antriebstechnik 6/2021

19174 

06 JUNI 2021 

Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. 

WÄLZLAGER 

Mit vier Leistungsklassen 

zur optimalen Lagerauslegung 

antriebstechnik.de

Vollständig 

überarbeitet! 

Die Berechnung und Gestaltung von 

Wälzlagern erreicht eine neue Ära 

Wälzlagerpraxis 

Das Standardwerk für Konstrukteure 

und Studenten in der 5. Auflage. 

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EDITORIAL 

Entwickelt für höchste 

Ansprüche in der 

Servotechnik 

ZAE SERVO-DRIVE 

NACHHALTIG AUFWÄRTS 

Liebe Leserinnen, liebe Leser, 

die Stimmung im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der 

Wirtschaft allgemein bessert sich offensichtlich. Der VDMA 

meldet volle Auftragsbücher im März – ein Anstieg um 29 

Prozent im Vergleich zum Vorjahr, die Nachfrage steigt aus 

Aus- und Inland. Auch der Ifo-Geschäftsklimaindex stieg auf 

96,8 Punkte und damit auf den höchsten Wert seit Juni 2019. 

Was diese Zahlen nun tatsächlich bedeuten, ist aber nicht 

ganz klar. Denn sie beziehen sich auf die Pandemie-Zeit und 

sind damit eher mit Vorsicht zu genießen. Ökonomen hatten 

in einer Umfrage sogar einen höheren Wert für den 

Ifo-Geschäftsklimaindex erwartet. 

Auch während des Corona-Jahres 2020 stieg aber die Summe 

der weltweit in nachhaltige Energieversorgung investierten 

Gelder. Erstmals wurden mehr als 500 Milliarden Dollar für 

diesen Zweck ausgegeben. Das zeigen aktuelle Zahlen aus 

dem Energiewende-Bericht des Weltwirtschaftsforums (WEF). 

 

 

 

 

Das klingt danach, als ob für Herstellung, Transport und 

Installation neuer Windräder, Solaranlagen, Gezeitenkraftwerken 

etc. in naher Zukunft der Bedarf an antriebstechnischen 

Lösungen steigen wird. Wir stellen Ihnen in dieser 

Ausgabe wieder einige Innovationen unter anderem aus den 

Bereichen der Wälzlager, Motoren und Getriebe vor. 

Viel Freude beim Blick in eine nachhaltige Zukunft sowie 

dieser Ausgabe der antriebstechnik wünsche ich Ihnen. 

kurzfristig lieferbar 

Ihr Miles Meier 

m.meier@vfmz.de

EDITORIAL 

03 Nachhaltig aufwärts 

SOFTSTARTER 

24 

06 Menschen, Märkte, Unternehmen 

08 Mobiles Lernen in der Smart Factory 

MECHANISCHE ANTRIEBSTECHNIK 

WÄLZ- UND GLEITLAGER 

10 TITEL Einteilen, vergleichen und auswählen 

14 Referenz-Lagerlebensdauer als Grundlage zur 

Getriebeoptimierung 

KUPPLUNGEN UND BREMSEN 

18 Standardlösungen aus einer Hand 

ELEKTRISCHE ANTRIEBSTECHNIK 

ELEKTROMOTOREN 

22 Mit ölfreien Trommelmotoren sauber produzieren 

28 

KOMPONENTEN UND SOFTWARE 

24 Schwingungen per Software analysieren 

34 

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TITELBILD 

Findling, Karlsruhe 

4 antriebstechnik 2021/06 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: AUTOMATION UND ROBOTICS 

28 Erweiterte Einsatzmöglichkeiten kollaborierender 

Roboter 

32 Machine-Learning für „Jedermann“ 

34 Smarte Sensoren entscheidend für 

Industrie-4.0-Anwendungen 

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 

36 Funktionsoptimierte AM-Gestaltung eines E-Rotors 

SERVICE 

26 Impressum 

MEIN TIPP 

Die Entwicklung von 

Industrial Analytics- 

Lösungen benötigt nicht 

zwingend spezifisches 

Know-how eines Data 

Scientists. Ab Seite 32 

erfahren Sie, wie ein 

automatisiertes 

Machine-Learning-Tool 

für den Maschinen- und 

Anlagenbau die Datenanalyse 

selbstständig 

ausführt. So sind 

Anomalien schon nach 

kurzer Zeit detektierbar. 

DIE KUPPLUNG. 

FÜR DIE WELT DER 

PRÄZISION 

Vanessa Weingärtner, 

Redakteurin, 

v.weingaertner@vfmz.de 

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SOFTSTARTER 

NKE ERNEUERT GESCHÄFTSFÜHRUNG UND 

VERTRIEBSLEITUNG 

Wälzlagerhersteller NKE 

Austria GmbH hat eine 

neue Geschäftsführung: 

Matthias Ortner ist seit 

Oktober 2020 stellvertretender 

Geschäftsführer in 

Steyr. Nach dem Austritt 

von Geschäftsführer 

Thomas Witzler im 

vergangenen Jahr hatte 

Carlos Oehling, CEO der 

spanischen Mutterfirma 

Fersa Bearings, die 

Geschäftsführung in Steyr übernommen. Mit Matthias Ortner hat Oehling 

nun einen Stellvertreter vor Ort. Auch in der Vertriebsleitung gibt es eine 

Veränderung: Stefan Weidmann ist nun für den weltweiten Vertrieb der 

Wälzlager verantwortlich. Zu seinen Plänen und den Herausforderungen in 

der Geschäftsführung des Wälzlagerherstellers sagt Ortner: „Trotz der 

herrschenden Unsicherheit am Markt möchte ich das Unternehmen so 

ausrichten, dass wir für die Zukunft bestens aufgestellt sind und nachhaltig 

wachsen können. Ich möchte NKE zu einem Vorreiter in der Wälzlagerbranche 

formen, welcher sich auch gesellschaftspolitischen Themen wie 

Klimawandel oder Nachhaltigkeit annimmt.“ 

www.nke.at 

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REKORDAUSGABEN FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 2019 

Der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland hat im Jahr 

2019 insgesamt 8,2 Milliarden Euro für Forschung und 

Entwicklung ausgegeben. Laut den aktuellen Zahlen des 

VDMA war dies ein Plus von 5,8 Prozent im Vergleich zum 

Vorjahr und zugleich ein neuer Höchststand. Dieses Ergebnis 

sei umso beachtlicher, als 2019 der Umsatz im Maschinenbau 

um knapp 2 Prozent im Vergleich zum Vorjahr zurückging. 

Auch die Zahl der Beschäftigten im Bereich Forschung und 

Entwicklung erreichte im Maschinenbau in diesem Jahr mit 

knapp 53 000 (Vollzeitäquivalente) einen neuen Rekord. Dies 

entspricht einem Zuwachs von gut 5 Prozent. Trotz aller 

Herausforderungen durch die Corona-Pandemie deutet sich 

für die Jahre 2020 und 2021 an, dass der Stellenwert von 

Forschung und Entwicklung hoch bleibt, schreibt der VDMA 

in seiner Mitteilung. Laut aktueller ifo Konjunktur-Umfrage 

erreichten die Ausgaben des Maschinenbaus für Forschung 

und Entwicklung im vergangenen Jahr 4,1 Prozent des 

Umsatzes. In der Summe betrug dies damit lediglich 0,1 

Prozentpunkte weniger als der Durchschnitt der Jahre 2016 

bis 2019. Zugleich sanken die Umsätze im Maschinen- und 

Anlagenbau 2020 aufgrund der Corona-Folgen um 

11 Prozent. In einer VDMA-Umfrage im ersten Quartal 2021 

ging gut die Hälfte der Unternehmen im Maschinen- und 

Anlagenbau davon aus, dass sich ihre Investitionen in 

Forschung und Entwicklung in diesem Jahr auf ähnlichem 

Niveau wie 2020 bewegen werden. 31 Prozent der Unternehmen 

rechneten sogar mit deutlich höheren Investitionen als 

im letzten Jahr und nur 12 Prozent gingen von deutlich 

geringeren Investitionen aus. 

www.vdma.org 

Mobile Steuerung 

mit dem HMI 

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SP200 

Das Handbediengerät mit verschiedenen 

Sicherheitsfunktionen 

wurde entwickelt zur Visualisierung 

von Prozessen und zur 

Steuerung von Maschinen. 

Es können Standard Tablets mit 

Displays zwischen 10,5“ und 11“ 

(Android, iOS oder Windows) verbaut 

werden. 

• kabellos oder kabelgebunden 

• Sicherheitsfunktion nach EN 13849-1 zertifiziert 

• Wechselrahmen für kundenspezifische Tablets 

• NotHalt, Zustimmtaster und Drehgeber sind 

optional integrierbar 

• alle Tabletfunktionen uneingeschränkt nutzbar 

• lange Laufzeit durch zusätzliche Powerbank 

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ACD Antriebstechnik GmbH 

Engelberg 2 | 88480 Achstetten 

Telefon +49 7392 708-500 

info@acd-antriebstechnik.de 


SOFTSTARTER 

WEIDMÜLLER 

ZUFRIEDEN MIT 

GESCHÄFTSJAHR 2020 

Die Weidmüller Gruppe hat 

das Geschäftsjahr 2020 mit 

einem erzielten Umsatz in 

Höhe von 792 Mio. EUR 

abgeschlossen. Das sind 4,5 % 

weniger als im Vorjahr. 

„Angesichts des Konjunktureinbruchs 

durch die Corona- 

Pandemie und den Lockdown 

sind wir trotz der schwierigen 

Rahmenbedingungen mit dem 

Ergebnis durchaus zufrieden“, 

erläuterte Technologievorstand 

und Vorstandssprecher 

Volker Bibelhausen auf der 

Jahrespressekonferenz. Der 

Ausbau von Digitalisierungsprozessen 

sei während der 

Corona-Krise in der Industrie 

deutlich gestiegen. Gleiches 

gelte auch für die Angebote 

für den Schaltschrankbau, für 

den Weidmüller durch die 

ganzheitliche Betrachtung des 

Erstellungsprozesses durchgängig 

aufeinander abgestimmte 

Lösungen bietet. 

Weidmüller verzeichnete 

insbesondere im Bereich 

Automatisierungsprodukte ein 

Wachstum im zweistelligen 

Bereich. „Wir sehen das auch 

an den zahlreichen Anfragen 

für unsere Industrial-IoT-Komponenten 

und unser Machine- 

Learning-Tool AutoML.“, 

bestätigte Bibelhausen. Mit 

51 Mio. EUR investierte 

Weidmüller 2020 zudem mehr 

als 6,5 % seines Umsatzes in 

Forschung und Entwicklung. 

Gleichzeitig stößt Weidmüller 

die größte Einzelinvestition in 

der Unternehmensgeschichte 

an. Unweit von Eisenach 

entsteht ein neues Logistikzentrum. 

Die Bauarbeiten laufen 

seit Herbst 2020, die Fertigstellung 

ist im Jahr 2022 

geplant. 

www.weidmueller.de 

LENZE VERKAUFT GESCHÄFTSBEREICH „MOBILE DRIVES“ 

Im Zuge der strategischen Fokussierung verkauft der Automatisierungsexperte 

Lenze SE den Geschäftsbereich Mobile Drives seines 

Schweizer Tochterunternehmens Lenze Schmidhauser. Der Geschäftsbereich 

Mobile Drives entwickelt und vertreibt Komponenten für die 

Elektrifizierung von Nebenaggregaten in Nutzfahrzeugen. Käufer ist 

Bucher Hydraulics, einer weltweit agierender Hersteller für Hydrauliklösungen 

bei mobilen Arbeitsanwendungen. Der Vollzug der Transaktion 

erfolgt nach erfolgreicher Separierung des Geschäftsbereichs 

Mobile Drives von der Lenze-Gruppe. Bis dahin wird das Geschäft von 

Schmidhauser unverändert fortgeführt. Lenze will damit seiner 

Strategie folgen, sich auf Kernaktivitäten im Bereich der Fabrikautomation zu fokussieren. 

www.lenze.com 

www.bucherhydraulics.com

SOFTSTARTER 

DIGITALISIERUNG & AUSBILDUNG 

MOBILES LERNEN IN DER 

SMART FACTORY 

Im Maschinenbauunternehmen 

Mayr Antriebstechnik 

wird seit dem Ausbildungsstart 

im September 2020 für das 

erste Lehrjahr die mobile 

Lernplattform MLS (Mobile 

Learning in Smart Factories) 

der Nachwuchsstiftung 

Maschinenbau eingesetzt. 

Auszubildende der technischen 

Berufe Industriemechaniker/in, 

Mechatroniker/in und 

Fachkräfte für die Lagerlogistik 

erhalten dafür ein Tablet, über 

das sie erste grundlegende 

Informationen über den 

Betrieb beziehen und 

Aufgaben gestellt bekommen.

SOFTSTARTER 

Als Ausbilder für Industriemechaniker/in beim Mauerstettener 

Familienunternehmen Mayr ist Daniel Keppeler 

mit dem Medienverhalten junger Heranwachsender 

vertraut: „Die sogenannte ‚Generation Z‘, zu 

der auch unsere Auszubildenden gehören, wächst ganz selbstverständlich 

mit den verschiedensten digitalen Medien auf“. 

Deshalb sei auch bei Mayr die fortschreitende Digitalisierung, 

insbesondere in den technischen Berufen, Bestandteil der beruflichen 

Bildung, erklärt Keppeler. Das Unternehmen arbeitet 

dafür mit der mobilen Lernplattform MLS (Mobile Learning in 

Smart Factories) der Nachwuchsstiftung Maschinenbau und 

hat zum Ausbildungsstart im September 2020 die Auszubildenden 

für Industriemechaniker/in, Mechatroniker/in und Fachkraft 

für Lagerlogistik mit mobilen Endgeräten ausgestattet. 

Die Auszubildenden im ersten Lehrjahr erhalten damit ihre 

Aufgaben digital über ein Tablet oder den PC-Arbeitsplatz in 

der Firma. Angelegt werden die Aufgaben von den jeweiligen 

Ausbildern, die gleichzeitig mehrere Möglichkeiten vorgeben, 

wie und wo sich der Azubi im Vorfeld selbst informieren muss. 

Denn die Auszubildenden sollen sich die ersten grundlegenden 

Informationen selbst beschaffen, um bereits einen Einblick 

für die betrieblichen Fertigungsverfahren oder Abläufe 

zu bekommen. 

„Um den Dialog zwischen den Auszubildenden und ihren 

Ausbildern aber nicht gänzlich der Digitalisierung zu opfern, 

können die angelegten Aufgaben durch den Ausbilder nach 

einzelnen Arbeitsschritten gesperrt werden“, erläutert Keppeler. 

„So können gezielt Informationen abgefragt oder diverse 

praktische Schritte erklärt und vorgemacht werden, bevor die 

Auszubildenden dann selbstständig starten bzw. weiterarbeiten.“ 

Das System bietet ein breites Spektrum an Möglichkeiten. 

So können z. B. auch Prüfungsvorbereitungen, Sicherheitsunterweisungen 

und Schulungen digital durchgeführt und dokumentiert 

werden. 

KEINE PROBLEME IM UMGANG MIT 

LERNPLATTFORM 

Gerade in Zeiten von Corona lassen sich durch den Einsatz der 

digitalen Plattform Kontakte, etwa in einem Schulungsraum, 

auf ein Minimum reduzieren oder ganz vermeiden. „Unsere 

Auszubildenden haben keinerlei Berührungsängste bzw. Probleme 

mit dieser Lernplattform umzugehen“, ergänzt Keppeler. 

„Und auch wir Ausbilder profitieren: Das Erstellen der einzelnen 

Aufgaben ist zwar aufwendig, allerdings können bestehende 

Aufgaben auch wiederverwendet werden, was eine 

enorme Arbeitserleichterung darstellt.“ 

Für den Ausbildungsstart am 1. September 2022 hat Mayr 

Antriebstechnik noch einmal zwei Ausbildungsstellen ausgeschrieben. 

Interessierte können sich noch bis zum 1. September 

2021 für den Ausbildungsstart am 1. September 2022 für 

eine Ausbildung zum Industriemechaniker/in oder zur Fachkraft 

für Lagerlogistik bewerben. 

Fotos: Mayr Antriebstechnik 

www.mayr.com 

mls.mobil-lernen.com 

Das Kaiser-Wilhelm-Denkmal in 

Porta Westfalica, unserer Heimat.


TITEL 


TITEL 


WÄLZLAGERTECHNIK 

EINTEILEN, VERGLEICHEN 

UND AUSWÄHLEN 

Für die optimale Auslegung von 

Wälzlagern sollte der technische und 

wirtschaftliche Nutzen übereinstimmen. 

Entscheidungshilfe für Konstrukteure 

bietet die ABEG-Methode von Findling 

Wälzlager. Anhand eigener 

Qualitätsstandards hat das Unternehmen 

sein Lager-Sortiment in vier 

Leistungsklassen eingeteilt. 

www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/06 11


TITEL 

Mit ABEG (Advanced Bearing Expert Group) hat Findling 

Wälzlager eine transparente und berechenbare 

Entscheidungsgrundlage zur Vermeidung von Überund 

Unterdimensionierung von Wälzlagern geschaffen. 

Anwender sollen genau das Lager finden, das die Anforderungen 

der Anwendung am effizientesten erfüllt. So ermöglicht 

die Einteilung in Leistungsklassen Einsparpotenziale von 25 bis 

30 % zu realisieren. „Die Beratung unserer Kunden nach der 

ABEG-Methode ist unser Alleinstellungsmerkmal und eröffnet 

den Kunden Zugang zu einem einzigartigen Angebot von Wälzlagertechnik 

aus aller Welt“, so Klaus Findling, Geschäftsführer von 

Findling Wälzlager. 

EINTEILUNG IN LEISTUNGSKLASSEN NACH 

VERSCHIEDENEN KRITERIEN 

Die Besonderheit bei der von den Karlsruhern angewendeten 

ABEG-Methode ist die Verfügbarkeit des Produktsortiments in 

bis zu vier Leistungsklassen: Premium, Supra, Eco und EasyRoll. 

So wird das vielfältige und bezüglich der Leistungsfähigkeit extrem 

unterschiedliche Angebot der Wälzlagertechnik abgebildet. 

Statt sich mit der Frage der schwer ermittelbaren tatsächlichen 

Lebensdauer eines Produktes zu beschäftigen, nutzt man die 

Vorklassifizierung nach der ABEG-Methode. Dadurch kann der 

Anwender die komplexe Auswahl aus zahlreichen Wälzlagern erheblich 

einschränken. 

Dabei werden sowohl designtechnische Tragzahlunterschiede 

berücksichtigt als auch die Rohmaterialien und Komponenten 

wie der Wälzlagerstahl und Fette. Nicht zuletzt spielen die Fertigungsverfahren 

eine Rolle. Damit kommt der Konstrukteur deutlich 

schneller zu einer technisch wie wirtschaftlich optimalen Lagerauswahl 

und vermeidet Über- und Unterdimensionierung. 

Die Liste der Kriterien, die Wälzlager in den unterschiedlichen 

Leistungsklassen einzuhalten haben, ist lang. Relevant sind unter 

anderem Werkstoff, Tragzahlen, Toleranzen, Wärmebehandlung, 

Schmierstoffe und Geräuschprüfung. Nicht zuletzt spielt die 

Qualitätssicherung eine Rolle – und zwar sowohl die Maßnahmen 

des Lieferanten als auch die eigene Prüfung in den Labors 

des Unternehmens. „Unser Qualitätsmanagement ist streng“, betont 

Findling. „Wir verlassen uns nicht auf die Angaben der Lieferanten, 

sondern prüfen die Wälzlager selbst.“ 

PRÄZISE PRÜFUNG DER KUGEL-GÜTEKLASSE 

Unter anderem gibt es bei den Wälzkörpern in jeder Leistungsklasse 

klare Vorgaben, die der Hersteller erfüllen muss. Dabei 

DIE IDEE 

01 

02 

„Bei der Wahl des richtigen Wälzlagers 

hilft in jeder Branche die 

Kategorisierung des Angebots nach 

der ABEG-Methode. Wir teilen die 

Produkte in vier verschiedene 

Leistungsklassen ein, für die wir 

festgelegte Kriterien definiert 

haben. Unsere Methode eröffnet 

den Kunden neben signifikanten 

Kosteneinsparungen übrigens auch 

Flexibilität: Wenn ein Lager einmal 

nicht lieferbar sein sollte oder zu 

teuer ist, lässt sich schnell und 

gezielt eine geeignete Alternative 

finden.“ 

Klaus Findling, Geschäftsführer, 

Findling Wälzlager GmbH 


spielt z. B. die Güteklasse der Kugeln nach DIN 5401 eine Rolle. 

Auf der einen Seite legt diese Norm fest, wie groß die Durchmesserschwankung 

einer Sorte von Wälzkörpern sein darf. So werden 

größere Schwankungen vermieden, die sich negativ auf die Lastverteilung 

im Wälzlager ausüben würden. Auf der anderen Seite 

legt die Güteklasse zusätzlich einen Grenzwert für die Rauigkeit 

der Wälzkörperoberfläche fest. Eine Güteklasse von G10 beschränkt 

unter anderem die maximale Durchmesserschwankung 

V Dws 

einer Kugel auf 0,25 µm. Die Durchmesserschwankung V DwL 

einer gesamten Sorte, von der nur eine zur Fertigung eines Wälzlagers 

eingesetzt werden darf, liegt hier bei 0,5 µm. Die zulässige 

Oberflächenrauheit Ra der Kugel beträgt in diesem Fall max. 

0,02 µm (entspricht ca. Rz = 0,14 µm). 

Die Zuordnung der Hersteller zu Leistungsklassen berücksichtigt 

aber auch fertigungsunabhängige Parameter wie die Prozesssicherheit. 

Ein Beispiel hierfür wäre die Abweichung der 

Fettfüllmenge von der vorgegebenen mittleren Füllmenge, die 

im Standardfall 30 % des freien Innenvolumens des Wälzlagers 

beträgt. Je genauer der Prozess des Herstellers, desto höher auch 

die Wiederholgenauigkeit dieser Ergebnisse. 

LAGER SCHNEIDEN BEI RAUTIEFE POSITIV AB 

Bei den Versuchsreihen, die Findling Wälzlager regelmäßig 

durchführt, ergeben sich durchaus auch einmal positive Überraschungen 

– z. B. bezüglich der Oberflächenrauheit. Untersucht 

wurden die Rauheiten sowohl von Wälzkörpern als auch von 

Laufbahnen. Erwartungsgemäß sinken die Messwerte der Wälzkörper 

bei besserer Leistungsklasse. Die Rautiefe der Laufbahnen 

zeigt in diesem Fall jedoch in der Leistungsklasse Supra bessere 

Werte als nötig und sogar besser als bei Premium. Dies kann 

mehrere Gründe haben: Zum einen den sowieso schon sehr 

niedrigen Rauheitsbereich der Wälzlagertechnik, in Kombination 

mit der statistischen Normalverteilung verschiedener Wälzlager. 

Zum anderen untersuchte Findling in diesem Fall einen Supra- 

Hersteller, der einen höheren internen Werksstandard definiert 

hat. Derartige Maßnahmen dienen in der Regel zur Generierung 

von Wettbewerbsvorteilen, um sich gegen die vorwiegend deutschen 

und japanischen Marken-Hersteller behaupten zu können. 

Die Rautiefe ist ein wichtiges Kriterium, weil sie die Verschleißfestigkeit 

beschreibt. „Glatte Kontaktflächen führen neben einer 

harten und verschleißfesten Oberfläche dazu, dass das Wälzlager 

trotz der im Betrieb vorherrschenden hochdynamischen Belastungssituation 

eine lange Lebensdauer erreichen kann“, erläutert 

Findling. „Die auftretende Oberflächenreibung wird direkt von 

den Rauheiten der Wälzkörper und natürlich auch der Laufbahnen 

beeinflusst.“ Unabhängig von den unterschiedlichen Leistungsklassen 

bewegt sich die Wälzlagertechnologie im Vergleich 

zum allgemeinen Maschinenbau in einem Feld von geringen 

Rautiefen – je nach Bauteil und Type werden Werte im Bereich 

von Rz < 1 erreicht. Ein Punkt, der generell zu beachten ist, ist der 

sogenannte Einlaufverschleiß. Die dargelegten Messungen basieren 

auf neuwertigen Wälzlagern. Wenn ein Wälzlager jedoch für 

einige Zeit in Betrieb genommen wurde, entwickelt sich ein gewollter 

und sogenannter Einlaufverschleiß. Er trägt die mikroskopischen 

Spitzen der Oberflächenrauheit ab, wodurch die Rautiefe 

im Betrieb noch weiter absinkt. 

„Die Beispiele belegen, wie komplex die ABEG-Kriterien sind“, 

so der Unternehmenschef Findling abschließend. „Anders gesagt: 

Wir nehmen unseren Kunden mit der Einteilung in Leistungsklassen 

durchaus eine Menge Arbeit ab.“ Nicht umsonst 

versteht sich Findling Wälzlager nicht nur als Lieferant, sondern 

in zunehmenden Maß auch als Dienstleistungsunternehmen. 

Fotos: Findling Wälzlager GmbH 

www.findling.com 

03 

01 Die Besonderheit der 

ABEG-Methode ist die Einteilung der 

Wälzlager in eine der vier Leistungsklassen 

Premium, Supra, Eco und 

EasyRoll 

02 Je höher die Leistungsklasse, desto 

niedriger die Rauheit der Wälzlager; 

insbesondere Messwerte der Leistungsklasse 

Supra fallen besser aus als nötig 

03 Das Qualitätsmanagement 

ermittelt unabhängig der Herstellerangaben 

eigene Messwerte für jedes 

Wälzlager; z. B. die Prüfung der 

Profil- und Rauheitsbeschaffenheit 

mittels einer taktilen Messmaschine 



LEBENSDAUERBERECHNUNG VON WÄLZLAGERN 

REFERENZ-LAGERLEBENSDAUER ALS 

GRUNDLAGE ZUR GETRIEBEOPTIMIERUNG 

Die Berechnung der Referenz-Lagerlebensdauer nach ISO/TS16281 

berücksichtigt die Belastung der Wälzlager unter realen Betriebsbedingungen. 

Neben der hohen Genauigkeit dieses Berechnungsverfahrens bildet es die 

Grundlage für konstruktive Getriebeoptimierungen wie dem individuellen 

Einstellen der Lagervorspannung. 

Der Zeitraum bzw. die Betriebsdauer, in dem ein Wälzlager 

die geforderte Funktion erfüllt, bevor es zu ersten 

Anzeichen von Materialermüdung an den Wälzlagerkomponenten 

kommt, wird als Lebensdauer 

bezeichnet. Das einfachste Verfahren zu ihrer Bestimmung ist 

die nominelle Lebensdauerberechung nach ISO281. Sie beschreibt 

die mit 90 % Zuverlässigkeit erreichbare, rechnerische 

Lebensdauer für Wälzlager, wenn diese nach Stand der 

Technik gefertigt wurden und unter üblichen Betriebsbedingungen 

laufen. In die Berechnung gehen die dynamische 

Tragzahl C, die äquivalente dynamische Lagerbelastung P so- 

Christian Rüttling ist Marktmanager; Mark Zeller ist Produktmanager 

bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG in Bruchsal 

wie der Lebensdauerexponent p ein (s. Formel rechts). Sollen 

bei der Berechnung der Lagerlebensdauer noch weitere Einflüsse 

wie Werkstoffqualität, Lagerschmierung und Sauberkeit 

berücksichtigt werden, können die Ergebnisse mit der erweiterten 

Lebensdauer präzisiert werden. Beiden Berechnungen 

ist jedoch gemeinsam, dass Einflüsse wie die Lastverteilung 

innerhalb des Lagers sowie Lagerspiel und 

-verkippung nicht in das Rechenmodell einfließen. 

BERECHNUNG DER LAGERLEBENSDAUER 

NACH ISO/TS16281 

Im Unterschied zu den händisch lösbaren Ansätzen dieser 

„Katalogmethoden“ beschreibt die ISO/TS16281 ein Verfahren, 

mit dem sich die Lastverteilung sowohl innerhalb eines 

Lagers als auch entlang eines Wälzkörpers bestimmen lässt. 

Mit der sich so ergebenden nominellen Referenz-Lager- 



01 

02 

lebensdauer L 10rh 

können Aspekte wie Lagerspiel 

oder Verkippung von Innen- zu Außenring berücksichtigt 

werden. 

Zwar werden bei diesem Verfahren nach wie vor 

Tragzahlen und Lasten ins Verhältnis gesetzt, die Bestimmung 

der Last am Einzelkontakt ist allerdings 

das Ergebnis einer numerischen Lösungssuche, bei 

der Lagerverkippung und -einsenkung, Wellendurchbiegung, 

Gehäuseverformung und äußere Belastung 

in Einklang gebracht werden. Die Berechnung 

und die hierfür benötigte Datengrundlage sind 

wesentlich komplexer als bei bisherigen Methoden. 

Durch die Berücksichtigung der realen Betriebsbedingungen 

sind die Rechenergebnisse jedoch sehr 

viel detaillierter. 

ZUSAMMENHANG ZWISCHEN LAGER- 

SPIEL UND LEBENSDAUER 

Das Vorspannen angestellter Kegelrollenlager – also 

das Reduzieren des Lagerspiels – erhöht die Steifigkeit 

des Gesamtsystems und ermöglicht ein genau- 

01 Qualitative Darstellung der Lastverteilung innerhalb 

des Wälzkörpers 

02 Bei leichter Vorspannung im Betrieb (geringes negatives 

Betriebsspiel) können Lager ihre maximale Lebensdauer erreichen; 

die Lebensdauerkurve ist allerdings für jedes Lager und jede 

Drehrichtung unterschiedlich 

L 10h 

[h] – nominelle Lebensdauer 

C [N] – Dynamische Tragzahl 

P [N] – Äquivalente dynamische Lagerbelastung 

p – Lebensdauerexponent (für Kugellager p=3, 

für Rollenlager p=10/3) 

n [min -1 ] – Betriebsdrehzahl 

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es Führen der Wellen. Sowohl die Wärmeentstehung im Lager 

als auch dessen rechnerische Lebensdauer hängen maßgeblich 

vom Spiel in der Lagerung ab, das sich unter Betriebsbedingungen 

einstellt. Bedingt durch Faktoren wie 

thermische Längenänderung oder elastische Verformung 

unterscheidet sich das während der Montage eingestellte 

Spiel vom Betriebsspiel während der Anwendung. Der Zusammenhang 

zwischen Montage- und Betriebsspiel kann 

umso präziser beschrieben werden, je genauer man die einzelnen 

Einflussfaktoren kennt. 

Mit der Gesamtsystembetrachtung, die eine Berechnung 

der nominellen Referenz-Lebensdauer L 10rh 

mit sich bringt, 

kann das Lagerspiel bei der Berechnung der Lagerlebensdauer 

berücksichtigt werden. Das bildet die Grundlage für ein 

individuelles bzw. anwendungsspezifisches Einstellen der 

Lagervorspannung, was letztendlich die Optimierung der Lagerlebensdauer 

ermöglicht. Die maximale Lebensdauer wird 

bei leichter Vorspannung im Betrieb erreicht (geringes negatives 

Betriebsspiel). Die Lebensdauerkurve ist für jedes Lager 

und jede Drehrichtung unterschiedlich. In Bezug auf die Lagerlebensdauer 

ergibt sich der optimale Montagespielwert als 

höchster Punkt der limitierenden Lebensdauerkurven aller 

Lager einer Welle. 

BERECHNUNGSVERFAHREN AM BEISPIEL 

EINES KEGELSTIRNRADGETRIEBES 

Für einen Blick in die Praxis kann ein Kegelstirnradgetriebe 

herangezogen werden. Die radialen und axialen Kräfte, welche 

durch die Kegelradverzahnung hervorgerufenen werden, 

nehmen üblicherweise die Kegelrollenlager an der Tellerradwelle 

auf. Durch eine zu hohe Vorspannung der Wälzlager 

kommt es zu unnötig hohen Lastverlusten sowie dadurch bedingten 

Wärmequellen, die sich negativ auf die Lebensdauer 

auswirken. Mit der Berechnung der Lagerlebensdauer nach 

ISO/TS16281 kann nun lastabhängig der Montagespielwert 

und damit das Betriebsspiel optimal in Bezug auf die Lagerlebensdauer 

eingestellt werden. Die so berechnete Lagervorspannung 

wird bei SEW-Eurodrive an den jeweiligen Montageauftrag 

übergeben, sodass für jeden Antrieb das optimale 

Montagespiel eingestellt wird. Im späteren Anwendungsfall 

verringern sich durch das dann passende Betriebsspiel die lokalen 

Temperatur-„Hotspots“, wodurch eine homogenere 

Temperaturverteilung innerhalb des Getriebes erreicht wird. 

Neben einer längeren Lagerlebensdauer sinkt die Ölbadtemperatur, 

während sich die Ölstandzeit erhöht. Mit der Reduzierung 

der Lagervorspannung sowie der Berechnung nach 

ISO/TS16281 erhöht sich die rechnerische Lagerlebensdauer 

im Schnitt auf das 2,5-fache. Daraus ergibt sich ein verlängertes 

Wartungsintervall für den Antrieb, was in einer höheren 

produktiven Standzeit resultiert. 

HOHES ANWENDUNGSPOTENZIAL BEI 

INDUSTRIEGETRIEBEN 

Die Industriegetriebe der Generation X.e von SEW-Eurodrive 

sowie deren entsprechende Berechnungslandschaft ermöglichen 

das lastabhängige Berechnen und Einstellen des optimalen 

Montage spielwerts. Neben der damit erreichbaren 

Steigerung der Lager lebensdauer wurden auch thermische 

und akustische Aspekte des Getriebes überarbeitet. Das 

neue Lüfter- und Lüfterhaubenkonzept sowie ein reduzier- 

ter Ölstand erlauben die individuelle Anpassung der Getriebe 

an den jeweiligen Einsatzfall. Weitere bauteilseitige Optimierungen 

umfassen ein verbessertes Kegelritzelgehäuse, 

berührungslose Dichtungssysteme und eine neue Verzahnungstopologie. 

Die intelligente Kombination der umgesetzten 

Einzelmaßnahmen und die Berechnung durch vernetzte 

Softwaretools ermöglicht es Anwendern, ein exakt passendes 

Getriebe zu projektieren. Das Ergebnis ist größtmögliche Effizienz 

sowie mehr Sicherheit und Langlebigkeit, auch bei 

schwierigen Einsatzbedingungen. 

Fotos: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG 

www.sew-eurodrive.de 

DIE IDEE 

„Mit der Berechnung der Lagerlebensdauer 

nach ISO/TS16281 

ist eine Gesamtsystembetrachtung 

möglich, die Grundlage für ein 

individuelles Einstellen der Lagervorspannung 

ist. Der Mehrwert für 

unsere Kunden – eine deutliche 

Erhöhung der rechnerischen Lager 

lebensdauer sowie der thermischen 

Grenzleistung.“ 

Christian Rüttling, Marktmanager, 

SEW-Eurodrive GmbH & Co KG 

Mark Zeller, Produktmanager, 

SEW-Eurodrive GmbH & Co KG 


MARKTPLATZ 

RETROFIT VON DREHVERBINDUNGEN 

Zum Service-Portfolio von Rodriguez zählt das Retrofit älterer Komponenten. 

Vor allem groß dimensionierte Drehverbindungen müssen oftmals generalüberholt 

oder ersetzt werden. Im Auftrag eines großen Verkehrsbetriebes überholten 

die Experten vpm Rodriguez rund 550 Kugeldrehverbindungen, die als Verbindung 

zwischen Achse und Wagenkasten von U-Bahn-Waggons zum Einsatz kommen. 

Trotz des Alters von 15 Jahren sind die Komponenten noch in einem guten Zustand 

und werden auch lediglich in einem Bereich von ± 20° belastet. Deshalb macht ein 

Retrofit Sinn: Dabei übernimmt Rodriguez in einem ersten Schritt die äußerliche 

Begutachtung, die Aufnahme von Schäden und die Demontage. Anschließend 

werden die Ringe geprüft und vermessen. Daran schließt sich die Reinigung und Neulackierung der Kugeldrehverbindungen 

an. Die bereits genutzten Bereiche der Komponenten werden markiert, sodass die überarbeiteten Drehverbindungen versetzt 

zur bisherigen Einsatzposition eingebaut werden können. 

Bild: stock.adobe.com/kathy_80 

www.rodriguez.de 

POSITIONIEREN IM 

ΜM-BEREICH 

Mit der Telica-Plattform hat die 

Schweizer Etel S.A. mit Linearführungen 

von NSK ein Doppel- 

Portal-Bewegungssystem für die 

Halbleiterfertigung entwickelt. 

Das System kombiniert hohen 

Durchsatz und Genauigkeit. 

Die mechanische Architektur der 

Telica-Plattform besteht aus 

einem Doppelportalsystem, das 

Bewegungen in drei Freiheitsgraden 

für eine Gesamtzahl von 

acht gesteuerten Achsen 

ermöglicht. Das System erreicht 

Verfahrgeschwindigkeiten von 

120 m/min in der x- und y-Achse 

sowie 60 m/min in der z-Achse. 

Die maximale Beschleunigung 

beträgt 4 g (x-Achse), 6 g 

(y-Achse) und 7,5 g (z-Achse), die 

x-y-Wiederholgenauigkeit nach 

einer Bewegung der z-Achse 

liegt bei ± 0,25 µm oder besser. 

Damit sind Durchsatzgeschwindigkeiten 

von bis zu 10.000 

Einheiten pro Stunde und eine 

Positioniergenauigkeit von unter 

1 µm möglich. Etel setzt hier 

NH-Linearführungen ein, die 

über eine hohe Präzision und 

Wiederholgenauigkeit bei 

niedrigen und hohen Geschwindigkeiten 

verfügen. 

www.nsk.com


ANTRIEBSKOMPONENTEN 

STANDARDLÖSUNGEN AUS 

EINER HAND 

Mit großer Zielstrebigkeit treibt 

Ringspann seine Produktoffensive 

auf dem Gebiet der 

Wellenkupplungen voran. Sie ist 

zentraler Bestandteil der 

international angelegten 

One-Stop-Shop-Strategie des 

Unternehmens und befeuert auch 

das Wachstum der Auswahl an 

kurzfristig lieferbaren 

Standardkupplungen, die über den 

Webshop bestellt werden können. 

Konstrukteure und Beschaffer 

finden hier inzwischen ein 

beachtliches Sortiment von starren, 

drehstarren und drehelastischen 

Wellenkupplungen. 

Digitalisierung und Internationalisierung stellen für Ringspann 

wichtige Impulsgeber dar, um sich auch global 

nicht nur als Hersteller der industriellen Freilauftechnik, 

sondern als Komplettlöser für Antriebskomponenten 

mit einem hochwertigen und variantenreichen Sortiment zu positionieren. 

Vor diesem Hintergrund misst das Unternehmen aus 

Bad Homburg dem konsequenten Ausbau seiner Internet-Plattform 

große Bedeutung zu. Wann immer es daher neue Antriebselemente 

in sein Portfolio aufnimmt, halten diese auch Einzug in 

das wachsende Angebot des Ringspann-Webshops. 

Aktuell besonders dynamisch entwickelt sich hierbei die Auswahl 

starrer, drehstarrer und drehelastischer Wellenkupplungen. 

Es wurde in den letzten Wochen und Monaten durch zahlreiche 

weitere Baureihen erweitert, die nun auch direkt im Webshop 

verfügbar sind. Vorrangig handelt es sich bei den Online-Neuheiten 

um weitere Klauenkupplungen, Zahnkupplungen, Bolzenkupplungen 

und Flanschkupplungen – allesamt also solche Wel- 

Mirco von Stein, freier Fachjournalist, Darmstadt 

lenkupplungen, die als Standardlösungen ein großes Spektrum 

antriebstechnischer Anwendungen im Anlagen- und Maschinenbau 

abdecken. 

WELLENKUPPLUNGEN FÜR SCHWER- 

INDUSTRIE ODER WERKZEUGMASCHINEN 

Die neu im Ringspann-Webshop erscheinenden Tru-Line 

Flanschkupplungen der Baureihe RFK…TBO zählen zur Gruppe 

der starren Wellenkupplungen und eignen sich zur Herstellung 

spielfreier Konus-Spannverbindungen. Sie haben ein kompaktes 

Design und punkten mit kurzen axialen Ausrückwegen, weshalb 

sie sich z.B. für den Einsatz in Antriebsaggregaten oder Bandantrieben 

mit beengten Platzverhältnissen empfehlen. Überaus 

kompakt bauen auch die drei neu verfügbaren Zahnkupplungen 

der Baureihen RDZ…DTO, RDZ…DFO und RDZ…EEO. Hierbei 

handelt es sich um drehstarre Wellenkupplungen. Je nach Bauform 

können sie Drehmomente bis zu 391 500 Nm ohne nennenswerten 

Drehwinkelversatz übertragen und sowohl axialen, 

radialen als auch winkeligen Wellenversatz ausgleichen. Die Baureihen 

RDZ…DTO und RDZ…DFO sind primär für Anwendungen 



in der Schwerindustrie und Montantechnik sowie in Pumpen, Förderbändern 

und Ventilatoren ausgelegt. Die als Stahl-Polyamid-Kombination konstruierten 

Wellenkupplungen RDZ…EEO zeichnen sich durch geringes Gewicht 

aus und sind für fluidtechnische Applikationen (Hydraulik, Pumpen) 

bei Temperaturen von -25° C bis 100° C geeignet. 

Die größte Angebotsausweitung hat Ringspann in der Kategorie der drehelastischen 

Wellenkupplungen für die schwingungsdämpfende Drehmoment- 

Übertragung vorgenommen. Hier wuchs die online verfügbare Auswahl um 

die vier Klauenkupplungs-Baureihen REK…DCO, REK…DGO, REK…DHO 

und REK…DGZ sowie um die Bolzenkupplungs-Serie REB...DCO. Die Klauenkupplungen 

benötigen keine Schmierung und können bei Bedarf mit einer 

Konformitätserklärung nach ATEX 2014/34/EU ausgeliefert werden. Sie haben 

je nach Bauart gerundete Klauen (DCO), gekapselte Elastomer-Elemente 

(DGO), gekapselte Elastomer-Elemente und zweiteilige Naben (DHO) 

oder gekapselte Elastomer-Elemente und Zwischenstücke (DGZ). Typische 

Anwendungen für diese Wellenkupplungen sind die Antriebssysteme von 

Pumpen, Ventilatoren, Kranfahrwerken, Werkzeugmaschinen und Förderbändern. 

Bezüglich der übertragbaren Nenndrehmomente decken sie – je 

nach Ausführung – eine Spanne von 34 bis 169 000 Nm ab. Ausgelegt für Wellen-Anwendungen 

mit weitaus größeren Drehmomenten bis zu 1 299 500 Nm 

sind die Bolzenkupplungen REB…DCO im Ringspann-Sortiment. 

SMART SOLUTION AUS WELLEN- UND 

ÜBERLASTKUPPLUNGEN 

Insbesondere dank gezielter Erweiterungen in allen Produktgruppen kann 

das Unternehmen seinen Kunden inzwischen auch eine Vielzahl innovativer 

Smart Solutions anbieten, mit denen sich der Zeit- und Kostenaufwand sowohl 

im Engineering als auch in der Montage erheblich reduzieren lässt. Ein 

anschauliches Beispiel dafür ist die Kombination von drehelastischen Wellenkupplungen 

mit hochtemperaturbeständigen Überlastkupplungen. Martin 

Schneweis, verantwortlicher Produktmanager für die Ringspann-Wellenkupplungen, 

präzisiert: „Im konkreten Fall kombinierten wir Bolzenkupplungen 

der Größe REB 0198 DCO mit unseren Rutschnaben vom Typ RSHD 

250E spezial. So entstand eine innovative Paketlösung für den Antriebsstrang 

einer Siebtrommel in einer neuen Anlage zur Schüttgut-Verarbeitung.“ Während 

die Bolzenkupplung den Versatz zwischen den Wellen des Strangs ausgleicht 

sowie betriebsbedingte Stöße und Schwingungen dämpft, dient die 

Rimostat-Rutschnabe als Überlastschutz beim Blockieren der Siebtrommel 

GROSSE AUSWAHL FÜR STARRE, DREHSTARRE UND 

DREHELASTISCHE VERBINDUNGEN 

Mit seinem aktuellen Gesamtprogramm von 22 Wellenkupplungs-Baureihen, 

die nahezu alle derzeit im Maschinen- und Anlagenbau relevanten Typen repräsentieren, 

eröffnet Ringspann den Konstrukteuren, Produktentwicklern 

und Ingenieuren große Freiräume für die Realisierung starrer, drehstarrer 

oder drehelastischer Verbindungen zwischen Wellen, Getrieben, Motoren 

und Maschinen. Der Webshop des Unternehmens deckt durch die jüngsten 

Erweiterungen inzwischen einen Großteil dieses Portfolios ab. Zusätzlich 

stehen hier Kataloge, Datenblätter, Betriebsanleitungen und die 3D CAD-Daten 

zum freien Download zur Verfügung. 

Fotos: Ringspann GmbH 

www.ringspann.de 

Die Auswahl an Wellenkupplungen bietet 

Konstrukteuren viel Freiraum für die Realisierung 

starrer, drehstarrer oder drehelastischer Verbindungen 

zwischen Wellen, Getrieben und Motoren 

DIE IDEE 

„Hinsichtlich des Zusammenspiels 

der technischen Parameter ihrer 

beiden Komponenten sind unsere 

Smart Solutions exakt auf die 

Anwendung im Antriebssystem 

abgestimmt.“ 

Martin Schneweis, Produktmanager, 

Ringspann GmbH 

Perfekt verbunden 

Bei uns bekommen Sie die optimale Präzisionskupplung 

für Ihre Anwendung. 

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KLEINSTER CANOPEN-DREHGEBER AUF DEM 

MARKT 

Baumer erweitert sein 

Produktportfolio der Reihe 

MAGRES EAM mit dem 

EAM 300, dem kleinsten 

absoluten Multiturn-Drehgeber 

mit CANopen- 

Schnittstelle auf dem 

Markt. Der EAM 300 

verschafft mehr Platz bei 

der Maschinenkonstruktion 

oder lässt sich einfach in gegebene Strukturen nachrüsten. 

Sein Durchmesser beträgt nur 30 mm, die Länge beschränkt 

sich auf 59 (Vollwelle, radial) beziehungsweise 53,3 mm 

(Hohlwelle, radial). Der Drehgeber bietet eine Absolutgenauigkeit 

von bis zu ±0,15°. Die magnetische Abtastung liefert auch 

in rauer Umgebung zuverlässig Signale. Zahlreiche Varianten 

garantieren mehr Freiheit im Design. Verfügbar sind alle 

Kombinationen von Voll- oder Hohlwellengeber mit Stecker 

oder Kabelanschluss sowie axialem oder radialem Abgang. 

www.baumer.com 

SPEZIALSCHMIERSTOFF FÜR 

PLANETENGETRIEBE 

Einen verbesserten 

Verschleißschutz in 

einem gleichzeitig 

erweiterten Temperaturbereich 

bietet Getriebehersteller 

Neugart mit 

einem neuen, gezielt für 

Planetengetriebe 

entwickelten Spezialschmierstoff. 

Das neue Schmierfett „Klübersynth GE 14-112“ ist 

das Ergebnis einer Entwicklungspartnerschaft mit dem 

Schmierstoffspezialisten Klüber. Als Spezialfett für hochbelastete 

Kleingetriebe zeichnet es sich durch spezifische Additive 

aus, die genau auf die Anforderungen von Planetengetrieben 

abgestimmt wurden. „Herausgekommen ist eine passgenaue 

Lösung mit zahlreichen Vorteilen für die Kunden von Neugart“, 

erklärt Jürgen W. Gehrig, Vertriebsbezirksleiter bei Klüber 

Lubrication. „Die neue Lösung geht noch stärker auf kundenspezifische 

Anforderungen ein, da sie einen noch weiteren 

Anwendungsbereich ermöglicht“. 

www.neugart.com 

PASSGENAUE KLEMMRINGE FÜR DEN 

MASCHINENBAU 

Anwender erhalten bei KBK Antriebstechnik genau auf ihre 

Anforderungen abgestimmte Klemmringe. Auch individuelle 

Modifikationen sind möglich. Die Klemmringe sind mit Passfedernuten 

erhältlich, werden mit individuellen Bohrungen 

versehen oder in verschiedenen Verhältnissen von Außen- zu 

Innendurchmesser geliefert. KBK fertigt sowohl ein- als auch 

zweiteilige Klemmringe aus brüniertem Stahl und Edelstahl 

sowie aus hochfestem Aluminium. Die Klemmringe lassen sich 

nicht nur zur axialen Sicherung von Bauteilen auf Vollwellen, 

sondern auch für die Drehmomentübertragung auf Hohlwellen 

einsetzen. 

www.kbk-antriebstechnik.de 

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MARKTPLATZ 

OPTIMAL ZUGESCHNITTEN STATT OVERENGINEERED 

Verschiedene Applikationen bedeuten mitunter auch unterschiedliche Anforderungen an die 

Präzision. Dies zeigt sich u.a. in den Branchen Automation und Verpackung. Neben Antrieben für 

Positionieraufgaben mit hoher Dynamik werden gleichzeitig solche benötigt, die sich für Formatverstellungen 

oder als Zuführantriebe eignen. Und genau diese müssen zu dem insgesamt hohen 

Qualitätsanspruch der Maschinen hinsichtlich Laufruhe, Spielstabilität und Lebensdauer passen. 

„Exakt diese Anforderungen erfüllt unsere Economy-Variante“, erläutert Rainer Wegener, Bereichsleiter 

Management Center Sales bei Stöber. Mit dem Ziel den jeweiligen Kundenanforderungen 

optimal gerecht zu werden, hat der Antriebsspezialist seine PE-Getriebe weiterentwickelt und 

als zweite Generation auf den Markt gebracht. Sie sind auch weiterhin mit einer Schrägverzahnung 

ausgestattet. Im Vergleich zu üblichen geradverzahnten Getrieben sorgt die Schrägverzahnung für niedrige Laufgeräusche und eine 

hohe Gleichförmigkeit. Der Anwender profitiert grundsätzlich von einer sehr wirtschaftlichen und gleichzeitig leistungsstarken 

Lösung. „Bei der zweiten Generation konnten wir das Beschleunigungsmoment um 45 und das Nennmoment sogar um 50 Prozent 

steigern. Das bedeutet eine deutliche Verbesserung in der Performance. Die zweistufige Variante baut zudem kürzer. Damit sind die 

Getriebe leichter und insgesamt kompakter“, ergänzt Michael Oberländer, Abteilungsleiter der Stöber Getriebeentwicklung. 

www.stoeber.de 

LOW-NOISE-GETRIEBE 

FÜR HOHE LASTEN 

SEW-EURODRIVE—Driving the world 

Mit der Serie GP56-N hat 

Nanotec nun auch geräuscharme 

Planetengetriebe für 

bürstenlose DC-Motoren und 

Schrittmotoren mit Flanschgröße 

56 und 60 mm im 

Programm. Die Schrägverzahnung 

der ersten Getriebestufe 

ermöglicht einen gleichmäßigen 

und fließenden Eingriff 

bei hoher Laufruhe. Da die 

Planetenräder und das 

Hohlrad aus einem hochwertigen, 

verschleißarmen 

Kunststoff bestehen, sind die 

neuen Getriebe um bis zu 

10 dB leiser als herkömmliche 

geradeverzahnte Metallgetriebe. 

Die Getriebe sind in 

ein- und zweistufiger 

Ausführung in neun verschiedenen 

Untersetzungen 

zwischen 3:1 und 35:1 

erhältlich und bieten ein 

Abtriebsdrehmoment von 1,5 

bis 11,8 Nm. Aufgrund ihres 

kompakten Designs und 

hohen Wirkungsgrads eignen 

sich die Low-Noise-Getriebe 

von Nanotec ideal für 

Anwendungen in medizinischen 

Geräten und in der 

Gebäudeautomation. 

www.nanotec.de 

Geordert, gebaut, gepackt, to go! 

Industriegetriebe in 5 Arbeitstagen auf dem Weg zu Ihnen. 

Good News für alle, die es eilig haben: Industriegetriebe von SEW-EURODRIVE kommen jetzt noch schneller zu Ihnen. 

Das Industriegetriebe-to-go-Programm macht’s möglich. Alle unsere ATO 5-Produkte* verlassen nach 5 Arbeitstagen ab 

Bestellung das Großgetriebewerk in Bruchsal. Schneller geht’s kaum noch. Außer im Notfall: hier befindet sich das 

ATO 5-Industriegetriebe bereits nach nur einem Arbeitstag auf dem Weg zu Ihnen. 

Mehr zu Industriegetriebe to go: www.sew-eurodrive.de/ato5 

* Dieses Angebot gilt für die meisten unserer Standard-Industriegetriebe.


SYNCHRONANTRIEBE 

MIT ÖLFREIEN TROMMELMOTOREN 

SAUBER PRODUZIEREN 

Ein Anbieter von Verarbeitungsmaschinen und Dienstleistungen für die Geflügel-, Fleischund 

Fischindustrie Marel sieht eine immer größere Nachfrage nach hygienischeren 

Designs. Mit neuen ölfreien Synchron-Trommelmotoren hat das Unternehmen eine 

saubere und leistungsstarke Alternative zu den bisherigen Asynchronmotoren gefunden. 

Als Projektmanager bei Marel beschäftigt sich Andri Sveinsson 

täglich mit den Antrieben, die Lebensmittel 

durch die Maschinen seines Unternehmens transportieren. 

Er koordiniert die Konstruktionsteams von Marel, 

sammelt Informationen und sorgt für einen regen Informationsaustausch 

aller Beteiligten. Dazu gehört auch die Verantwortung 

für das strategische und operative Projektmanagement in verschiedenen 

Entwicklungsprojekten. Tag für Tag arbeitet er an 

Verbesserungen für alle Hauptbranchen des Unternehmens: die 

Geflügel-, Fleisch- und Fischverarbeitung. 

Eine Kontamination von Lebensmitteln ist nicht akzeptabel. 

Hygienische Designs sind deshalb überaus wichtig. Sveinssons 

interner Motorenkatalog reduziert dafür die Komponentenanzahl 

auf das absolute Minimum. Komponenten, die nicht existieren, 

benötigen keine HACCP-Analytik, können keine Kontaminationen 

verursachen und müssen auch nicht gereinigt werden. 

Mit ihrer einzigartigen Konstruktion erfüllen Trommelmotoren 

diesen Bedarf perfekt, da sie den externen Motor, Welle und Getriebe 

sowie die Motorbefestigung in die ohnehin erforderlichen 

Umlenkrollen auf der Antriebsseite der Förderbänder integrieren. 

Es ist leicht zu erkennen, dass dies die hygienischere Lösung 

gegenüber einem seitlich am Förderer montierten Getriebemotor 

ist. Darüber hinaus reduzieren Trommelmotoren auch die 

Gerhard Froebus ist Geschäftsführer bei der 

Momentum Technologies GmbH in Hückelhoven-Baal 

einzelnen Komponenten einer Maschine, was die Konstruktion 

erleichtert. Zudem sind die neuen Antriebe im Verarbeitungsbetrieb 

nun besonders kühl. 

ÖLFREI UND TROTZDEM KÜHL IM BETRIEB 

Die neuen Synchron-Trommelmotoren von Momentum Technologies 

erreichen bei voller Leistung in einer Umgebungstemperatur 

von 20 °C lediglich eine Oberflächentemperatur von rund 45 °C, 

während andere Synchron-Trommelmotoren wesentlich heißer 

werden können. Zugleich werden die Motoren ölfrei betrieben. 

Das ist bei anderen Trommelmotoren nicht automatisch der Fall, 

insbesondere, wenn von ihnen ein kühler Betrieb gefordert wird. 

Dies liegt daran, dass Öl auch zur Kühlung des Motors verwendet 

wird. Aber Öl ist – selbst in einem hermetisch abgedichteten Trommelmotor 

– ein kritischer Kontrollpunkt in HACCP-Konzepten, der 

bei hygienischsten Konstruktionen idealerweise vermieden werden 

sollte. Aber wie kann die Betriebstemperatur gesenkt werden, 

während gleichzeitig das Öl zur Kühlung fehlt? 

Hierfür ist das Konstruktionsprinzip von Synchronmotoren 

verantwortlich, da im Vergleich zu dem von Asynchronmotoren 

wesentlich energieeffizienter ist. Darüber hinaus spielt aber auch 

das spezifische Design der Momentum-Motoren eine große Rolle, 

wie herstellerunabhängige thermische Tests gezeigt haben. In 

der Summe erlaubt die Verarbeitungsmaschine dadurch hohe 

Produktivität und gleichzeitig eine Reduzierung des Energieverbrauchs 

bei der Lebensmittelverarbeitung – und das ohne Öl. 



Die Synchron-Trommelmotoren leisten auch ölfrei einen 

effizienten Betrieb ohne übermäßige Hitze zu produzieren 

WENIGERE VARIANTEN REDUZIEREN BETRIEBSAUFWAND 

Momentum-Mitgründer Gerhard Froebus´ Ziel ist es, qualitativ hochwertige Trommelmotoren 

mit der bestmöglichen Haltbarkeit wirtschaftlich zur Verfügung zu stellen. 

Mit ihrer genormten und massiven 30 mm Achse sind sie z. B. stabiler als Modelle 

mit 17 mm oder 22 mm Achsen. Anwender profitieren dadurch von niedrigeren 

Wartungskosten, als auch von einer nachhaltigen Auslegung. Ein Nebeneffekt der 

standardisierten, stärkeren Achse ist eine weniger komplexe Produktpalette, da für 

alle Konfigurationen die gleiche Achse verwendet werden kann. 

Für Anwender wie Marel bedeutet diese Standardisierung identische Montagebedingungen, 

unabhängig davon, welche spezifische Motorkonfiguration verwendet 

wird. Zugleich bedeutet das wesentlich breitere Leistungsspektrum der Synchron- 

Trommelmotoren gegenüber Asynchron-Trommelmotoren, dass Marel weniger Trommelmotorvarianten 

in seinen Konstruktionen benötigt. Sveinsson beabsichtigt durch 

den Wechsel zu synchronen Trommelmotoren die Trommelmotorvarianten deutlich 

zu konsolidieren. So wird das von ihm verwaltete Portfolio in Zukunft nur noch 1/3 so 

groß sein. Eine solch Variantenreduzierung vereinfacht den Design-In- und Dokumentationsaufwand 

erheblich. Sie verringert auch die Lager- und Ersatzbeschaffungskosten. 

Die vereinfachte Wartung reduziert zudem sowohl den Arbeitsaufwand beim 

Service als auch den Schulungsbedarf. 

139ER KLASSE MIT HOHEM DREHMOMENT 

Die neuesten Modelle von Momentum Technologies finden sich in der neuen ölfreien 

Synchron-Trommelmotorreihe, z. B. die 180 Nm-Hochleistungsvariante, die einen 

neuen Benchmark in punkto kompaktes Drehmoment aufstellt. Alternative Trommelmotoren 

der 139er Klasse gleichen Durchmessers erreichen bisweilen nur ca. die Hälfte 

des Drehmoments. Um ein vergleichbares Drehmoment mit konventionellen Konstruktionen 

nutzen zu können, bräuchte man 165 oder gar 215 mm Asynchron-Trommelmotoren. 

Gleichzeitig ist der neue MTD139 als Low-Power Motor der IE4-Klasse 

deutlich energiesparender und kühler laufend, was ihn in IP66/69K-Edelstahlausführung 

auch für die Lebensmittelindustrie geeignet macht. 

Fotos: Autorenbild: Marel, Aufmacher + 01: Momentum Technologies GmbH 

www.momentum-tec.de 

DIE IDEE 

„Momentum-Trommelmotoren sind 

leistungsstark, kühl, trocken und 

robust. Darüber hinaus ist der 

Service von Momentum Technologies 

wirklich hervorragend und auf 

den Punkt.“ 

Andri Sveinsson, Projektmanager 

Innovation, Marel 

Hochleistungs Elektrozylinder 

Intelligente Antriebstechnik 

mit RACOmatic ® 

Ermöglicht Bewegungsprofile 

weg- und kraftgesteuert im 

Maschinen- und Anlagenbau 

SPANNVORRICHTUNGEN 

STELLEINRICHTUNGEN 

HUBEINRICHTUNGEN 

SCHWENKEINRICHTUNGEN 

RACO-ELEKTRO-MASCHINEN GmbH 

raco.de


ANTRIEBSSIMULATION 

SCHWINGUNGEN PER SOFTWARE 

ANALYSIEREN 

D. Marano, Senior Transmission Engineer, GearLAB; 

L. Pascale, Senior Transmission Engineer, GearLAB; 

J. Langhart, Senior Engineer – Global sales, KISSsoft AG; 

S. Ebrahimi, Software Developer, KISSsoft AG; 

T. Giese, Technical Director, FunctionBay GmbH 

Elektrische Antriebe haben charakteristische 

Geräusche, die aus den elektromagnetischen 

Kräften, dem Antriebsstrang und anderen 

Quellen entstehen. Die Geräusche sind dabei 

nichts Anderes als Schwingungen im 

Antriebssystem. Um diese schon früh 

vorherzubestimmen und wenn möglich zu 

vermeiden, gibt es leistungsfähige 

Variantenrechnungen und Simulationssoftware. 

Der im Folgenden analysierte E-Antrieb ist ein zweistufiges 

Getriebe mit einem Gang, welches die Vorderachse 

eines Elektrofahrzeugs antreibt, wie im Bild oben dargestellt. 

Die Auslegung und Lebensdauerberechnung des 

Antriebstranges wird in KISSsys durchgeführt. 

Die Leistung wird von einem Permanentmagnet-Synchronmotor 

über eine Keilwellenverbindung auf die Antriebswelle übertragen. 

Die elektrische Maschine hat 2p=6 Pole und s=36 Statornuten. 

Die Abtriebsstufe beinhaltet auch das Differentialgehäuse. 

Der Differential-Triebsatz wird in der vorliegenden Arbeit nicht 

berücksichtigt. 

In Bild 01 sind die Tragbilder und Eingriffsstrecken der Zahnräder 

für zwei Auslegungen angegeben, und zwar für Zahnräder 

mit niedriger Überdeckung (LCR) und Zahnräder mit hoher 

Überdeckung (HCR), welche eine Profilüberdeckung ε_α von 

über 2 erreichen. Für beide Auslegungen ist die Eingriffsordnung 

der ersten Stufe 23,00 und die Eingriffsordnung der zweiten Stufe 

9,98. Die Ordnung 1 bezieht sich auf die Welle der elektrischen 

Maschine. 

GERÄUSCH- UND SCHWINGUNGSSIMULATION 

DES E-ANTRIEBES 

Die Simulationen werden durchgeführt, um die Optimierung des 

HCR-Getriebes gegenüber des LCR-Getriebes in Bezug auf die 

Drehwegabweichung (PPTE), den Zahneingriff und die Lagerkräfte 

zu bewerten. Die aus der HCR-Getriebesimulation resultierende 

äquivalente Abstrahlleistung (ERP) des Gehäuses wird 

analysiert. Die Modifikationen der Zahnrad-Mikrogeometrie 

wurden mit Hilfe von KISSsys entworfen: Schrägungswinkelmodifikation 

und Balligkeiten wurden angewendet, um den Breitenlastfaktor 

K_Hβ zu reduzieren, während die Kopfrücknahme und 

die Profilballigkeit angewendet wurden, um den Kontaktstoß zu 

eliminieren und die Drehwegabweichung zu optimieren. Die folgenden 

Ergebnisse werden für ein Eingangsdrehmoment von 

60 Nm (fast 50 % des Nenndrehmoments) bei 1000 U/min erzielt. 

ANALYSE DER ERZWUNGENEN SCHWINGUNG 

Die Forced-Response-Analyse wurde mit RecurDyn, einer Mehrkörperdynamik-Software 

(MBD), durchgeführt, wobei sich die 

Getriebedaten dafür aus dem KISSsys-Modell importieren lassen. 

Es wurden vier Simulationen nach dem folgenden Schema 

durchgeführt: 

n LCR- und HCR-Getriebe, starres Gehäuse 

n LCR- und HCR-Getriebe, flexibles Gehäuse 

Um die Auswirkung einer höheren Überdeckung auf den dynamischen 

Übertragungsfehler und die Zahneingriffskraft besser zu 



DIE IDEE 

01 Auswirkung der Modifikationen auf das in mit der Software berechnete Tragbild und 

den statischen PPTE 

verstehen – welche wiederum die transienten Lagerkräfte bestimmen 

– wird die erste Simulation mit starrem Gehäuse durchgeführt. 

Die Hauptanregungsordnungen sind wie folgt: 

n Ordnungen 23 und 46: jeweils erste und zweite Harmonische 

der Zahneingriffsfrequenz für die erste Zahnradstufe. 

n Ordnungen 10, 20 und 30: jeweils erste, zweite und dritte Harmonische 

der Zahneingriffsfrequenz für die zweite Zahnradstufe. 

Außerdem wird das Oberschwingungsspektrum des Signals analysiert. 

Die Ergebnisse bestätigen eine deutliche Reduzierung der 

Amplituden der Eingriffsordnungen sowohl für die erste als auch 

für die zweite Stufe des Getriebes zwischen den HCR- und LCR- 

Getriebeausführungen. 

Im weiteren Verlauf wurden die Zahneingriffskräfte (FM) aufgetragen 

und deren Oberwellen analysiert. Für den ersten Fall 

sind die dominierenden Ordnungen diejenigen, welche mit den 

Zahneingriffsfrequenzen der ersten Untersetzungsstufe zusammenhängen; 

für das LCR-Getriebe ist neben der Ordnung 10 und 

ihren Oberwellen vor allem die Ordnung 23 auffällig. 

Zusätzlich wurden die Lagerkräfte verglichen und das Frequenzspektrum 

grafisch dargestellt. Da die Lager die dynamische Belastung 

auf das Gehäuse übertragen, führt eine Verringerung des 

Oberwellenanteils der Lagerkräfte zu einer Verringerung der Gehäuseanregung, 

was letztlich zu einer Reduzierung des Gesamtgeräuschpegels 

führt. 

Bei allen Lagern hat sich die Amplitude verringert, auch wurden 

die meisten Oberschwingungen durch den Ersatz des LCR-Zahnradsatzes 

durch den HCR-Zahnradsatz reduziert. Bei den Lagern 

auf der Eingangswelle beziehen sich die Hauptordnungen auf die 

Eingriffsfrequenz der ersten Stufe des Getriebes und deren Oberschwingungen. 

Für die Lager auf der Zwischenwelle sind die 

Zahneingriffsfrequenzen der ersten und zweiten Stufe vorhanden. 

Bei den Lagern auf der Abtriebswelle beziehen sich die Hauptordnungen 

auf die Zahneingriffsfrequenz der zweiten Stufe und deren 

Oberschwingungen. 

„Mit unserer Methode und 

der der verwendeten 

Software Kisssys ist es uns 

gelungen, den E-Antrieb zu 

simulieren. So konnten zwei 

verschiedene Konfigurationen 

hinsichtlich der 

Geräuschentwicklung 

miteinander verglichen 

werden. Auch konnte das 

Ausmaß der Schwingungen 

am Gehäuse mit Konturdiagrammen 

dargestellt 

werden.“ 

Davide Marano, Senior 

Transmission Engineer, 

GearLab, Modena 

AKUSTISCHE ABSTRAHLLEISTUNG (ERP) 

Die akustische äquivalente Abstrahlleistung (ERP) ist definiert 

als: 

e_ERP=f_RLF∙1/2∙C∙ρ∙∑(A_i∙v_i^2 ) (1) 

wobei f_RLF der Strahlungsverlustfaktor, C die Schallgeschwindigkeit, 

ρ die Dichte des Gehäuses, das die Schwingung (d. h. das 

Geräusch) auf die Luft überträgt, A_i die Fläche auf der i-ten flexiblen 

Platte und v_i die Flächennormalgeschwindigkeit auf der i- 



02 Vergleich zwischen dem 

LCR-Getriebe und dem 

HCR-Getriebe in Bezug auf das 

Geräuschverhalten: die helleren 

Bereiche zeigen eine höhere 

Schallleistungsabstrahlung 

ten flexiblen Platte darstellt. Weitere Details sind im Handbuch 

von Functionbay (2020) zu finden. 

Im Bild 02 auf dieser Seite wird der Vergleich zwischen dem 

LCR-Getriebe und dem HCR-Getriebe in Bezug auf die äquivalente 

Abstrahlleistung (ERP) dargestellt: die helleren Bereiche sind 

repräsentativ für eine höhere Schallabstrahlleistung, was die 

Wirksamkeit von Hochverzahnungen zur Verbesserung des NVH- 

Verhaltens bestätigt. Die grafische Darstellung ist sehr hilfreich, 

um zu verstehen, welchen Beitrag die einzelnen Gehäusestellen 

zur Geräuschemission leisten, und um spätere Konstruktionsänderungen 

(lokale Versteifung des Gehäuses, z. B. durch Rippen) 

vorzunehmen. 

ZUSAMMENFASSUNG 

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methodik zur Analyse des 

NVH-Verhaltens einer E-Achse von einem Fahrzeug aufgezeigt. 

Das EV-Getriebe wurde mit KISSsys entworfen und die Verzahnungen 

mittels geeigneter Flankenmodifikationen optimiert. Die 

E-Achse wurde als vollflexibles Mehrkörpersystem in RecurDyn 

modelliert und die erzwungene Schwingung bei konstanter 

Drehzahl des Elektromotors berechnet. 

Das NVH-Verhalten von Getrieben mit hohem Überdeckungsverhältnis 

(HCR) erhielt eine dementsprechende Bewertung in 

Bezug auf das Standard-ISO-53-Getriebeprofil A. Die Drehwegabweichung 

(PPTE), der Zahneingriff und die transienten Lagerkräfte 

wurden für beide Konfigurationen verglichen, was die Verbesserung 

des NVH-Verhaltens vom E-Antrieb durch die HCR- 

Verzahnung im Vergleich zur LCR-Verzahnung aufzeigt. 

Schließlich fand ein Vergleich von den äquivalenten Abstrahlleistungen 

(ERP) des Gehäuses statt, die sich aus den Simulationen 

des ISO-53-Profils A und der HCR-Verzahnungen ergeben, 

wo eine deutliche Reduzierung der Oberflächennormalgeschwindigkeiten 

ersichtlich wurde. Die kritischen Bereiche für 

die Optimierung des Gehäuses ließen sich mit Hilfe von Grafiken 

aufzeigen. 

Fotos: Kisssoft AG 

www.kisssoft.com 

IMPRESSUM 

erscheint 2021 im 60. Jahrgang, 

ISSN 0722-8546 / ISSN E-Paper: 2747-7991 

REDAKTION 

Redakteure: Miles Meier (mm), Tel.: 06131/992-208, 

E-Mail: m.meier@vfmz.de 

(verantwortlich i.S.d. § 18 Abs. 2 MStV) 

Ivo Greuloch (Vol.) (ig), Tel.: 06131/992-353, 

E-Mail: i.greuloch@vfmz.de 

Vanessa Weingärtner (Vol.) (wv), Tel.: 06131/992-352, 

E-Mail: v.weingaertner@vfmz.de 

Redaktionsassistenz: 

Melanie Lerch, Tel.: 06131/992-261, 

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

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

E-Mail: redaktionsassistenz_vfv@vfmz.de, 

(Redaktionsadresse siehe Verlag) 

GESTALTUNG 

Anette Fröder, Sonja Daniel, Conny Grothe 

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 

Anzeigendisposition: Heike Rauschkolb, 

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

Anzeigenpreisliste Nr. 57: gültig ab 1. Oktober 2020 

LESERSERVICE 

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Große Hub 10, 65344 Eltville, 

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Änderungen Ihrer Bezugsdaten schriftlich mit 

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

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weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor 

Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. 

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Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz 

Postfach 100465, 55135 Mainz 

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MARKTPLATZ 

APP-GESTÜTZT ZU SMARTEN MASCHINENKONZEPTEN 

Für sein mit „cynapse“-Funktion ausgestattetes Getriebe bietet Wittenstein 

ab sofort Services über die Automatisierungsplattform ctrlX von Bosch 

Rexroth an. Nutzer können diese direkt in ihre Systeme einbinden. 

Die smarten Getriebe mit cynapse verfügen über ein integriertes Sensormodul, 

das die Voraussetzungen für Industrie-4.0-Konnektivität schafft. 

Für eine kombinierte Analyse von Maschinen- und Sensordaten lassen sich 

ergänzend Software-Services nutzen, die in Form von Apps einfach herunter 

geladen werden können. Dazu Hans Michael Krause, Leiter des Produktmanagements 

ctrlX World bei Bosch Rexroth: „Mit der Automatisierungsplattform 

ctrlX Automation wird die Offenheit von cynapse genutzt und die 

einfache Integration übergreifender Applikationen unterstützt. So können 

Anwender Smart Services von Wittenstein einfach in ihre Systemlösung einbinden. Dies ermöglicht die schnelle und einfache 

Umsetzung von Condition Monitoring, Process Monitoring und Überwachung des Antriebsstrangs.“ 

www.boschrexroth.com 

NON-SEAL PUMPEN 

MIT E-MONITOR 

FREILÄUFE 

Rücklaufsperren • Überholkupplungen • Vorschubfreiläufe 

1 230 000 Nm 

Die Nikkiso Spaltrohrmotorpumpen 

von Lewa werden 

häufig für Transfer- und 

Zirkulationsaufgaben leicht 

entflammbarer, explosiver 

oder toxischer Fluide in der 

chemischen sowie petrochemischen 

Industrie 

eingesetzt. Um ihre Betriebssicherheit 

und Zuverlässigkeit 

bei diesen anspruchsvollen 

Aufgaben weiter zu verbessern, 

werden alle Modelle der 

Marke Non-Seal mit einem 

E-Monitor ausgestattet, der 

den Verschleißzustand der 

Gleitlager während des 

Pumpenbetriebs erfasst und 

damit eine vorausschauende 

Instandhaltung ermöglicht. 

So weist eine grüne LED auf 

einen guten Zustand hin, 

während ein gelbes Licht 

signalisiert, dass die Pumpe 

beim nächsten Anlagenstillstand 

überprüft werden 

sollte. Bei einer rot aufleuchtenden 

LED muss die Pumpe 

sofort außer Betrieb genommen 

werden. Auf diese Weise 

lässt sich der Lagerverschleiß 

frühzeitig erkennen und die 

notwendige Wartung besser 

einplanen. 

www.lewa.de 

www.ringspann.de


COBOTS MIT GROSSEM AKTIONSRADIUS 

ERWEITERTE EINSATZMÖGLICHKEITEN 

VON KOLLABORIERENDEN ROBOTERN 

Kleine kollaborierende Roboter (Cobots) sind 

immer dann gefragt, wenn bei der 

Automatisierung von Maschinen und Anlagen 

eine dauerhafte Zusammenarbeit von Menschen 

und Roboter erforderlich ist. Das Fraunhofer IEM 

in Paderborn hat mit Unterstützung von 

RK Rose+Krieger eine Cobot-Lösung mit großer 

Reichweite in drei Dimensionen entwickelt und 

damit die Einsatzmöglichkeiten von 

kollaborierenden Robotern erweitert. 

Bernd Klöpper ist Marketingleiter bei der RK Rose+Krieger GmbH in Minden 

Kollaborierende Roboter heben schwere Gegenstände 

oder übernehmen monotone, einseitig belastende Aufgaben, 

wie das wiederholgenaue Anreichen von Teilen. 

Damit entlasten sie den Produktionsmitarbeiter und 

schonen seine Gesundheit. Auch für bahngesteuerte Tätigkeiten, 

die ein Mensch entweder nicht so präzise, dauerhaft oder 

schnell und sicher ausführen kann wie eine Maschine, bieten 

sie sich an. Dazu zählt z. B. das Eindrehen filigraner Schrauben 

oder das Realisieren von Niet- oder Klebeverbindungen. Zudem 

leisten die kleinen Roboter wertvolle Dienste in Zeiten des 

Fachkräftemangels; fehlt es doch in vielen Bereichen an qualifizierten 

Mitarbeitern. Gut ausgebildete und erfahrene Schweißer, 

die präzise Schweißverbindungen herstellen können, sind 

nur noch schwer zu finden. Eine exakte Schweißnaht ist für einen 

Cobot – einmal angelernt – kein Problem. 

OPTIMALE VORAUSSETZUNGEN SCHAFFEN 

Damit ein kollaborierender Roboter erfolgreich arbeiten kann, 

sollten vor der Anschaffung einige grundlegende Fragen be- 



antwortet werden. Dazu zählt neben der eigentlichen Aufgabenstellung 

auch die Frage nach dem Aktionsradius und – daraus resultierend 

– nach der erforderlichen Anzahl der Antriebsachsen. 

Dabei lässt sich der Bewegungsspielraum des Cobots auf einfachstem 

Weg mithilfe von Linearachsen und elektrischen Hubsäulen 

erreichen. Wie komplex dabei Installation und steuerungstechnische 

An- bzw. Einbindung in das Produktionsumfeld sein werden, 

gibt die Aufgabe des Roboters vor. Zudem muss neben der Sicherheit 

des Cobots an sich auch die Sicherheit sämtlicher Achsen im 

Sinne der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gewährleistet sein; 

schließlich haftet der Betreiber persönlich. 

Zu den komplexeren Anwendungen von kollaborierenden Robotern, 

die hohe Anforderungen an zuverlässige Wiederholgenauigkeit 

und dauerhafte Präzision stellen, zählen u. a. anspruchsvolle 

Schweißarbeiten. Eine solche Cobot-Lösung mit großer Reichweite 

in drei Dimensionen entwickelte das Fraunhofer IEM in Paderborn 

mit Unterstützung der RK Rose+Krieger GmbH aus Minden. Bei der 

Konzeption eines robotergestützten Handling- und Bearbeitungssystems 

zum Schweißen zylindrischer Stahltanks übernahm das 

Team des Fraunhofer IEM Konzeption und Realisierung der Roboterapplikation 

inklusive der Steuerungs- und Benutzerschnittstellen-Programmierung, 

der Integration fortschrittlicher Regelungsansätze 

und des elektrischen Aufbaus. RK Rose+Krieger entwickelte 

die Lösung zur kugelförmigen Erweiterung des Arbeitsbereichs des 

Schweiß-Cobots – das Raumportal – auf Basis seines Profil- und 

Lineartechnik-Baukastens. 

SYNCHRONISIERTE BEWEGUNGSACHSEN 

Das Grundgerüst des Raumportals besteht aus Blocan-Aluminiumprofilen 

unterschiedlicher Baugrößen. Es kann auf zwei parallel angeordneten, 

zahnriemengetriebenen Linearachsen vom Typ RK 

DuoLine Z 80 Protect über eine Strecke von 1500 mm in der Horizontalen 

verfahren werden. Zwei weitere, ebenfalls parallel verlaufende 

RK DuoLine Z 80 Protect bilden die Z-Achse des Raumportals. 

Sie bewegen eine Rollenführungs-Linearachse vom Typ RK 

MonoLine Z 120 vertikal über 1500 mm. An dieser Linearachse ist 

der Cobot mit der Bearbeitungseinheit montiert. Das Raumportal 

erweitert den Arbeitsbereich des kollaborierenden Roboters 

(Durchmesser max. 2 650 mm) um den ansonsten nicht erreichbaren 

zylinderförmigen Bereich über- und unterhalb seiner Basis. Da- 

01 Durch das Raumportal des robotergestützten 

Handling- und Bearbeitungssystems können alle fünf 

Achsen und der Roboter zusammen synchronisiert 

verfahren werden


Cobot sowie einem Setago-Pick2Light-System, erhält man einen 

sicheren, kollaborativen, ergonomischen und fehlerfreien Montagearbeitsplatz. 

Die ursprünglich aus der Intralogistik und Kommissionierung 

stammende Pick2Light-Anwendung wird immer häufiger in produzierenden 

Unternehmen zur Unterstützung der Mitarbeitenden 

eingesetzt. Sie gibt dem Mitarbeiter in der Produktion über 

ein grünes Licht vor, welches Teil er aus welchem Bereitstellungskasten 

nehmen und montieren muss und führt ihn so durch den 

Montageprozess. Bei Fehlgriffen leuchtet das Licht rot. Jeder Arbeitsschritt 

wird vorgegeben und nach Durchführung bestätigt. 

Dies erfolgt entweder über einen Sensor, der die Entnahme des 

richtigen Teils überwacht oder durch Bestätigung mittels Taste 

oder Fußschalter. Auf diese Weise können vor allem bei hoher 

Variantenvielfalt Produktionsfehler in der Bauteilmontage vermieden 

werden. 

02 Eine vom Fraunhofer IEM entwickelte Industriesteuerung 

synchronisiert die sechs Bewegungsachsen des Roboters mit den drei 

Achsen des Raumportals 

mit kann er innerhalb der gesamten Portalstruktur ohne jegliche 

Einschränkung agieren. Die Baugröße von Portal und Achsen 

lässt sich individuell an die Größe des Cobots und die Anforderungen 

der jeweiligen Anwendung anpassen. 

Für das synchrone Verfahren aller Achsen führten die Spezialisten 

des Fraunhofer IEM die sechs Achsen des Industrieroboters 

mit den drei Achsen des Raumportals in einer Industriesteuerung 

zusammen. Für eine reibungslose Kommunikation 

zwischen Cobot und Raumportal sorgen dabei intelligente Sensoren 

und Algorithmen. Das Ergebnis sind synchronisierte Bewegungen 

von Portal und Roboter sowie die einfache Anpassung 

des Systems an sich ändernde Anwendungsszenarien ohne aufwendige 

Umbau- und Rüstarbeiten. Zudem werden Abweichungen 

der Bauteile von der ursprünglichen CAD-Konstruktion etwa 

aufgrund von Materialschwankungen oder Schweißverzug während 

des Prozesses sensorbasiert kompensiert. Zusätzliche positive 

Nebeneffekte ergeben sich aus der Steifigkeit des Raumportals, 

die eine hohe Präzision beim Einsatz des Werkzeugs garantiert, 

und den im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern deutlich 

geringeren Kosten. 

VIELZÄHLIGE ARBEITSERLEICHTERUNGEN 

MÖGLICH 

Bei einfacheren Cobot-Lösungen steht häufig die Arbeitsplatzergonomie 

im Vordergrund. Auch in diesen Fällen lässt sich der 

Aktionsradius der kleinen Roboter mit Lineartechnik aus dem 

Produktportfolio von RK Rose+Krieger erweitern. So können sie 

mithilfe von Hubsäulen wie dem Powerlift Z elektrisch in der Höhe 

verstellt werden (Y-Achse). Linearachsen aus der RK MonoLineoder 

RK DuoLine-Baureihe verfahren sie zusätzlich auf der X- und 

Z-Achse und erweitern so ihre Reichweite im Raum, z. B. um mehrere 

Arbeits- oder Ablageplätze miteinander zu verknüpfen. 

Denkbar ist auch, den Cobot zusätzlich auf eine Drehvorrichtung 

zu montieren und ihn so um die Y-Achse rotieren und damit an 

verschiedenen Orten arbeiten zu lassen. In Verbindung mit höhenverstellbaren 

Arbeitsplätzen, wie dem RK Easywork, und Pickto-light-Systemen 

eröffnet dies ganz neue Montagekonzepte. 

Der RK Easywork-Montagarbeitsplatz ist vor allem attraktiv für 

Klein- und Mittelserien, deren Nutzung nicht dauerhaft festgesetzt 

ist. Ausgerüstet mit Multilift II-Hubsäulen für die elektrische 

Höhenverstellung ist der robuste Arbeitstisch mithilfe seines 

Baukastensystems auch nach Jahren erweiterbar und in seiner 

Funktionalität veränderbar. Kombiniert man ihn in der Bauteilmontage 

mit einem per Linearachse und Hubsäule mobilisierten 

FAZIT 

Ob einfache Handlingunterstützung oder komplexe Bauteilbearbeitungen 

– kollaborierende Roboter übernehmen zuverlässig 

schwere oder monotone Arbeiten, die einen Menschen auf Dauer 

zu stark belasten. Sie arbeiten präzise und wiederholgenau ohne 

zu ermüden und tragen damit zu einer Fehlervermeidung bei. 

Die intelligente Verknüpfung mit Lineartechnik erweitert ihren 

Aktionsradius um ein Vielfaches. 

Fotos: Aufmacher+02 Fraunhofer IEM; sonst. Rose+Krieger 

www.rk-rose-krieger.com 

DIE IDEE 

„Dank moderner Steuerungs- und 

Sicherheitstechniken können Menschen 

und Roboter interaktiv zusammenarbeiten. 

Vielfach wird die einfache Inbetriebnahme 

beworben und gleichzeitig 

suggeriert: ‚Einfach mal kaufen und 

dann probieren, was man damit alles 

machen kann.‘ Doch das Probieren 

kostet Zeit und Geld. Vor der Anschaffung 

eines Cobots sollte mindestens ein 

Konzept und eine Vorstellung davon 

vorliegen, was mit einem Cobot erreicht 

werden soll. Erst dann wird eine 

‚einfache‘ Investition auch ein Erfolg.“ 

Hartmut Hoffmann, Geschäftsführer, 

RK Rose+Krieger GmbH 


MARKTPLATZ 

SERVOMOTOR, ELEKTRONIK- UND STEUERGERÄT ALL INCLUSIVE 

Neu im Angebot von Siei-Areg ist KFM 24 Safety, eine Antriebsserie für Maschinenschutztüren, 

die als Niederspannungsvariante mit integriertem Profinet-Feldbus 

die Sicherheitsfunktionen PLd und SIL2 beinhaltet. 

KFM 24 Safety ergänzt die Baureihen KFM05a und KFM Safety des Herstellers. 

Spezialisiert ist Siei-Areg, eine Tochter der Gefran SPA, auf integrierte Positionierund 

Türantriebe sowie Servomotoren. Mit der neuen Baureihe KFM 24 Safetybietet 

das Unternehmen ab sofort einen Maschinenschutztürantrieb an, der aus einem 

Servomotor sowie einem Elektronik- und Steuergerät mit verschiedenen Anschlussoptionen 

besteht. Das Kompaktmodell lässt sich platzsparend integrieren. 

Aufgrund des hohen Drehmoments kann unter Umständen auf ein gesondertes 

Getriebe verzichtet werden. Die Versorgungsspannung des KFM 24 Safety liegt 

zwischen 24 und 48 VDC, der Wirkungsgrad wird mit mehr als 90 % beziffert. Der Antrieb entwickelt zudem nur wenig 

Wärme, sodass Leistungsverluste reduziert werden können. 

www.sieiareg.de 

MOTION-CONTROLLER 

FÜR ANSPRUCHSVOLLE 

AUFGABEN 

Mit SVTE-A stellt Servotecnica 

Servoregler für die Steuerung 

von bürstenlosen Servo-, 

Schritt- und bürstenbehafteten 

DC-Motoren vor, die im 4-Quadranten-Betrieb 

mit Bremsenergierückspeisung 

arbeiten. 

Die Regler wurden für den 

Niederspannungs- oder 

Batteriebetrieb, wie etwa in 

fahrerlosen Transportsystemen 

oder portablen Applikationen 

entwickelt. Sie eignen sich für 

die Hutschienen- und Schaltschrankmontage 

und bieten 

integrierte PLC-Funktionen 

über analoge Eingänge sowie 

digitale Ein- und Ausgänge. Alle 

Modelle sind mit CanOpen 

DS301-Schnittstelle und je 

nach Geräteprofil mit DS402 

erhältlich. Darüber hinaus 

können sie mit EtherCAT- und 

Profinet-Optionen geliefert 

werden. SVTE-A unterstützt 

Inkrementalgeber, digitale 

Hallsensoren und Sinus-Cosinus-Geber. 

Der Betriebstemperaturbereich 

der Servoregler 

liegt zwischen -40°C und +70°C. 

Die Einspeisung variiert 

zwischen 35 A Nennstrom und 

100 A Spitzenstrom in einem 

Spannungsbereich von 9 VDC 

bis 60 VDC. 

www.servotecnica.de 

Wir können mehr 

als perfekte 

Stoßdämpfer. 

5-Sterne-Service inklusive! 

Jedes unserer über 3.800 Produkte für die industrielle Dämpfungstechnik 

entspricht höchsten Anforderungen an Zuverlässigkeit, Präzision und Funktionalität. 

Das gilt gleichermaßen für unseren Service. 

Das Ergebnis: Gemeinsame Erfolge. 

Alles. Immer. Top. 

Mehr Info? 

T+49 (0)2173-9226-10 

Fordern Sie den 

kostenlosen ACE 

Katalog an! 

www.ace-ace.de

XXX SPECIAL: AUTOMATION UND ROBOTICS 

KÜNSTLICHE INTELLIGENZ 

MACHINE-LEARNING FÜR „JEDERMANN“ 

Ein automatisiertes Machine-Learning-Tool für den Maschinenund 

Anlagenbau führt die Datenanalyse selbstständig aus. 

Maschinenexperten haben damit die Möglichkeit, auch ohne 

spezialisierte Data-Science-Fachkenntnisse effektive 

Automatisierungslösungen zu finden. 

Dr.-Ing. Rolf Sohrmann ist BDM Industrial 

Analytics & IoT bei Weidmüller Interface 

GmbH & Co. KG in Detmold 

DIE IDEE 

Seit einigen Jahren schon werden die Fantasien der Ingenieure und Anlagenbauer 

beflügelt durch die Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz (KI). Die Erhebung 

und Veredelung von Daten ermöglichen eine gesteigerte Effizienz und Produktivität. 

Möglich gemacht werden sollen diese mittels Machine Learning Algorithmen. 

Was zunächst sehr deep-tech klingt, bietet konkrete Vorteile für die Smart Industry. 

Maschinen und Anlagen bzw. Produktionsprozesse erzeugen kontinuierlich Daten. Unternehmen 

können aus diesen Daten einen Mehrwert generieren. Ein Mehrwert erschließt 

sich vor allem im Bereich der Datenanalyse, so z. B. bei Predictive Maintenance. Vereinfacht 

ausgedrückt, meldet die Maschine selbständig, wann voraussichtlich ein Ersatzteil benötigt 

wird. So können Maschinenbauer zukünftig neue datengetriebene Services anbieten. Produzierende 

Unternehmen erhöhen ihre Produktqualität und reduzieren Kosten. 

Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und insbesondere des Machine Learnings (ML) 

sind Werkzeuge, die zur Analyse der Maschinendaten eingesetzt werden. Diese erlauben es, 

bisher unerschlossene Daten zu verknüpfen und unbekannte Zusammenhänge zu identifizieren. 

Aber was steckt genau hinter Data Science? Was versteht man eigentlich unter „Automated 

Machine Learning“? 

AUTOMATISIERTES MASCHINELLES LERNEN 

Das Konzept von Weidmüller ist der einfache Einsatz von KI mittels einer Automated Machine 

Learning Software für den Maschinen- und Anlagenbau. Dazu hat Weidmüller die 

Anwendung von ML für industrielle Applikationen soweit standardisiert und vereinfacht, 

dass Domänenexperten ohne Expertenwissen im Bereich Data Science eigenständig ML- 

Lösungen erzeugen können. Das Software-Tool führt den Anwender durch den Prozess 

der Modellentwicklung, weshalb Weidmüller hier auch von „Guided Analytics“ spricht. 

„Die Entwicklung von Industrial 

Analytics-Lösungen erfordert in der 

Regel das spezifische Know-how 

eines Data Scientists. Mit unserem 

Automated Machine Learning-Tool 

können Sie KI- und ML-basierte 

Modelle ohne externe Beratung 

eigenständig erstellen.“ 

Dr.-Ing. Rolf Sohrmann, 

BDM Industrial Analytics & IoT, 

Weidmüller Interface GmbH & Co. KG 


SPECIAL: AUTOMATION UND ROBOTICS XXX 

Maschinen- und Prozessexperten können einfach, ohne die Hilfe 

von Data Scientisten, ML-Modelle erstellen, modifizieren und zur 

Ausführung bringen, um Ausfallzeiten und Fehler zu reduzieren, 

Wartungsarbeiten zu optimieren und die Produktqualität zu erhöhen. 

Die Software hilft bei der Übersetzung und Archivierung des 

komplexen Applikationswissens in eine verlässliche Machine Learning-Anwendung. 

Dabei fokussiert sich der Experte auf sein Wissen 

zum Maschinen- und Prozessverhalten und verknüpft dieses mit 

den im Hintergrund ablaufenden ML-Schritten. 

Automated Machine Learning kann in vielen Bereichen seine 

Anwendung finden, von der Erkennung von Anomalien, deren 

Klassifizierung bis zur Vorhersage. Um jedoch Anomalien zu erkennen 

und daraus Vorhersagen zu treffen, z. B. für das Predictive 

Maintenance, müssen die Daten erfasst und in Beziehung zueinander 

gesetzt werden. 

ZWEI FUNKTIONEN: ANALYSE UND 

AUSFÜHRUNG 

Für den Anwender stellt die Software im Wesentlichen zwei Module 

zur Verfügung. Mit dem Modell Builder kann der Domänenexperte 

ML-Lösungen zur Anomalieerkennung, Klassifikation und 

Fehlervorhersage erzeugen. Entscheidend hierbei ist das Wissen 

der Applikationsexperten, denn sie haben die Erfahrung, wie das 

reguläre oder das anormale Verhalten ihrer Maschinen und Anlagen 

aussieht. Die Experten erkennen direkt in der übersichtlichen 

Darstellung der Daten Abweichungen vom „normalen“ Verhalten, 

können diese detektieren und klassifizieren und so für die Modellbildung 

definieren. 

Der mit dem Applikationswissen angereicherte Datensatz ist 

die Eingangsgröße für das anschließende automatische Generieren 

der ML-Modelle. Dabei entstehen ML-Lösungen, die mit den 

von Data Scientists manuell erstellten Lösungen durchaus vergleichbar 

sind. Dem Anwender werden mehrere Modelle vorgeschlagen, 

die auf unterschiedlichen Algorithmen und Werteparametern 

beruhen. Am Ende des Modellbildungsprozesses wählt 

der Nutzer das für seine Applikation am besten geeignete Modell 

nach bestimmten Kriterien wie Modellgüte, Ausführungszeit oder 

seinen bevorzugten Parametern aus. Im zweiten Modul der AutoML 

Software erfolgt schließlich die Ausführung der Modelle an 

der Maschine – on premise oder Cloud-basiert – in der sogenannten 

Laufzeitumgebung. 

KEIN SPEZIFISCHES DATA-SCIENCE-WISSEN 

NOTWENDIG 

Die Möglichkeiten des Machine Learnings werden mit dem immer 

breiter werdenden Spektrum größer. Das macht es nicht unbedingt 

einfacher, ohne spezifische Data Science Kenntnisse die bestmögliche 

Erstellung und Implementierung sowie die operative Anwendung 

von ML zu erreichen. Mit anderen Worten: die Erstellung von 

ML Modellen ist in der Regel zeitaufwändig und kostenintensiv in 

der Umsetzung. 

Die Analyse der Daten für ML Modelle werden daher in der Regel 

von einem Data Scientist eines externen Partners oder aus dem 

eigenen Unternehmen durchgeführt. Das AutoML Tool von Weidmüller 

übernimmt diese Aufgabe selbst. Es muss „lediglich“ gefüttert 

werden mit dem Applikationsknowhow des Experten. Die 

Symbiose aus Fachexpertise zur Maschine und Data Science 

Fachwissen – was das Tool mitbringt – liefert ohne umfangreiche 

Schulung Ergebnisse. Bereits in einer Stunde lässt sich ein Modell 

aufsetzen, welches automatisiert Anomalien erkennt. Gleichzeitig 

fließen kontinuierlich die jeweils aktuellsten Entwicklungen 

aus dem Machine Learning Umfeld in das Tool. 

Dennoch ist zu beachten: Die Arbeit mit zeitreihenbasierten Daten 

und gängigen ML-Algorithmen allein implementieren noch 

nicht die ideale Automatisierungslösung. Der Schlüssel zum Erfolg 

liegt im gezielten Zuschnitt der ML-Automatisierung durch die 

sukzessive Verkleinerung des Suchraumes. Genauer: Je breiter der 

Anwendungsbereich sein soll, desto allgemeiner müssen die ML- 

Pipelines ausgestaltet sein. 

Es ist offensichtlich, dass die Überwachung eines Kühlsystems 

basierend auf Steuerungsdaten eine andere Herangehensweise benötigt 

als die Überwachung eines Lagers mit Hilfe von Schwingungsdaten. 

Werden also z. B. spezifische ML-Lösungen für die in 

der Intralogistik üblichen Regalbediengeräte aufgebaut, so können 

hier – bei entsprechender Datenlage – sehr gute Ergebnisse erzielt 

werden. Auch für Cluster wie Motoren/Pumpen/Kompressoren/ 

Gebläse sind die Vorteile von spezifischen ML-Lösungen offenkundig. 

U. a. sind Motoren häufig überdimensioniert. Hier lassen 

sich mit ML-Lösungen oftmals Optimierungsansätze realisieren. 

Fotos: Weidmüller Interface GmbH & Co. KG 

www.weidmueller.de


INTELLIGENTE DATENVERARBEITUNG 

SMARTE SENSOREN ENTSCHEIDEND 

FÜR INDUSTRIE-4.0-ANWENDUNGEN 

Neue smarte Inertialsensoren schaffen ideale Voraussetzungen für automatisierte 

Anwendungen wie selbstlernende Maschinen oder ferngesteuerte Frachtschiffe. 

Ihr Vorteil gegenüber analogen und digitalen Messinstrumenten ist die 

Vorverarbeitung und Komprimierung immenser Datenmengen. 

In den vergangenen Jahren hat eine rasante technische Entwicklung stattgefunden 

und im Maschinenbau und in der Automatisierungstechnik zahlreiche 

neue Anwendungen möglich gemacht. Roboter arbeiten inzwischen als „Cobots“ 

ohne Schutzkäfig Seite an Seite mit Menschen. Hochempfindliche Sensoren 

erfassen dabei jede Bewegung im Arbeitsbereich des Roboters und verhindern 

so eine Kollision des Cobots mit seinen Kollegen aus Fleisch und Blut. Dank 

künstlicher Intelligenz sind die kompakten Roboter zudem immer leichter zu programmieren 

und trainieren sich sogar selbstständig neue Bewegungsabläufe an. 

Sensoren bilden darüber hinaus die Basis einer neuen Maschinen-Generation, 

die sich quasi selbst überwacht und dem Bedienpersonal meldet, wenn einzelne 

Komponenten ausgetauscht werden sollten. Predictive Maintenance (vorausschauende 

Wartung) wird diese intelligente Technologie genannt, die u. a. 

im Schienenverkehr Verwendung findet. Hier messen Inertialsensoren für die 

Trägheitsbestimmung in der „kontinuierlichen Zustandsüberwachung“ sowohl 

die vertikale Beschleunigung an den Radsatzlagern der Züge als auch die Beschleunigung 

im Inneren der Wagenkästen. Sie überwachen auf diese Weise vor 

allem die Längshöhe des Oberbaus, der sich aus Schienen, Schwellen und 

Schotter zusammensetzt. Liegen hier Fehler in der Gleisgeometrie vor, müssen 

sofort Instandhaltungsmaßnahmen ergriffen werden. Mittels selbstlernender 

Algorithmen erfolgt zudem die Prognose zur weiteren Entwicklung der Gleislageabweichungen. 

Mit ihrer Hilfe lässt sich der Zeitpunkt bestimmen, ab dem ein 

definierter Schwellwert erreicht wird und Instandhaltungsbedarf besteht. 

DIE IDEE 

„Da wir unsere Sensoren nach dem 

Baukasten-Prinzip fertigen, können 

wir sie exakt an die Anforderungen 

der jeweiligen Anwendung anpassen 

und bei Bedarf auch mit zusätzlicher 

Intelligenz ausrüsten. In der Beratung 

wird außerdem geklärt, wie der 

Sensor konfiguriert wird und welche 

Aufgabe er übernehmen soll. Das ist 

insbesondere bei den neuen smarten 

Sensoren von entscheidender 

Bedeutung: Hier legen die Ingenieure 

gemeinsam mit dem Anwender fest, 

welche Daten vom Sensor verarbeitet 

und bewertet werden sollen, um 

daraus Informationen zu generieren.“ 

Dipl.-Ing. Markus Nowack, ASC GmbH 

Renate Bay ist Geschäftsführerin 

bei der ASC GmbH in Pfaffenhofen


EINSATZ IN DER AUTOMATISIERTEN 

SCHIFFFAHRT 

Ein weiteres Beispiel für die enorme Bedeutung von Sensoren in 

der Fertigungs- und Automatisierungstechnik ist der Digitale 

Zwilling. Dieser Begriff bezeichnet ein Konzept, bei dem Produkte 

sowie Maschinen und ihre Komponenten anhand digitaler 

Werkzeuge im Cyberspace modelliert werden. So können Konstrukteure 

komplette Anlagen und Systeme in einer virtuellen 3D- 

Umgebung erstellen, simulieren und testen. Maschinen- und Anlagenbauer 

sparen so die Erstellung teurer Prototypen und verkürzen 

ihre Planungszeiten. Sensoren kommt bei der Erschaffung 

Digitaler Zwillinge eine Schlüsselrolle zu: Sie erfassen eine Vielzahl 

relevanter Daten in der realen Welt, aus denen dann die virtuelle 

Maschine modelliert und auch funktional simuliert wird. 

In der Schifffahrtstechnik werden ebenfalls Sensoren in großer 

Zahl eingesetzt. Menschliche Fehler sind in mehr als 75 Prozent 

der Fälle die Ursache für Kollisionen im Schiffverkehr. Die Ingenieure 

arbeiten daher unter anderem an der Entwicklung höchstautomatisiert 

fahrender Schiffe (Smart Shipping), die sicherer 

sein werden als bemannte Wasserfahrzeuge. Um die Schiffe präzise 

aus der Ferne steuern zu können, muss ihre Position über 

Sensoren kontinuierlich und hochgenau erfasst werden. Da gerade 

größere Schiffe sehr träge sind, müssen Korrekturmaßnahmen 

frühzeitig durchgeführt werden. Nur so lassen sich Kollisionen 

wirksam verhindern. 

SMARTE SENSOREN MIT INTEGRIERTER 

RECHENTECHNIK 

Alle genannten Anwendungen haben eines gemeinsam: Sie sind 

nur mit smarter Sensorik realisierbar. Sie unterscheiden sich von 

analogen oder digitalen Sensoren vor allem durch ihre Fähigkeit, 

Daten eigenständig zu verarbeiten. Sensoren erzeugen ungeheure 

Datenmengen, deren Auswertung für intelligente Applikationen 

wie Machine Learning oder Smart Shipping nötig ist. Da für 

die Verarbeitung der Daten meist die Übertragungskapazität zwischen 

Sensorik und Datenerfassung bzw. -auswertung den Flaschenhals 

darstellt, kann diese ohne eine vorherige Aufbereitung 

auf dem Sensor kaum gehandhabt werden. 

Der Sensorik-Spezialist ASC hat deshalb speziell für sogenannte 

Industrie 4.0-Applikationen eine Reihe smarter Sensoren entwickelt. 

Sie übernehmen nicht nur das Pre-Processing der Messdaten 

wie A/D-Wandlung und Filterung, sondern können die 

vorverarbeiteten Daten dank der integrierten Rechentechnik 

auch aus- und bewerten. Eine aufwändige externe Datenerfassung 

und Verarbeitung entfällt damit. Eine weitere Besonderheit 

der smarten Sensoren ist die Art der Signalausgabe: Während 

Digitale Sensoren mit 

integrierter Datenerfassung 

eröffnen für viele 

Anwendungen ein neues 

Effizienzpotenzial 

herkömmliche Sensoren eine große Menge an Rohdaten an Peripheriegeräte 

senden, übermitteln smarte Sensoren oftmals nur 

noch eine Statusinformation. Im Falle von Predictive Maintenance-Applikationen 

wäre das z. B. die Meldung, dass eine Maschinen-Komponente 

bald getauscht werden sollte. 

AUSGABE VON STATUSINFORMATIONEN OHNE 

EXTERNE VERARBEITUNG 

Smarte Sensoren können ihre Signale zudem drahtlos übertragen, 

sodass eine aufwändige und zeitintensive Verkabelung nicht 

nötig ist. Gerade bei komplexeren Prüfstandsanwendungen mit 

einer Vielzahl von Freiheitsgraden und parallelen Messungen 

wird dadurch eine deutliche Reduzierung der notwendigen Peripherie 

erzielt. Die Sensoren lassen sich darüber hinaus leicht in 

Netzwerke oder Clouds integrieren. „Anwender können auf diese 

Weise ihren Engineering-, Zeit- und Kostenaufwand stark reduzieren“, 

berichtet Dipl.-Ing. Markus Nowack von ASC. 

Viele Industrie 4.0-Anwendungen sind signifikant von der Qualität 

der Sensorik abhängig, da sie maßgeblich zur Genauigkeit 

der Prognose und somit zur Wirtschaftlichkeit und Betriebsqualität 

beiträgt. Inertialsensoren von ASC erfassen physikalische 

Größen für die Trägheitsbestimmung (Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit) 

hochgenau und analog – sie unterscheiden 

sich auf den ersten Blick lediglich in der Signalausgabe. 

Im Gegensatz zu analogen oder digitalen Ausführungen bieten 

die neuen smarten Inertialsensoren nicht nur eine reine Datenerfassung. 

Dank integrierter Rechentechnik wird die komplette 

Signalverarbeitung und Zustandsbewertung der jeweiligen Applikation 

im Sensor durchgeführt. Mit smarten Sensoren will 

sich ASC deshalb vom reinen Komponenten-Hersteller zum Lösungsanbieter 

mit individueller Beratung entwickeln. 

Fotos: Aufmacher: Aun Photographer/shutterstock.com, ASC GmbH 

www.asc-sensors.de


FUNKTIONSOPTIMIERTE 

AM-GESTALTUNG EINES E-ROTORS 

Die Additive Fertigung bietet ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit und ermöglicht die 

wirtschaftliche Nutzung von konventionell schwer zu verarbeitenden Materialien. 

Diese Merkmale ermöglichen neuartige Lösungsansätze bei Funktionsbauteilen in fast allen 

Anwendungsbereichen. Dieses Potential kann auch im Elektromaschinenbau genutzt werden. 

Am Bespiel des Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) lassen 

sich die Herausforderungen und Möglichkeiten exemplarisch beschreiben. 

EINLEITUNG 

Die Anforderungen an Bauteile und Produkte werden immer umfangreicher. 

Die zunehmende Komplexität der einzelnen Bauteile 

und die steigende Funktionsdichte erfordern auch bei den Fertigungsverfahren 

kontinuierliche Weiterentwicklungen. Die Herstellung 

eines Bauteils erfolgt bei den gängigen Additiven Fertigungsverfahren 

(AM; engl. Additiv Manufacturing) durch die 

schichtweise Hinzugabe von Material, jedoch ohne ein spezielles 

formgebendes Werkzeug. Damit hebt sich diese Verfahrensgruppe 

von konventionellen Fertigungsverfahren wie Fräsen, Drehen 

und Gießen ab. Das für die Fertigung notwendige 3D-CAD-Bauteilmodell 

wird softwaregestützt in endlich viele zweidimensionale 

Schichten unterteilt. Im Fertigungsprozess werden die 

Schichten nacheinander erzeugt und ergeben zusammen das 

dreidimensionale Bauteil [GRS10, Geb13, Zäh06]. Dieser Prozessablauf 

ermöglicht die Herstellung komplexer dreidimensionaler 

Geometrien und stellt einen wesentlichen Vorteil dar 

[GRS10, Geb11]. Je höher die geometrische Komplexität des Bauteils 

ist, desto schwerer wiegen die Vorteile der additiven gegenüber 

der konventionellen Fertigung [GRS10], wobei auch hier 

konstruktive Fertigungsgrenzen zu beachten sind [ZA13, Ada15, 

AZ14, KG05, Bon00]. 

In diesem Beitrag werden Potentiale und Herausforderungen 

im Bereich des Elektromaschinenbaus am Beispiel des Rotors einer 

permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) aufgezeigt. 

Dazu werden das Vorgehen und die Ergebnisse der Material- 

und Parameterentwicklung betrachtet, die als Grundlage der 

01 Schematisches Vorgehen bei der Rotorgestaltung 

Additiven Fertigung im Laserstrahl-Schmelz-Verfahren notwendig 

sind. Zudem werden konstruktive Aspekte und Potentiale betrachtet, 

die sich bei der Rotorgestaltung ergeben. Für die Anwendung 

von AM im Bereich des Elektromaschinenbaus wurden in 

[GGA+15, LAS+16, LRB+13, TKB+19, UML+18, UP18, UPT18, 

HUP19, WE19, UKP+20] bereits erste Untersuchungen durchgeführt. 

Diese Forschungsprojekte zeigten bereits das hohe Potential 

von AM im Elektromaschinenbau auf. Gleichwohl befinden sich 

die Technologien in diesem Anwendungsbereich weiterhin in einem 

relativ frühen Stadium der Erforschung. Wichtige Eigenschaften, 

wie die elektrische Leitfähigkeit und die relative magnetische 

Permeabilität des additiv verarbeiteten Materials oder der 

Einfluss einer für die AM optimierten Gestalt auf die magnetische 

Flussführung sind bis dato nicht ausführlich untersucht worden. 

Für die Anwendung im Elektromaschinenbau ergeben sich 

durch AM völlig neue Möglichkeiten zur Gestaltung elektrischer 

Maschinen. Die Beschränkung auf den zweidimensionalen Blechschnitt, 

auf Basis dessen konventionell gefertigte elektrischen Maschinen 

meist dimensioniert werden, entfällt. Dadurch lässt sich 

nahezu jede beliebige dreidimensionale Struktur realisieren, um 

beispielsweise den magnetischen Fluss dreidimensional zu führen 

oder den Leichtbaugrad zu erhöhen. Dies kann durch die Substitution 

von Teilbereichen eines Bauteils mit hoher Materialkonzentration 

durch zelluläre Strukturen oder Hohlräume erreicht werden 

[LAS+16]. Die Herstellung solcher Strukturen ist mit konventionellen 

Methoden nur schwer oder gar nicht zu verwirklichen, sodass 

erst die additiven Verfahren eine wirtschaftliche Umsetzung derartiger 

Konzepte möglich machen [GRS10, ESK+11]. 

Der Fokus dieses Beitrags liegt auf der additiven Herstellung eines 

Rotors einer permanentmagneterregten Synchronmaschine 

(PMSM) mit dem Laser-Strahlschmelzen (engl. Laser Beam Melting, 

LBM). LBM ist ein im AM-Bereich relativ verbreitetes pulverbett-basiertes 

Verfahren, bei dem der metallische Ausgangswerkstoff 

in Pulverform vorliegt [Buc10, MWG10]. 

Bei der Entwicklung von Bauteilen, die additiv gefertigt werden 

sollen, ergeben sich besondere Herausforderungen. Insbesondere 

bei neuen Anwendungsfeldern ist der interdisziplinäre Austausch 

und ein iteratives Vorgehen von besonderer Bedeutung. 

In Bild 01 ist dies in drei wesentlichen Phasen gegliedert, wobei 

die einzelnen Phasen nicht als eigenständiger Block zu sehen 

sind, sondern stets im Austausch stehen und einander beeinflussen. 

Zwar ist diese Situation nicht nur im Bereich der AM zu finden, 

durch die prozessspezifischen Besonderheiten ist jedoch ein 

entsprechend angepasstes, methodisch Vorgehen erforderlich. 

Zunächst müssen geeignete Materialien identifiziert und hinsichtlich 

ihrer Eignung bewertet werden. Da der LBM-Prozess die 

Materialeigenschaften in hohem Maße beeinflusst und steuerbar 



macht, sind material- und anlagenspezifische Fertigungsparameter 

zu entwickeln. Diese beeinflussen neben der Dichte auch die 

Mikrostruktur, die mechanischen und magnetischen Eigenschaften 

sowie weitere Bauteileigenschaften, wie Oberflächenqualität, 

Eigenspannungen oder Verzug [Reh10, KFV+04, OCD15]. Eine 

nachträgliche Wärmebehandlung (WB), die eine gezielte Veränderung 

der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften 

sowie den Abbau von Eigenspannungen ermöglicht, wird daher 

ebenfalls betrachtet [BNM13, TLR+12, VTK+12]. Daher sind Anforderungen, 

die sich aus der Funktion und der damit verbundenen 

konstruktiven Umsetzung ergeben, bereits bei der Parameterentwicklung 

zu berücksichtigen. 

Bei der Gestaltung werden die Anforderungen der elektromagnetischen 

und der mechanischen Funktion berücksichtigt. Da in 

diesem Zusammenhang der Fertigungsprozess die Gestaltungsmöglichkeiten 

auch in der AM einschränkt, sind die Grenzen in 

Form von Konstruktionsrichtlinien festzuhalten. Diese dienen als 

Grundlage und erlauben frühzeitige Abschätzungen zur Fertigbarkeit 

des Rotors. Der AM-Prozess ist dabei als ein Abschnitt in 

der Herstellung von Bauteilen zu sehen. Notwendige Folgeprozesse 

und die damit verbundenen Anforderungen an den Rotor 

sind bereits bei der Gestaltung zu berücksichtigen. 

Nach der Materialentwicklung und der Identifikation der Fertigungsgrenzen 

in Form von Konstruktionsrichtlinien erfolgt die 

Betrachtung der elektromagnetischen und mechanischen Rotorfunktion 

(Bild 01). Die Führung des magnetischen Flusses im 

weichmagnetischen Aktivteil des Rotors ist für die Grundfunktion, 

die Wandlung von elektrischer in mechanischer Energie, entscheidend. 

Hinzu kommt die vorteilhafte Beeinflussung der 

Kraft- und Drehmomentleitung unter Berücksichtigung dynamischer 

Einflüsse. Diese beiden Kernfunktionen, die Führung des 

magnetischen Flusses zur Energiewandlung und die Führung der 

mechanischen Kräfte, können nur umgesetzt werden, wenn ein 

Werkstoff vorhanden ist, der die jeweiligen Anforderungen der 

beiden Hauptfunktionen erfüllt und prozesssicher im LBM-Prozess 

verarbeitet werden kann. 

Um die vorhandenen Potentiale zu nutzen, muss ein interdisziplinärer 

Entwicklungsprozess durchlaufen werden. Einige dafür 

wesentliche Abschnitte werden im Folgenden exemplarisch betrachtet. 

MATERIALENTWICKLUNG 

Bei der Werkstoffauswahl zur Realisierung weichmagnetischer 

Komponenten für Elektromotoren wurden die in der Industrie relevanten 

Werkstoffkonzepte betrachtet und etwaige Potentiale 

durch AM analysiert. Industriell gefertigte Elektromaschinen 

können in zwei Bereiche unterteilt werden: Im Hochleistungsbereich 

werden Elektrobleche aus Eisen-Kobalt-Legierungen mit 

einem Kobaltanteil von ≈ 50 % verwendet. Im Massenmarkt überwiegen 

Elektrobleche aus Eisen-Silizium-Legierungen, mit einem 

Siliziumanteil von 1,0 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% [KBC+16]. Zur 

Reduktion der Wirbelstromverluste, die durch magnetische 

Wechselfelder entstehen, werden die Elektrobleche „gestapelt“. 

Da die Blechstrukturen mittels LBM aktuell nicht gefertigt werden 

können, liegt der Fokus auf dem Einfluss der Wirbelströme 

und den damit verbundenen Verlusten. 

Zum Vergleich der erreichbaren magnetischen und mechanischen 

Eigenschaften von geblechten und mittels LBM hergestellten 

Elektromaschinen wurden die Eisenlegierungen FeSi2.9 und 

FeCo50 ausgewählt. Als weiterer Werkstoff wird die Legierung 

FeSi6.5 betrachtet, welche erfahrungsgemäß die höchste Permeabilität 

im Zweistoffsystem Eisen-Silizium aufweist, aber aufgrund 

zunehmender Versprödung nicht mittels Walzverfahren 

hergestellt werden kann. Diese soll das Potential von weichmagnetischen 

Werkstoffen, die mittels LBM verarbeitet werden, aufzeigen 

[BSJ+08, LF92]. 

02 Prüfkörper zu Ermittlung der relativen Dichte der Legierungen 

FeCo50 (a), FeSi2.9 (b), FeSi6.5 (c) 

03 EBSD-Messungen an wärmebehandelten Würfelproben 

04 Vergleich der Neukurven von FeSi2.9 und FeSi6.5 im 

Ausgangszustand (AB) sowie im wärmebehandelten Zustand (WB), 

interpoliert für 0 Hz 

Für jede der drei oben genannten Legierungen wurden zunächst 

Parameterstudien durchgeführt. Hierzu wurden Würfel mit den 

Abmessungen 10×10×10 mm³ mit einer Parameterschar gefertigt, 

bei der Laserenergie, Lasergeschwindigkeit und Spurbreitenabstand 

variiert wurden. Die Würfel wurden in Baurichtung geschliffen 

und mit einem Digitalmikroskop (Keyence VHX5000) 

hinsichtlich ihrer Porosität untersucht. Bild 02 zeigt exemplarische 

Schliffbilder ausgewählter Parametersätze. Es wurden für alle 

Legierungen relative Dichten von über 99,9 % erreicht. 

Zur Bestimmung der relevanten mechanischen Kennwerte 

(Streckgrenze, Bruchdehnung, E-Modul, Zugfestigkeit) wurden 

Zugproben sowie zur Messung der elektromagnetischen Eigen- 



05 Vergleich der relativen Permeabilität von FeSi2.9 und FeSi6.5 

im Ausganszustand (AB) sowie im wärmebehandelten Zustand 

(WB), interpoliert für 0 Hz 

06 Vergleich der Hysteresekurven von FeSi2.9 (WB) und FeSi6.5 

(WB) aufgenommen bei 10 Hz 

Tabelle 1: Parameter Wärmebehandlung 

Probe Temp. Haltedauer 

Abkühlung 

Korngröße 

Härte 

FeCo50 Ausgangszustand 5,6 µm 250 HV10 

FeCo50 1200 °C 240 min Luft 11,9 µm 202 HV10 

FeSi2.9 Ausgangszustand 7,8 µm 207 HV10 

FeSi2.9 1100°C 600 min Luft 15,9 µm 171 HV10 

FeSi6.5 Ausgangszustand 12,3 µm 373 HV10 

FeSi6.5 1200 °C 120 min Luft 67,5 µm 350 HV10 

schaften (Permeabilität, Hystereseverluste, Koerzitivfeldstärke) 

Ringkerne hergestellt. 

Weiterhin wurden Würfel mit einer Kantenlänge von 15 mm 

zur Überprüfung einer einstufigen Wärmebehandlung und deren 

Auswirkungen auf die mechanischen und elektromagnetischen 

Eigenschaften gefertigt. Die gewählten Temperaturen und Haltezeiten 

für die Wärmebehandlungen wurden spezifisch für die jeweiligen 

Legierungen angepasst. Ziel der Wärmebehandlung ist 

eine Reduktion der inneren Spannungen sowie die Einstellung 

eines für die weichmagnetischen Eigenschaften vielversprechen- 

den homogenen Gefüges mit einer mittleren Korngröße von 

100 – 150 µm [CTF06]. Bild 03 zeigt einen Vergleich der Aufnahmen 

(Rasterelektronenmikroskop Ultra Plus mit EDAX Elektronenrückstreubeugung-Detektoren 

(engl. EBSD) der Fa. Zeiss) der 

Mikrostruktur im Ausgangszustand (nach dem LBM-Prozess) sowie 

im wärmebehandelten Zustand mit den gemäß Tabelle 01 

zusammengefassten Parametern der Wärmebehandlung und resultierenden 

Eigenschaften. 

Die EBSD-Aufnahmen (Bild 03) der Ausgangszustände zeigen 

die für die AM typische Kornstruktur, wobei bei FeCo50 und 

FeSi6.5 mit einer Scan-Rotation von 67° pro Schicht, bei FeSi2.9 

ohne Scan-Rotation gearbeitet wurde. 

Anhand der EBSD-Aufnahmen sowie den Messergebnissen aus 

Tabelle 01 zeigt sich, dass bei FeCo50 und Fesi6.5 eine Rekristallisation 

mit anschließendem Kornwachstum vorliegt. Bei FeSi6.5 

wurde eine durchschnittliche Korngröße von 67,5 µm erreicht, die 

maximale Korngröße liegt bei 695,4 µm. Die große Abweichung 

zwischen der durchschnittlichen und der maximalen Korngröße 

ist auf eine Ansammlung von Eigenspannungen und damit einhergehend 

lokal unterschiedlichen Rekristallisationsenergien zurückzuführen. 

Bei einer Zielkorngröße von 100 – 150 µm wurde 

diese Wärmebehandlung für den weiteren Verlauf ausgewählt. Bei 

FeSi2.9 liegt lediglich eine Reduktion der Spannungen vor, zu sehen 

an dem Abfall der Härte von 207 HV10 auf 171 HV10. 

Für die Zugversuche wurden 35×25×15 mm³-Blöcke in stehender 

Position additiv gefertigt, aus denen anschließend Zugproben 

erodiert wurden. Tabelle 02 stellt die Ergebnisse für die 

nicht-wärmebehandelten Zustände, sowie für die wärmebehandelten 

Zustände von FeSi2.9 und FeSi6.5 dar. 

Die Werte von FeSi2.9 und FeCo50 entsprechen den Erwartungen. 

Das leichte Abfallen der Bruchdehnung bei wärmebehandeltem 

FeSi2.9 ist bei der Gleichmaßdehnung nicht zu beobachten. 

Auffällig ist, dass bei einem Vergleich der für FeSi6.5 gemessenen 

Werte die Härtewerte nicht mit der Zugfestigkeit korrelieren. 

Dies lässt auf eine spröde Mikrostruktur schließen, welche 

über die durchgeführte Wärmebehandlung deutlich optimiert 

werden konnte, allerdings weiterhin im elastischen Bereich 

bricht. Die hohe Standardabweichung bei der Zugfestigkeit lässt 

auf verbleibende Fehlstellen im Material schließen. 

Fehlstellen im Material haben auch Einfluss auf die weichmagnetischen 

Eigenschaften. Dennoch konnte eine klare Verbesserung 

der Eigenschaften von FeSi2.9 zu FeSi6.5 beobachtet werden, 

sowie zwischen dem jeweiligen Ausgangszustand und dem 

wärmebehandelten Zustand. Bild 04 zeigt einen Vergleich der 

Neukurven, Bild 05 einen Vergleich der relativen Permeabilität 

für FeSi2.9 und FeSi6.5 im Ausgangszustand (AB) und wärmbehandelten 

Zustand (WB). Die elektrisch leitfähige Kobaltlegierung 

zeigt bereits bei geringen Frequenzen hohe Wirbelstromverluste, 

was die Anwendbarkeit in massiven Komponenten in Anwendungen 

bei anliegenden Wechselfeldern einschränkt. 

Bild 06 zeigt eine Gegenüberstellung der Hysteresekurven der 

wärmebehandelten Zustände von FeSi2.9 und FeSi6.5, die bei einer 

Frequenz von 10 Hz aufgenommen wurden. 

Geprüft wurden Ringkerne mit 200 Primär- sowie Sekundärwicklungen. 

Die Ringkerne sind massiv mit einem mittleren 

Durchmesser von 50 mm und einem quadratischen Querschnitt 

von 25 mm² aufgebaut und weisen keine Isolierung zwischen den 

einzelnen Schichten auf. Bei einer Prüffrequenz von 10Hz treten 

Hystereseverluste auf. Zudem erzeugen die über Lorenzkräfte 

entstehenden elektrischen Wirbelströme, zusätzlich Wirbelstromverluste. 

Ein Vergleich der Siliziumlegierungen zeigt den positiven Einfluss 

des steigenden Siliziumgehalts. Die maximale relative Permeabilität 

steigt von µr, max 

=2776 für FeSi2.9 (HT) um 254 % auf 

µr, max 

=7056 für FeSi6.5 (HT) während die Verluste bei 10 Hz um 

53 % sinken. Aufgrund des höheren spezifischen elektrischen Widerstandes 

bei steigendem Siliziumgehalt wird die Ausbildung 

von Wirbelströmen reduziert. Dies führt zu einer weiteren Ver- 



besserung der weichmagnetischen Eigenschaften bei höheren 

Prüffrequenzen. Bei 300 Hz wurden so die Verluste bereits um 

61 % reduziert. Die Koerzitivfeldstärke wurde bei einer Prüffrequenz 

von 10 Hz ebenfalls um 29 % gesenkt. Lediglich die zu erwartende 

Verminderung der Sättigungsflussdichte bei steigendem 

Siliziumgehalt stellt keine Verbesserung der weichmagnetischen 

Eigenschaften dar. Die Charakterisierung der Werkstoffe 

hat die Potentiale von FeSi6.5 bestätigt. 

KONSTRUKTIONSRICHTLINIEN 

Die Gestaltungsmöglichkeiten bei additiv gefertigten Bauteilen 

können genutzt werden, um die mechanischen und elektromagnetischen 

Anforderungen durch neuartige Gestaltungsansätze zu erfüllen. 

Werden bei der Gestaltung der unterschiedli chen Bereiche 

allein die mechanischen und elektromagnetischen Funktionen betrachtet, 

kann dies zu geometrischen Ausprägungen führen, die 

trotz der großen Gestaltungsfreiheit in AM die Grenzen des LBM- 

Verfahrens überschreiten. Dies kann hohe geometrische Abweichungen 

und ungeeignete Oberflächeneigenschaften hervorrufen 

oder sogar zu Schäden am Bauteil bzw. der Fertigungsanlage führen. 

Für die frühzeitige Beurteilung der Fertigungsgrenzen ist daher 

die Einhaltung von Konstruktionsrichtlinien erforderlich. 

Da insbesondere die thermisch getriebenen Effekte stark vom 

Material und den Prozessparametern in der Fertigungsmaschine 

abhängen, sind diese als Einflussgrößen bei den Untersuchungen 

zu Fertigungsgrenzen zu berücksichtigen. Dafür werden relevante 

Geometriemerkmale an Prüfkörpern untersucht und in Form 

von Konstruktionsrichtlinien festgehalten. Das grundsätzliche 

Vorgehen orientiert sich an [Ada15]. Zu diesem Zweck werden relevante 

Geometriemerkmale identifiziert und anhand von Prüfkörpern 

untersucht. Die Ergebnisse der Auswertung werden anschließend 

in Form von Konstruktionsrichtlinien festgehalten. 

Exemplarisch lässt sich dies an der minimalen Wandstärke zeigen. 

Hier limitiert der Laserdurchmesser die fertigungstechnisch 

umsetzbare Wandstärke. Um mechanisch belastbar zu sein, müssen 

neben den Konturbahnen auch sog. Hatch-Linien vorhanden 

sein (Bild 07, siehe links oben), die von den Konturlinien umgeben 

sind und durch die höhere Laserleistung für mehr Stabilität 

sorgen. Die vorläufigen Ergebnisse sind in Bild 07 dargestellt. Die 

Kombination der Materialien und der Fertigungsparameter führen 

in dieser Versuchsreihe zu einer relativ konstanten Maßabweichung 

bei den Wandelementen mit einer Orientierung von 

90° zur Bauplattform. Bei einem Winkel von 45° erhöhen sich die 

Maßabweichungen signifikant, hervorgerufen durch den Treppenstufeneffekt 

und Pulveranhaftungen an den nach unten weisenden 

Oberflächen. Bei den Proben mit dem Orientierungswinkel 

von 0° wird dies durch verbleibende Fragmente des Supportmaterials 

an der unteren Prüfkörperfläche verstärkt. 

Grundlegende Anforderungen der Nachbearbeitung sind bei 

den Konstruktionsrichtlinien zur fertigungsgerechten Gestaltung 

ebenfalls zu berücksichtigen. Zu betrachten sind zwangsläufig 

auftretende Bearbeitungsschritte, wie die Entfernung von Supportstrukturen, 

aber auch weiterführende Bearbeitungsschritte 

im Dreh- bzw. Fräsprozess. 

Grundsätzlich sollte die Gestalt eines technischen Produkts 

durch die Funktion bestimmt werden. Dabei können die daraus 

resultierenden Randbedingungen, äußere Einflüsse und weitere 

Produktanforderungen, die jeweiligen Abschnitte vorgeben. Diese 

sind zunächst zu ermitteln. Bei der Rotorgestaltung ergeben 

sich die Anforderungen aus der mechanischen und elektromagnetischen 

Funktion. 

Entsprechend der schematischen Darstellung aus Bild 08 können 

drei unterschiedliche Abschnitte identifiziert werden. Abschnitt 

1 entspricht dem Rotor-Aktivteil, in dem der magnetische 

Fluss geführt wird und der dementsprechend aus möglichst 

weichmagnetischem Material bestehen sollte. In diesem Abschnitt 

wirkt das vom Stator erzeugte Magnetfeld auf das Magnet- 

07 Aufbau einer additiv gefertigten Bauteilschicht mit 

Konturbahn und Hatch-Linien (links oben); Prüfkörper für 

Wanddickenprüfung (links unten) und erste Ergebnisse zu 

Maßabweichungen (rechts) 

08 Schematische Darstellung des Rotors mit den unterschiedlichen 

Abschnitten 

09 a): max. von-Mises-Spannung und b): Hauptflussdichte in 

Abhängigkeit von der Streustegbreite, bezogen auf die Referenzmaschine 

(entspricht der rel. Streustegbreite 1 mm) 

feld der Permanentmagnete. Die Überlagerung der beiden Magnetfelder 

im Luftspalt der PMSM führt zu Maxwell‘schen Grenzflächenkräften, 

welche an der Stator- bzw. Rotoroberfläche angreifen 

und somit das Drehmoment der elektrischen Maschine 

erzeugen. Da die Führung des magnetischen Flusses im Aktivteil 

von großer Bedeutung ist, hat dieser Abschnitt einen großen Einfluss 

auf die Gestalt des Rotors. Der Rotorjochbereich, also der 

Teil des Aktivteils zwischen den Permanentmagneten (Bild 08, 



10 a): Modell des Referenzrotors mit ungeschrägtem Aktivteil 

und axial geraden Magneten (Vollwelle ausgeblendet) b): Modell 

des Demonstrators mit um den Winkel γy schräg tordiertem 

Aktivteil und axial geraden Magnete 

11 Resultierendes Rastmoment eines ungeschrägten Referenzmodells 

(gestrichelte Linie) und eines um eine Nutteilung τ n 

geschrägten Demonstrators (schwarze Linie) 

rechts) und der Drehachse, wird im Wesentlichen durch Torsion 

und Fliehkraft belastet. Hinzu kommen Biegebelastungen, die 

durch Unwuchten und die Gewichtskraft des Rotors auftreten. 

Die Polschuhe, also die Bereiche zwischen den Magneten und 

dem Luftspalt, und im Speziellen die Polschuhanbindungen 

(PSA, auch: Polschuh-Joch-Verbindungen, Bild 08), werden 

hauptsächlich durch die Fliehkraft und die am Polschuh angreifende 

Umfangskraft F belastet. 

Die seitlich zum Aktivteil angeordneten Abschnitte sind im 

Wesentlichen mechanisch belastet. Zwischen den Lagern wirkt 

durch die Gewichtskraft und einer möglichen fertigungsbedingten 

Unwucht ein Biegemoment auf die Rotorstruktur. Das im Aktivteil 

erzeugte Torsionsmoment wird über die A-Seite des Rotors 

(Abschnitt 2.1 und 3.1) geleitet und für den anzutreibenden Prozess 

bereitgestellt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen den 

Abschnitten ist, dass die Abschnitte 2.1 und 2.2 hinsichtlich der 

Innen- und Außenkontur innerhalb der Bauraumgrenzen unter 

Berücksichtigung der mechanischen Beanspruchung angepasst 

werden können. Für die Abschnitte 3.1 und 3.2 gilt dies nur für 

die Innenkontur, da die Außenkontur durch Funktionsflächen 

zur Aufnahme von Lagern oder Welle-Nabe-Verbindungen vordefiniert 

sind. 

ROTORAKTIVTEIL 

Die dreidimensionale Gestaltungsfreiheit der weichmagnetischen 

Bereiche innerhalb der elektrischen Maschine eröffnet 

neue Möglichkeiten zur Funktionsintegration, zur Steigerung der 

Leistungsdichte und zur Erhöhung des Wirkungsgrads [LAS+16, 

LRB+13, UPT18]. Massives Material kann an den Stellen, an denen 

es nicht aus elektromagnetischer, mechanischer oder thermischer 

Sicht notwendig ist, durch Leichtbau-Gitterstrukturen 

oder Hohlräume ersetzt werden. Hinsichtlich der Gestaltung von 

Rotoren mit vergrabenen Permanentmagneten ergeben sich die 

folgenden Herausforderungen (siehe Bild 08): 

n Gestaltung des Jochbereichs: 

Bestmögliche Drehmomentübertragung, ohne die magnetische 

Flussführung und die mechanische Festigkeit negativ zu 

beeinflussen 

n Gestaltung der Polschuhe: 

Beeinflussung der Flussdichteverteilung im Luftspalt 

n Gestaltung der PSA: 

Verringerung der Rotorstreuung durch Verkleinerung der 

tragenden Querschnittsfläche, ohne die mechanische Festigkeit 

negativ zu beeinflussen. 

Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei von der Rotoroberfläche 

über die Polschuhe, die Streustege und gegebenenfalls auch 

über die Magnete auf das Rotorjoch. Weiterhin nehmen die 

Streustege den Großteil der Fliehkräfte der Polschuhe und der 

Magnete auf und müssen dementsprechend dimensioniert werden. 

Dies führt zu einem Zielkonflikt mit der Forderung nach 

möglichst geringem Rotorstreufluss. Bild 09 a) zeigt die maximale 

mechanische Spannung im Streusteg in Abhängigkeit von der 

Streustegbreite. Auch unter Berücksichtigung der Spannungserhöhung 

aufgrund von Kerbwirkung und schwellender Zugbelastung 

sowie der Überdrehzahl wird deutlich, dass eine Verringerung 

der Streustegbreite bzw. der kraftübertragenden Querschnittsfläche 

um bis zu 50 % möglich ist. So kann der Rotorstreufluss 

um ca. 35 % gesenkt und das drehmomentbildende 

Hauptfeld um ca. 5 % erhöht werden (Bild 09 b). 

Die Funktionsintegration mittels AM kann anhand der Schrägungswirkung 

aufgezeigt werden, welche konventionell entweder 

statorseitig oder durch eine Rotorstaffelung umgesetzt wird, 

um Rast- und Pendelmomente zu reduzieren. Die AM-Gestaltungsfreiheit 

erlaubt nun, eine kontinuierliche Schrägung durch 

Torsion der Polschuhe zu implementieren und gleichzeitig die 

Magnettaschen axial gerade zu belassen [UKP+20]. Bild 10 b) 

zeigt diesen Ansatz, der zu einem deutlich reduziertem Rastmoment 

im Vergleich zur ungeschrägten Referenzmaschine führt 

(Bild 11). 

Im vorliegenden Fall wird die Funktion der Drehomomentübertragung 

nicht durch eine separate, kreisrunde Vollwelle erfüllt, 

sondern durch eine integrierte additiv gefertigte Rotorwelle 

(angedeutet in Bild 08). Aus magnetischer Sicht wird im Rotorjoch 

lediglich Vollmaterial benötigt, um den Magnetfluss der Permanentmagnete 

zu führen, ohne signifikante lokale Flussdichteerhöhungen 

hervorzurufen. Ein Ansatz stellt diesbezüglich die in 

Bild 10 b) gezeigte Rautenform dar, welche zu einer Materialersparnis 

des weichmagnetischen Materials von ca. 34 % im Vergleich 

zur Vollwelle führte. Dank der additiven Fertigung entfällt 

die Notwendigkeit einer klassischen kreisrunden Welle, da die 

Drehmomentübertragung hin zur Abtriebsseite auch direkt über 

das Rotorjoch erfolgen kann (angedeutet in Bild 08). 

Die Tatsache, dass bei der Fertigung mittels LBM massive, aus 

einem einzigen Werkstoff bestehende Bauteile produziert werden, 

führt im Fall von Rotoraktivteilen insbesondere auf der Rotoroberfläche 

zu erhöhten Wirbelströmen und damit auch zu zusätzlichen 

Verlusten im Betrieb. Zur Vermeidung dieser Wirbelstromeffekte 

kann die Oberfläche gleich während der additiven 

Fertigung vorteilhaft strukturiert bzw. geschlitzt werden. Ein Vergleich 

der messtechnisch ermittelten Oberflächenverlustdichte 

in Abhängigkeit vom Schlitzmuster ist in Bild 12 gezeigt, wobei 

eine Querschlitzung einer Schlitzung in Umfangsrichtung und eine 

Längsschlitzung einer Schlitzung in axialer Richtung der Maschine 

entspricht. 

Die Verlustdichte wurde aus der gemessenen Temperaturerhöhung 

auf der Oberfläche additiv gefertigter Prüfkörper ermittelt, 

welche mithilfe eines eigens dimensionierten Linearprüfstands 

einer Wechselmagnetisierung ausgesetzt wurden. Demnach 

konnte gezeigt werden, dass 2,3 Schlitze pro Zentimeter axialer 



12 Vergleich der Oberflächenverlustdichte in Abhängigkeit von der Schlitzart: a) Verlustdichte p(f1) bei B p 

=0,1; T=konst. 

und b) Verlauf der Verlustdichte bei Erhöhung der Schlitzanzahl (hier:in Stufen) 

1,6 

Verlustdichte in kW/kg 

rel. Verlustdichte in 1 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

ungeschlitzt 

Interpolation 

quer geschlitzt 

Interpolation 

längs geschlitzt 

Interpolation 

diagonal geschlitzt 

Interpolation 

längs-quer geschlitzt 

Interpolation 

Frequenz 

in Hz 

0 

0 1 2 3 

Stufe der Schlitzung 

Maschinenlänge (entspricht Stufe 3 in Bild 12 b) in Umfangsrichtung 

mit jeweils 2 mm Tiefe die im Rotoraktivteil entstehenden 

Wirbelstromverluste bereits um bis zu 64 % reduzieren (vgl. auch 

[UP18] bzw. [HUP19]). Im Gegensatz dazu führt eine Schlitzung 

in axialer Richtung sogar zu einer Erhöhung der Verlustleistungsdichte. 

DREHMOMENTFÜHRUNG 

Tabelle 2: Ergebnisse der Zugversuche mit 

FeCo50, FeSi2.9 und FeSi6.5 

Material / 

Zustand 

Härte 

(SD) [HV10] 

Zugfestikeit 

(SD) [MPa] 

Bruchdehnung 

(SD) [%] 

FeCo50 / AB 250 (5,36) 677,99 (22,16) 4,33 (2,41) 

FeSi2.9 / AB 207 (4,19) 401,77 (1,91) 50,42 (3,71) 

FeSi2.9 / WB 179 (2,72) 380,87 (5,20) 43,77 (4,43) 

FeSi6.5 / AB 373 (22,92) 158,53 (9,32) < 1 

FeSi6.5 / WB 361 (31,90) 556,57 (93,12) < 1 

(WB = Wärmebehandelt, AB = As-Built) 

Die Optimierung der mechanischen Rotorbeanspruchung erfolgt 

iterativ im stetigen Austausch mit dem Optimierungsprozess der 

elektromagnetischen Funktion. In diesem Zusammenhang sind 

nicht nur Beanspruchungsgrenzen zu betrachten, sondern auch 

die Fertigungsgrenzen des LBM-Verfahrens. 

Abschnitt 1 (Bild 08) ist im Rotorjochbereich bereits durch die 

elektromagnetische Funktion weitestgehend vorgegeben. Zwar 

sind hier auch mechanische Anforderungen von Bedeutung, 

doch die grundsätzliche Struktur ist aus mechanischer Sicht umsetzbar, 

sodass diese als mechanisch tragende Struktur übernommen 

werden kann. 

Da nun die wesentlichen Funktionsbereiche identifiziert sind 

und der vorhandene Bauraum feststeht, müssen diese Bereiche 

im Detail ausgestaltet und verbunden werden. Die Gestaltungsmöglichkeiten 

der AM ermöglichen einen stärkeren Fokus auf die 

Funktionsumsetzung. Dies ermöglicht und erfordert neue Lösungsansätze 

sowie ein systematisches Auseinandersetzen mit 

den bestehenden Lösungskonzepten. Durch die einteilige Fertigung 

mittels AM können form- und kraftschlüssige Verbindungsbereiche, 

die teilweise zu Spannungserhöhungen führen, beispielweise 

zwischen Rotorwelle und Blechpaket, umgangen werden. 

Die Umsetzung von einer stoffschlüssigen Verbindung erlaubt 

eine mechanisch optimierte Kraftübertragung bei 

reduziertem Materialeinsatz. Die Einbindung des elektromagnetisch 

notwendigen Materials an einer beanspruchungsgünstigen 

Stelle ermöglicht die ideale Funktionsumsetzung unter Ausnutzung 

des maximalen Leichtbaupotentials. 

Bei der Betrachtung der torsionsbelasteten Bereiche ist eine 

geometrische Form anzustreben, die für die Belastungsform geeignet 

ist. In diesem Zusammenhang bieten sich geschlossene 

Hohlstrukturen an, da diese die Torsionsbelastung besser aufnehmen 

und leiten als offene Profile. Die Konzentration des Materials 

auf außenliegende Bereiche führt zu einer effizienteren 

Materialauslastung und ermöglicht eine hohe Belastbarkeit bei 

reduziertem Bauteilgewicht. Kreisförmige, geschlossene Hohlprofile 

bieten sich als einfachste Form zunächst an. Diese reagieren 

anders als Rechteckquerschnitte auf die Torsionsbelastung 

ohne eine Verwölbung [Kle13]. Diese Grundform entspricht den 

Anforderungen der Funktionsflächen in Abschnitt 3.1 für das Lager 

und den vorgesehenen Zylinderpressverband. Die angestrebten 

Hohlstrukturen mit dem vorhandenen Leichtbaupotential 

können durch den schichtweisen AM-Aufbauprozess im Innenbereich 

deutlich freier gestaltet und auf die Anforderungen angepasst 

werden. 

Bei der Umsetzung in den Abschnitten 1, 2.1 und 3.1 kann das 

Drehmoment über Rohrabschnitte mit unterschiedlichen Abmessungen 

geleitet werden (Bild 13). Dabei sind die Außendurchmesser 

der einzelnen Bereiche durch angrenzende Funktionsbauteile 

weitestgehend vorgegeben. Der Übergang im Abschnitt 

2.1 wird im Außendurchmesser lediglich durch die Montagezugänglichkeit 

der Magneten begrenzt. Hier wird der 

Außendurchmesser zunächst als linear zwischen den jeweilig angrenzenden 

Abschnitten angenommen. Da das Statorfeld das 

Drehmoment gleichmäßig über die gesamte Aktivteillänge einleitet, 

steigt dieses in axialer Richtung linear an und erreicht am 

Übergang zwischen Abschnitt 1 und 2.1 den maximalen Wert. In 

den Abschnitten 2.1 bis 3.1 bleibt das Drehmoment konstant, sofern 

die Lagerreibung vernachlässigt wird. 

Bei den statischen Untersuchungen an FeSi6.5 wurde eine Zugfestigkeit 

von ca. 550 MPa erreicht. Eine vorläufige Abschätzung 

der zu erwartenden Torsionswechselfestigkeit τ t,zul 

mittels Umrechnungsansätzen 

[IRH03], ergeben sich beim angenommenen 

Überlastdrehmoment des Motors von T=14,25 Nm und einer zulässigen 

Torsionsspannung von τ t,zul 

=140 MPa theoretisch maximal 

erforderliche Wandstärken von lediglich 0,11 mm am Wellenende. 

In der folgenden Gleichung [NWH05] wird der Grenzfall τ t,max 

= 

τ t,zul 

angenommen: 



13 Schematische Darstellung des Drehmomentverlaufs (oben) 

und die daraus resultierende erforderliche Wandstärke bei 

kreisförmiger Hohlstruktur (unten) 

14 Darstellung der Rotorabschnitte 2.1 und 3.1 (siehe Bild 08): 

FEM bei T=14,25 Nm (links) und mit Bearbeitungszugaben im 

LBM-Prozess (rechts) 

Streng genommen gelten diese Formeln für das Widerstandsmoment 

W t 

nicht für dünnwandige Rohre, die in diesem Fall vorliegen. 

Für eine erste Abschätzung reicht dieser Ansatz jedoch aus 

und ermöglicht eine einfache Darstellung der Einflussgrößen. Eine 

Überprüfung der Formeln unter der Annahme eines dünnwandigen 

Rohrs liefert ähnliche Ergebnisse, wobei tendenziell 

noch kleinere Wanddicken möglich sind. Zudem basiert die beschriebene 

Gestaltung des Rotors zunächst auf Abschätzungen, 

die Annahmen zu Werkstoffen und Belastungen enthalten und 

festigkeitsmindernde Einflüsse durch Kerbbereiche und Oberflächeneinflüsse 

nicht berücksichtigen. Trotzdem zeigt die Betrachtung 

das Potential bei der Gestaltung einer Rotorwelle auf. 

Bei der Gestaltung der torsionsbelasteten Abschnitte (Abschnitte 

1, 2.1 und 3.1) ist zunächst die Orientierung des Rotors im Bauraum 

der AM-Maschine festzulegen, da diese als wichtiges Kriterium 

für die Konstruktionsrichtlinien herangezogen wird. Da Unwuchten 

und radiale Maßabweichungen einzugrenzen sind, bietet 

sich die stehende Fertigung des Rotors an. Dabei zeigt die 

Rotationsachse des Rotors in Baurichtung. So werden die radialen 

Abmessungen in der xy-Ebene gefertigt und können prozessbedingt 

genauer umgesetzt werden. Wird in dieser Orientierung der 

Ansatz mit den Rohrsegmenten exemplarisch weiterverfolgt, so 

zeigen sich Beispiele für die Herausforderungen und Lösungsmöglichkeiten 

bei der Umsetzung mittels AM. Die theoretischen 

Wandstärken aus Bild 13 basieren allein auf den Abschätzungen 

zu der Torsionsbelastung. Die betrachteten Bereiche unterliegen 

jedoch weiteren Anforderungen, die zu einer deutlichen Zunahme 

der Wandstärke führen. Im Abschnitt 3.1 wirkt beispielsweise 

der Spannsatz zusätzlich auf die äußere Mantelfläche ein. Die radial 

wirkende Kraft führt zu einer Beanspruchung, die in einer 

dünnwandigen Struktur zu einer hohen Materialbeanspruchung 

führt. Durch eine lokale Erhöhung der Wanddicke in diesem Bereich 

kann eine Spannungserhöhung mit minimalem Materialeinsatz 

entgegengewirkt werden. Ein ähnliches Vorgehen wird in 

Kerbbereichen, beispielweise an der Sicherungsringnut oder bei 

Duchmesserübergängen, angewendet, indem durch eine gezielte 

Zugabe von Material und einer spannungsgünstigen Gestaltung 

lokale Spannungserhöhungen vermieden werden. Die erforderlichen 

geometrischen Anpassungen müssen im Fertigungsprozess 

umgesetzt werden können. Relevante Grenzen, die dabei berücksichtigt 

werden müssen, werden in Form von Konstruktionsrichtlinien 

festgehalten (Bild 07 links). 

In Bild 14 ist ein Entwurf der Abschnitte 2.1 und 3.1 abgebildet. 

Dieser Bereich ist im Wesentlichen auf Torsion belastet. Eine 

FEM Simulation liefert bei einer Torsionsbelastung von 14,25 Nm 

eine maximale Spannung von 35,17 MPa. Dieser Wert liegt deutlich 

unter dem theoretisch zulässigen Grenzwert. Um einen 

schädlichen Wärmestau im Fertigungsprozess zu vermeiden, 

bleibt der Bauteilquerschnitt weitestgehend konstant oder 

nimmt mit der Bauhöhe (in z-Richtung) ab. So kann die durch 

den Laser eingebrachte thermische Energie über das Bauteil in 

die Bauplattform abfließen. Hohe Eigenspannungen, Verzug und 

Pulveranhaftungen werden dadurch vermieden. 

ZUSAMMENFASSUNG 

Die bisherigen Untersuchungen liefern vielversprechende Ergebnisse 

und zeigen das Potential der Additiven Fertigung im Elektromaschinenbau 

auf. Materialien, die bisher nicht oder nur in einem 

beschränkten Umfang verarbeitet werden konnten, werden durch 

das LBM-Verfahren vearbeitbar. Trotz verbleibender Fehlstellen 

im Material konnte bereits eine maximale relative Permeabilität 

von µ r,max 

= 7055 erreicht werden. Die Verluste konnten bei additiv 

gefertigtem FeSi2.9 bei 10 Hz um 53 % reduziert werden. 

Neben der Möglichkeit, neue Materialien zu verwenden, bietet 

AM neue Optimierungspotentiale hinsichtlich der Bauteilfunktionalität. 

In elektromagnetischen Funktionsbereichen kann die 

Flussführung durch eine gezielte Gestaltung beeinflusst und die 

Leistungsdichte der Maschine erhöht werden. Auch eine Verringerung 

des Rastmoments durch neuartige 3D-Gestaltung des Aktivteils 

ist möglich. Die Reduzierung des Materialeinsatzes auf 

funktional erforderliche Bereiche bietet ein hohes Leichtbaupotential. 

Durch die vorgesehene Komplettfertigung des Rotoraktivteils 

und der Welle kann das Material auch mechanisch ideal ausgenutzt 

werden. Die elektromagnetisch wirksamen Rotorabschnitte 

können ohne spannungserhöhende Verbindungsstellen 

als mechanisch tragende Bereiche genutzt werden. Rein mechanisch 

belastete Rotorabschnitte können optimal an die wirkenden 

Belastungen angepasst werden. Das Potential der Additiven 

Fertigung zur Funktionsintegration, zur Erhöhung der Leistungsdichte 

und zum Leichtbau im Elektromaschinenbau wurde somit 

erfolgreich aufgezeigt. 

Dieser Lösungsansatz wird weiter untersucht und durch zusätzliche 

experimentelle Versuche an Prüfkörpern und an der finalen 

Rotorgestalt validiert. 



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DIE AUTOREN 

Prof. Dr.-Ing. Detmar Zimmer, Leitung am 

Lehrstuhl für Konstruktions- und 

Antriebstechnik, Universität Paderborn 

Sebastian Magerkohl, M.Sc., Wissenschaftlicher 

Mitarbeiter am Lehrstuhl für 

Konstruktions- und Antriebstechnik, 

Universität Paderborn 

Prof. Dr.-Ing. Mirko Schaper, Leitung am 

Lehrstuhl für Werkstoffkunde an der 

Fakultät für Maschinenbau, Universität 

Paderborn 

Lennart Tasche, M.Sc., Wissenschaftlicher 

Mitarbeiter am Lehrstuhl für Werkstoffkunde 

an der Fakultät für Maschinenbau, 

Universität Paderborn 

Prof. Dr.-Ing. Bernd Ponick, Leitung am 

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Leistungselektronik an der Fakultät für 

Elektrotechnik und Informatik, Leibniz 

Universität Hannover 

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Mitarbeiter am Institut für Antriebssysteme 

und Leistungselektronik an der 

Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, 

Leibniz Universität Hannover 


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