMATISIERTE

VERBINDUNGSPROZESSE

Aufgrund ihres zweistufigen

Untersetzungsprinzips

eignen sich Zykloidgetriebe

von Nabtesco auch für

automatisierte Klebeverfahren.

Die Positionierung

der Raupen erfolgt mit

einem Spiel von unter einer

Winkelminute. Voraussetzung

für langzeitstabile

Verbindungen sind unter

anderem fehlerfreie

Klebenähte. Klebstoffraupen

müssen daher möglichst

schnell und punktgenau

aufgetragen werden. Dieser

Vorgang wird durch

Zykloidgetriebe von Nabtesco unterstützt. Sie zeichnen sich

durch hohe Drehmomentleistungen, Schockbelastbarkeit bis zu

500 % des Nenndrehmoments sowie ein geringes Spiel aus

(Hystereseverlust 0,5 bis max. 1 arcmin). Zu einer Verlängerung

der Lebensdauer tragen integrierte Schrägkugellager bei, die

äußere Kräfte und Momente aufnehmen. Die Kompakt-Getriebe

lassen sich auch bei beengten Platzverhältnissen nutzen. Zudem

wirkt sich ihre Positionier- und Wiederholgenauigkeit positiv auf

die Funktionssicherheit der Systeme zum Auftragen des Klebstoffs

sowie zum Ausrichten der Werkstücke aus.

Bild: xiaoliangge – stock.adobe.com, Nabtesco

www.nabtesco.de

DÜNNRINGLAGER IM EINSATZ

IN ROBOTERN IM WELTRAUM

Rund 400 km über der Erde

verrichten Dünnringlager

von Rodriguez in einem

Roboter an der Außenseite

der Internationalen

Raumstation ISS ihren

Dienst – kompakt und

leicht, aber auch leistungsfähig

und präzise. Der

Roboter Caesar ist mit

einem 3 m langen Arm und

sieben Gelenken ausgestattet,

in denen Dünnringlager

der Reali-Slim-Serie des

Herstellers Kaydon verbaut

sind. Ausgewählt wurden

Dünnringschrägkugellager, weil sie effizient sowohl Radial- als

auch Axialkräfte aufnehmen können und dabei raumsparend

sind. Im Rahmen des Vorgänger-Projekts ROKVISS war von

2005 bis 2010 schon einmal ein Roboter vom DLR an der ISS im

Einsatz, in dessen Gelenken Kaydon-Dünnringschrägkugellager

von Rodriguez erfolgreich für reibungslose Bewegungen

sorgten. Die Dünnringlager haben sich im Weltraum bewährt:

So wurde eine Sonderausführung der Ultra-Slim-Reihe in der

Hand-Arm-Konstruktion eines Roboters verbaut, der bei der

Mars- Mission Phoenix der Nasa Bodenproben entnahm.

SPANNDORNE MIT EXZENTERHEBEL

Das Heinrich Kipp Werk stellt

eine neue Lösung vor, um zwei

Bauteile einfach und werkzeuglos

zu spannen: Spanndorne

ermöglichen es, Werkstücke über

Bohrungen zu positionieren und

zu fixieren. Die Bedienung

erfolgt manuell über einen

Exzenterhebel, wobei der

Anwender den Spannbereich und

die Haltekraft stufenlos einstellen

kann. Das Spannsystem wird in geöffnetem Zustand in die

Bohrung eingebracht. Zu Beginn des Schließvorgangs spreizt sich der

Spanndorn und fixiert sich im unteren Bauteil. Durch das integrierte

Tellerfederpaket entsteht ein Niederzugeffekt, der die beiden

Bauteile am Ende des Schließvorgangs zusätzlich spannt und sicher

verbindet. Abhängig vom Spanndorndurchmesser lassen sich

Haltekräfte von bis zu 3,3 kN erreichen. Dank ihrer kompakten

Bauform lassen sich die Spanndorne mit Exzenterhebel sowohl in

Durchgangs- als auch in Sacklochbohrungen einsetzen. Die Spanndorne

sind in den Durchmessern 10, 12 und 14 mm erhältlich.

www.kippwerk.de

HOCHPRÄZISE: HARTGEWIRBELTE

KUGELGEWINDETRIEBE

Dr. Tretter bietet nun auch hartgewirbelte Kugelgewindetriebe an,

die u. a. im Maschinenbau, in der Hebe-, Mess- und Prüftechnik oder

auch bei Automobilzulieferern zum Einsatz kommen. Das Hartwirbeln

ist eine spanabhebende Fertigung, bei der die Kugellaufbahnen

in das gehärtete und präzisionsgeschliffene Spindelmaterial

gewirbelt werden. Dadurch lässt sich eine hohe Qualität der

Gewinde erzielen. So lassen sich Steigungsgenauigkeiten von T5 im

Standard und T3 im Bedarfsfall erreichen. Die Kugelprofile der

Muttern werden exakt hergestellt und sind auf die Spindeln

abgestimmt. Dazu kommt eine hohe Flexibilität bei Gewindegrößen

und -längen oder bei abweichender Gewindegeometrie. Das

Fertigungsverfahren ermöglicht die Bearbeitung verschiedener

zerspanbarer Werkstoffe sowie rostbeständiger Lösungen. Die

Endenbearbeitung erfolgt nach Kundenzeichnung. Die Kugelgewindetriebe

können sowohl ab einem Stück in Sonderabmessungen als

auch in Serie geliefert werden.

www.tretter.de

www.rodriguez.de

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 27

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ANTRIEBSTECHNIK

DEZENTRAL, DYNAMISCH, SICHER

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Synchron-Servoantriebe erfreuen sich großer

Beliebtheit bei Automatisierern, Systemintegratoren

und Konstrukteuren. Insbesondere

wenn Sicherheit, Dynamik und Flexibilität für

ein- und mehrachsige Anwendungen gefragt

sind, können kompakte Komplettantriebe mit

zertifizierter STO-Elektronik punkten.

Als dezentrale Antriebssysteme kommen unsere integrierten

Synchron-Servoantriebe vom Typ HFI inzwischen

in vielen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus

erfolgreich zum Einsatz“, berichtet Felix Deichmann,

der Entwicklungsleiter von Engel Elektroantriebe. „Als typische

Einsatzgebiete zeigen sich bisher beispielsweise die automatisierten

Misch- und Dosieranlagen in der Lebensmitteltechnik, die Handhabungs-

und Förderanlagen in der Materialflusstechnik oder auch

die fahrerlosen Transportsysteme der Intralogistik“, so Deichmann.

Da sich alle integrierten Servos der Baureihe HFI optional mit einer

zertifizierten STO-Elektronik (safe torque off/sicher abgeschaltetes

Drehmoment) ausstatten lassen, eignen sie sich auch als Antriebslösung

für anspruchsvolle Anwendungen, in denen Gefahren und

Risiken für den Bediener einer technischen Anlage sicher ausgeschlossen

werden müssen. Das ist zum Beispiel der Fall bei der

Realisierung automatisierter Manipulatoren für die Montage- und

Handhabungstechnik sowie Mensch-Maschine-Interaktoren und

Systemen für die Mensch-Roboter-Kollaboration.

HOHE KINEMATISCHE DYNAMIK

Die HFI-Serie von Engel Elektroantriebe besteht aktuell aus Synchron-

Servoantrieben in vier Baugrößen mit den Flanschmaßen 47, 55, 65

und 75 mm sowie je zwei Systemlängen pro Baugröße. Insgesamt

deckt die Baureihe Nennleistungen von bis zu 600 W mit einem

höchsten Nenndrehmoment von 1,8 Nm ab. „Für Beschleunigungsphasen

ist kurzzeitig das doppelte Nenndrehmoment als Spitzenmoment

abrufbar, womit die Antriebe der Anwendung eine hohe

kinematische Dynamik verleihen“, ergänzt Deichmann. Alle HFIs

verfügen über eine integrierte Regelelektronik und punkten zudem

Autor: Marco Sturm, Freier Fachjournalist, Darmstadt

mit einer Funktionsvielfalt, die Entwicklungsingenieuren und Konstrukteuren

viel Freiraum bietet. Von Bedeutung ist hier vor allem

ihre Kompatibilität zu zahlreichen CAN- und Ethernet-basierten

Feldbus-Systemen wie etwa EtherCAT, Profinet oder EtherNet/IP.

Die Einbindung erfolgt über ein optional von Engel Elektroantriebe

verbautes Feldbus-Modul.

WAHLWEISE MIT SICHERHEITSELEKTRONIK

Eine wesentliche Funktionserweiterung der HFIs ist die zertifizierte

Sicherheitsfunktion STO. Diese optional verfügbare Sicherheitselektronik

verfügt über zwei redundante Kanäle, erfüllt den Safety

Integrity Level SIL-3 gemäß der EN 61508 sowie der EN 62061 und

erreicht den Performance-Level [e] Kat 3 nach EN ISO 13849-1.

„Das bedeutet praktisch, dass der HFI bei einem Abruf der Sicherheitsfunktion

innerhalb von höchstens 20 ms stromlos gesetzt wird,

sodass sicher kein Drehmoment mehr generiert werden kann und

keine gefährlichen Bewegungen vom Antrieb oder der entsprechenden

Einrichtung mehr ausgeführt werden können“, erläutert

Deichmann. Da die Eingänge der STO zudem tolerant sind gegen

FÜR BESCHLEUNIGUNGSPHASEN

IST KURZZEITIG DAS DOPPELTE

NENNDREHMOMENT ALS

SPITZENMOMENT ABRUFBAR

Prüfpulse von OSSD-Ausgängen, lassen sich Sicherheitseinrichtungen

mit entsprechenden Diagnosefunktionen direkt – also ohne die

Verwendung herkömmlicher elektromechanischer Sicherheitsschaltgeräte

– anschließen und betreiben. Ein potentialfreier Statusausgang

meldet den Zustand der Sicherheitsfunktion und erlaubt die zyklische

Funktionsprüfung der beiden Eingangskanäle.

Die im eleganten Motorlike-Design gestalteten bürstenlosen

Drehstrom-Synchronantriebe der Baureihe HFI sind ausgelegt für

den Betrieb an 24 und 48 V. Auf Wunsch stattet sie Engel Elektroantriebe

auch mit passenden Planetengetrieben und Haltebremsen

aus. Auch individuelle Kundenlösungen sowie die Realisierung von

Sonderlösungen sind möglich.

Bilder: Hintergrund: selensergen – stock.adobe.com,

Antriebe: ENGEL Elektroantriebe GmbH

www.engelantriebe.de

28 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


ANTRIEBSTECHNIK

UMSTIEG AUF MOTOREN IM ÖKODESIGN

LEICHT GEMACHT

Tritt im Sommer

2021 europaweit

die neue

Ökodesign-

Richtlinie in

Kraft, müssen

vor allem die

auf Dauerbetrieb

ausgelegten

Standard-

Asynchronmotoren

an

Energieeffizienz zulegen. Damit der Umstieg gelingt, hat Lenze

Basisinformationen und eine Checkliste für OEM und Maschinenbetreiber

zusammengestellt. Darüber hinaus hat der Spezialist

für Antriebs- und Automatisierungstechnik die Motorenplattform

m500 auf den Markt gebracht. Zudem gibt es ein webbasiertes

Planungs- und Umstellungstool. Ziel ist, den Wechsel auf die

neue Motorengeneration einfach zu gestalten. Die Materialnummer

des alten Antriebs reicht aus, und das System macht anhand

der Daten einen Vorschlag, wie der Motor normkonform am

besten zu substituieren ist. Die neue Motorenplattform ist

zukunftssicher konzipiert als weltweit einsetzbare Antriebslösung,

die darauf abgestimmt ist, mit den Getrieben der

g500-Familie und der Umrichterreihe i500 kombiniert zu werden.

www.lenze.com

DEZENTRALES ANTRIEBSSYSTEM FÜR

HORIZONTALE FÖRDERTECHNIK

Das Antriebssystem

Sinamics

G115D von

Siemens

umfasst Motor,

Frequenzumrichter

und

Getriebe in einer

Einheit. Es ist in

einer wand- oder

motormontierten

Version

verfügbar.

Aufgrund kompakter Abmessungen ist die Installation auch in

beengten Bereichen problemlos möglich. Zu den weiteren

Merkmalen des Systems gehören die hohe IP-Schutzart (bis IP66),

ein weiter Temperaturbereich von - 30 bis + 55 °C sowie ein

Leistungsbereich von 0,37 bis 7,5 kW bei Wandmontage und 0,37

bis 4 kW bei Motormontage. Die Inbetriebnahme wird u. a.

vereinfacht durch die Integration in das „Totally Integrated

Automation“-Portal (TIA-Portal). Um cloudbasierte Analysen zu

ermöglichen, ist Sinamics G115D in das Mindconnect-Portfolio

integriert und mit Mindsphere-Applikationen z. B. Analyze

Mydrives kompatibel. Der Sinamics G115D verfügt durch

Profisafe über Safety Integrated in Form von STO (Safe Torque Off)

SIL2. Für Flexibilität in Bezug auf Installation, Service und

Wartung ist die Lösung mit einem Plug-in-Connector und

flexiblen Anschlussmöglichkeiten ausgestattet.

www.siemens.de

BLDC-MOTOREN MACHEN

INDUSTRIEDROHNEN EFFIZIENTER

Zwei Rotoren statt

vier – mit diesem

Ansatz hat das

Start-up Flybotix

die Inspektionsdrohne

Asio

entwickelt, die

bald den Markt

erobern soll. Die

Indoor-Drohne für

Industrieanlagen

ist um ein

patentiertes

Antriebssystem

aufgebaut, das

von bürstenlosen DC-Motoren von Maxon angetrieben wird.

Maxon hat dazu in enger Zusammenarbeit mit Flybotix Elektromotoren

entwickelt, die bezüglich Gewicht und Leistung optimiert

und spezifisch für diese Anwendung modifiziert worden

sind. Dadurch wird Asio in der Lage sein, längere Missionen

durchzuführen, entfernte Standorte zu erreichen und Kosten zu

sparen. Das von Flybotix entwickelte System ist ein algorithmisch

gesteuerter Antriebs- und Lenkmechanismus mit zwei Freiheitsgraden.

Asio ist von einem Schutzkäfig umgeben, kollisionssicher

und ermöglicht den Zugang zu engen Bereichen, um sichere

Inspektionen durchzuführen. Eine Bordkamera kombiniert mit

einer hochwertigen Anzeige auf der Fernsteuerung erlaubt es den

Piloten, in gefährlichen Bereichen wie Öllagertanks, Untertageminen

oder Elektrizitätswerken sicher zu fliegen.

www.maxongroup.de

NEUE FREQUENZUMRICHTER-KLASSE MIT

INTEGRIERTER KORROSIONSERKENNUNG

Mit der FR-E-Serie

hat Mitsubishi

Electric flexible,

kompakte

Umrichter mit

Schnittstellen zu

allen gängigen

Netzwerken,

einschließlich

TSN (Time

Sensitive

Networking),

im Programm.

Zudem bietet der FR-E800 eine Korrosionserkennungsfunktion,

die als Standard integriert ist. Durch den Einsatz der KI-Diagnosetechnologie

für Antriebe ermöglicht die Komponente erweiterte

Predictive Maintanance und reduziert Ausfallzeiten. Die Umrichter

erreichen eine Hochleistungssteuerung von Induktions- und

Permanentmagnetmotoren auf Sicherheitsintegritätsniveau

SIL 3. Die FR-E800-Serie ist mit allen wichtigen industriellen

Ethernet-Netzwerken einschließlich CC-Link IE TSN kompatibel.

Zwei Ethernet-Ports, die Linien-, Ring- und Sterntopologien

unterstützen, erhöhen die Netzwerkflexibilität. Mit skalierbarer

Leistung für Anwendungsvielfalt hat die FR-E800-Serie eine

Leistung von 0,1 bis 7,5 kW.

www.mitsubishielectric.com

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 29


HYDRAULIK

ZIEHT GLEICH

In der Vergangenheit sind energieeffiziente Lösungen oft am zu

hohen Preis gescheitert, weil Energie und auch der Preis für CO 2

-

Emissionen noch zu günstig waren. Durch die aktuelle Klimaproblematik

und -diskussion ändert sich diese Situation gerade. Energetisch

günstigere elektromechanische Antriebe stoßen jedoch oft

an technologische Grenzen, vor allem, wenn es um hohe Kräfte bei

geringem Bauraum geht.

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

Klimawandel, knapper und teurer werdende

Ressourcen – es gilt die Effizienz der industriellen

Fertigungsprozesse massiv zu steigern. Häufig

tritt die Elektro-Mechanik an, die verlustbehaftete

Hydraulik als effizientere Alternative zu ersetzen.

Ein Anbieter hat jetzt dezentrale hydraulische

Linearantriebe entwickelt, die – was die Effizienz

angeht – mit den elektrisch angetriebenen

Lösungen gleichziehen. Und sie bieten einige

Vorteile.

Mehrere politische Initiativen auf nationaler und europäischer

Ebene zielen im Sinne des Klimaschutzes auf

eine gesteigerte Effizienz. Dazu muss auch die Industrie

ihren Beitrag leisten. Unter anderem sollen

hocheffiziente, elektrisch angetriebene Lösungen konventionelle

Antriebe ablösen. Betrachtet wird dabei das gesamte System und

nicht mehr nur die einzelne Komponente. Vernetzte Antriebe

sollen ein Management ermöglichen, das möglichst sparsam mit

Energie umgeht.

Autor: Dierk Peitsmeyer, Product Portfolio Manager,

Bucher Hydraulics GmbH, Klettgau

HYDRAULIK – BEI HOHEN KRÄFTEN

UNGESCHLAGEN

Hydraulikzylinder sind geradezu prädestiniert, wenn es darum

geht, lineare Bewegungen mit hohen Kräften zu erzeugen. Nachteil:

Die Steuerung oder Regelung der Bewegung in konventionellen

Systemen funktioniert auf Basis von Ventilen, die hohe Drosselund

damit Energieverluste erzeugen. Außerdem schränkt die meist

zentrale Anordnung großer Hydraulikaggregate, deren Energie

über lange Strecken verteilt werden muss, die Energieeffizienz

zusätzlich ein.

Die etablierten Systeme sind hinsichtlich ihrer Initialkosten beim

Bau von Maschinen allerdings unschlagbar günstig, weshalb sie immer

noch einen hohen Stellenwert im Maschinen- und Anlagenbau

haben. Was meist nicht bedacht wird: Im Laufe der Betriebsdauer

verursachen sie so hohe Energiekosten, dass diese die ursprüngliche

Investition weit übersteigen können.

Hersteller energetisch günstigerer elektromechanischer Antriebe

versuchen seit einigen Jahren, hydraulische Antriebe für lineare

Bewegungen zu substituieren. Direktelektrische Antriebe ohne

Getriebe gibt es bisher allerdings nur vereinzelt und mit beschränkten

Leistungsdaten. So reizvoll ein direkter Antrieb für den Konstrukteur

auch ist, ohne Getriebeübersetzung fallen elektrische Antriebe prinzipbedingt

sehr groß aus, weil viele Anwendungen hohe Kräfte

auch bei geringen Geschwindigkeiten erfordern.

Grundsätzlich wird jeder elektromechanische Antrieb von einem

eigenen E-Motor angetrieben. Im Gegensatz dazu treibt in der

traditionellen Hydraulik ein E-Motor mit Hydraulikpumpe über

Steuerventile mehrere Zylinder an. Das erklärt, warum elektromechanische

Antriebstechnik erheblich höhere Investitionen erfordert.

Und bei hohen Kräften, wie Hydraulikzylinder sie sehr

einfach bereitstellen, sind mechanische Linearantriebe deutlich

aufwändiger und schwerer.

30 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


FLUIDTECHNIK

electric linear axis based on AX technology) speziell für diese

Zwecke entwickelt. Sie funktionieren ohne Drosselventile mit drehzahlgeregelten

Servomotoren und AX-Pumpen im geschlossenen

Kreis. Ihre Performance ist laut Anbieter absolut vergleichbar oder

sogar besser als die mechanischer Linearantriebe. Die bekannten

Vorteile des Hydraulikzylinders hinsichtlich Kraft, Geschwindigkeit,

Robustheit und Zuverlässigkeit bleiben uneingeschränkt erhalten.

OPTIMAL FÜR VARIABLE DREHZAHLEN

Die AX-Pumpe ist für drehzahlvariable Anwendungen optimal einsetzbar:

Mit 24 Kolben sind die Pulsationen sehr niedrig und es

kann problemlos mit höchster Zuverlässigkeit in allen vier Quadranten

gefahren werden. Die Performance des elektrischen Antriebs

ist vollständig nutzbar.

Die sonst zu beachtende minimale Drehzahlgrenze konventioneller

Pumpen ist bei den AX-Pumpen nicht mehr vorhanden. Mit

dem hohen AX-Wirkungsgrad bis 94 % ist die Verlustleistung auf

dem gleichen Niveau wie bei E-Motoren und Getrieben. Zudem ist

die Geräuschentwicklung geringer.

Konventionelle Hydraulik besteht aus vielen Komponenten, die

eingestellt und für die Anwendung optimiert werden müssen. Das

HOCHEFFIZIENTE, DEZENTRALE

HYDRAULISCHE LINEARANTRIEBE

Die Energieeffizienzstrategie der deutschen Bundesregierung verlangt

in Zukunft hocheffiziente dezentrale Antriebe, die vernetzt in

Gesamtsystemen arbeiten. Dies setzt neue Systemansätze und Subsysteme

voraus. So lassen sich die Drosselverluste an den Steuer-/

Regelventilen völlig vermeiden, wenn jeder einzelne Hydraulikzylinder

von einem eigenen E-Motor und einer Pumpe angetrieben

wird. Damit ist die Ursache für den geringen Wirkungsgrad der

traditionellen Hydraulik eliminiert.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der starren Anordnung von

E-Motor, Getriebe und Rollspindel eines elektromechanischen Linearantriebs:

Die Komponenten des hydraulischen Linearantriebs lassen

01 Durch den modularen

Aufbau kann die Helax-

Systemlösung einfach an

verschiedenste Zylinderarten

angepaßt werden;

die neue AX-Pumpe versorgt

das System dabei

mit geregeltem Volumenstrom

ohne Drosselverluste

DIE DROSSELVERLUSTE AN DEN

STEUER-/REGELVENTILEN LASSEN

SICH VERMEIDEN, WENN JEDER

HYDRAULIKZYLINDER SEPARAT

ANGETRIEBEN WIRD

sich flexibel in Maschinen und Anlagen anordnen. Damit sind

die kompakten Dimensionen eines Hydraulikzylinders voll nutzbar.

E-Motor und Pumpe lassen sich an einem passenden Einbauort in

der Nähe montieren. Darüber hinaus sind viele weitere Features

der klassischen Hydraulik wie Überlastschutz, Wärmeabfuhr, Dämpfung

oder Nothaltfunktionen leicht integrierbar.

Kritischer Part solcher Anwendungen ist oftmals die Pumpe, weil

die Zuverlässigkeit nicht in allen Betriebspunkten optimal ist. Das

gilt vor allem bei hohen Kräften und geringen Geschwindigkeiten

oder beim Reversieren. Die konventionellen Hydraulikpumpen

sind vor 50 Jahren nicht für diesen Einsatzzweck entwickelt worden,

werden aber dennoch mit bestimmten Einschränkungen hierfür

benutzt. Daher erzeugen konventionelle Hydraulikpumpen die

höchste Verlustleistung im Subsystem Linearantrieb.

Bucher Hydraulics hat unter Einsatz der neuartigen AX-Pumpen

hocheffiziente, dezentrale Linearantriebe namens Helax (hydraulic

02 Hydraulik löst die starre Kopplung elektromechanischer

Antriebe auf, Motor und Pumpe lassen sich praktisch beliebig

positionieren und über Druckschläuche mit dem Zylinder verbinden

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 31


FLUIDTECHNIK

Energiespeichern wie Batterien zwischenspeichern. Die Energiespeicher

können kurzzeitig Spitzenleistung zur Verfügung stellen,

ohne die Strom-Einspeisung mit hohen und teuren Stromspitzen

zu belasten.

Das System lässt sich im Hinblick auf Industrie-4.0-Konzepte im

Rahmen der Digitalisierung und Vernetzung mit wenigen Sensoren

und den ohnehin vorhandenen Daten aus dem Antriebsregler erfassen.

Diese Daten ermöglichen ein effizienzsteigerndes Energiemanagement,

ein Condition-Monitoring und nicht zuletzt eine

vorausschauende Wartung. Damit erfüllt es weit mehr als die aktuellen

Anforderungen an eine hohe Energieeffizienz.

Bilder: Aufmacher: lzf – stock.adobe.com; Sonstige: Bucher Hydraulics

www.bucherhydraulics.com

03 Hohe Leistungsdichte, hoher Arbeitsdruck und niedrige zulässige

Drehzahl: AX-Pumpen sorgen für präzise Arbeitsbewegungen und

bilden so den idealen Antrieb für dezentrale lineare Achsen

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

erfordert spezielles Hydraulikwissen. Da es keine Ausbildung zum

Hydrauliker gibt, sind Hydraulikkenntnisse weniger verbreitet als

Kenntnisse der Elektrotechnik.

Eine Inbetriebnahme des hydraulischen Linearantriebs ist dank

der On-Board-Elektronik, in Verbindung mit einer spezifischen

Software, ohne besonderes Hydraulik-Know-how mit den Kenntnissen

der elektrischen Antriebstechnik möglich. Die Vorgabe von

Motion-Control-Signalen erfolgt z. B. mittels CAN-Bus, die Software

setzt die Signale in die gewünschte Bewegung um. Der Anwender

muss sich nicht im Detail mit den Eigenschaften der Hydraulik beschäftigen.

Er kann sich ganz auf die Funktion seiner Anwendung

konzentrieren. Der hydraulische Linearantrieb lässt sich also wie

jeder E-Antrieb ins System integrieren.

HOHE POSITIONIERGENAUIGKEIT UND KRAFT

Der Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems aus Umrichter, Servomotor,

AX-Pumpe und Zylinder erreicht bis zu 82 %. Bei der Rückgewinnung

potenzieller Energie aus Senk- und Bremsvorgängen ist

sogar ein Wirkungsgrad von bis zu 84 % möglich.

Versuche zeigen außerdem eine sehr hohe Positioniergenauigkeit,

auch bei hoher Kraft. Um die hohe Leistungsfähigkeit des Systems zu

beweisen, entwickelten die Hydraulikexperten von Bucher Hydraulics

die Regelung eines inversen Pendels mit einem Gewicht von 1,2 t.

Das Subsystem wird im Dauerbetrieb ohne Kühler betrieben.

VERNETZUNG LEICHT GEMACHT

Der elektrische Servomotor des hydraulischen Linearantriebs ist

am Gleichstromnetz angeschlossen. Das ermöglicht eine Energievernetzung;

rückgespeiste Energie eines anderen Antriebs ist

sofort und direkt nutzbar. Sie lässt sich aber natürlich auch in

VIDEO:

Ein YouTube-Video zeigt die AX-Pumpe und die dezentralen

hydraulischen Linearantriebe im Einsatz.

http://bit.ly/Bucher_AX

DIE DEZENTRALEN HYDRAULISCHEN

LINEARANTRIEBE KÖNNEN HELFEN,

DIE FORDERUNGEN DER ENERGIE-

EFFIZIENZSTRATEGIE 2050 ZU

ERFÜLLEN

Die dezentralen hydraulischen Linearantriebe können

in idealer Weise helfen, die Forderungen der Energieeffizienzstrategie

2050 zu erfüllen. Die AX-Pumpen

garantieren einen zuverlässigen Betrieb mit hoher

Performance bei geringer Verlustleistung. Dabei

bleiben die bekannten Vorteile des Hydraulikzylinders

weiterhin vollständig erhalten. Die Leistungsfähigkeit

beweisen wir durch den Aufbau eines weltweit

einzigartigen inversen Pendels mit 1,2 t Gewicht, das

die Hydraulik auf den oberen Totpunkt bringt und

dort ruckfrei ausbalanciert. Damit steht Herstellern

von Maschinen, die hohe Kräfte benötigen, ein

optimales Subsystem zur Lösung ihrer linearen

Antriebsaufgaben zur Verfügung.

DIERK PEITSMEYER, Produktportfolio-Manager,

Bucher Hydraulics

32 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


NEIGUNGSSENSOR IN ROBUSTEM EDELSTAHLGEHÄUSE

Der MEMS-basierte Neigungssensor Positilt PTM29

von ASM misst Neigungswinkel von ± 180 ° bei einer

Achse und ± 60 ° bei zwei Achsen. Mit einer Linearitätsabweichung

von 0,05 ° und einer Auflösung von

0,001 ° im Messbereich 360 ° bietet der Sensor eine

sehr hohe Messgenauigkeit. Die Sensortechnologie

des Positilt PTM29 arbeitet berührungslos, ist

schock- und vibrationsfest und unempfindlich gegen

Verschmutzung. Der Sensor ist mit einem komplett

geschlossenen, lasergeschweißten und hermetisch

dichten Edelstahl-Gehäuse ausgestattet. Die

Sensorelektronik ist komplett vergossen. Der

Kabelbereich verfügt zudem über einen speziellen Schutz, um das Eindringen von

Längswasser entlang des Kabels zu vermeiden. Die kompakte Sensorgröße ermöglicht

einen Einbau auch bei engen Platzverhältnissen, er kann mit freier Ausrichtung der

Messachsen montiert werden. Der Sensor erreicht die Schutzart IP67/69 und ist gegen

elektromagnetische Störungen abgeschirmt.

www.asm-sensor.com

OPTOELEKTRONISCHER ROTLICHTSENSOR MIT IO-LINK

Die optoelektronische Sensorreihe BOS 21M

von Balluff eignet sich für raue Industrieeinsätze.

Als Rotlichtvarianten sind ein

energetischer Taster, eine Reflexlichtschranke

und eine Einweg-Lichtschranke erhältlich.

Die Reichweite der Lichtschranke beläuft

sich auf 1, 8 bzw. 20 m. Sämtliche Sensoren

verfügen über ein Metallgehäuse mit den

Abmessungen 51,1 × 42,7 × 15,4 mm.

Dieses erhöht die Dichtigkeit und ist auf

Schutzart IP67 sowie IP69K ausgelegt. Eine

Ecolab-Zulassung steht ebenfalls bereit.

Aufgrund des Rotlichts lassen sich die Sensoren auch bei Tageshelligkeit schnell und

präzise ausrichten. Mit justiertem Schaltverhalten und hoher Wiederholgenauigkeit

erfassen die BOS 21M Objekte aller Art. Die integrierte IO-Link-Schnittstelle (V1.1,

38,4 kBaud) sorgt für eine einfache Installation per Plug-and-play und ermöglicht

einfach erstellbare Diagnosen. Im SIO-Modus (Software in One) steht zudem ein

digitaler Ausgang mit einstellbarer PNP-Schaltfunktion (NO/NC) zur Verfügung.

www.balluff.com

ERSTER INDUSTRIELLER QUANTENSENSOR

Die Trumpf-Tochtergesellschaft Q.ANT und der

Sensorik-Spezialist Sick arbeiten künftig

gemeinsam an der Entwicklung quantenoptischer

Sensoren. Vertreter beider Unternehmen

haben Anfang November einen Kooperationsvertrag

unterzeichnet, um Quantentechnologie

für Sensoren im industriellen Einsatz

nutzbar zu machen. Quantensensoren

ermöglichen Messungen in einer Genauigkeit,

die technisch bislang nicht möglich war. Der

Unterzeichnung vorausgegangen war ein

erfolgreich abgeschlossener Funktionstest des

weltweit ersten für die Serienfertigung nutzbaren quantenoptischen Sensors. Sick

übernimmt die Anwendungsentwicklung und den Vertrieb des Produkts, die Trumpf-

Tochter Q.ANT kümmert sich als Spezialist für Quantentechnologie um die Fertigung

der Messtechnik und damit das technologische Herzstück des Sensors. Der erste Einsatz

der neuen Quantensensoren ist für 2021 geplant.

www.trumpf.com


AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

PRÄZISE BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN

MIT STROMAUSGANG

Die analogen Beschleunigungssensoren

mit

Stromausgang der Reihe

Inertialsensor ACC570x von

Micro-Epsilon messen auch

kleinste Beschleunigungen

in bis zu drei Achsen. Der

integrierte Spannungs-

Strom-Wandler wandelt

das analoge Spannungssignal in ein 4 bis 20 mA Signal um.

Das macht eine hohe Signalstabilität auch über weite Strecken

möglich. Das dichte Alu-Druckguss-Gehäuse schützt die Elektronik

der Sensoren und ermöglicht ihren Einsatz in anspruchsvollen

Umgebungen und bei Temperaturen von bis zu 125 °C. Die hohe

Temperaturstabilität der Beschleunigungssensoren lässt hohe

Präzision auch bei schwankenden Umgebungstemperaturen zu.

Alle Signal- und Betriebsspannungen sind galvanisch vom Gehäuse

getrennt. In Kombination mit geschirmten Kabeln bietet das Gehäuse

laut Anbieter eine sehr gute Signalqualität im EMV-Bereich.

www.micro-epsilon.com

ULTRASCHALLSENSOREN MIT

DOPPELBOGENKONTROLLE

Die hochperformanten

Ultraschallsensoren U300

und U500/UR18 von

Baumer bringen viele

Funktionen und Einstellmöglichkeiten

mit. Bei der

Einwegschranke der Serien

ist eine Doppelbogendetektion

implementiert. Oft

sind Doppelbögen die

Ursache für Maschinenstillstände. Durch eine zuverlässige

Detektion mit der Ultraschall-Einwegschranke wird das verhindert

und weitere Prozessschritte werden vor Schäden bewahrt. Der

Empfänger der Einwegschranke ist mit zwei binären Schaltausgängen

und einer IO-Link-Schnittstelle ausgestattet. Die häufigsten

Materialien erkennt der Sensor in der Standardeinstellung.

Kommt es zu kritischen Materialdicken, kann der Sensor mit

Parameter konfiguration darauf eingelernt werden. Sowohl im

IO-Link-Betrieb als auch im Schaltmodus erkennt er eine oder

mehrere Lagen von Materialien wie Folie, Papier, Pappe, Etiketten

oder dünne Bleche. Überdies eignen sich die Sensoren auch für die

Folienrisserkennung, die Klebstellen- und die Etikettenkontrolle.

www.baumer.com

DIAGNOSE-GATEWAY

Das Cube67

Diagnose-Gateway

liest die

Diagnosedaten

aus dem

Cube-System von

Murrelektronik

schnell und

einfach aus. Mit

seiner robusten

Bauform und

dem bewährten

Vollverguss ist es für den Einsatz in rauer industrieller Umgebung

ausgelegt. Es wird in die Linie zwischen dem Cube-Feldbusknoten

und den bis zu vier Strängen eingebunden. Über eine Standard-

Ethernet-Schnittstelle stellt es die Verbindung mit der Kommunikationsebene

her. Wird das Cube-System gestartet, liest das

Diagnose-Gateway die gesamte Topologie aus und fortan die

komplette Prozesskommunikation sowie sämtliche Diagnosemeldungen

mit. Das Modul bereitet die Daten visuell auf und stellt

alle Informationen – unabhängig von der Steuerung und ohne

zusätzliche Software – in jedem Browser und auch unabhängig

von der Plattform zur Verfügung.

www.murrelektronik.com

FEUCHTESENSOR: KLEIN, ABER GENAU

Würth Elektronik hat

einen nur 2 × 2 × 0,9 mm

kleinen MEMS-Sensor

entwickelt, der dank

seines geringen

Energiebedarfs und

seiner kalibrierten und

temperaturkompensierten

digitalen Ausgabe

langzeitstabil Luftfeuchtigkeit und Temperatur misst. Der

Feuchtesensor WSEN-HIDS liefert kalibrierte Messergebnisse mit

einer Genauigkeit von ± 3,5 % rH im Bereich zwischen 20 und

80 % rH Luftfeuchtigkeit. Gebildetes Kondensat an der Oberfläche

der Polymerstruktur lässt sich durch das Aktivieren der eingebauten

Heizung wieder entfernen, sodass der Sensor innerhalb

kürzester Zeit wieder Messwerte generieren kann. Sein Betriebstemperaturbereich

reicht von - 40 bis + 120 °C. Die Stromaufnahme

des Feuchtesensors beträgt 8,9 µA bei einem kontinuierlichen

Betrieb mit sekündlich verfügbaren Messdaten. Der Feuchtesensor

mit integriertem Analog-Digital-Wandler und Temperatursensor

kann über eine I2C- oder SPI-Schnittstelle an gängige

Mikrocontroller angeschlossen werden.

www.we-online.de

SMARTE INDUKTIVE SENSOREN FÜR MEHR BETRIEBSEFFIZIENZ

Die induktiven Sensoren aus der Smart-Baureihe von Contrinex

verfügen über eine Echtzeit-Datenerfassung mit integriertem

Counter. Durch eine Auswahl von Funktionen gemäß dem

IO-Link-Smart-Sensor-Profil SSP 3.3 kann man die Konfiguration

beschleunigen, Betriebszeiten optimieren und jede Anwendung

cloudfähig machen. Die Sensoren im M12- oder M18-Gehäuse

ermöglichen eine präzise Distanzmessung und auch die kontinuierliche

Übertragung von Sensordaten zu einer Cloud. Die

Baureihe bietet frei definierbare IO-Link-Parameter für den Schaltpunktmodus

sowie auch den Abstand, den Schaltzähler und die

Temperatur. Vorde finierte vorbeugende Wartungs- und Live-

Überwachungsfunk tionen, die Sensorereignisse diagnostizieren

und Alarme auslösen können, stehen ebenfalls zur Verfügung.

Ebenfalls realisierbar sind die Speicherung der Sensorhistorieund

Benutzerdaten. Damit eignet sich die Baureihe für Anwendungen

in Ver packungsindustrie, Logistik und Maschinenbau.

www.contrinex.de

34 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


SOFTWARE & PROTOTYPING

ERWEITERTE FUNKTIONALITÄT

DES SKF-LAGERMODULS IN KISSSOFT

Das SKF-Lagermodul

in

Kisssoft bietet

jetzt zusätzliche

Ausgabeparameter

der

Lagerberechnung

(Modul

WPK und WB1)

wie Lagerreibung

und

Leistungsverlust,

Fettgebrauchsdauer und Nachschmier intervall, Lagerfrequenzen,

statische Sicherheit und angepasste Referenzdrehzahl.

Zudem beinhaltet es die Berechnung nach der neuen

SKF-Lagerlebensdauer-Methode GBLM für Hybridlager. Anwender

können die Berechnungs ergebnisse des SKF-Lagermoduls

leicht mit den Ergebnissen gemäß ISO 281 vergleichen. Die

SKF-Lebensdauer liefert realistischere Ergebnisse und ermöglicht

daher Studien zur Optimierung des Maschinendesigns

sowie gegebenenfalls eine Verkleinerung der Lager. Das führt zu

einer Kosteneinsparung. Die SKF-Lagermodulberechnung wird

einfach über die Berechnungseinstellungen von Kisssoft

aktiviert. Neben der Berechnung der Lagerleistung erlaubt das

Modul auch den direkten Zugriff auf eine vollständige und

aktuelle Lagerdatenbank.

www.kisssoft.com

UNTERSTÜTZUNG BEI DER DIGITALISIERUNG

VON ENTWICKLUNGS PROZESSEN

Siemens Digital

Industries

Software hat

eine neue

Version der

Software NX

veröffentlicht.

Sie enthält

Funktionen,

mit denen ein

regel- und

wissensbasierter Ansatz zur modellbasierten Definition genutzt

werden kann. Model Based Definition soll Unternehmen bei der

Digitalisierung von Entwicklungsprozessen unterstützen. Die

Software baut auf bewährten Verfahren auf und setzt auf künstliche

Intelligenz. Auf Grundlage eines umfangreichen Datensatzes,

der Merkmale jenseits von Größe und Form definiert,

lässt sich ein digitaler Zwilling konzipieren. Durch die Einbeziehung

nicht-geometrischer Daten in das CAD-Modell ist es somit

möglich, eine komplett digitale Definition eines Produkts in

annotierter und organisierter Form zu erstellen. Eine Abstimmung

ist vom Entwurf bis hin zur Produktion und Validierung

möglich. Ingenieure können dem Modell mehr Intelligenz

verleihen und die Daten anschließend für weitere Entscheidungen

nutzen. Manuelle Prozesse sowie aufwändige Korrekturen

entfallen.

www.siemens.com

E-CAD-SOFTWARE: MIETMODELL NEU IM PROGRAMM

www.wscad.com

Ab sofort können Anwender die aktuelle Version der E-CAD-Lösung von WSCAD nicht nur

kaufen, sondern auch mieten. Parallel kündigt der Softwareanbieter die Weiterentwicklung

WSCAD Suite Metal an. Gegen den Kauf und für eine Miete spricht, wenn das für die

Anschaffung erforderliche Kapital anderweitig eingesetzt werden soll oder die Nutzung

der Anwendung nur kurzzeitig geplant ist. „Bei WSCAD richten wir unser Business zu

100 % auf die Bedürfnisse unserer Kunden aus“, sagt Axel Zein, CEO bei WSCAD. „Weil wir

wissen, dass manche Kunden aus unterschiedlichen Gründen ihre Anwendungen

bevorzugt kaufen und andere wiederum lieber mieten möchten, bieten wir beide

Optionen an.“ Abonnenten können zwischen einer Kurz- und einer Langzeitmiete

wählen. Der Launch von WSCAD Suite Metal ist für Anfang 2021 geplant. Eine Neuerung

ist die Design Engine. Mit ihr lassen sich native DXF- und DWG-Daten schneller

verarbeiten. Zudem wird die Hardware hochleistungsfähiger Grafikkarten unterstützt.


LEICHTBAU & BIONIK

BIONIK

WÄCHST VIRTUELL

SPECIAL

Um Innovationen zu erschaffen, lohnt sich ein

Blick in die Natur: Die moderne Konstruktion

macht sich mehr und mehr Strukturen aus der

Tier- und Pflanzenwelt zunutze. Was sich über

Jahrmillionen in Bienenwaben oder im

Knochenaufbau entwickelt und bewährt hat,

wird zunehmend für die Erstellung von Bauteilen

genutzt. Doch nur mithilfe eines allumfassenden

und digitalen Prozesses in der Herstellung kann

das Potenzial voll ausgeschöpft werden.

Fertigungsunternehmen setzen in der Herstellung ihrer Bauteile

meist auf bewährte Materialien und Konstruktionen, die

eine hohe Stabilität und eine lange Haltbarkeit versprechen.

In den letzten Jahren fand jedoch ein Umdenken statt: Mit einer

Rückbesinnung auf Vorbilder aus der Natur, kombiniert mit neuen

digitalen Herstellungsverfahren, können Unternehmen heute neue

Wege gehen – und zudem wirtschaftlicher arbeiten.

Den Grundstein hierfür legt die additive Fertigung. Selbst komplexe

Bauformen, die in ihrer Konstruktion und Beschaffenheit an

der Natur angelehnt sind, lassen sich damit realisieren. So versprechen

etwa Waben- oder auch Spiralanordnungen einen verbesserten

und stabileren Aufbau, bei gleichzeitig geringerem Gewicht und

optimierter Materialverwendung. Als Schlüsselfaktor gilt jedoch,

dass die Entwicklung des Produktes in einer vollständig virtualisierten

und auf additive Fertigung spezialisierten Umgebung geschieht,

um Entwicklungssprünge zu realisieren und zugleich langfristig

Herstellungskosten zu minimieren.

Autorin: Carola von Wendland, Dassault Systèmes, München

VOM PROTOTYPING ZUM MANUFACTURING

Die Grundlage bildet eine Plattform, die es ermöglicht, den Schaffungsprozess

in seiner Gesamtheit abzubilden. Dies ist oftmals

eine strategische Entscheidung für Unternehmen, da sie langerprobte

Konstruktionsschritte von Grund auf neu definieren

müssen. Additive Manufacturing ist dabei nur die konsequente

Weiterentwicklung einer Idee, die zunächst vor allem im Prototyping

genutzt wurde.

Zwei zentrale Aspekte sind Basis eines modernen additiven

Konstruktionsvorgangs: Zum einen sind durch die neuen technologischen

Möglichkeiten die Grenzen von additiver Fertigung

heute weiter denn je. Topologieoptimierung wird schon seit längerer

Zeit angewendet – jetzt erst kann jedoch die ganze Bandbreite

dieser Technik genutzt werden. Das hat verschiedene Effekte:

Die Materialanforderungen haben sich erhöht, ideale Druckvorgänge

müssen erst geschaffen werden und die Produktqualität

muss den exakten Anforderungen entsprechen, die zu Beginn des

Prozesses definiert wurden. Daher müssen viele Schritte in einer

kompakten Art und Weise koordiniert werden und verschiedene

Ingenieursdisziplinen stärker miteinander kommunizieren. Hier

kommt der Plattformgedanke ins Spiel, der den Austausch zwischen

Experten ermöglicht und so ganzheitliches Additive Manufacturing

zulässt.

Mit einer Business-Plattform, wie der 3DExperience-Plattform von

Dassault Systèmes, gehen Fertigungsunternehmen neue Wege. Von

der Idee bis zum fertigen Produkt geht der Entwicklungsprozess

vollständig in der virtuellen Welt vonstatten. Teile lassen sich bereits

im Konstruktionsprozess ausgiebig auf ihre Funktion und andere

Aspekte testen und optimieren. Doch eine Plattform bietet

mehr: Sie ermöglicht, dass alle am Prozess beteiligten Entwickler

jederzeit auf eine gemeinsame grafische Oberfläche sowie ein einheitliches

Datenmodell zugreifen. Dies ist der Schlüssel für ein neues

Zeitalter in der Fertigung.

UMFASSENDER INFORMATIONSAUSTAUSCH

Wo bislang in der Produktentwicklung in voneinander getrennten

Prozessen gearbeitet wurde, steht nun ein übergreifender Prozess

36 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


LEICHTBAU & BIONIK

01 Unterschiedlichste Branchen, z. B. die Automobilindustrie,

setzen auf additive Fertigung, um Strukturen

nachzubilden, die sich in der Natur bewährt haben

02 Mithilfe von Simulationen können

Konstrukteure herausfinden, warum ein Material

aus der Natur so beschaffen ist wie es ist

voran. Statt etwa Geometrie-, Fertigungs- sowie Simulationsmodelle

eines Bauteils zu erstellen, können durch einheitliche Daten – die

in jedem Schritt zugänglich sind – auf einer kollaborativen Plattform

all diese Modelle miteinander verknüpft werden. In der virtuellen

Umgebung werden dadurch beispielsweise Änderungen an

der Geometrie sofort auch in Funktionsmodellen umgesetzt. Dies

spart wertvolle Entwicklungszeit, da die einzelnen Schritte nicht

von Beginn an neu durchgeführt werden müssen.

Die digitale Abbildung aller einzelnen Schritte in der additiven

Fertigung unterstützt damit Konstrukteure, funktionale Anforderungen

mit neuem Bauteildesign schneller zu verknüpfen. In der

Bionik stellt dies einen enormen Vorteil dar, da nun natürliche

Strukturen schneller, präziser und genauer nachgebildet, und

UM VON DER NATUR OPTIMAL

LERNEN ZU KÖNNEN, MÜSSEN

KONSTRUKTEURE DEN SCHRITT

IN DIE VIRTUELLE WELT WAGEN

durch umfangreiche sowie kostengünstige Simulationen, diese

rascher analysiert und verglichen werden können. Zudem lassen

sich leichte Abweichungen des per 3D-Druck hergestellten Bauteils

bereits in einer virtuellen Umgebung vorhersagen und somit

in der Planung berücksichtigen – was zusätzliche Einsparungen in

der Herstellung zulässt.

DIE INNOVATIONEN VON MORGEN

Zurückkommend auf die Nachbildung der Natur in der Konstruk tion

zeigt sich, wie die Verschmelzung moderner additiver Herstellungsverfahren

in Kombination mit einer virtuellen Produktionsumgebung

für viele Unternehmen Vorteile bietet. Aus der Natur ist bekannt,

dass etwa nur an neuralgischen Stellen mehr Material

wächst – etwa bei Ästen. Diese evolutionäre Entwicklung schafft

maximale Stabilität bei gleichzeitiger Optimierung des Gewichts.

NACHHALTIGE FERTIGUNG NACH

DEM VORBILD DER NATUR

Mit Simulation, additiven Fertigungsverfahren und

3D-Druck können Unternehmen ihre Fertigung nachhaltiger

gestalten. Durch die Reduzierung von Ausschuss und

physischen Prototypen werden Ressourcen geschont.

Auch der Energieverbrauch wird reduziert – statt vieler

verschiedener Maschinen mit hohem Energieverbrauch,

wird nur noch ein 3D-Drucker benötigt. Zudem können

Einzelteile selbst entwickelt und müssen nicht mehr

zugeliefert werden.

Unternehmen können also nicht nur von der Natur lernen,

sondern gleichzeitig durch eine ressourcenschonende

Fertigung dazu beitragen, die Natur zu erhalten.

Simulationslösungen können diese Potenziale bei Bauteilen erkennen.

Zudem sind moderne Herstellungsverfahren in der additiven

Fertigung erstmals in der Lage, auch feinste Strukturen nachzubilden,

die zusätzliche Einsparungen ermöglichen. Dies bedeutet: Ein Plus

an Stabilität, Haltbarkeit bei gleichzeitiger Verringerung des Materialgewichts

sowie der benötigten Kosten.

So paradox es klingen mag: Um von der Natur optimal lernen zu

können, müssen Konstrukteure den Schritt in die virtuelle Welt

wagen. Mithilfe von Simulationen lässt sich herausfinden, warum

ein Material, eine Konstruktion oder ein Vorgang aus der Natur so

beschaffen ist wie er ist. Eine Plattform bildet dann die Basis um die

gelernten Erkenntnisse in ein virtuelles Modell zu übertragen und

daraus ein innovatives, effizientes und nachhaltiges Produkt zu

schaffen.

Bilder: Aufmacher: lidiia – stock.adobe.com, Sonstige: Dassault Systèmes

www.3ds.com

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 37


LEICHTBAU & BIONIK

DAS POTENZIAL

DER KIESELALGE AUSSCHÖPFEN

SPECIAL

Wer hätte gedacht, dass ausgerechnet Einzeller

ein gutes Vorbild für den Leichtbau sein können?

Am Alfred Wegener Institut des Helmholtz

Zentrums für Polar- und Meeresforschung in

Bremerhaven lässt sich ein Team aus Forschern

vom Blick durchs Mikroskop in dieser Hinsicht

inspirieren. In Form einer Ausgründung ist 2018

ein Start-up entstanden, das eine disruptive

Engineering-Software für die Leichtbau-

Konstruktion entwickelt hat. Wir haben mit

Dr. Christian Hamm, dem Initiator des

Forschungsprojekts Elise und Leiter des

Bionischen Leichtbaus am AWI gesprochen.

Was kann die Bionik zum Leichtbau beitragen?

Bionik ist vor allem für nachhaltigen, multifunktionellen Leichtbau

die Methode der Wahl. Zwar entwickeln sich rein mathematische

Ansätze sehr schnell und bieten hervorragende Lösungen für viele

Standardentwicklungen. Aber die lange Entwicklungszeit, die die

Evolution in biologische Strukturen gesteckt hat, zahlt sich aus: Jede

Generation beinhaltet Optimierungsschritte, d. h. Variationen der

vorherigen Version werden gnadenlos realen Tests unterworfen.

Dabei werden Eigenschaften wie Crash, Robustheit, Dauerfestigkeit,

Schwingungsoptimierung und weitere in die strukturellen Lösungen

integriert, falls sie für das Überleben des jeweiligen Organismus

vorteilhaft ist. Die Gesamtheit solcher Eigenschaften wird in der

Natur kontinuierlich getestet, ist aber extrem schwer und aufwändig

zu berechnen. Ein systematische Einsatz von Bionik bietet also den

Vorteil, dass komplexe Herausforderungen wesentlich effizienter

gelöst werden können, als die mit rein mathematischen Methoden

und der verfügbaren Rechenleistung möglich ist.

Worum geht es bei Elise?

Entstanden ist Elise als Möglichkeit, biologische Bauprinzipien

systematisch in Leichtbauprodukte zu überführen. Der Name Elise

ist ein Akronym für „Evolutionary Light Structure Engineering“

38 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


LEICHTBAU & BIONIK

Das Verfahren ist im Prinzip aufgebaut wie ein klassischer

Produktentwicklungsprozess, hat aber 3 Besonderheiten:

Erstens: Es werden Designprinzipien aus der Natur – genauer

gesagt von Kieselalgen und Radiolarien – eingesetzt, die komplex

und besonders leistungsfähig sind.

Zweitens: Diese werden mit Hilfe geeigneter Optimierungsverfahren

(genetische Algorithmen, DoE) hinsichtlich des

jeweiligen Lastfallkollektives angepasst.

Drittens: Es werden (oft) mehrere Optimierungsläufe auf der Basis

unterschiedlicher Design prinzipien parallel durchgeführt. Dieses

Verfahren wurde am AWI in verschiedenen Branchen in über

50 Projekten und Aufträgen erfolgreich durchgeführt. Es wurde

auch patentiert und bildete die Basis für die VDI-Richtlinie 6224-3.

Allerdings sind diese Entwicklungen vergleichsweise aufwändig

und besonders für umfangreiche Projekte geeignet. Unsere Industriepartner

waren begeistert von den Ergebnissen, gaben uns aber

UNSERE SOFTWARE KANN DIE

ENTWICKLUNGSZEITEN FÜR

ANSPRUCHSVOLLE BAUTEILE

ERHEBLICH VERKÜRZEN

auch zu verstehen, dass sie uns nicht hunderte solcher Aufträge

geben können, sondern eine für sie selbst nutzbare Lösung

wesentlich effizienter und daher attraktiver fänden.

So entstand die neue Elise: Die Elise-Software, die die Basis für die

Elise GmbH bildete. Die Software deckt genau die oben erwähnten

Anforderungen ab: Mit ihr ist es möglich, den Entwicklungsprozess

für neue Bauteile dramatisch zu beschleunigen und gleichzeitig

deutlich leistungsfähigere Ergebnisse zu erzielen. Das sehen auch

rennomierte Investoren und Kunden so, die die Entwicklung der

Software substanziell unterstützen und begleiten. Inzwischen ist

die Version Elise 2.0 auf dem Markt.

Warum gerade die Kieselalge?

Haben Sie schon mal Kieselalgen unter dem Mikroskop betrachtet?

Da sehen Sie sofort, dass die Schalen hervorragend gebaute mechanische

Systeme sind. Im Vergleich ist das Anforderungsprofil für

Kieselalgenschalen einfacher als das der meisten anderen Organismen:

Sie müssen sehr leicht gebaut und widerstandsffähig gegenüber

(zugegebenermaßen unterschiedlichen) Lasten sein. Sie

haben bei ca 100 000 Arten ein riesiges Reservoir and Designprinzipien.

Sie sind hoch komplex gebaut und dadurch sehr leistungsfähige

mechanische Systeme. Sie integrieren mehrere mechanische

Anforderungen. Sie sind ausgesprochen ästhetisch. Kieselalgen

und Radiolarien sind schon lange Quellen der Inspiration, u. a. für

berühmte Architekten und Bauingenieure wie Sir Buckeminster

Fuller oder Frei Otto. Aber erst in der heutigen Zeit haben wir die

Berechnungs- und Produktionsmethoden, um ihr Potenzial voll

auszuschöpfen.

Was ist die besondere Herausforderung an bionischer

Produktentwicklung?

Bei einer solchen Produkteentwicklung haben Sie haufenweise

Probleme, und zwar auf den unterschiedlichsten Ebenen:

n In der Regel wissen Sie nicht genau, für welche Anforderungen

natürliche Systeme entwickelt sind. Wir sind zwar sicher, dass

die mechanische Widerstandsfähigkeit der Diatomeenschalen

bei allen Arten hervorragend ist. Warum aber gibt es 100 000

verschiedene Arten? Wie unterscheiden diese sich im Detail?

Daran werden wir noch lange arbeiten müssen.

n Sie müssen entscheiden, welche Bauprinzipien für welche

mechanischen Probleme (Schubschicht, Crash, Robustheit,

Eigenfrequenzanpassung) geeignet sind.

n Sie müssen das Wissen auf technische Bauteile mit anderen

Dimensionen, Formen, Materialien und Lastfällen. Hierzu ist

eine aufwändige parametrische Optimierung notwendig.

n Die vorangegangenen Schritte müssen von Entwicklern ohne

Spezialwissen in Bionik effizient zu bewältigen sein.

n Sowohl der Entwicklungsprozess als auch die dabei entstehenden

Bauteile müssen wirtschaftlichen Anforderungen genügen.

Wir haben uns deshalb dazu entschieden, die ersten beiden Punkte

am AWI zu erforschen (u. a. mit Unterstützung modernster Mikroskopiemethoden

und KI), während die restlichen Punkte durch die

integrative Elise-Software abgedeckt werden.

Was kann die Software leisten?

Die Software ermöglicht es den Entwicklern, auch komplexe Bauteile

viel schneller zu entwickeln und auch bessere Leistungsdaten

zu erreichen. Dieser Schritt ist notwendig, denn die Anforderungen

an die Produktentwicklung steigen aktuell rasant: war es früher

in der Regel ausreichend, technische ausgereifte Bauteile zu

entwickeln, sollen heute bei der Entwicklung Leichtbau, Nachhaltigkeit

(u. a. Ressouceneffizienz und Rezyklierbarbeit), extreme

Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und andere Parameter berücksichtigt

werden. Darüber hinaus können inzwschen auch komplexe Bauteile

maßgeschneidert für Einzelanwendungen und Kleinserien

gefertigt werden. Diese Anforderungen und Möglichkeiten machen

den Entwicklungsprozess extrem anspruchsvoll. Genau hier

setzt die Elise-Software an.

Welche Vorteile kann das Konstrukteuren im Maschinenbau

bringen?

Generell ist die Elise-Software branchenübergreifend nutzbar. Sie

ist besonders dann stark, wenn es darum geht, die Entwicklungszeiten

für anspruchsvolle Bauteile erheblich zu verkürzen. Auch

wenn Bauteile in unterschiedlichen Varianten, aber mit prinzipiell

ähnlichen Anforderungen benötigt werden, können diese in

kürzester Zeit generiert werden. Dieses Leistungsprofil passt hervorragend

zum Maschinenbau. Denn das Leistungsspektrum des

Deutschen Maschinenbaus entwickelt sich rasant und ist gleichzeitig

zunehmend harter internationaler Konkurrenz ausgesetzt.

Hier bietet die Elise-Software Konstrukteuen bei der Entwicklung

neuer Produkte entscheidende Wettbewerbsvorteile.

Welche Potenziale sehen Sie für die Zukunft noch in der Bionik

speziell im Maschinenbau?

Der Maschinenbau hat ein besonders vielfältiges Anforderungsprofil,

das sich ständig erweitert: Leichtbau, komplexe dynamische

Lasten, Schwingungen, hohe Zuverlässigkeit, Preis, Nachhaltigkeit.

Dazu kommen Anpassungen, die z. B. durch neue Fertigungsverfahren

und Materialentwicklungen möglich, aber auch notwendig

werden. Diese Konstellation ist besonders geeignet für den Einsatz

von Bionik, weil sie zur Realisierung solcher hoch komplexen

Entwicklungen wie gesagt aufgrund der viele Millionen Jahre

andauernden evolutiven Optimierung effizienter ist als rein

mathematische Methoden. Und das wird – trotz Quantencomputern

– noch eine Weile so bleiben.

Bild: AWI

www.awi.de

Das Interview führte Martina Klein, stv. Chefredakteurin.

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 39


LEICHTBAU & BIONIK

ALLES IM GRIFF MIT

DEM GECKO-EFFEKT

Geckos können sich auch kopfüber ohne Probleme blitzschnell über glatte Oberflächen

bewegen. Was wäre, wenn man diese Fähigkeit für die Handhabungstechnik nutzen könnte?

Genau das hat sich ein Spezialist für Greifsysteme und Spanntechnik gefragt. Und er war

erfolgreich. Mit seiner neu entwickelten Technologie können Bauteile ohne zusätzliche

Energie sensibel und völlig rückstandlos gegriffen werden. Die stets individuell

entwickelten Greiferlösungen sind dabei so vielfältig wie die Anwendungen selbst.

SPECIAL

Ob federleichte Glasfasern, kleinste SMD-Bauteile oder

mikromechanische Teile, empfindliche Batteriekomponenten,

Kunststofffolien, Papier, Glas oder Maschinenbaukomponenten

mit einem Gewicht von 15 kg und mehr:

Das alles können Schunk-Haftgreifer mit der Adheso-Greiftechnologie

handhaben. Auch eine automatisierte Vereinzelung luftdurchlässiger

Teile ist möglich.

Die bionisch inspirierte Greifertechnologie Adheso basiert auf

dem Prinzip der Adhäsion und nutzt die intermolekular wirkenden

Van-der-Waals-Kräfte fürs Handling. Die patentgeschützte Oberflächenarchitektur

wird aus Spezialpolymeren hergestellt und mittels

numerischer Simulation optimiert. Das Ergebnis ist eine extrem feine

Beinchen-Struktur, die rückstandsfrei auf unterschiedlichsten Materialien

und Objekten haftet. Beim Greifvorgang wird die Struktur

sanft auf das Werkstück gedrückt, wodurch sich die Kontaktfläche

vergrößert und die Wirkung der Van-der-Waals-Kräfte einsetzt.

Umgekehrt bewirkt eine leichte Druck-Drehbewegung, dass sich

der Greifer rückstandsfrei vom Handhabungsobjekt löst. Alternativ

kann ein Abstreifer zum sanften Ablegen genutzt werden.

GROSSE VARIANTENVIELFALT DURCH

INDIVIDUELLE AUSLEGUNG

Die jeweilige Haft- und Ablöseleistung wird bei Adheso durch die

Variation von Material, Topografie und Miniaturisierung individuell

auf die unterschiedlichen Anforderungen des jeweiligen Umfelds

zugeschnitten. So können die Haftstrukturen anwendungsspezifisch

an die erforderliche Größe und den Lastfall (horizontal/vertikal)

angepasst und wahlweise transparent, transluzent oder opak aus-

geführt werden. Genau hier liegt auch der große Vorteil: Der hohe

Individualisierungsgrad stellt sicher, dass Bauteile mit Abmessungen

von wenigen Hundert Mikrometern ebenso zuverlässig gehandhabt

werden können wie solche mit mehreren Metern. Bei der

Auslegung der Haftgreifer werden Anwender von erfahrenen Applikationsspezialisten

aus dem Schunk-Team unterstützt. Wer möchte,

kann seine Anwendung zudem unter realitätsnahen Bedingungen

testen lassen.

SCHONENDE HANDHABUNG AUCH IN

REINRÄUMEN UND VAKUUMUMGEBUNG

Da die bauteilschonende, geräuscharme Hafttechnologie weder

Druckluft noch Vakuum oder Strom benötigt, ist der Installationsund

Inbetriebnahmeaufwand minimal. Weder beim Greifen noch

zum Erhalt der Greifkraft ist eine externe Energiezufuhr erforderlich.

Im Falle eines Energieausfalls im Handhabungssystem bleibt

die Haftkraft des Greifers zuverlässig erhalten. Schunk Adheso ermöglicht

Greifzeiten < 100 ms und lässt sich im herkömmlichen

industriellen Umfeld ebenso einsetzen wie in Reinräumen und

Vakuumumgebungen. In der Mikrohandhabung sind mithilfe der

Technologie reproduzierbare Positioniergenauigkeiten < 0,01 mm

realisierbar. Auch Einsätze in kollaborativen Anwendungen sind

möglich. Über einen Bajonettverschluss können Adheso-Greifer

mit wenigen Handgriffen gewechselt werden.

Bilder: Aufmacher: SCHUNK, Gecko: morelia1983 – stock.adobe.com

www.schunk.com

40 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


SANDWICHBAUTEILE MIT CLASS-A-OBERFLÄCHE

Bei der Umsetzung von hochbelastbaren

Strukturbauteilen tragen Faserverbundkunststoffe

und die Sandwichbauweise

dazu bei, Gewicht einzusparen. Was bislang

fehlt, sind glatte, optisch ansprechende

Oberflächen. Dieser Aufgabe hat sich das

Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von

Werkstoffen und Systemen IMWS in

Kooperation mit Unternehmen aus der

Industrie gestellt. Dabei setzen die Partner

auf Metall-Kunststoff-Hybrid-Sandwichmaterialien.

Sie nutzen alternativ thermoplastische Wabenkerne mit besonders kleinen

Zellweiten und haben die faserverstärkten Bauteile mit einer metallischen Deckschicht

versehen, die eine glatte Class-A-Oberfläche bildet. Zudem sollen geeignete Umformverfahren

und eine Funktionalisierung mittels Spritzguss entwickelt werden. Auf der

Agenda stehen ferner Lösungen für eine zerstörungsfreie, inlinefähige Prüfmethode

auf Grundlage aktiver Thermographie. Auch ist im Rahmen des bis Ende Oktober 2022

laufenden Projekts die Erstellung eines Demonstrators geplant.

www.imws.fraunhofer.de

TECHNOLOGIETAG LEICHTBAU IM DIGITALEN FORMAT

Der Technologietag Leichtbau fand in diesem

Jahr erstmals digital statt. Mehr als 200 Teilnehmer

verfolgten am 9. November 2020 die von

Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der

Leichtbau BW, eröffnete Veranstaltung. Im

Anschluss an das Eingangsplenum bestand die

Möglichkeit, an „Innovation Camps“ teilzunehmen,

um den Fachvorträgen der Speaker zu

lauschen und sich auszutauschen.

Dirk Wittkopp, Geschäftsführer des deutschen

IBM Forschungs- und Entwicklungszentrums, thematisierte die Quantentechnologie. Er

erklärte in seinem Vortrag die Grundfunktionsweise und Bedeutung der Superrechner

für den Leichtbau. Wer sich als Unternehmen bereits heute mit dem Feld Quantencomputing

beschäftige, sichere sich frühzeitig einen Wettbewerbsvorteil, vor allem

auch im Bereich der Materialentwicklung. Wittkopp gab abschließend einen hoffnungsvollen

Blick in die Zukunft: „Wir verdoppeln die Leistungsfähigkeit der Quantencomputersysteme

jedes Jahr. “ IBM hat es sich zur Aufgabe gemacht, im Rahmen des „IBM

Quantum Network“ zukunftsorientierte Unternehmen und Forschungseinrichtungen

zusammenzubringen und ihr bisheriges Wissen im Bereich Quantencomputing

miteinander zu teilen, um an heutigen unlösbaren Problemen gemeinsam zu arbeiten.

Weitere Themen des Technologietags waren die Zukunft industrieller Textilien vor allem

in der Baubranche und Leichtbau in der Baubranche als Antwort auf die Klimafrage.

www.leichtbau-bw.de

ZAHNRÄDER 60 % LEICHTER BAUEN

Umweltgerechtere Mobilität hat nicht zuletzt mit weniger Energieverbrauch zu tun,

und der hängt vom Gewicht der Fahrzeuge ab. Dass bspw. Zahnräder bis zu 60 %

leichter gebaut werden können, zeigten Wissenschaftler der WGP (Wissenschaftliche

Gesellschaft für Produktionstechnik) im Rahmen der Initiative Massiver Leichtbau des

BMWi. In diesem interdisziplinär besetzten Projekt wurden zunächst Zahn räder in

Einzelteile aufgebrochen: Zahnkranz, Zahnradkörper und Welle-Nabe-Anbindung. Auf

Basis neuartiger Herstellungsverfahren konnten dann sog. gebaute Zahnräder gefertigt

werden. Dabei finden im Gegensatz zum monolithischen Vorgehen unterschiedliche

Materialien Verwendung – den lokal unterschiedlichen Anforderungen an die Festigkeit

entsprechend. Auf diesem Weg konnte die massive Gewichts reduktion erreicht werden.

Die Zahnräder könnten nicht nur im Automobilbau, sondern vor allem auch in leichteren

Getrieben wie bei Motorrollern oder E-Bikes zum Einsatz kommen.

www.wgp.de

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und in der Elektrotechnik.

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LEICHTBAU & BIONIK

LEICHTBAULAGER: 3D-DRUCK

ERÖFFNET VIELFÄLTIGE MÖGLICHKEITEN

Durch die Verwendung

leichter Materialen

und moderner

Fertigungstechniken

ermöglichen Leichtbaulager

von Franke

laut dem Anbieter

substanzielle Gewichts-,

Energie- und

Platzeinsparungen bei

vergleichbarer

Steifigkeit und höchster Präzision über die gesamte Lebensdauer. Es

handelt sich um Drahtwälzlager, die in ein sie umschließendes Gehäuse

integriert sind. Durch den schichtweisen Aufbau der umschließenden

Teile im 3D-Druck ergeben sich vielfältige Möglichkeiten der Gestaltung.

Innere Wabenstrukturen, veränderliche Wandstärken und sogar

ein Mix in der Beschaffenheit des Materials sind möglich und tragen

dazu bei, noch filigraner und leichter konstruieren zu können. Ein

weiteres Plus dieser Technologie ist die schnelle Verfügbarkeit. Die

3D-gedruckten Leichtbaulager bieten Anwendern daher neben einem

äußerst geringen Gewicht und einer kompakten Bauform auch die

Option eines kundenspezifischen Designs und einer Herstellung in

Losgröße 1 bei schneller Verfügbarkeit. Derzeit sind Lagerdurchmesser

von 80 bis 300 mm erhältlich (größere Durchmesser auf Anfrage).

Die Gewichtsersparnis von 3D-gedruckten Drehverbindungen gegenüber

Wälzlagern herkömmlicher Bauart ist laut Franke eklatant. Bei

gleichem Lagerdurchmesser und dem Einbau eines vergleichbaren

Drahtwälzlagers in die Gehäuseringe liege die Gewichtseinsparung

gegenüber einem herkömmlichen Stahllager bei fast 90 %.

www.franke-gmbh.de

POLYMERFOLIE: STRAHLEND WEISS

NACH KÄFER-VORBILD

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat

Polymerfolien entwickelt, die besonders dünn ausfallen

und eine hohe Lichtstreuung aufweisen. Durch Aufbringung

wird Produkten eine strahlend weiße Optik

verliehen. Bedenken gegenüber Titandioxid haben die

Forscher motiviert. „Wir umgehen die Verwendung

von umwelt- und gesundheitsschädlichen Pigmenten,

indem wir poröse Polymerstrukturen mit vergleichbar

hoher Streuung erzeugen“, sagt Professor Hendrik

Hölscher vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)

des KIT. Als Vorbild diente der Käfer „Cyphochilus

insulanus“, dessen Schuppen dank der Nanostruktur

des Chitinpanzers

weiß

erscheinen.

„Die mit

unserem

Verfahren

gefertigten

Polymerfolien

sind extrem

dünn, flexibel

und leicht, aber

dennoch

mechanisch stabil und lassen sich industriell auf

unterschiedliche Produkte aufbringen.“ Bei einer

Stärke von 9 µm werden mehr als 57 % des einfallenden

Lichts reflektiert. 80 bis 90 % sind bei einer

dickeren Folie erreichbar.

www.kit.edu

IMPRESSUM

SPECIAL

erscheint 2020 im 51. Jahrgang, ISSN 0344-4570

Redaktion

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

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

(verantwortlich für den redaktionellen Inhalt)

Stv. Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Martina Klein (mak),

Tel.: 06131/992-201, E-Mail: m.klein@vfmz.de

Redakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Inga Ronsdorf (iro),

Tel.: 06131/992-259, E-Mail: i.ronsdorf@vfmz.de

Redaktionsassistenz: Melanie Lerch,

Tel.: 06131/992-261, E-Mail: m.lerch@vfmz.de,

Petra Weidt, Tel.: 06131/992-371,

E-Mail: p.weidt@vfmz.de,

Ulla Winter, Tel.: 06131/992-347,

E-Mail: u.winter@vfmz.de,

(Redaktionsadresse siehe Verlag)

Gestaltung

Mario Wüst, Sonja Daniel, Anette Fröder

Chef vom Dienst

Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer

Sales

Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262,

E-Mail: o.jennen@vfmz.de

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

E-Mail: a.zepig@vfmz.de

Heike Rauschkolb, Auftragsdisposition,

Tel. 06131/992-241, E-Mail: h.rauschkolb@vfmz.de

Anzeigenpreisliste Nr. 51: gültig ab 1. Oktober 2020

Leserservice:

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

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weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor

Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden.

Verlag

Vereinigte Fachverlage GmbH

Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz

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www.vereinigte-fachverlage.de

Handelsregister-Nr.: HRB 2270, Amtsgericht Mainz

Umsatzsteuer-ID: DE149063659

Ein Unternehmen der Cahensly Medien

Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Matthias Niewiem

Verlagsleiter: Dr. Michael Werner, Tel.: 06131/992-401

Head of Sales: Beatrice Thomas-Meyer

Tel.: 06131/992-265, E-Mail: b.thomas-meyer@vfmz.de

(verantwortlich für den Anzeigenteil)

Vertrieb: Sarina Grazin, Tel.: 06131/992-148,

E-Mail: s.granzin@vfmz.de

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42 DER KONSTRUKTEUR 2020/12 www.derkonstrukteur.de


VORSCHAU

IM NÄCHSTEN HEFT: 01-02/2021

ERSCHEINUNGSTERMIN: 03. 02. 2021 • ANZEIGENSCHLUSS: 19. 01. 2021

01

02

03

04

01 Energieeffiziente Frequenzumrichter: Schluss

mit der Verschwendung bei elektrischen Antrieben

Bild: jirsak – stock.adobe.com; Bonfiglioli

02 Ultrakompaktes 6-Achs-Positioniersystem bietet Vorteile

in puncto Tragfähigkeit, Präzision, Modularität und

Wirtschaftlichkeit

Bild: Steinmeyer Mechatronik

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03 Heben? Aber sicher! Ganzheitlich zertifiziertes System

für den Überlastschutz

Bild: nskyr2 – stock.adobe.com; WIKA

04 Sicher, stabil und sauber: Hygienic-Design-Energieketten

für die Leitungsführung in Hochleistungs-Aufschnittanlagen

Bild: igus

(Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten)

www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/12 43


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