Der Konstrukteur 10/2021
Der Konstrukteur 10/2021
Der Konstrukteur 10/2021
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<strong>10</strong><br />
19073<br />
Oktober <strong>2021</strong><br />
€ 13,00<br />
AM PULS DER TECHNIK<br />
LEICHTGEWICHT<br />
Sicherheitskupplungen: kompakt<br />
und leistungsstark bei schweren Lasten<br />
<strong>Der</strong><strong>Konstrukteur</strong>.de
EDITORIAL<br />
GRENZENLOS<br />
DESIGNEN<br />
Campingbesteck, Aufbewahrungsboxen, Schraubenschlüssel<br />
oder den nächsten Lampenschirm einfach einmal selbst<br />
entwerfen und drucken? Moderne 3D-Druckverfahren machen es<br />
möglich. Sie eröffnen dem Lifestyle-Markt nahezu grenzenlose<br />
Möglichkeiten. Auch in anspruchsvollen industriellen Bereichen<br />
wie der Medizintechnik, dem Werkzeugbau oder der Luft- und<br />
Raumfahrt bietet die additive Fertigung viele Vorteile. Ist das<br />
Bauteil modelliert, lässt es sich in kurzer Zeit Schicht für Schicht<br />
aus feinem Pulver aufbauen und schon sind Prototypen, Kleinund<br />
Mittelserien oder komplexe Designs hergestellt. Auch im<br />
Hinblick auf Nachhaltigkeit punktet der 3D-Druck. In der<br />
Luftfahrt beispielsweise lassen sich damit besonders feste<br />
Leichtbaustrukturen mit einem um 40 bis 60 % reduzierten<br />
Gewicht fertigen. Das Ergebnis: schlankere Kostenstrukturen,<br />
Materialeinsparungen und geringerer Treibstoffverbrauch.<br />
Und das ist noch nicht alles. Forscher arbeiten schon an der<br />
vierten Dimension: mit 3D-gedruckten Objekten, die ihre Form<br />
über die Zeit verändern können. Zum Einsatz kommen<br />
Formgedächtnis polymere, die bei hohen Temperaturen verformt<br />
und durch Abkühlen in diesem veränderten Zustand fixierbar<br />
sind. Bei erneutem Erhitzen „erinnern” sie sich an ihre ursprüngliche<br />
Struktur und nehmen diese wieder an. Anwendungen<br />
könnten mitwachsende Implantate sein oder Kleidung, die sich<br />
dem Wetter anpasst. Welche Möglichkeiten derartige intelligente<br />
Werkstoffe in der Konstruktion bieten, lesen Sie ab Seite 44<br />
sowie in unserem Special. Es bleibt also spannend in der Welt<br />
des <strong>Konstrukteur</strong>s!<br />
Ihre<br />
Mehr Präzision.<br />
Performante<br />
Wegmessung<br />
in rauer Umgebung<br />
eddyNCDT<br />
• Induktive Wegsensoren auf<br />
Wirbelstrombasis zur berührungslosen<br />
Messung von Weg, Abstand & Position<br />
auf allen Metallen<br />
• Hohe Grenzfrequenz für dynamische<br />
Messaufgaben<br />
• Höchste Genauigkeit & Stabilität<br />
• Robuste Bauformen für schwierige<br />
Umweltbedingungen (Öl, Schmutz,<br />
Hoch-Temperatur, Druck bis 2000 bar)<br />
Nicole Steinicke<br />
Chefredakteurin<br />
n.steinicke@vfmz.de<br />
Schlag / Rundlauf<br />
Ölspalt<br />
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Applikationsingenieure:<br />
Tel. +49 8542 1680<br />
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INHALT<br />
06<br />
MENSCHEN UND MÄRKTE<br />
03 Editorial: Grenzenlos designen<br />
06 DER KONSTRUKTEUR persönlich:<br />
Dieter Wohlschlegel ist Engineering Manager<br />
in der Geschäftseinheit Stabilus Industrial<br />
bei der ACE Stoßdämpfer GmbH in Langenfeld<br />
08 Konstruktion 2030: Positioniersysteme der<br />
Zukunft – quo vadis?<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
FLUIDTECHNIK<br />
<strong>10</strong> Innenzahnradpumpen: Weniger ist mehr<br />
14 Hydraulikfiltration – richtig geplant und konstruiert<br />
<strong>10</strong><br />
ANTRIEBSTECHNIK<br />
18 TITELSTORY<br />
Sicherheitskupplung: Leichtgewicht für schwere<br />
Lasten<br />
22 Lineartechnik: Hier geht´s immer geradeaus<br />
AUTOMATISIERUNGSTECHNIK<br />
24 Automatisiert Kleben mit Know-how<br />
und Equipment<br />
24<br />
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
28 Kugelgewindetriebe: Das Tor zu den Sternen<br />
32 Messgetriebe: Exakte Positionssignale – auch<br />
wenn´s ungemütlich ist<br />
28<br />
4 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
34 Dehnhülsen-Spanndorn: Flexibel in der<br />
Verzahnungstechnik<br />
36 Aluminium-Schwerlastprofile: Hier rollen<br />
die Exponate<br />
48<br />
SPECIAL<br />
3D-DRUCK / GREEN ENGINEERING<br />
38 INNENTITEL<br />
3D-gedruckte Kunststoff-Schutzelemente – Kappen<br />
und Stopfen für mehr Ressourcenschonung<br />
42 K LARTEXT<br />
3D-Druck: Industrie mit Entwicklungspotenzial?<br />
44 I NTERVIEW<br />
4D-Druck: Aufbruch in die vierte Dimension<br />
durch aktive Materialien – Interview mit<br />
Thomas Lumpe und Cosima du Pasquier von<br />
der ETH Zürich<br />
46 Leichtbau: Innovationstreiber für den Klimaschutz<br />
48 Metall-3D-Druck: Neue Technologie mit<br />
bewährter Sicherheit<br />
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TITELBILD SPECIAL<br />
Pöppelmann<br />
GmbH & Co. KG, Löhne<br />
SERVICE<br />
50 Impressum<br />
51 Vorschau<br />
TITELBILD<br />
R+W Antriebselemente<br />
GmbH, Wörth am Main<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 5
DIETER<br />
WOHLSCHLEGEL<br />
ist als Engineering Manager<br />
von ACE eine der technischen<br />
Schnittstellen und Drehscheiben<br />
in der Geschäftseinheit Stabilus<br />
Industrial.<br />
Was fasziniert Sie an der Dämpfungs- und<br />
Schwingungstechnik?<br />
Es gibt keinen Bereich der Technik, in dem<br />
man nicht mit ungewollten Schwingungen<br />
oder Bewegungen zu kämpfen hat. Und<br />
genau das macht meine Arbeit spannend.<br />
Man muss letztendlich fast alle technischen<br />
Bereiche verstehen und kennen, um<br />
effiziente Lösungen anbieten zu können.<br />
Sie leben und arbeiten im Elsass und<br />
kommen regelmäßig auch in die Zentrale<br />
nach Langenfeld. Stellen Sie Unterschiede<br />
zwischen der französischen und der<br />
deutschen Arbeitsweise fest?<br />
Nicht umsonst spricht man von deutschen<br />
Tugenden wie Pünktlichkeit, Gewissenhaftigkeit,<br />
Ordnungssinn. Die Franzosen<br />
sind hier ein bisschen flexibler, was letztlich<br />
meines Erachtens der Kreativität mehr<br />
Freiraum bietet. Da viele Elsässer in<br />
Deutschland arbeiten und umgekehrt,<br />
profitieren wir hier im Grenzbereich von<br />
beiden Mentalitäten.<br />
Neben Ihrer Arbeit für ACE widmen Sie<br />
sich auch der Schwesterfirma General<br />
Aerospace. Um welche Themen geht es<br />
dabei und wo ist die Schnittmenge bzw.<br />
wie lässt sich das kombinieren?<br />
MENSCHEN UND MÄRKTE<br />
Wir nutzen gegenseitig unsere jahrzehntelangen<br />
Erfahrungen im Bereich der Bewegungskontrolle.<br />
Auch Test- bzw. Simulationsmöglichkeiten<br />
werden gemeinsam<br />
genutzt. Eine Symbiose, die dem Kunden,<br />
im Industrie- oder im Luft- und Raumfahrtbereich<br />
die perfekte Lösung bringt<br />
und die Produktentwicklung beschleunigt.<br />
Entwickeln Sie in Ihrer Freizeit<br />
auch etwas?<br />
Nichts Metallisches. Meine letzte Konstruktion<br />
war ein Holzunterstand. Neben<br />
der Funktionalität war mir dabei die<br />
Ästhetik wichtig, ein Gesichtspunkt, den<br />
ich im Maschinenbau vermisse.<br />
6 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de<br />
IN DER TECHNIK GIBT<br />
ES KEINEN BEREICH<br />
OHNE UNGEWOLLTE<br />
SCHWINGUNGEN<br />
DIETER WOHLSCHLEGEL,<br />
ENGINEERING MANAGER,<br />
ACE STOSSDÄMPFER GMBH, LANGENFELD
NACHHALTIGKEIT WIRD GROSSGESCHRIEBEN<br />
Endress+Hauser hat im internationalen<br />
EcoVadis-Nachhaltigkeitsrating<br />
76 von <strong>10</strong>0 Punkten erzielt.<br />
Die Firmengruppe erreichte <strong>2021</strong><br />
damit im fünften Jahr in Folge eine<br />
Platzierung in der Spitzengruppe.<br />
Weitere Verbesserungen erzielte<br />
Endress+Hauser sowohl in den<br />
Bereichen Umwelt als auch<br />
nachhaltige Beschaffung. Bei<br />
ethischem Handeln sowie<br />
Arbeits- und Menschenrechten konnte die Firmengruppe ihre Position im Benchmark-Vergleich<br />
halten. Damit rückt sie im Ergebnis in die Spitzengruppe vor und<br />
erreicht nach Gold-Standard nun eine Platin-Medaille – das höchste Leistungsniveau<br />
bei EcoVadis. <strong>Der</strong> Gedanke der Nachhaltigkeit ist bei Endress+Hauser tief<br />
verwurzelt: „Ganzheitliche Verantwortung ist ein zentraler Wert unserer Firmenkultur.<br />
Als Familienunternehmen möchten wir ökonomischen Erfolg mit ökologischen<br />
und sozialen Fortschritten verbinden“, betont CEO Matthias Altendorf.<br />
www.endress.com<br />
Entwickelt für höchste<br />
Ansprüche in der<br />
Servotechnik<br />
ZAE SERVO-DRIVE<br />
PARTNER FÜR 5G-TESTFELD GESUCHT:<br />
KLEINE UND MITTELSTÄNDISCHE BETRIEBE<br />
Nach Abschluss der aktiven Projektlaufzeit<br />
des Innovationsforums<br />
„5GrT - 5G-ready Testfeld im<br />
nördlichen Rheinland-Pfalz“ macht<br />
sich die Hochschule Koblenz an den<br />
Aufbau eines 5G-Testfeldes und<br />
sucht Partner. Angesprochen werden<br />
insbesondere Firmen aus dem<br />
Maschinenbau und Automotive-Umfeld,<br />
die ihre Anwendungsfälle<br />
untersuchen wollen. Dazu Dr. Wolfgang Kiess vom Fachbereich Ingenieurwesen<br />
der Hochschule Koblenz: „Gerade für den deutschen Mittelstand ist es aufgrund<br />
der zukünftig erwartbaren großen Nachfrage nach 5G-fähigen Maschinen von<br />
Kundenseite wichtig, sich damit auseinanderzusetzen.“ Willkommen sind auch<br />
Unternehmen, die den 5G Standard nicht zwingend benötigen, sich aber für<br />
Mobilfunktechnologien wie LTE oder NB-IoT interessieren. Für den Aufbau des<br />
5G-Testfelds wird derzeit ein Fördermittel-Antrag erarbeitet. „Dies ist gerade für<br />
KMU mit begrenzten Mitteln interessant, da der Einstieg in 5G hier zu einem<br />
Bruchteil der sonst anfallenden Kosten möglich sein wird“, so Kiess.<br />
Bild: nirutft – stock.adobe.com<br />
www.hs-koblenz.de<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
SPS <strong>2021</strong> – DIE PLATTFORM<br />
FÜR DEN PERSÖNLICHEN<br />
FACHAUSTAUSCH<br />
Rund 750 Aussteller erwartet der<br />
Veranstalter bei der SPS in Nürnberg<br />
vom 23. - 25.11.<strong>2021</strong>, die ihre Produkte<br />
und Lösungen für die smarte und<br />
digitale Automatisierung vorstellen. Vorträge, Live-Demonstrationen und die<br />
digitale Erweiterung runden das Messeangebot ab. Unter den New-Normal-Bedingungen<br />
ist der Veranstalter Mesago Messe Frankfurt überzeugt, mit dem<br />
von der Bayerischen Staatsregierung genehmigten Schutz- und Hygienekonzept<br />
eine erfolgreiche und sichere SPS <strong>2021</strong> für alle Beteiligten durchführen zu<br />
können. Neben zahlreichen Produktpräsentationen und intelligenten Lösungen<br />
profitieren die Besucher von direkten persönlichen Gesprächen und dem<br />
fachlichen Austausch mit Experten.<br />
www.sps-messe.de<br />
kurzfristig lieferbar
KONSTRUKTION 2030<br />
POSITIONIERSYSTEME DER<br />
ZUKUNFT – QUO VADIS?<br />
Als Automatisierungsspezialist bewegen Sie sich seit mehr<br />
als 40 Jahren in vielen Branchen, von der Automobilindustrie<br />
über die Medizin- und Feinwerktechnik bis hin zur Nahrungsmittelindustrie.<br />
Was hat sich verändert, und welche Trends<br />
erkennen Sie, wenn es um die Fabrik der Zukunft geht?<br />
Es geht um ressourceneffiziente Technologien, die ihren Teil<br />
dazu beitragen, den CO 2<br />
-Footprint jedes einzelnen Produkts<br />
zu senken. Hierzu ist es notwendig, einen Einklang zwischen<br />
Effizienz und Flexibilität zu finden. Das heißt: Das System<br />
ist maßgeschneidert auszulegen. Hier können entlang der<br />
gesamten Wertschöpfungskette – sowohl im Design der Anlagen,<br />
deren Produktion sowie im Einsatz – unterschiedliche Beiträge<br />
geleistet werden. Gerade im Betrieb kann hierbei eine auf<br />
Effizienz ausgerichtete Optimierung einen großen Anteil haben.<br />
Produktlebenszyklus. Sichere, stabile, kompatible und intuitive<br />
digitale Plattformen ermöglichen eine einfache Anpassung an<br />
neue Produktanforderungen sowie neue Geschäftsmodelle.<br />
Bilder: IEF-Werner GmbH<br />
www.ief.de<br />
ES GEHT ZUNEHMEND UM<br />
TECHNOLOGIEN, DIE DEN CO ²<br />
-<br />
FUSSABDRUCK REDUZIEREN<br />
MENSCHEN UND MÄRKTE<br />
Welche Anforderungen stellt der Markt an Positioniersysteme,<br />
das heißt: Sind modulare Konzepte gefragt oder eher<br />
individuelle Lösungen?<br />
Auch künftig werden die Positioniersysteme mit den verschiedenen<br />
Antriebsarten ihre zentrale Stellung in der industriellen<br />
Produktion beibehalten – oder diese Stellung sogar noch ausbauen.<br />
Gefragt sind flexible, modulare Fertigungssysteme, mit<br />
denen Anwender eine steigende Varianz immer kurzlebigerer<br />
Güter produzieren können. Damit sind sie auf eine effiziente<br />
Automatisierung der Montage- und Handhabungstechnik<br />
angewiesen. Das erweitert die Variantenvielfalt der Positioniersysteme,<br />
um jede Anforderung optimal erfüllen zu können.<br />
Welche Rolle wird Digitalisierung zukünftig<br />
in der Prozessautomation spielen?<br />
IT und Produktionsthemen wachsen immer weiter zusammen<br />
und entwickeln sich hin zu einer wissens- und informationsbasierten<br />
Produktionsoptimierung. Damit können alle Beteiligten<br />
ihre Prozesse noch effizienter gestalten. Verbesserte und<br />
zuverlässige Produktions- und Wartungsprozesse verbinden<br />
die Hardware, Elektronik und Software entlang des gesamten<br />
8 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de<br />
ULRICH MOSER<br />
Marketingleitung & Vertriebscontrolling, IEF-Werner GmbH
MEHR KAPAZITÄTEN FÜR WINDENERGIE-KOMPONENTEN<br />
Flender baut am Standort Tianjin in China die Produktion von<br />
Antriebssystemen für die Windenergie aus. Dort werden vollintegrierte<br />
Antriebsstränge und der mittelschnelle Winergy HybridDrive<br />
montiert. Das Gebäude für das Geschäft der Marke Winergy wird<br />
mehr als 16 000 m2 groß sein. Erweitert werden dabei auch die<br />
Prüfstandskapazitäten für Back-to-back-Tests des gesamten Antriebsstrangs.<br />
Im November 2022 soll das Gebäude fertig sein. Ab<br />
dann sollen jährlich mehr als 1 000 HybridDrive-Einheiten das Werk<br />
verlassen. Die Erweiterung ist Teil der Lokalisierungsplä ne des<br />
Unternehmens für den chinesischen Markt, die auch die Bereiche<br />
Technologie, Produktportfolio, Lieferketten und Recruiting umfassen.<br />
<strong>Der</strong> Standort Tianjin besteht seit 1996 und hat mehr als 2 000 Mitarbeiterinnen<br />
und Mitarbeiter. Flender produziert hier Getriebe und Generatoren für die Windindustrie im Leistungsbereich von 3 bis<br />
<strong>10</strong> MW und einer jährlichen Produktionskapazität von ü ber <strong>10</strong> GW.<br />
www.flender.com<br />
NEUER NORM-<br />
ELEMENTE-KATALOG<br />
2 208 – das ist keine beliebige<br />
Ziffernfolge, sondern die<br />
Seitenzahl des druckfrischen<br />
Normelemente-Katalogs von<br />
Ganter. Nach drei Jahren legen<br />
die Furtwanger die aktuelle<br />
Version ihres Standardwerks<br />
vor. Mehr als 60 000 Normelemente<br />
finden sich darin – in<br />
all ihren Varianten, Details,<br />
Werkstoffen und Abmessungen<br />
exakt spezifiziert. Den Überblick<br />
und auch die Suche nach<br />
passenden Lösungen erleichtert<br />
der Katalog mit seiner<br />
bewährten Systematik:<br />
zunächst in die drei Hauptgruppen<br />
Bedien-, Spann- und<br />
Maschinenelemente eingruppiert,<br />
folgt anschließend die<br />
funktionsorientierte Feinsortierung<br />
in Produktuntergruppen.<br />
Alle Elemente sind in Form von<br />
Normblättern dargestellt,<br />
einschließlich Hinweisen zum<br />
Einbau und zur Anwendung.<br />
<strong>Der</strong> Normelemente-Katalog<br />
18.0 von Ganter lässt sich<br />
kostenfrei ordern. Per Mail an<br />
info@ganternorm.com oder via<br />
Link: www.ganternorm.com/<br />
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Austausch sparen wertvolle Zeit<br />
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ACE Katalog an!<br />
www.ace-ace.de
FLUIDTECHNIK<br />
WENIGER<br />
IST MEHR<br />
Im Hinblick auf niedrigere<br />
Total Cost of Ownership wächst bei<br />
Hydraulikanwendungen die Forderung<br />
nach Pumpen mit höheren Drehzahlen.<br />
Eine neu entwickelte Pumpenbaureihe<br />
hilft Antriebsmomente zu reduzieren,<br />
indem Drehzahlen im Antriebsstrang<br />
erhöht werden können. Durch eine optimierte<br />
Konstruktion der Innenzahnradeinheiten<br />
konnten zudem Geräuschniveau<br />
und Baugröße weiter reduziert werden.<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Die Worte „weniger ist mehr“ gewinnen in der Hydraulik<br />
zunehmend an Bedeutung. <strong>Der</strong> Wunsch nach Downsizing,<br />
der Verkleinerung technischer Größen bei<br />
gleicher Leistungsfähigkeit, zielt in erster Linie auf<br />
Kosten- und Energieeinsparungen ab. Im Antriebsstrang sind<br />
Pumpe, Motor und Umrichter voneinander abhängig, sodass<br />
Änderungen an der Pumpe unmittelbaren Einfluss auf die<br />
weiteren Komponenten haben. Steigt der Drehzahlbereich der<br />
Pumpe, können Anwender kleinere Elektromotoren und Umrichter<br />
einsetzen. Mit dieser Zielsetzung haben Spezialisten<br />
von Bucher Hydraulics die neue Innenzahnradpumpenbaureihe<br />
QXEHX entwickelt.<br />
Frühzeitiges Erkennen der steigenden Anforderungen im<br />
Markt sowie umfangreiches Applikations-Know-how mit der<br />
Vorgänger-Baureihe QXEH führten zu deren konsequenter<br />
Weiterentwicklung. <strong>Der</strong> Bedarf an höheren Drehzahlen konnte<br />
zuvor bereits durch den Anschluss eines optionalen zweiten<br />
Sauganschlusses abgedeckt werden. Das hier zugrunde liegende<br />
Prinzip, den Zahnkranz von zwei Seiten zu fluten, wurde beibehalten,<br />
konnte jedoch technisch neu und nunmehr innerhalb<br />
des Pumpengehäuses gelöst werden. Hierzu wurden die Konturen<br />
der gegossenen internen Saug- und Druckkanäle optimiert,<br />
sodass der Drehzahlbereich der neuen Innenzahnradpumpe<br />
bereits standardmäßig deutlich gesteigert werden konnte. Das<br />
Ergebnis sind rund 20 % höhere maximale Drehzahlen im Vergleich<br />
zur QXEH. Das verschafft Anwendern die Möglichkeit<br />
zum erfolgreichen Downsizing mit geringeren Anschaffungskosten<br />
und weniger Energieverbrauch.<br />
LAUTSTÄRKE REDUZIERT TROTZ<br />
HÖHERER DREHZAHL<br />
DIE OPTIMIERTE KONSTRUKTION<br />
DER INNENZAHNRADEINHEITEN<br />
KONNTE GERÄUSCHNIVEAU UND<br />
BAUGRÖSSE WEITER REDUZIEREN<br />
Gewöhnlich beeinflussen die Drehzahl und der Ausgangsdruck<br />
einer Pumpe die Lautstärke. Steigt die Drehzahl, steigt auch der<br />
Geräuschpegel. Langjährige Erfahrung mit der bisherigen Baureihe<br />
nutzend, lösten die Entwickler bei Bucher Hydraulics anhand der<br />
überarbeiteten Konturen von Saug- und Druckkanal diese Herausforderung.<br />
Die Optimierung der Strömungskanäle verringert den<br />
Strömungswiderstand, sodass der Geräuschpegel verglichen mit<br />
der QXEH im Durchschnitt um 3 dB(A) gesenkt werden konnte.<br />
Zudem bleibt das Geräuschniveau im oberen Drehzahlbereich<br />
nahezu konstant. In der Anwendung sind deshalb weniger Schallschutzmaßnahmen<br />
notwendig, was sich sowohl für Maschinenhersteller<br />
als auch für End-User kostensparend auswirkt.<br />
<strong>10</strong> DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
FLUIDTECHNIK<br />
Ein Garant für die hohe Betriebssicherheit der QXEHX ist deren<br />
nicht-kompensiertes Grunddesign, das eine sehr lange Druckaufbaustrecke<br />
über den gesamten symmetrisch angeordneten<br />
Halbmond ermöglicht. Als sogenannte Ritzelwellen-Konstruktion<br />
sind Ritzel und Welle aus einem Teil gefertigt. Darüber hinaus<br />
kommt die Pumpe ohne Dicht- und Kompensationselemente zur<br />
internen Abdichtung der Druckzone aus.<br />
STABILER BETRIEB IM REVERSIER-<br />
MODUS GARANTIERT<br />
Diese, für die gesamte QX-Baureihe typische Konstruktion hat<br />
sich in zahlreichen Applikationen über viele Jahre bewährt und<br />
ist die Basis für höhere Produktivität, von der die Anwender profitieren.<br />
Das gilt insbesondere in Kombination mit hochdynamischen<br />
Servo- und Reluktanzmotoren. Die QXEHX kann in Spritzgießmaschinen<br />
zur Druckentlastung im System problemlos<br />
mehrmals pro Arbeitszyklus vollständig im Umkehrmodus<br />
(Reverse-Mode) betrieben werden.<br />
Hier spielt die QXEHX-Innenzahnradpumpe ihre konstruktionsbedingten<br />
Trümpfe aus. Sie benötigt keinen definierten<br />
Vorspanndruck am Pumpenausgang, sodass sie selbst bei Umkehrung<br />
mit niedrigsten Drücken am Ausgang absolut stabil<br />
arbeitet. Daraus ergibt sich ihre hohe Zuverlässigkeit. Des Weiteren<br />
sparen Anwender Kosten und Energie für die sonst üblichen<br />
Zusatzventile, mit denen andere Pumpen vor einem Ausfall<br />
Unbenannt-2 1 www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>10</strong>.12.2020 <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> <strong>10</strong>:40:33 11
FLUIDTECHNIK<br />
01<br />
DEM TREND EINES<br />
KOMPAKTEREN DESIGNS<br />
RECHNUNG TRAGEN<br />
Hersteller von Spritzgießmaschinen<br />
konzentrieren sich auf eine Verkleinerung<br />
des Antriebsstrangs, um Kosten<br />
und Energie einsparen zu können.<br />
Die QXEHX Innenzahnradpumpe stellt<br />
hierfür die optimale Lösung dar.<br />
Sie bietet eine hohe Energieeffizienz.<br />
Außerdem können durch höhere<br />
Drehzahlen Antriebsmomente reduziert<br />
werden. Zudem zeichnet sich die<br />
QXEHX bei hohen Drehzahlen durch<br />
eine geringe Geräuschentwicklung aus.<br />
Die Gründe hierfür liegen sowohl in<br />
den überarbeiteten Konturen der<br />
Saug- und Druckkanäle als auch in<br />
den optimierten sonstigen Strömungsverläufen.<br />
In der Anwendung sind<br />
deshalb weniger Schallschutzmaßnahmen<br />
notwendig, was sich für<br />
Maschinenhersteller und Endanwender<br />
ebenfalls kostensparend auswirkt.<br />
01 Aufgrund der höheren maximalen Drehzahlen der neuen<br />
Innenzahnradpumpe können bei Druckgussmaschinen jetzt Pumpen<br />
mit kleinerem Verdrängungsvolumen gewählt werden<br />
geschützt werden müssen. Gleichzeitig bietet die Konstruktion<br />
beste Voraussetzungen, um den Ölschmierfilm in den Lagerund<br />
Getriebeteilen perfekt aufrechtzuhalten.<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
02 Hauptmerkmal<br />
der nicht-kompensierten<br />
QXEHX ist deren ruhiger<br />
Druckaufbau entlang<br />
des Halbmondes mit<br />
einer sehr langen<br />
Druckaufbaustrecke<br />
DOWNSIZING MIT ERFOLG<br />
Abgestimmt auf die Kundenwünsche nach möglichst kleinen,<br />
kompakten Komponenten bietet Bucher Hydraulics die neue<br />
Innenzahnradpumpe mit einer Erweiterung der Verdrängungsvolumen<br />
an. Während bisher nur drei Verdrängungsvolumen<br />
pro Baugröße erhältlich waren, können nun Anwender der<br />
QXEHX höhere Verdrängungsvolumen in kleinerer und auch<br />
leichterer Baugröße erhalten. Bei Applikationen, in denen eine<br />
Pumpe beispielsweise 40 cm3 Verdrängungsvolumen benötigt,<br />
können Nutzer bei einem kontinuierlichen Betriebsdruck am<br />
Pumpenausgang von 2<strong>10</strong> bar statt der bisher üblichen Baugröße 5<br />
nunmehr die Baugröße 4 wählen. Das spart, bezogen auf die<br />
Pumpe, rund 30 % an Gewicht und senkt die Kosten. Gleichzeitig<br />
trägt das Konzept „höhere Drehzahl/geringeres Verdrängungsvolumen“<br />
zum Downsizing des Antriebsstrangs bei.<br />
Bucher Hydraulics bietet das überlappende Verdrängungsvolumen<br />
für die neuen Baugrößen 4 und 5 (20 bis 80 cm3) an.<br />
Beide Größen decken nahezu alle typischen Applikationen mit<br />
offenem hochdynamischem Kreislauf, wie Spritzgieß- und<br />
Druckgussmaschinen sowie Metallumformpressen ab. Die<br />
Baugrößen 3 und 6 der QXEHX folgen zu einem späteren Zeitpunkt.<br />
Bilder: Bucher Hydraulics GmbH<br />
www.bucherhydraulics.com<br />
12 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
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FLUIDTECHNIK<br />
HYDRAULIKFILTRATION –<br />
RICHTIG GEPLANT<br />
UND KONSTRUIERT<br />
Saugseitig oder im Rücklauf,<br />
Vollstrom oder Nebenstrom,<br />
stationär oder mobil – bei der<br />
Auswahl von Hydraulikfiltern<br />
hat der <strong>Konstrukteur</strong> die Wahl.<br />
Doch welche Parameter sind<br />
wirklich entscheidend?<br />
01<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Dass in einer Hydraulikanlage Filter zum Einsatz kommen,<br />
ist heute selbstverständlich. Eine wirkungsvolle,<br />
zumeist aus verschiedenen Bausteinen aufgebaute Filtration<br />
(Bild 02) erhöht die Lebensdauer von Systemkomponenten.<br />
Sie bewirkt eine Verlängerung von Wartungsintervallen<br />
und zugleich eine Reduzierung von Maschinenausfallzeiten<br />
und Reparaturkosten.<br />
Die Frage ist also nicht „ob“, sondern vielmehr „wie“: Wie sieht<br />
das „beste“ Filtrationskonzept für den jeweiligen Hydraulikkreislauf<br />
aus? Bei der Beantwortung dieser Frage gilt es zu berücksichtigen,<br />
dass die Ursachen der Verschmutzung ganz unterschiedlich<br />
sind. Fremdpartikel können z. B. von außen eindringen, bei<br />
der Befüllung, Öffnung oder Wartung des Hydrauliksystems<br />
(Staub, Wasser, Späne…). Oder sie entstehen durch freiwerdende<br />
Metallpartikel im Hydraulikkreislauf (Kavitation, Erosion). Weitere<br />
Verschmutzungsquellen sind chemische Prozesse (Korrosion),<br />
und auch Mikroorganismen können die Eigenschaften des<br />
Hydraulikmediums negativ beeinflussen.<br />
GRUNDSATZ: AUFGABENTEILUNG DER FILTER<br />
Da es verschiedene Eintragsmöglichkeiten und auch verschiedene<br />
Arten der Verunreinigungen gibt, ist es sinnvoll, die Gesamtaufgabe<br />
der Filtration aufzuteilen. Saugseitige Filter sind auf dem<br />
(Leitungs-) Weg vom Tank zur Pumpe installiert. Sie sind einfach<br />
aufgebaut, z. B. als Saugkorbfilter mit einer Porenweite von<br />
125 µm, und halten grobe Verunreinigungen zurück. Zwischen<br />
Pumpe und Verbrauchern kommen Druckfilter zum Einsatz. Als<br />
Polizeifilter (auch bei Pumpenschäden) schützen sie z. B. emp-<br />
Dipl.-Wirt.-Ing. Thorsten Kinkel,Vertrieb Filtrationstechnik,<br />
Stauff Deutschland, Werdohl<br />
findliche Proportionalventile vor<br />
Schäden durch Schmutz. Auf dem<br />
Weg von den Verbrauchern zum<br />
Tank – und somit auf sehr viel geringerem<br />
Druckniveau – sind<br />
Rücklauffilter installiert, die in der<br />
Regel die Hauptarbeit der Filtration<br />
übernehmen. Sie „sammeln“<br />
alle Verunreinigungen im Kreis-<br />
lauf, bevor das Hydrauliköl zurück<br />
in das Reservoir gelangt. Deshalb sollten sie entsprechend groß<br />
dimensioniert sein und auch die höchste Filterfeinheitsklasse<br />
aufweisen. Zusätzliche Einfüll- und Belüftungsfilter im Tankdeckel<br />
verhindern u. a. den Eintrag von Schmutz beim „Atmen“ des<br />
Luftanteils im Reservoir. Um die Aufzählung komplett zu machen:<br />
Nebenstromfilter können – auch zeitweise – zusätzliche Filtrationsaufgaben<br />
übernehmen.<br />
WICHTIGE PARAMETER FÜR DIE FILTERAUSWAHL<br />
Diese Aufgabenteilung hat sich sowohl aus technischer Sicht<br />
(Schutz der Komponenten und des Systems) als auch in Kosten-<br />
Hinsicht (Effizienz) bewährt. Das bedeutet für den <strong>Konstrukteur</strong>:<br />
Er muss bzw. darf gleich mehrere Filter auswählen und dabei immer<br />
den Systemgedanken im Blick haben. Welche Parameter sind<br />
dabei relevant?<br />
Die Filterfeinheit gibt die durchschnittliche Porenweite des<br />
Filtergewebes in µm an. Die Abscheideleistung und der Abscheidegrad<br />
beziehen sich auf das Verhältnis der Anzahl von<br />
Partikeln vor und nach dem Filter, bezogen auf eine bestimmte<br />
Partikelgröße. Ein Beispiel: „ß<strong>10</strong> > 200“ bedeutet, dass von<br />
1 000 Partikeln mit einer Größe von <strong>10</strong> µm nur jeder zweihundertste<br />
das Filterelement passiert. Das entspricht einem Abscheidegrad<br />
von 99,5 %.<br />
14 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
FLUIDTECHNIK<br />
01 Die neuen Druckfiltergehäuse<br />
sind strömungstechnisch optimiert<br />
und auch leichter als die<br />
Vorgängerbaureihe<br />
02 Je nach Position übernehmen<br />
Filter, z. B. Tank-Einfüll- und<br />
Belüftungsfilter, Druckfilter<br />
oder Rücklauffilter im Hydraulikkreislauf<br />
unterschiedliche<br />
Aufgaben<br />
02<br />
SO VIEL FILTRATION WIE NÖTIG – SO WENIG<br />
DRUCKVERLUST WIE MÖGLICH<br />
Diese vier Kenngrößen sind wichtige, aber längst nicht die einzigen<br />
wichtigen Parameter bei der Auswahl des optimalen Hydraulikfilters.<br />
Ebenfalls relevant sind zum Beispiel der Nenndurchfluss<br />
am Filter, die Temperatur und somit auch die Viskosität des<br />
Hydraulikmediums sowie das Filtermaterial. Aus diesen Parametern<br />
wird der individuelle Differenzdruck (Druckverlust) ermittelt<br />
und mit dem maximal zulässigen Druckverlust verglichen.<br />
Wenn der Istverlust höher ist als der Sollverlust, beginnt das Berechnen<br />
von vorn. Dabei gilt der Grundsatz: „So viel Filtration<br />
wie nötig bzw. erforderlich – so wenig Druckverlust wie möglich.“<br />
Denn der Druckverlust beeinträchtigt die Leistung des Hydrauliksystems.<br />
Auch deshalb zeichnen sich die neuen Stauff-Druckfiltergehäuse<br />
u. a. durch eine optimierte Durchströmung aus .<br />
INTEGRATION IN DEN KREISLAUF ÜBER VENTILE<br />
Bei der Integration der Filter in den Kreislauf des Hydraulikmediums<br />
kommen verschiedene Ventilbauarten, die jeweils unterschiedliche<br />
Funktionen übernehmen, zum Einsatz. Am weitaus<br />
häufigsten entscheiden sich die <strong>Konstrukteur</strong>e für ein Bypass-<br />
Ventil am Rücklauffilter, das bei einem definierten Differenzdruck<br />
von z. B. 3 bar öffnet. Dann wird nur noch ein Teilstrom gefiltert.<br />
Diese Funktion ist beim Kaltstart des Systems wichtig:<br />
Wenn das Hydrauliköl noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht<br />
hat, ist es zäher und kann das Filtermedium schlechter<br />
durchströmen. <strong>Der</strong> Bypass sorgt in diesem Fall für einen gleichmäßigen<br />
Volumenstrom im System.<br />
Erleichtert wird die Auswahl des optimalen Hydraulikfilters<br />
durch den „Online Filter Calculator“ auf der Stauff-Homepage<br />
unter filtercalc.stauff.com. <strong>Der</strong> Anwender wird hier durch ein<br />
Menü geführt, das alle relevanten Auswahlparameter abfragt. Auf<br />
der Basis dieser Angaben bietet der Konfigurator mehrere Lösungen<br />
an. Alle vorgeschlagenen Filtergehäuse und -elemente werden<br />
mit ihren technischen Daten aufgeführt, sodass ein einfacher<br />
Vergleich möglich ist. Wenn der Anwender sich für einen Filter<br />
entschieden hat, wählt er das gewünschte Dichtungsmaterial,<br />
den Anschluss und die Art der Verschmutzungsanzeige. Zum Abschluss<br />
der Konfiguration wird der gewählte Filter mit allen technischen<br />
Daten inklusive Einbau- und Anschlussmaßen, Ausstattungsmerkmalen<br />
und Schnittbild angezeigt. So kann der <strong>Konstrukteur</strong><br />
Rechenarbeit an den Konfigurator abgeben und seine<br />
Zeit, Intelligenz und Kompetenz auf „echte“ <strong>Konstrukteur</strong>saufgaben<br />
verwenden.<br />
Bilder: Stauff<br />
www.stauff.com<br />
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FLUIDTECHNIK<br />
WÄCHTER ÜBER VAKUUM UND DRUCK<br />
<strong>Der</strong> Durchflusssensor FS von Schmalz sitzt im Handhabungsprozess nah am<br />
Greifpunkt und meldet Abweichungen im Durchfluss, beim Vakuum oder<br />
Druck. So überwacht und optimiert er die Prozesse. <strong>Der</strong> robuste Sensor ist<br />
kaum schwerer als eine Tafel Schokolade und kann an Roboterarmen oder in<br />
Greifspinnen festgeschraubt werden. In das System integriert wird er über<br />
einen analogen Ausgang und zwei einstellbare Schaltpunkte. Die Vakuum-<br />
Komponente bestimmt auch bei dünnen Schlauchdurchmessern präzise<br />
Vakuum- und Druckwerte von - 0,9 bis 8 bar sowie den Durchfluss von 5 bis<br />
200 l/m. Eine Überschreitung des eingestellten Schwellwertes signalisiert<br />
der Sensor auch durch einen Farbwechsel im LCD-Display. Zum Einsatz<br />
kommt er u. a. bei der automatisierten Handhabung von Karosserieblechen,<br />
Glasscheiben oder Lebensmittelverpackungen. Er erkennt Leckagen ebenso<br />
wie falsch gegriffene Müsliverpackungen. Das Display zeigt auch eine<br />
Auswertung des kumulierten Druckluftverbrauchs.<br />
www.schmalz.com<br />
ULTRASCHNELL UND ULTRASMART<br />
Das Jumo Flowtrans-US-W01-Ultraschall-Durchflussmessgerät<br />
(IP65) misst präzise in leitfähigen und nicht leitfähigen<br />
Medien und ist verschleißfrei. Seine Genauigkeit liegt<br />
bei ± 2 % des Messwerts, ein zusätzlicher Temperatursensor<br />
ist integriert. Durch sein metallfreies Gehäuse und das<br />
verwendete Kunststoffrohr in den Nennweiten von DN 15<br />
bis DN 32 kann er flexibel eingesetzt werden – auch bei<br />
korrosiven Medien. Die Nenndrücke können bis PN 16<br />
betragen und die Mediumstemperatur bis zu 80 °C. Mit<br />
geringerer Genauigkeit sind auch Messungen bei Temperaturen<br />
von bis zu 95 °C möglich. Zusätzlich zur reinen<br />
Durchflussmessung stehen Varianten der Flowtrans-US-W-<br />
Serie mit einem Drucksensor, Bluetooth, IO-Link oder Jumo<br />
Digiline zur Verfügung.<br />
www.jumo.net<br />
ULTRASCHALLSENSOREN – MIT IO-LINK<br />
NOCH INTELLIGENTER<br />
Die neuen Crm+ Füllstandssensoren von Microsonic sind<br />
mit einer IO-Link-Schnittstelle, Versio 1.1, ausgestattet.<br />
Sie übermittelt neben den gemessenen Entfernungen auch<br />
Identifikations-, Status- und Diagnosewerte. Grenzstände<br />
oder Schaltpunkte lassen sich einfach per IO-Link einstellen.<br />
Die robusten Sensoren decken mit fünf Tastweiten einen<br />
Messbereich von 30 mm bis 8 m ab. Das Digital-Display<br />
zeigt den Abstandswert in mm/cm direkt am Sensor an. <strong>Der</strong><br />
Push-Pull-Schaltausgang kann im Standard-IO Modus auch<br />
als Schaltausgang (sowohl pnp als auch npn) genutzt werden.<br />
Die Crm+ Sensoren in einer M30-Edelstahlhülse erfassen<br />
kontinuierlich Füllstände von Flüssigkeiten oder Schüttgütern,<br />
die Schall reflektieren. So ist eine berührungslose<br />
Füllstandsmessung<br />
unabhängig von Farbe<br />
oder Transparenz<br />
möglich. Die Ultraschallsensoren<br />
sind<br />
resistent gegen Staub<br />
und Nebel und eine<br />
Peek-Folie vereinfacht<br />
das Entfernen von<br />
Verschmutzungen.<br />
Auch ist eine Füllstandskontrolle<br />
auf<br />
aggressiven Medien<br />
möglich.<br />
www.microsonic.de<br />
DROSSELRÜCKSCHLAGVENTILE FÜR PRÄZISE LANGSAMLAUF-ANWENDUNGEN<br />
SMC hat mit den Serien AS-FM/FC und AS-FSM/FSC leistungsstarke und präzise<br />
Drosselrückschlagventile speziell für Langsamlauf-Anwendungen entwickelt.<br />
Für eine akkurate und wiederholgenaue Beförderung ermöglichen sie sowohl<br />
eine feinere Einstellung als auch eine höhere Genauigkeit der Antriebsgeschwindigkeit.<br />
SMC hat die Ventile speziell für die Kontrolle niedriger<br />
Geschwindigkeiten von 1 bis 50 mm/s entwickelt. Die AS-FC-Serie ist sogar für<br />
den Regelbereich von 50 bis 150 mm/s geeignet. Bei allen Modellen sorgt ein<br />
manuell betätigter Druckverriegelungs-Einstellknopf für eine einfache und<br />
schnelle Einstellung oder Verriegelung. Die Serie AS-FSM/FSC verfügt zudem<br />
über eine integrierte Ziffernanzeige, die die visuelle Kontrolle des Durchflusses<br />
und eine schnellere Einrichtung erlaubt.<br />
www.smc.de<br />
16 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
MIKRO HYDRAULIK<br />
MIKRO HYDRAULIK<br />
LEE LEE Komponenten für die für die Industrie- Industrie- und und Fahrzeughydraulik (IMH)<br />
(IMH)<br />
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LEE Komponenten für die Industrie- und Fahrzeughydraulik (IMH)<br />
THE THE LEE LEE COMPANY THE THE THE LEE LEE LEE COMPANY MORE MORE THAN THAN 70 70 YEARS 70 YEARS SINCE SINCE 1948<br />
1948<br />
MORE MORE THAN MORE THAN 70 THAN 70 70 YEARS 70 YEARS 70 YEARS SINCE SINCE 1948<br />
SINCE 1948<br />
1948
ANTRIEBSTECHNIK<br />
LEICHTGEWICHT<br />
FÜR SCHWERE LASTEN<br />
TITELSTORY<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Schwerlast-Industrieaufzüge müssen extrem robust und zuverlässig sein. Ebenso wichtig ist ihre<br />
Sicherheit. Bei einem Industrieaufzug eines Automobilherstellers gab es sogar noch eine ganz<br />
besondere Herausforderung: die exakte Ermittlung des Drehmoments in der Türsteuerung, bei<br />
dem die Sicherheitskupplung bei starker Beschleunigung der Tür nicht auslöst, aber dennoch den<br />
Not-Stopp im Störungsfall gewährleistet. Wie diese Aufgabe gemeistert wurde, erfahren Sie hier.<br />
In der industriellen Produktion sind Lastenaufzüge oft ein existenzieller<br />
Bestandteil einer Fertigungslinie oder eines Logistiksystems.<br />
Sie sind pausenlos in Betrieb und werden im rauen<br />
Industrieeinsatz stark beansprucht. Störungen an den Aufzugsanlagen<br />
können zu Produktionsausfällen und damit zu<br />
hohen Kosten für den Betreiber führen. Deshalb haben eine konstante<br />
Verfügbarkeit, ein störungsfreier Betrieb des Aufzugs,<br />
schnelle und einfache Montage sowie ein geringer Wartungsaufwand<br />
höchste Priorität. Darüber hinaus müssen die Aufzüge<br />
auch weitergehenden Ansprüchen genügen: Sie sollen schwere<br />
Lasten transportieren, gut zugänglich sein, oder auch mit größeren<br />
Fahrzeugen wie Staplern oder Pkw befahrbar sein. Werden Perso-<br />
Sina Odenwald, Marketing-Referentin,<br />
R+W Antriebselemente GmbH, Wörth am Main<br />
nen befördert, gelten zudem höchste Sicherheitsstandards. Die<br />
schweren Türen müssen im Notfall einfach zu öffnen sein und<br />
dürfen nicht blockieren.<br />
TÜRSTEUERUNG FÜR SCHWERLASTAUFZUG:<br />
HOCHKOMPLEXE ANTRIEBSTECHNIK<br />
In der konkreten Applikation – ein Schwerlastaufzug in der Produktionsanlage<br />
eines führenden Automobilherstellers – ging es<br />
um eine Sicherheitskupplung für den Antrieb der Türsteuerung.<br />
Hauptaufgabe der Kupplung war die Kraftbegrenzung der drehzahlgeregelten<br />
Gleichstromantriebe der Falttüren und zusätzlich<br />
die Sicherheit der Aufzugsteuerung. Die Türen des Aufzugs bewegen<br />
sich nicht ohne Befehl der Aufzugsteuerung. Die Breite der<br />
Türöffnung wird automatisch durch Sensoren ermittelt, das<br />
heißt, es ist kein Schutzschalter für einen Not-Stopp erforderlich,<br />
da die Tür-auf- bzw. Tür-zu-Position automatisch erkannt wird.<br />
Gleichzeitig musste für die Situation, dass die Sensorik aufgrund<br />
18 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
ANTRIEBSTECHNIK<br />
hervorragendes Verhältnis von Drehmomentleistung zu Abmessungen<br />
und Gewicht aus. So hat die Serie 30 des Modells SLP bei<br />
einer Drehmomentbegrenzung von bis zu 135 Nm ein Eigengewicht<br />
von nur 200 g und ein Massenträgheitsmoment von<br />
0,1 × <strong>10</strong> -3 kgm². Dank der speziellen Verzahnung von Grundkörper<br />
und Anbauflansch rastet die Kupplung zuverlässig aus. Sie<br />
EIN VORTEIL DER LEICHTBAU-<br />
SICHERHEITSKUPPLUNG IST,<br />
DASS SICH DAS DREHMOMENT<br />
STUFENLOS EINSTELLEN LÄSST<br />
reagiert im Millisekundenbereich mit einer Wiederholgenauigkeit<br />
von etwa 5 %. Die Sonderverzahnung der Torqlight SLP 30<br />
bewirkt, dass das Funktionssystem jeweils nach 30 ° durchrastet.<br />
Ein weiterer Vorteil dieser Leichtbau-Sicherheitskupplung ist,<br />
dass sich das Drehmoment stufenlos einstellen lässt. So kann das<br />
Ausrückmoment besonders fein und exakt eingestellt werden.<br />
Bremauer erinnert sich: „Das war der kniffligste Part der Entwicklung.<br />
Wir mussten so filigran wie ein Schweizer Uhrmacher arbeiten,<br />
um die präzise Feinjustierung des Ausrückmoments hinzubekommen.“<br />
01<br />
eines Stromausfalls oder aus sonstigen Gründen aussetzt, ein<br />
mechanisches Sicherheits-Backup gewährleistet sein, um hochwertige<br />
Komponenten oder das Transportgut zu schützen. Die<br />
besondere Herausforderung war, das Ausrückmoment der Kupplung<br />
zu ermitteln, bei dem sie einerseits beim Beschleunigen der<br />
Türantriebe nicht auslöst, andererseits aber im Überlastfall ausrastet.<br />
Darüber hinaus musste die Kupplung so konzipiert sein,<br />
dass die Einstellparameter angepasst werden können, wenn sich<br />
die Kräfteverhältnisse im Antriebsstrang bei längerer Nutzungsdauer<br />
ändern. Weitere Anforderungen waren eine sehr geringe<br />
Restreibung beim Ausrasten sowie eine Schnellabschaltung<br />
innerhalb von Millisekunden.<br />
HOHE DREHMOMENTLEISTUNG<br />
UND EXAKTES AUSRÜCKMOMENT<br />
Die Wahl fiel schließlich auf eine Torqlight-Sicherheitskupplung<br />
der Baureihe SLP 30 mit Sonderverzahnung und Passfederverbindung<br />
für einen indirekten Antrieb vom Kupplungsspezialisten<br />
R+W Antriebselemente GmbH aus Wörth am Main. Bernhard<br />
Bremauer, Account Manager bei R+W, erklärt: „Ihr niedriges<br />
Trägheitsmoment, die geringe Restreibung nach dem Ausrasten<br />
und die Schnellabschaltung im Millisekundenbereich machen<br />
sie perfekt geeignet für diese spezielle Anwendung. Zusätzlich<br />
gewährleistet ihr großer Einstellbereich hohe Flexibilität, sobald<br />
sich die Kräfteverhältnisse im Antrieb im Lauf der Zeit ändern.“<br />
Die Torqlight-Sicherheitskupplungen zeichnen sich durch ein<br />
01 Das winkelsynchrone<br />
Funktionssystem ist<br />
Standard bei den<br />
Sicherheitskupplungen<br />
von R+W<br />
02 Die Leichtbau-<br />
Sicherheitskupplung SLP<br />
in der Standardausführung<br />
für Schnellabschaltung<br />
im Millisekundenbereich<br />
02<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 19
ANTRIEBSTECHNIK<br />
sche Baureihe arbeitet über das bewährte federvorgespannte<br />
Kugel-Rast-Prinzip absolut spielfrei und sorgt damit für noch<br />
mehr Sicherheit.<br />
Neben der besonderen Materialwahl erzielte der Kupplungsspezialist<br />
die Gewichtsreduzierung durch eine intelligente Komprimierung<br />
der einzelnen Bauteile. Die Sicherheitskupplungen in<br />
Leichtbauweise der Serie SL können im Einsatz eine hohe Anzahl<br />
an Ausrastungen realisieren. Dabei führen die individuell entwickelten<br />
Tellerfedern, in Kombination mit einer Weiterentwicklung<br />
des Kugel-Rast-Prinzips, zu einer Drehmomenterhöhung<br />
von bis zu 40 %.<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
DAS AUSRÜCKMOMENT<br />
IST EXAKT JUSTIERBAR<br />
Die Torqlight-Sicherheitskupplungen zeichnen<br />
sich durch ein hervorragendes Verhältnis von<br />
Drehmomentleistung zu Abmessungen und<br />
Gewicht aus. Ihr niedriges Trägheitsmoment,<br />
ihr großer Einstellbereich, die geringe<br />
Restreibung nach dem Ausrasten und die<br />
Schnellabschaltung im Millisekundenbereich<br />
machten sie bei dieser Anwendung zur<br />
optimalen Lösung. Durch die stufenlose<br />
Einstellung des Drehmoments ließ sich das<br />
Ausrückmoment absolut exakt feinjustieren.<br />
BERNHARD BREMAUER, Account Manager bei<br />
der R+W Antriebselemente GmbH, Wörth am Main<br />
KOMPAKTE UND LEISTUNGSSTARKE<br />
KUPPLUNGSBAUREIHE<br />
Die Torqlight-Modellreihe SL wurde von R+W in Zusammenarbeit<br />
mit Universitäten entwickelt und verbindet Hightech-Materialien<br />
mit speziellen Beschichtungen in einem leichten, kompakten<br />
und leistungsstarken Design. Im Vergleich zur Standardbaureihe<br />
ist die SL-Serie um bis zu 60 % leichter. Die mechani-<br />
HOHES DREHMOMENT<br />
BEI LEICHTEM GEWICHT<br />
Die Torqlight-Modellreihe SL verbindet Hightech-<br />
Materialien mit speziellen Beschichtungen in einem<br />
leichten, kompakten und leistungsstarken Design. Im<br />
Vergleich zur Standardbaureihe erzielt die SL-Serie eine<br />
Gewichtsreduzierung von bis zu 60 %. Die mechanische<br />
Baureihe arbeitet über das bewährte federvorgespannte<br />
Kugel-Rast-Prinzip absolut spielfrei und sorgt damit<br />
für noch mehr Sicherheit. Durch ihre modulare<br />
Bauweise kann sie individuell angepasst werden.<br />
MODULARES PRINZIP IN VIELEN<br />
AUSFÜHRUNGEN<br />
Die Torqlight-Leichtbauserie umfasst standardmäßig fünf Modelle:<br />
je nach Bedarf mit Klemmring- oder Passfederverbindung<br />
für indirekte Antriebe, zum Beispiel zur Anbindung an Zahnriemen,<br />
-räder oder -ketten. Zwei weitere Modelle sind für direkte<br />
Antriebe vorgesehen. Diese sind mit Klemmnabe ausgestattet<br />
und gleichen Wellenversätze aus. Kunden können hier zwischen<br />
einer Ausführung mit torsionssteifem Metallbalg oder mit<br />
schwingungsdämpfendem Elastomerkranz wählen. Die verschiedenen<br />
Baureihen sind in winkelsynchronem oder durchrastendem<br />
Funktionsprinzip erhältlich.<br />
Die winkelsynchrone Standardvariante rastet nach genau 360 °<br />
wieder ein. Speziell angeordnete Bohrungen im Grundkörper<br />
machen dies möglich. Dabei ist die Anzahl der im Grundkörper<br />
befindlichen Kugeln und Kalotten so ausgelegt, dass die Kupplung<br />
nach Wiedereinrasten zuverlässig und sicher weiterarbeitet.<br />
Dadurch ist der Antriebsstrang absolut synchron. Die durchrastende<br />
Ausführung funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Allerdings<br />
werden hier die Kalotten im symmetrischen Winkelabstand<br />
über den gesamten Grundkörper platziert, wodurch die Wiedereinrastung<br />
nach 30 °, 45 °, 60 °, 90 ° oder 120 ° erfolgt. Je nach<br />
Bedarf und Kundenwunsch können werkseitig andere Einrastwinkel<br />
eingerichtet werden. Jedes Modell ist in vier Baugrößen<br />
erhältlich. Beginnend bei <strong>10</strong> Nm können hier Drehmomente bis<br />
700 Nm sicher begrenzt werden.<br />
Muss die Sicherheitskupplung auch sehr staubigen Umgebungen<br />
bzw. flüssigen Medien oder aggressiven Reinigungsmitteln<br />
standhalten, lassen sich sämtliche Bauteile in ein Gehäuse integrieren<br />
und besonders abdichten. Durch diese Sonderlösung<br />
wird die abgedichtete Sicherheitskupplung vor allen äußeren<br />
Einflüssen geschützt und kann sogar in der Reinraumtechnik<br />
zum Einsatz kommen.<br />
KUPPLUNGSLÖSUNGEN FÜR INDIVIDUELLE<br />
ANFORDERUNGEN<br />
Die modulare Bauweise der SL-Reihe ermöglicht vielfältige Kombinationen.<br />
Anwender können ihre Sicherheitskupplung individuell<br />
auf ihre Bedürfnisse anpassen. Für die optimale Auswahl<br />
und bei technischen Detailfragen rund um die Auslegung der<br />
Kupplung bietet R+W Beratung an und entwickelt kundenindividuelle<br />
Sonderlösungen mit der eigenen Konstruktionsabteilung<br />
sowie in Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungsinstituten.<br />
Bilder: R+W Antriebselemente GmbH<br />
www.rw-kupplungen.de<br />
20 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
ANTRIEBSTECHNIK<br />
POSITIONIERGENAUER PU-HOCHLEISTUNGSZAHNRIEMEN<br />
Für hohe Dynamik und Präzision:<br />
Ein endlos extrudierter PU-Hochleistungszahnriemen<br />
mit 8 mm Teilung ist<br />
der BrecoFlexmove AT8 von Breco. Er ist<br />
über den Vertriebspartner Mulco-Europe<br />
EWIV erhältlich. Seine Stärken spielt<br />
der Zahnriemen vor allem in den<br />
Bereichen hohe Dynamik und Präzision<br />
in Verbindung mit einem geringen<br />
Polygoneffekt aus. Antriebe, für die bis<br />
jetzt ausschließlich HTD8M-Zahnriemen<br />
als Lösung zur Verfügung standen,<br />
können nun mit dem neuen Riemen realisiert<br />
werden, ohne dass die Antriebsgeometrie<br />
geändert werden muss. Insbesondere bei hohen Anforderungen an die<br />
Positioniergenauigkeit bietet die Steifigkeit des Zahnriemens Vorteile. Die<br />
Polyurethan-Zahnriemen verfügen über eine optimierte Flankengeometrie des<br />
Profils und zahnseitig über ein reibungs- und verschleißminderndes rotes Laminat.<br />
Die Zahntragfähigkeit wird dadurch gesteigert, was zu einem schmaleren Aufbau<br />
des Zahnriemenantriebs führen kann.<br />
www.mulco.de; www.breco.de<br />
KOMPAKTER DREHGEBER FÜR SICHERHEITSGERICHTETE<br />
ANWENDUNGEN ZERTIFIZIERT<br />
Anwender, die einen kompakten Singleturn-Absolutdrehgeber<br />
für sicherheitsgerichtete Anwendungen<br />
benötigen, haben ab sofort eine neue Option: <strong>Der</strong><br />
Safety-Drehgeber TRK38 von TWK ist jetzt für Einsätze<br />
zertifiziert, die den Anforderungen von SIL 2<br />
(IEC 61508) und Performance Level d (EN 13849)<br />
entsprechen. <strong>Der</strong> Safety-Drehgeber erfasst Drehzahl<br />
und Geschwindigkeit und arbeitet nach dem Magnetprinzip.<br />
Die sicherheitsgerichteten Signale werden<br />
über eine zertifizierte EtherCAT-FSoE-Schnittstelle<br />
übertragen. Neben der Eignung für anspruchsvolle<br />
Safety-Aufgaben gehört die kompakte Bauweise<br />
zu den besonderen Eigenschaften des Sensors:<br />
Mit 38 × 38 mm kann er auch in sehr beengten<br />
Bauräumen installiert werden.<br />
www.twk.de<br />
PROFILSCHIENENFÜHRUNGEN:<br />
MINI UND TROTZDEM ROBUST<br />
Jetzt noch kleiner: Hiwin,<br />
Spezialist für Antriebstechnik,<br />
erweitert seine Profilschienenführungen<br />
der Miniatur-Baureihe<br />
MG um die Baugrößen 2 und<br />
3. Vielseitig einsetzbar, erzielen<br />
sie auf engstem Raum höchste<br />
Genauigkeit. Die neuen Miniaturprofilschienenführungen<br />
sind trotz ihrer minimalen<br />
Abmessungen präzise und<br />
robust. Zu den bevorzugten<br />
Einsatzgebieten zählen u. a. die<br />
Chip- und die Medizintechnik. Die individuelle Miniaturführung kann man selbst<br />
konfigurieren unter:<br />
www.hiwin.de
ANTRIEBSTECHNIK<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
HIER GEHT´S IMMER GERADEAUS<br />
Stefan Graf, Freier Fachjournalist aus Darmstadt<br />
22 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
01<br />
Die Lineartechnik übernimmt zentrale<br />
Aufgaben in allen Bereichen des Maschinenund<br />
Anlagenbaus. Mit aufeinander<br />
abgestimmten Modulen zum Beispiel aus<br />
einem Baukasten lassen sich individuelle<br />
und skalierbare Lösungen realisieren.<br />
Linearsysteme setzen Antriebskräfte um und führen geradlinige<br />
Bewegungen aus. Zu ihren Merkmalen gehören<br />
eine geringe Reibung, hohe Präzision und maximale Stabilität.<br />
Ein Unternehmen, das sich darauf spezialisiert<br />
hat, ist MiniTec. Die Lineartechnik-Lösungen basieren auf einem<br />
strikten Profilsystem-Baukastenprinzip, auf dessen Basis<br />
verschiedenste Aufgabenstellungen in allen Industriebranchen<br />
realisert werden können: von Pick & Place-Konzepten,<br />
Portalrobotern, Messeinrichtungen bis hin zu Handlingseinrichtungen.<br />
In Kombination mit der Planungs-Software iCAD<br />
Assembler ist eine einfache Auswahl, Beschaffung, Planung<br />
und Konstruktion möglich.<br />
EINBAUFERTIG UND GUT KOMBINIERBAR<br />
STELLEN SIE SICH IHR<br />
HOCHPRÄZISES LINEARSYSTEM<br />
EINFACH SELBST ZUSAMMEN<br />
Bilder: MiniTec GmbH & Co. KG<br />
01 Das Profilsystem aus dem Baukasten ist ein flexibel<br />
gestaltbarer Träger für Lineartechnik<br />
02 Laufwagen des Linearsystems<br />
02<br />
Besonders flexibel im Einsatz sei das Linearsystem LR, sagt der<br />
Anbieter. Hier steht eine ganze Familie von aufeinander abgestimmten<br />
Linearkomponenten zur Verfügung: einbaufertige<br />
Linearachsen, Laufwagen, Antriebe, Umlenkungen, Schienen<br />
sowie Zubehör. Basis dieses Systems mit einbaufähigen Komponente<br />
sind doppelreihige Profillaufrollen aus Kugellagerstahl<br />
und gehärtete Präzisionswellen. Die Führungswellen mit<br />
den Durchmessern 6, 12 oder 16 mm werden mit einem speziellen<br />
Wellenträgerprofil auf den Systemprofilen des Profilsystems<br />
befestigt. Alle Wellenträger können mit allen Profilen<br />
kombiniert werden, sodass für jede denkbare Anwendung die<br />
beste Lösung möglich ist. Mit diesem System lassen sich beliebig<br />
lange Linearführungen herstellen und lange Verfahrwege<br />
realisieren. Dazu trägt auch der Zahnriemenantrieb bei, der<br />
eine hohe Geschwindigkeit ermöglicht. An den seitlichen Nuten<br />
in den Profilen lassen sich erforderliche Sensoren befestigen<br />
und einfach justieren. Das Profilsystem ist idealer Träger<br />
für Lineartechnik. Wenn für das Linearsystem LR kein Antrieb<br />
benötigt wird, lässt sich jedes MiniTec-Profil der Serie 45 als<br />
Profilschienenführung einsetzen: einfach Wellenträger beziehungsweise<br />
Schiene anbringen, Welle einclipsen, fertig. Es ist<br />
möglich, dass nur eine Seite der Laufschiene angetrieben wird.<br />
EIN SYSTEM AUCH FÜR KRITISCHE BEREICHE<br />
Die Achsen des Linearsystems LR eignen sich für die Verwendung<br />
in Handlingseinrichtungen, Messeinrichtungen und Justiervorrichtungen<br />
sowie zur präzisen Führung von Türen oder<br />
großen Aufzügen. Die Laufwagen sind mit zweireihigen Profillaufrollen<br />
bestückt. Je nach Belastung lassen sich die Wagen<br />
mit vielen Laufrollen ausrüsten; sie werden mit Stahlleisten di-<br />
rekt an der Wagenplatte befestigt. Dadurch hat die Konstruktion<br />
größtmögliche Stabilität und gibt nicht nach. Die spielfreie Einstellung<br />
der Führungen erfolgt mit Exzenterbuchsen.<br />
Die Laufwagen gibt es offen oder gekapselt. Bei den geschlossenen<br />
Laufwagen sind in die Abdeckkappen Abstreiffilze integriert,<br />
die gleichzeitig die Wellen von Schmutz befreien und mit Schmierstoff<br />
versorgen. Die Filze lassen sich nach Lösen der seitlichen Verschraubung<br />
einfach austauschen, sodass sich das Linearsystem<br />
auch unter hygienisch kritischen Bedingungen verwenden lässt.<br />
RESÜMEE<br />
<strong>Konstrukteur</strong>e können aus Linearachsen in drei Varianten wählen<br />
sowie die zugehörigen Komponenten wie Schienen, Laufwagen,<br />
Zahnriemenantriebe, Zahnriemenumlenkungen und Ersatzteilen<br />
sowie Befestigungssätze entsprechend ergänzen. Anhand<br />
dieser einbaufertigen Komponenten lässt sich komfortabel ein<br />
hochpräzises Linearsystem zusammenstellen, mit dem sich verschiedenste<br />
Aufgaben wie Materialhandling, Verpackung, Pickand-Place,<br />
Materialprüfung, Markierung oder Laserbearbeitung<br />
flexibel und präzise lösen lassen.<br />
www.minitec.de<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 23
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
AUTOMATISIERT KLEBEN MIT<br />
KNOW-HOW UND EQUIPMENT<br />
Bei der Automatisierung von Klebeprozessen<br />
bringt jede Applikation ihre eigenen<br />
Herausforderungen mit. Ein Spezialist<br />
für Klebetechnik unterstützt <strong>Konstrukteur</strong>e<br />
bei der Realisation ihrer Designs in<br />
seinem eigenem Entwicklungslabor für<br />
automatisiertes Kleben.<br />
Andreas Peiffer, Anwendungstechniker Klebebänder<br />
und Klebstoffe bei der 3M Deutschland GmbH in Neuss<br />
Von der Vorbehandlung von Oberflächen, über die<br />
Applikation des Klebstoffsystems bis zum Fügen der<br />
Teile – im 3M Bonding Process Center können alle<br />
Schritte von Klebeprozessen durchgeführt, getestet<br />
und verglichen werden. Die Ausstattung und das Know-how der<br />
Mitarbeiter sind auf dem neuesten Stand der Technik. Diverse<br />
Anlagen und Roboter stehen zur Verfügung, die für spezifische<br />
Anwendungen programmiert und mit unterschiedlichen Applikationsköpfen<br />
bestückt werden können. Hinzukommen statische<br />
und manuelle Geräte.<br />
Das „Cleanlaser Treatment System“ reinigt Metallsubstrate<br />
schonend und beschädigungsfrei mittels Laser. Durch die Behandlung<br />
können Verunreinigungen – beispielweise Ziehöl-,<br />
Oxid-, Pulverlack- oder KTL-Beschichtungen – entfernt und bei<br />
höheren Einstellungen der Laserleistungen die Metalle auch sublimiert<br />
werden.<br />
Ein großer Industrieroboter mit Wechselkopfsystem bietet beispielsweise<br />
die Möglichkeit, 2K-Klebstoffe aus 20-l-Eimern oder<br />
24 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
WERKSTOFF-/VERBINDUNSTECHNIK<br />
separaten Kartuschen zu fördern, zu dosieren und zu einem statischen Mischer<br />
zur Applikation weiterzuleiten. Er ist zudem fähig, 1K-Klebstoffe aus der Euro-<br />
Kartusche volumetrisch zu dosieren oder einen Sprüh- oder Linienauftrag mit<br />
diversen Schmelzklebstoffen durchzuführen. Darüber hinaus kann er Kunststoffoberflächen<br />
mit einem Atmosphären-Druck-Plasma vorbehandeln, um ihre<br />
Oberflächenenergie und damit ihre Benetzbarkeit mit Klebstoff zu erhöhen.<br />
Ein großer XYZ-Tisch kann verschiedene Dosiersysteme für unterschiedliche<br />
Klebstoffe betreiben: Beispielsweise einen 2K-Applikationskopf zur Mikrodosierung<br />
von Mengen ab 5 µl oder unterschiedliche Dosierköpfe mit Spindelantrieb<br />
für die volumetrisch exakte Förderung und Applikation von Klebstoffen<br />
JEDE HERAUSFORDERUNG UND<br />
JEDE ERFAHRUNG FLIESST IN<br />
ZUKÜNFTIGE LÖSUNGSFINDUNGS-<br />
PROZESSE MIT EIN<br />
und Dichtmassen. Darüber hinaus können am großen XYZ-Tisch auch Oberflächen<br />
mit einem Atmosphären-Druck-Plasma mit Rotationsdüse vorbehandelt<br />
werden. Ein kleiner XYZ-Tisch wiederum ist mit einem Klebstoff-Dosiersystem<br />
mit Kartuschen-Heizung sowie mit einem besonderen Jet-Ventil ausgestattet.<br />
Ein Highlight des Bonding Process Centers ist ein kollaborierender Roboter,<br />
der sensitiv arbeiten kann. Er ist zum Beispiel fähig, mit einem neu entwickelten<br />
Applikationskopf das 3M VHB-Klebeband luftblasenfrei zu applizieren. Zudem<br />
kann er Klebeband-Stanzteile mittels Greifer oder Sauggerät aufnehmen und an<br />
anderer Stelle aufbringen.<br />
HERAUSFORDERUNGEN IM DIALOG LÖSEN<br />
Anwender unterschiedlicher Branchen schätzen die Möglichkeiten, die das<br />
Bonding Process Center bietet. Die Bandbreite reicht von der Automobilund<br />
Technikindustrie über Maschinenbauer bis zu Herstellern von<br />
Haushalts- und Sportgeräten. Um auf alle Fragen die bestmögliche Antwort zu<br />
finden, pflegen die Mitarbeiter des Bonding Process Centers mit den<br />
MIT KLEBEN IM VORTEIL<br />
Klebtechnik eröffnet eine nahezu grenzenlose Designfreiheit. Moderne<br />
Klebelösungen können fast alle üblichen industriellen Oberflächen<br />
werkstoffrein oder im Mix langfristig zuverlässig verbinden: zum<br />
Beispiel hoch- und niederenergetische Kunststoffe, Metalle, Glas, Holz,<br />
Faserverbund- oder Schaumstoffe. Oft macht Kleben eine Verbindung<br />
erst möglich. Weitere Vorteile: Klebelösungen haben wenig Eigengewicht,<br />
können Verbindungen abdichten und belassen Oberflächen<br />
intakt. Zudem vermeiden sie ungünstige Punktbelastungen und<br />
können einwirkende Kräfte auf beide Fügepartner ableiten. Elastische<br />
Klebstoffsysteme sind darüber hinaus in der Lage, Dehnungen und<br />
Spannungen auszugleichen sowie Schwingungen, Vibrationen und<br />
Geräusche zu dämmen. So können sich Klebelösungen positiv auf die<br />
Lebensdauer der Konstruktion auswirken.<br />
Linearantriebe<br />
für Reinräume<br />
Die Linearchsen von IEF-Werner<br />
wurden geprüft und zertifiziert<br />
nach DIN EN ISO 14644-1.<br />
• Bis Reinraumklasse 1<br />
(mit Absaugung)<br />
• Lineareinheiten mit<br />
Zahniemen- , Spindel-,<br />
und Direktantrieben<br />
• Metallband bietet Schutz vor<br />
Eindringen von Schmutz oder<br />
Partikeln und verhindert die<br />
Partikelabgabe an die<br />
Umgebung<br />
www.ief.de
WERKSTOFF-/VERBINDUNSTECHNIK<br />
Im Bonding Process Center<br />
werden Lösungen für<br />
das automatisierte Kleben<br />
entwickelt<br />
Anwendern einen offenen Austausch. Informationen werden<br />
geteilt. Fragen, Möglichkeiten und Ergebnisse gemeinsam<br />
diskutiert. Durch diese Form des Dialogs und der praktischen Zusammenarbeit<br />
entstehen nicht selten neue Ideen, die zu tragfähigen<br />
Innovationen entwickelt werden können. Neben der Suche<br />
nach Kunden-Lösungen nutzt 3M das Bonding Process Center<br />
auch für die Entwicklung eigener automatisierungsfähiger<br />
3M-Produkte.<br />
SYSTEMATISCH ZUR LÖSUNG<br />
Am Anfang des Lösungsfindungsprozesses steht immer ein systematisches<br />
Beratungsgespräch, in dem alle relevanten kleb- und<br />
prozesstechnischen Fragen geklärt werden. Auf dieser Basis wird<br />
im ersten Schritt das Klebstoffprodukt definiert, das eine dauerhaft<br />
zuverlässige Verbindung gewährleistet und bestmöglich allen<br />
Anforderungen entspricht. Im zweiten Schritt wird der optimale<br />
Klebeprozess entwickelt, der Qualität und Effizienz sicherstellt.<br />
Bis das optimale Verfahren gefunden ist, werden Testläufe mit<br />
passenden Maschinen gefahren – idealerweise auf Originalmustern.<br />
An diesen können die Anwender vor Ort oder virtuell teilnehmen.<br />
Die gewonnen Erkenntnisse, Prozessparameter und<br />
technischen Informationen werden an den Anwender weitergegeben.<br />
So gewinnen sie ein Verständnis für die Möglichkeiten<br />
und erhalten die nötigen Argumente, um Entscheidungen über<br />
Prozesse und Investitionen treffen zu können.<br />
Bilder: 3M Deutschland GmbH<br />
www.3mdeutschland.de<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
MEHRERE WEGE FÜHREN<br />
ZUM ZIEL<br />
Die Automatisierung von Klebeprozessen ist ein<br />
wichtiges Investitionsthema für unsere Kunden.<br />
Nicht selten gibt es mehrere Wege, um ein<br />
bestimmtes Anwendungsziel zu erreichen.<br />
Unsere Kunden wollen ihre Optionen verstehen<br />
und abwägen, welche die beste ist. Im 3M<br />
Bonding Process Center zeigen wir die Möglichkeiten,<br />
entwickeln neue Ideen und führen alle<br />
nötigen Tests durch. Damit gewinnen unsere<br />
Kunden eine solide Argumentationsgrundlage<br />
für ihre Entscheidungen.<br />
ANDREAS PEIFFER, Anwendungstechniker<br />
Klebebänder und Klebstoffe, 3M Deutschland GmbH<br />
26 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
AUTOMATISIERUNGSLÖSUNGEN RUND UM SAFETY & SECURITY<br />
AUTOMATISIERUNGSTECHNIK<br />
Unter dem Motto „We create your safety“ präsentiert Pilz individuell anpassbare<br />
Automatisierungslösungen, die die Aspekte Maschinensicherheit und Industrial<br />
Security gleichermaßen abdecken. So sind zum Beispiel das Sicherheitsschaltgerät<br />
myPNOZ und die Kleinsteuerung PNOZmulti 2 mit integrierten PSEN (Pilz<br />
Sichere Sensorik) Teil einer neuen Anwendung für die Überwachung der Kartonagenzufuhr<br />
an Verpackungsmaschinen. Eine Erweiterung des Schutztürsystems<br />
ist das PSENmlock Türgriffmodul inklusive Betätiger und Fluchtentriegelung.<br />
Darüber kündigt Pilz für seine Sicherheits-Lichtgitter PSENopt II Typ 3 die<br />
weltweit erste Zulassung der Prüforganisation Underwriters Laboratories (UL)<br />
an. Sie erfüllen somit die Sicherheitsstandards der USA sowie Kanada und<br />
entsprechen zudem der der Sicherheitskategorie Performance Level d (PL d). Eine<br />
weitere Neuerung ist die leistungsstärkere Version 11.0 der Konfigurationssoftware<br />
PNOZmulti Configurator, die in der Basisvariante lizenzfrei zugänglich ist.<br />
www.pilz.com<br />
FLEXIBLER KNICKARMROBOTER<br />
Mit der Variante MZ25 präsentiert Nachi Europe den derzeit<br />
größten Knickarmroboter seiner Roboterserie MZ. Er zeichnet<br />
sich vor allem durch 0,05 mm Wiederholgenauigkeit beim<br />
Positionieren im gesamten Arbeitsbereich aus. Radial umfasst<br />
dieser 1 882 mm, vertikal 3 306 mm. An seiner hohlen Hand<br />
trägt der stabile und dennoch leicht gebaute Roboter MZ25<br />
bis zu 25 kg<br />
schwere Greifer<br />
und Bauteile bei<br />
52 Nm statischem<br />
Moment. Damit<br />
eignet sich der<br />
6-Achser<br />
universell zum<br />
Be- und Entladen<br />
von Maschinen,<br />
zum Pickand-Place<br />
größerer Werkstücke<br />
und<br />
Verpackungen,<br />
zum Montieren und dank der hohen Wiederholgenauigkeit<br />
auch zum Bearbeiten, beispielsweise Entgraten. <strong>Der</strong> MZ25<br />
lässt sich flexibel in jeder industriellen Umgebung einsetzen.<br />
Seine komplette Struktur ist gegen Korrosion beschichtet,<br />
und die Lackierung beständig gegen Kühlmittel. Gegen<br />
Staub und Flüssigkeiten ist die Mechanik des Roboters in<br />
allen Komponenten nach IP67 geschützt.<br />
www.nachi.de<br />
DURCHGÄNGIGES M12-POWER-PORTFOLIO<br />
Turck erweitert sein<br />
Angebot ganzheitlicher<br />
Lösungen für<br />
dezentrale Spannungsversorgung<br />
–<br />
von Leitungen bis<br />
zu RFID- und<br />
I/O-Modulen. Nun<br />
gibt es durchgängiges<br />
M12-Power-<br />
Portfolio in den<br />
Codierungen K, L, S<br />
und T. Neben den<br />
vollumspritzten<br />
Leitungen sind jetzt<br />
auch konfektionierbare<br />
Steckverbinder, Flansche, Verteiler sowie M12-auf-7/8"-<br />
Adapterleitungen im M12-Power-Angebot enthalten. Zusätzlich<br />
findet sich die M12-Power-Technologie auch in den I/Ound<br />
RFID-Blockmodulen sowie Netzteilen in IP67. Die Kombinationsmöglichkeiten<br />
ermöglichen eine strukturierte und<br />
dezentrale Spannungsversorgung. Die M12-Power-Lösungen<br />
sind widerstandfähig gegen raue Bedingungen, wie sie z. B. im<br />
Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder der Fördertechnik<br />
vorkommen. Die M12-Steckverbinder eignen sich auch für<br />
beengte oder schwer zugängliche Umgebungen. Die 5-poligen<br />
K-codierten und 4-poligen S-codierten Varianten eignen sich für<br />
die Spannungsversorgung von AC-Motoren und -Antrieben.<br />
www.turck.com<br />
1 Meter<br />
unter 3 Sek. *<br />
UNIFLEX ADVANCED<br />
*mit Öffnungswerkzeug<br />
Besuchen Sie uns!<br />
23. – 25.11.<strong>2021</strong>, Messe Nürnberg<br />
Neu: Sie finden uns in Halle 3<br />
\\ Rekordverdächtig:<br />
Die UNIFLEX Advanced als Turbo unter den Schnellöffnern<br />
\\ Kugelgelenk-Mechanik:<br />
Schnelle Leitungsbelegung und hohe Stabilität<br />
\\ Vollkunststoff:<br />
Leicht. Robust. Lange Lebensdauer.<br />
kabelschlepp.de/uniflex-advanced | Fon: +49 (0) 2762/4003-0
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
DAS TOR ZU DEN STERNEN<br />
Auf La Palma wandeln zwei Cherenkov-<br />
Teleskope namens Magic die Lufthülle<br />
der Erde zu einem gigantischen<br />
Teilchen-Detektor um. Binnen weniger<br />
Sekunden fokussieren fast tausend<br />
Spiegel entfernteste Aktivitäten am<br />
Firmament. Jede einzelne Spiegelplatte<br />
richtet sich dafür auf einen vorjustierten<br />
Laserpunkt aus. Angetrieben werden die<br />
mosaikartigen Spiegelelemente auf zwei<br />
Seiten von jeweils einem schnellen und<br />
zuverlässigen Kugelgewindetrieb.<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Ursula Schädeli, Marketing, Eichenberger<br />
Gewinde AG, Burg, Schweiz<br />
Astronomische Vorgänge und Erkenntnisse sind oft eine<br />
wichtige Basis der Grundlagenforschung für Wissenschaftler,<br />
Ingenieure und Mediziner. Astrophysiker<br />
arbeiten mit riesigen, zum Teil über Kontinente zusammengeschalteten<br />
Teleskopen und lichtempfindlichen Sensoren.<br />
So gelingen detaillierte Einblicke bis in entlegenste Gebiete der<br />
Erde. Beim Aufspüren von Explosionen im Universum unterstützen<br />
beispielsweise präzise und schnell arbeitende Kugelgewindetriebe,<br />
die somit maßgeblich dabei helfen, die Rätsel der<br />
modernen Astrophysik zu lösen.<br />
Wer in den Himmel schaut, blickt aus astronomischer Sicht in<br />
die Vergangenheit. Das Weltall ist gefüllt mit energiereichen<br />
Teilchenströmen. Diese kosmische Strahlung geht unter anderem<br />
von Sternenexplosionen aktiver Galaxien aus, aber auch<br />
von Gammaausbrüchen. Welcher Natur die Quellen dieser<br />
Strahlung sind, die „kosmischen Teilchenbeschleuniger“, ist<br />
kaum geklärt. Insgesamt gibt es weltweit vier große Cherenkov-<br />
Teleskope der neuesten Generation: in Australien, Namibia, La<br />
Palma und USA. Die unterschiedlichen Positionierungen der<br />
Teleskope auf der Nord- und Südhalbkugel ermöglichen es den<br />
28 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
PARTNER VON DER EINZELANFERTIGUNG BIS ZUR SERIE<br />
Das Rad der Mechanik muss nicht neu erfunden werden. Und doch ist es<br />
Eichenbergers Anspruch, immer wieder die Grenzen des kaltgerollten Kugelgewindetriebs<br />
neu auszuloten. Das Unternehmen aus dem schweizerischen<br />
Burg nutzt seine Kompetenz als Problemlösungswissen und nimmt jeden neu<br />
entwickelten Spindeltrieb ins Sortiment des Gewinderollers auf. So ist im<br />
Verlaufe der Jahrzehnte eine riesige Auswahl an Kugel- und Gleitgewindetrieben<br />
entstanden. Die Entwickler versuchen stets, von einer Standardmutter und<br />
-spindel auszugehen und diese Bauteile den anwendungsspezifischen<br />
Anforderungen entsprechend anzupassen. Die Herausforderung für die<br />
Entwickler im Hochpreisland Schweiz besteht darin, einen hohen technischen<br />
Wert mit einem marktgerechten, wettbewerbsfähigen Produkt zu vereinen.<br />
Forschern, beide Hälften des Himmels optimal zu beobachten.<br />
Mit diesen Riesenspiegeln können die Forscher mehr als fünf<br />
Milliarden Lichtjahre weit ins Universum schauen.<br />
DIE PERFEKTE BEWEGUNG: IT’S MAGIC!<br />
Auf La Palma wird es so richtig dunkel. Sternbeobachtung und<br />
der Besuch des Observatoriums sind einer der Höhepunkte für<br />
Touristen. Die komplette Insel ist ein Unesco-Schutzgebiet, das<br />
die Qualität und die natürliche Dunkelheit des Himmels schützt.<br />
Als Teil des Roque-de-los-Muchachos-Observatoriums befinden<br />
sich in seiner Umgebung eine ganze Reihe von Teleskopen.<br />
Die Träger und Initiatoren des Cherenkov-Teleskop-Projekts<br />
erkannten das Know-how von Eichenberger und das technische<br />
Potenzial der kaltgerollten Kugelgewindetriebe des Schweizer<br />
Unternehmens. Seine Leidenschaft ist die perfekte Bewegung<br />
und der Anspruch, einen langen Produktlebenszyklus sowie eine<br />
starke Wettbewerbsposition der Partner zu erreichen. So verwirklichen<br />
die Technikexperten bei Eichenberger Ideen für neue Produkte<br />
oder völlig neuartige Antriebe und Gewindetrieblösungen;<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 29
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
01<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
sie fordern die Grenzen des technisch Machbaren heraus und<br />
wollen das Unmögliche möglich machen. Dieser Anspruch hat<br />
das Magic-Team rundum überzeugt. Die beiden größten Luft-Teleskope<br />
der Welt, Magic I und Magic II, verdanken nun ihre<br />
Leistungs fähigkeit den robusten, gerollten Kugelgewindetrieben<br />
Typ Carry, 12×2. Sie sind das Herzstück in jeder der kleinen Antriebseinheiten<br />
seitlich der Spiegel.<br />
KALTGEROLLTE KUGELGEWINDETRIEBE FÜR<br />
PERFEKTE BEWEGUNG UND MAXIMALE DYNAMIK<br />
Ziel der Teleskope ist es, den bisher unbeobachtbaren Energiebereich<br />
der elektromagnetischen Strahlung zwischen 30 und<br />
300 Gigaelektronenvolt (GeV) zu entschlüsseln. Beobachtungsobjekte<br />
sind unter anderem aktive galaktische Kerne, Supernovaüberreste,<br />
Neutronensterne und Schwarze Löcher. Zudem<br />
können die Messungen dazu beitragen, die bis dahin ungelösten<br />
Gammastrahlungsausbrüche sowie die rätselhafte „Dunkle<br />
Materie“ besser zu verstehen. Damit die Teleskope die erforderliche<br />
sehr kurze Reaktionszeit und außergewöhnliche Präzision<br />
überhaupt erreichen können, ist geradezu eine technische<br />
Meisterleistung notwendig. Durch innovative Details und<br />
spezielle Herstellverfahren schaffen Eichenbergers Gewinde-<br />
DEN RÄTSELN DES UNIVERSUMS AUF DER SPUR<br />
triebe die Voraussetzung für diese perfekte Bewegung mit<br />
maximaler Dynamik.<br />
BESTMÖGLICHE KOMBINATION VON<br />
HÄRTE UND PRÄZISION<br />
Eichenberger stellt die Kraftprotze Carry im Gewinderollverfahren<br />
in großen Serien her. Beim Gewinderollen werden die Längsfasern<br />
des Materials – anders als beim Schleifen, Fräsen oder<br />
Drehen – nicht zerschnitten, sondern umgelenkt. Es entsteht eine<br />
komprimierte, glatt rollierte, äußerst belastbare Oberfläche, die<br />
für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend ist. Die Rauheitswerte<br />
beziehungsweise Rautiefen um Rz 1,0 auf den Gewindeflanken<br />
und im Grundradius sowie eine deutlich verminderte<br />
Kerbempfindlichkeit bringen ebenfalls einen großen Vorteil. <strong>Der</strong><br />
Rollreibungskoeffizient beträgt bei Stahlkugeln 0,003 bis 0,001<br />
gegenüber von Gleitreibung Stahl auf Stahl (geschmiert) 0,1 bis<br />
0,05. Die hervorragenden Gleiteigenschaften des kaltgerollten<br />
Kugelgewindetriebs sorgen für minimalen Abrieb und bieten<br />
wenig Angriffsfläche für Verschmutzung. Dadurch wird ein geräuscharmes<br />
Abrollen der Kugeln möglich.<br />
Durch die jahrelange Erfahrung in der Induktionshärtung im<br />
eigenen Hause hat Eichenberger beachtliches Know-how erarbeitet.<br />
Verschiedene Kugelgewindetriebe von Eichenberger machen es möglich:<br />
CARRY: Verschleißfreier Kugelgewindetrieb für Anwendungen, bei denen<br />
große Lasten bei geringem Energieverbrauch zu bewegen sind. Je nach<br />
Ausführung sind besonders hohe Verfahrgeschwindigkeiten möglich.<br />
SPEEDY: Die Steilgewindespindel setzt – mit hoher Verfahrgeschwindigkeit –<br />
Linear- in Drehbewegungen um. Diese Variante ist nun auch in Aluminium<br />
erhältlich.<br />
EASY: Die hartanodisierte Leichtgewindespindel aus Aluminium mit einem<br />
Wirkungsgrad größer 0,9 für höhere Lasten als bei normalen Gleitspindeln.<br />
Das Spezial-Profil verhindert ein Verklemmen der Mutter.<br />
RONDO: Die Rundgewindespindel mit sehr ruhigen Laufeigenschaften.<br />
Auch sie ist neuerdings zum Teil in Aluminium erhältlich.<br />
30 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
02 03<br />
01 Mit Riesenspiegeln können die Forscher weit ins<br />
Universum schauen. Kugelgewindetriebe vom Typ Carry<br />
sind das Herzstück in jeder der kleinen Antriebseinheiten<br />
seitlich der Spiegel<br />
02 Auf La Palma gehören Sternbeobachtung und der<br />
Besuch des Observatoriums zu den Besuchshöhepunkten<br />
für Gäste der Insel<br />
03 Mit Riesenspiegeln an den Cherenkov-Teleskopen<br />
können die Forscher mehr als fünf Milliarden Lichtjahre<br />
weit ins Universum schauen<br />
Während sich ein Härtereibetrieb ausschließlich dem Härten von<br />
Stahl widmet, strebt der Gewindespezialist danach, die bestmögliche<br />
Kombination von Härte und Präzision zu erhalten. Dies ist<br />
entscheidend für die hohe Steigungsgenauigkeit des Kugelgewindetriebes<br />
bei der beeindruckenden Durchmesservielfalt. Vor allen<br />
Dingen bei kleinen Dimensionen gilt es, diese Herausforderung<br />
zu meistern, denn je geringer der Durchmesser, umso mehr Kompetenz<br />
und Gespür sind bei der Härtung erforderlich.<br />
Bilder: Aufmacher shutterstock_171599534; Sonstige Eichenberger Gewinde AG<br />
www.eichenberger.com<br />
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KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
EXAKTE POSITIONSSIGNALE –<br />
AUCH WENN´S<br />
UNGEMÜTLICH IST<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Messgetriebe sorgen dafür, dass die Maschinen- oder Anlagensteuerung<br />
ein verwertbares, präzises Positionssignal vom Drehgeber erhält – ganz<br />
gleich, ob in rauen Umgebungen oder in hochgenauen Anwendungen.<br />
Dipl.-Ing. Sven Karpstein ist Geschäftsführer bei der<br />
KBK Antriebstechnik GmbH in Klingenberg<br />
Weltweit sind Maschinen und Anlagen unter widrigen<br />
Bedingungen im Einsatz. Staub, Hitze und<br />
andere belastende Einflüsse können dazu führen,<br />
dass die Bauteile jederzeit ausfallen können.<br />
Maschinenbauer setzen deshalb bei kritischen Komponenten<br />
wie beispielsweise Drehgebern oder Resolvern auf Redundanz;<br />
sie werden in mehrfacher Ausführung verbaut, damit die Anwendung<br />
bei Beschädigung eines Potenziometers weiterhin reibungslos<br />
funktioniert. Das gilt auch für Applikationen, in denen<br />
eine hohe Positioniergenauigkeit gewünscht oder erforderlich ist.<br />
Hier erhöht die Integration eines Messgetriebes die Zuverlässigkeit<br />
der Anwendung, denn es gleicht etwaige Abweichungen und<br />
Ungenauigkeiten der Drehgebersignale aus, die durch Übersetzungsvorgänge<br />
entstehen können.<br />
Die Vorsatzmessgetriebe von KBK Antriebstechnik sind gekennzeichnet<br />
durch hohe Präzision, da sie genau mit den Übersetzungen<br />
gefertigt werden, die der Kunde wünscht (Linearitätsfehler<br />
1 - 2,5 Winkelminuten). Das Klingenberger Unternehmen<br />
hat zwei Standard-Baureihen im Programm, die stets kundenspezifisch<br />
angepasst werden. Beide Messgetriebetypen<br />
32 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
In der Stahlindustrie<br />
helfen Messgetriebe<br />
dabei, die Schlacke<br />
bestmöglich aus der<br />
Schmelze zu<br />
entfernen<br />
unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anbauoptionen für<br />
den Drehgeber: Während das Potenziometer bei der Baureihe<br />
VGA (offene Ausführung) mit Klemmpratzen direkt an der „Synchro-Nut“<br />
am vorderen Ende des Messgetriebes befestigt wird,<br />
erfolgt die Verbindung bei der Baureihe VGB (geschlossene<br />
Ausführung) über eine integrierte Metallbalgkupplung und eine<br />
Montageglocke. In beiden Fällen werden die Getriebe dem<br />
Lochbild der Kunden-Anwendung angepasst.<br />
STEUERUNG ERHÄLT EXAKTES POSITIONSSIGNAL<br />
DURCH MESSGETRIEBE<br />
Bei den VGB-Messgetrieben muss der Anwender seinen Drehgeber<br />
nur noch aufstecken – sie sind daher einfach in der Handhabung.<br />
Bei den Messgetrieben der VGA-Baureihe ist vor der Montage<br />
zunächst ein Ritzel auf der Drehgeber-Welle zu befestigen.<br />
Dadurch baut die Konstruktion zwar kompakter, es besteht allerdings<br />
das Risiko, dass der Anwender den Drehgeber falsch mit<br />
dem Getriebe verbindet. Deshalb bietet KBK auch den Anbau des<br />
Drehgebers an. Das Unternehmen liefert jedes Messgetriebe mit<br />
der vom Anwender gewünschten Übersetzung: Beide Vorsatzmessgetriebe<br />
übersetzen vom Schnellen ins Langsame (bis 625:1)<br />
bzw. umgekehrt (bis 1:50) und sind bis zu einer Drehzahl von<br />
4 000 Umdrehungen pro Minute einsetzbar. Die Zahnradpaarungen<br />
sind auf Lebensdauer geschmiert, sodass das Getriebe nicht<br />
gewartet werden muss. Die Messgetriebe werden auf Wunsch abgedichtet<br />
(IP 44) und in einer Edelstahlausführung geliefert.<br />
KBK liefert Messgetriebe in diverse Branchen. Sie kommen<br />
beispielsweise in Abschlackmaschinen in der Stahlindustrie zum<br />
Einsatz. Bei diesem Prozess werden nichtmetallische Rückstände,<br />
die beim Schmelzvorgang entstanden sind, technisch präzise<br />
aus der Schmelze entfernt. Schließlich soll möglichst reiner Stahl<br />
gewonnen werden. Dazu muss die Maschinensteuerung jederzeit<br />
die genaue Position des Abschlackauslegers und des Abschlackschildes<br />
kennen. Mit dieser Vorrichtung an der Spitze des<br />
Auslegers wird die Schlacke aus der Schmelze abgezogen. Das<br />
Mess getriebe stellt sicher, dass die exakte Position des Auslegers<br />
und des Schildes jederzeit an die Maschinensteuerung übermittelt<br />
wird. <strong>Der</strong> Maschinenführer kann Ausleger und Schild dann<br />
so positionieren, dass die größtmögliche Menge an Schlacke aus<br />
der Schmelze abgeschöpft wird. Die Messgetriebe müssen robust<br />
sein, denn an den Maschinen herrschen Temperaturen bis<br />
<strong>10</strong>0 °C.<br />
VIELE EINSATZGEBIETE – VON DER WERKZEUG-<br />
MASCHINE BIS ZUM RADIOTELESKOP<br />
Auch in Werkzeugmaschinen kommt es auf Genauigkeit an –<br />
nicht nur bei der Führung des Werkzeugs am Werkstück, sondern<br />
bereits beim Einwechseln des Werkzeugs aus dem Magazin an<br />
den Werkzeugträger. Je präziser die Einwechslung abläuft, desto<br />
geringer ist die Verzögerung im Bearbeitungsprozess und desto<br />
höher ist der Ausstoß der Maschine und damit ihre Produktivität.<br />
Die Messgetriebe von KBK erfassen an Werkzeugmaschinen die<br />
Position der Werkzeugplätze im Magazin und sorgen dafür, dass<br />
jeder Werkzeugplatz bei der Einwechslung exakt angefahren<br />
wird. Das ermöglicht eine hohe Stückleistung und bringt mehr<br />
Präzision bei der Werkstückbearbeitung.<br />
Auch in Radioteleskopen stellen spielfreie, robuste Messgetriebe<br />
die genaue Ausrichtung des Parabolspiegels sicher. Die Kippbewegungen<br />
des Teleskopreflektors (Elevation) wird über einen<br />
großen Zahnkranz realisiert. Drehgeber melden die Position des<br />
Reflektors an die Prozessrechner, die die Spiegelbewegungen<br />
steuern. Für die genaue Erfassung der Spiegelposition reichen<br />
Drehgeber alleine allerdings nicht aus, da bei der Verstellung des<br />
Spiegels immer nur einzelne Segmente des Zahnkranzes durchlaufen<br />
werden. So entstehen ungerade Positionssignale, die mit<br />
Messgetrieben egalisiert werden.<br />
Ähnlich genau geht es bei Silizium-Kristallzuchtanlagen für die<br />
Wafer-Produktion zu. In sogenannten Czochralski-Anlagen wird<br />
der Kristall von oben langsam aus der Schmelze herausgezogen.<br />
Die Maschinen verfahren langsam und präzise, denn schon<br />
kleinste Fehler können teure Produktschäden verursachen.<br />
Messgetriebe von KBK melden bei dieser Anwendung ständig die<br />
Höhe, in der sich der Silizium-Einkristall gerade befindet, an die<br />
Anlagen-Steuerung. Hierfür hat KBK extra eine neue Getriebeform<br />
entwickelt – ein Nockenschaltgetriebe.<br />
Bilder: Aufmacher anksvatouny – stock.adobe.com, Sonst. KBK Antriebstechnik<br />
www.kbk-antriebstechnik.de<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 33
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
FLEXIBEL IN DER<br />
VERZAHNUNGSTECHNIK<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Besonders die mechanische Fertigung hochwertiger Stirn- und Kegelräder für den Getriebebau<br />
stellt hohe Anforderungen an die geometrische Genauigkeit. Hier bewährt sich der Einsatz eines<br />
Dehnhülsen-Spanndorns. <strong>Der</strong> Beitrag beschreibt, worauf es in der Konstruktion dabei ankam.<br />
Für Hersteller von Verzahnungsmaschinen und Anwender<br />
im Bereich der Feinzerspanung mit hohen Ansprüche an<br />
die Präzision und Flexibilität ihrer Spannzeuge empfiehlt<br />
Ringspann den mechanischen Dehnhülsen-Spanndorn<br />
HDDS. Als Alternative zu hydraulischen Dehnspannzeugen<br />
punktet er mit einer hohen Rundlaufgenauigkeit von weniger<br />
als fünf Mikrometer. Während erste Hersteller den patentierten<br />
HDDS als mögliche Standardkomponente ihrer Verzahnungsmaschinen<br />
testen, positioniert der Hersteller ihn auch als Komponente<br />
für den vereinfachten Einstieg in die automatisierte<br />
Fertigung.<br />
Mika Strandthaler, Freier Fachjournalist aus Darmstadt für RINGSPANN GmbH<br />
in Bad Homburg<br />
Besonders die mechanische Fertigung hochwertiger Stirn- und<br />
Kegelräder für den Einsatz im Getriebebau ist geprägt von steigenden<br />
Anforderungen an die geometrische Genauigkeit. Gaben<br />
sich die Kunden in diesem Sektor der Feinzerspanung lange Zeit<br />
mit Verzahnungsgüten von 8 oder 9 nach DIN 3961 zufrieden,<br />
müssen die Zulieferer heute meist Qualitäten der Stufe 7 oder 6<br />
realisieren. Wer als Lieferant im Motorrennsport bestehen will,<br />
muss sogar Verzahnungsgüten von mindestens 5 oder 4 leisten.<br />
<strong>Der</strong>art hohe Genauigkeiten sind nicht ohne speziell dafür konzipierte<br />
Spannmittel zu erreichen.<br />
Volker Schlautmann, Leiter des Kundenteams Spannzeuge/<br />
Welle-Nabe-Verbindungen von Ringspann: „Bestenfalls unterstützt<br />
ein solches Spannsystem den Verzahnungstechniker<br />
sowohl bei der Realisierung der stetig steigenden Qualitätsanforderungen<br />
als auch durch mehr anwendungstechnische und wirtschaftliche<br />
Flexibilität.“ Diese dreifache Zielsetzung war es dann<br />
auch, von der sich das Team um Volker Schlautmann bei der Entwicklung<br />
des Dehnhülsen-Spanndorns HDDS leiten ließ. Doch<br />
wie wurde diese Herausforderung gemeistert?<br />
34 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
<strong>Der</strong> Dehnhülsen-Spanndorn<br />
eignet sich für die Handund<br />
Kraftspannung und<br />
vereinfacht den Einstieg in die<br />
vollautomatisierte Fertigung,<br />
da Handlingsysteme und<br />
Mess- und Steuerungstechnik<br />
verzichtbar sind<br />
SPANNEN OHNE LECKAGE-RISIKO<br />
Als mechanisches Innenspannsystem will der HDDS nicht nur<br />
durch die Rundlaufgenauigkeit überzeugen, er bietet auch eine<br />
vier Mal größere absolute Aufweitung als die meisten hydraulischen<br />
Spannzeuge. Daher ist er eine Alternative zu den in der<br />
Verzahnungstechnik vielfach anzutreffenden Hydrodehnspanndornen.<br />
<strong>Der</strong> HDDS nimmt Werkstücke mit Bohrungen bis zur<br />
Toleranzklasse IT<strong>10</strong> auf; viele andere hydraulische Spannzeuge<br />
eignen sich nur für eine Aufnahme von Werkstückbohrungen bis<br />
zur Toleranzklasse IT7. Da der HDDS im Gegensatz zu Hydrodehnspannzeugen<br />
frei von jeglichen Leckagerisiken ist, erhöht<br />
sich durch seinen Einsatz auch die Prozesssicherheit in der Serienfertigung,<br />
in der bereits kleinste Undichtigkeiten an hydraulischen<br />
Spannzeugen den Instandsetzungsfall auslösen. Die einzige<br />
Verschleißquelle des HDDS sind seine Spannscheiben; diese<br />
seien allerdings Qualitätsprodukte mit hohen Standzeiten aus<br />
der eigenen Fertigung, versichert der Hersteller.<br />
HOHE GENAUIGKEITEN, HOHE FLEXIBILITÄT<br />
Messtechnisch untermauern konnte der HDDS seine Leistungsfähigkeit<br />
und seine Leistungsreserven unter anderem beim hochgenauen<br />
Stirnradschleifen in der Fertigung eines schweizerischen<br />
Getriebebauers. Hier wurden seine Plan- und Rundlaufgenauigkeit<br />
sowohl mit einem Kontrollwerkstück an einer taktilen Messvorrichtung<br />
als auch mit einem Original-Rohling in einem Koordinaten-Messsystem<br />
überprüft. Dabei fielen die Ergebnisse noch<br />
besser aus als erwartet: Für die Genauigkeiten zeigten die Messgeräte<br />
beim Planlauf weniger als zwei und im Rundlauf weniger<br />
als drei Mikrometer an. Zudem lag die erzielte Geometriegenauigkeit<br />
der Evolventenverzahnung beim Serienwerkstück innerhalb<br />
der definierten Toleranzgrenzen und damit über den Anforderungen<br />
des Kunden.<br />
In anderen Praxisfällen hat sich gezeigt, dass der Dehnhülsen-<br />
Spanndorn HDDS sowohl hohe Verzahnungsqualitäten ermöglicht<br />
als auch vollautomatisierte Fertigungskonzepte unterstützt.<br />
<strong>Der</strong> Grund: Hydraulische Dehnspanndorne haben physikalisch<br />
bedingt eine nur geringe Dehnrate; für deren Zuführung sind<br />
hochpräzise Handlingsysteme nötig, was die Kosten für die benötigte<br />
Mess- und Steuerungstechnik der Peripherie treibt. <strong>Der</strong><br />
HDDS hingegen ist mit einer Aufweitung versehen, die vier Mal<br />
größer ist als die vieler hydraulischer Spannzeuge. Durch die<br />
hohe Dehnrate reduziert sich der technische Aufwand für die<br />
gesamte Peripherie, was den Einstieg in die vollautomatisierte<br />
Bearbeitung vereinfacht.<br />
<strong>Der</strong> mechanische Dehnhülsen-Spanndorn kann je nach Ausführung<br />
Bohrungen ab 25 mm Durchmesser spannen und eignet<br />
sich auch für Bohrungen, deren Innengeometrie von einer Nut<br />
unterbrochen ist. Außerdem lassen sich Bauteile mit sehr kurzen<br />
Spannlängen bearbeiten. Auch bei Anwendungen in der Hochpräzisionsbearbeitung<br />
hat sich gezeigt, dass sich weitere Vorteile<br />
durch den Einsatz einer Pinole erreichen lassen; hierdurch erhöht<br />
sich die Reproduzierbarkeit des Spannergebnisses, zugleich<br />
steigt die Steifigkeit des Gesamtsystems. So ist das Spannsystem<br />
unempfindlich gegenüber großen, durch die Werkzeuge aufgebrachten<br />
radialen Wirkkräfte.<br />
Bilder: Ringspann<br />
www.ringspann.com<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 35
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
HIER ROLLEN DIE EXPONATE<br />
Aluminium-Schwerlastprofile sind vergleichsweise leicht und halten hohe dynamische<br />
Belastungen aus. <strong>Der</strong>zeit wird im Deutschen Museum München mit Transportwagen<br />
aus einem Profilbaukasten kostbares Ausstellungsgut aus- und eingeräumt.<br />
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN<br />
Die Vorteile und Belastbarkeit der Aluminium-Schwerlastprofile<br />
von RK Rose+Krieger schätzt auch das Deutsche<br />
Museum in München, das seit 2016 und noch bis<br />
2028 umfangreich renoviert wird. Für ein Museum ist<br />
ein solches Vorhaben ein enormer logistischer Aufwand. Besonders<br />
herausfordernd wird es, wenn es sich um tonnenschwere<br />
Exponate handelt – wie bei der umfassenden Renovierung des<br />
Haupthauses. Um die kostbaren Stücke durch das Museum<br />
bewegen zu können, wurde eine flexible und zuverlässige Transportmöglichkeit<br />
gesucht. Schnell war klar, dass Transportgestelle<br />
auf Rollen die Lösung sein könnten.<br />
FLEXIBEL TROTZ SCHWERER LAST<br />
Bei der Recherche nach einem geeigneten Anbieter stieß das<br />
Team vom Deutschen Museum auf RK Rose+Krieger und den<br />
Blocan-Profilbaukasten. Aluminiumschwerlastprofile des Mindener<br />
Herstellers sind dazu geeignet, die hohen Lasten und freitragenden<br />
Längen der Exponate zu bewegen. Entscheidend für<br />
Bernd Klöpper ist Marketingleiter bei der<br />
RK Rose+Krieger GmbH in Minden<br />
die Auswahl des Systems war auch, dass das Transportsystem so<br />
wenig Eigengewicht wie möglich haben darf. Das Gesamtgewicht<br />
muss auf viele einzelne Rollen verteilt werden, da der neue Hohlraumboden<br />
des Museums nur geringe Punktlasten tragen kann.<br />
MODERNISIERUNG DES<br />
DEUTSCHEN MUSEUMS<br />
1903 gegründet gehört das Deutsche Museum zu den<br />
bedeutendsten Technik- und Wissenschaftsmuseen der<br />
Welt. Es exisitieren vier Standorte: auf der Museumsinsel<br />
München, im Verkehrszentrum auf der Theresienhöhe, in<br />
der Flugwerft Schleißheim und im Deutschen Museum<br />
Bonn. Die vollständige Modernisierung wird voraussichtlich<br />
2028 abgeschlossen – dem Jahr, in dem die Münchner<br />
Institution ihr 125-jähriges Jubiläum feiert. Nach<br />
derzeitigem Stand soll der erste modernisierte Teil des<br />
Ausstellungsgebäudes im Dezember <strong>2021</strong> öffnen – mit<br />
insgesamt 19 neuen Dauerausstellungen von der<br />
Raumfahrt bis zur Gesundheit. Danach beginnt das<br />
Leerräumen der Ausstellungen im zweiten Bauabschnitt.<br />
36 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
SCHWERLASTPROFILE AUS DEM BAUKASTEN<br />
<strong>Der</strong> Blocan-Baukasten von<br />
Rose+Krieger umfasst Aluminiumprofile<br />
in mehr als <strong>10</strong>0 verschiedenen<br />
Baugrößen und Querschnitten<br />
zwischen 20 und 320 mm. Neben<br />
Konstruktions-, Funktions- und<br />
Sonderprofilen sind auch<br />
Schwerlast profile der Baugrößen<br />
D 80×80, D 80×160 und D 80×240<br />
sowie D 160×160, D 160×240 und<br />
D 160×320 verfügbar; außerdem ein Kabelkanalsystem aus eloxiertem<br />
Aluminium mit diversen Kombinations- und Einsatzmöglichkeiten. Die<br />
Alu- Profilsysteme sind zuverlässig, langlebig und sowohl untereinander<br />
als auch mit Rohrverbindern, Lineareinheiten, Hubsäulen und Elektrozylindern<br />
des Anbieters kombinierbar.<br />
KONSTRUKTIONSELEMENTE<br />
Spezielle<br />
Zudem durfte die Bauhöhe der Wagen, bedingt durch die Raum- und Türhöhen<br />
des Museums, 460 mm nicht überschreiten. Die RK-Schwerlastprofile erfüllen<br />
diese Anforderungen. Auch die Flexibilität des Blocan-Profilmontagesystems,<br />
das dank seiner speziellen Verbindungselemente, den Druckverbindern, einen<br />
schnellen, unkomplizierten Umbau oder ein Koppeln der Schwerlast-Transportwagen<br />
gestattet, sprach für die Alu-Schwerlastprofile.<br />
Knifflig gestaltete sich die Suche nach geeigneten Rollen für die Transportwagen.<br />
Schließlich konnte das Konstruktionsteam gefederte Schwerlasträder vom<br />
Hersteller Blickle Räder+Rollen als Sonderanfertigung für den Einsatz im Deutschen<br />
Museum verbauen. Die robusten Doppel-Lenkrollen mit Gummireifen<br />
und einer Tragfähigkeit bis 6 t können bei kleinem Raddurchmesser besonders<br />
große Lasten aufnehmen. Zudem schonen sie den Boden und dämpfen Vibrationen<br />
bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort.<br />
EINFACHE MONTAGE<br />
Die RK-Druckverbinder erleichtern die Montage der Aluminiumschwerlastprofile<br />
und -achsen zu einem Portal oder Transportwagen ganz wesentlich. Die<br />
D-Profile werden lediglich auf Länge geschnitten und durch Druck sowie eine<br />
hochbelastbare und jederzeit wieder lösbare Schraubverbindung zusammengehalten.<br />
Eine weitere Bearbeitung ist nicht erforderlich. So lassen sich die<br />
Konstruktionen einfach demontieren und an anderer Stelle oder in neuer Form<br />
SCHNELL WAR KLAR, DASS TRANSPORT-<br />
GESTELLE AUF ROLLEN DIE RICHTIGE<br />
LÖSUNG FÜR DIE TONNENSCHWEREN<br />
EXPONATE SIND<br />
wieder aufbauen, was für den Einsatz während der Museums-Renovierung vorteilhaft<br />
ist. RK Rose+Krieger fertigte insgesamt sechs Schwerlast-Transportroller<br />
in drei verschiedenen Größen für das Deutsche Museum. Mit Knotenwinkel als<br />
Zubehör erhalten die Konstruktionen die erforderliche Stabilität.<br />
Bisher wurden vor allem Exponate für die neuen Dauerausstellungen auf den<br />
Rollwagen transportiert – darunter der Fendt Vario 200, das supraleitende<br />
Zyklotron, ein Fleischhacker und zwei Brauereikessel sowie weitere große,<br />
schwere Ausstellungsmöbel. Das schwerste und voluminöseste Teil war eine 8 t<br />
schwere Gasturbine. Die einzelnen Ausstellungsstücke legten dabei auf den je<br />
nach Objekt von bis zu acht Personen bewegten Transportwagen eine Strecke<br />
von rund 150 m zurück. Es gibt auch weiterhin zu tun, etwa den Transport des<br />
ersten Diesel motors, der 6 t wiegt, und eines 5,5 t schweren Schiffskolbens.<br />
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kämpft jedoch mit Vorurteilen, wenn es um<br />
Nachhaltigkeit geht. Als Recyclingmaterial<br />
sieht die Bilanz schon deutlich besser aus.<br />
Ein Unternehmen für Abgassysteme setzt<br />
hochwertige Kunststoff-Schutzelemente aus<br />
Recyclingmaterial für Bauteile in Nutzfahrzeugen<br />
ein und sorgt so für einen schonenden Umgang<br />
mit Ressourcen. Welche Rolle hierbei moderne<br />
Verfahren wie die additive Fertigung im 3D-Druck<br />
spielt, erfahren Sie in folgendem Beitrag.<br />
Die RTA GmbH mit Stammsitz in St. Aegyd in Niederösterreich<br />
ist langjähriger Partner der Nutzfahrzeugindustrie<br />
im Bereich Abgastechnik. Das Unternehmen<br />
entwickelt und produziert Systeme zur Reduktion<br />
von Schadstoff- und Geräuschemissionen von LKW und<br />
Bussen, Agrar- und Baumaschinen, Schienenfahrzeugen,<br />
Schiffen und stationären Anlagen (Hintergrundbild links). Die<br />
Fertigung von RTA, für die ein moderner Maschinenpark mit<br />
sehr hohem Automatisierungsgrad bereitsteht, findet im<br />
Stammwerk St. Aegyd sowie im hessischen Lampertheim<br />
statt, wo auch Versuchseinrichtungen stationiert sind. Am<br />
Standort Rastatt werden die individuellen Abgas- und Abgasnachbehandlungssysteme<br />
in enger Zusammenarbeit mit den<br />
Kunden entwickelt und reichen von Einzelanwendungen bis<br />
zur Großserie. Das erfordert eine hohe Flexibilität in der Produktion<br />
des Abgassysteme-Spezialisten.<br />
VOM MASCHINENBAU ÜBER DIE LUFT- UND<br />
RAUMFAHRT BIS HIN ZUR MSR-TECHNIK<br />
2011 brachte RTA neue Produkte mit erhöhten Schutzanforderungen<br />
auf den Markt – und vertraut seitdem auf Pöppelmann<br />
Kapsto. Die Division der Pöppelmann Gruppe aus dem<br />
niedersächsischen Lohne entwickelt und produziert Kunststoff-Schutzelemente<br />
für verschiedene Anwendungen. Die<br />
Schutzkappen und Verschlussstopfen, Griff- und Schraubkappen<br />
sowie individuell für kundenspezifische Anwendungen<br />
entwickelten Artikel bewahren Außengewinde, Bolzen, Leitungen<br />
und mehr während der Fertigung, der Lagerung und<br />
dem Transport vor dem Eindringen von Schmutz in sensible<br />
und funktionsentscheidende Komponenten. Kapsto Schutzelemente<br />
werden für unterschiedlichste Zielmärkte produziert,<br />
beispielsweise für Hersteller und Zulieferer der Automobilindustrie,<br />
Maschinenbau, Bauwesen, Elektronik, Hydraulik,<br />
Luft- und Raumfahrt, Pneumatik sowie Mess-, Steuer- und<br />
Regelungstechnik.<br />
Bei RTA werden die Kappen und Stopfen aus Lohne vor allem<br />
für Kontaktflächen, Gewinde und Schnittstellen zur Reduktionsmitteleinbringung<br />
eingesetzt, wie Patrick Janson,<br />
Leiter Entwicklung bei RTA, erzählt: „Die Bauteile müssen auf<br />
Antje Bosche ist Marketingbeauftragte bei der KAPSTO, Pöppelmann<br />
GmbH & Co. KG in Lohne<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 39
3D-DRUCK<br />
01 Ein moderner Maschinenpark mit hohem Automatisierungsgrad<br />
steht für die Fertigung der Abgassysteme bereit<br />
02 Flexible Produktion: Die bei RTA gefertigten Abgassysteme<br />
sind von geringen Stückzahlen bis zur Großserie erhältlich<br />
03 <strong>Der</strong> Abgassysteme-Spezialist verfügt über zahlreiche Tools<br />
und Einrichtungen zur Entwicklung individueller Produkte, z. B.<br />
ein Strömungslabor, Festigkeitsprüfstände mit Heißgaserzeuger<br />
sowie akustische Messtechnik<br />
01<br />
02<br />
Messtechnik zur Verfügung. Damit ist das Unternehmen hervorragend<br />
ausgestattet, um für seine Kunden immer wieder neue individuell<br />
zugeschnittene Abgassysteme zu entwickeln – für die<br />
dann wiederum die entsprechenden Schutzelemente benötigt<br />
werden. Aktuell verwendet RTA ausschließlich Artikel aus dem<br />
Kapsto Standardsortiment, das Produkte in über 3 000 Abmessungen<br />
umfasst, die aus Lagerbestand lieferbar sind. Dazu<br />
kommt ein Sonderprogramm von noch einmal 2 000 weiteren<br />
MIT DER INITIATIVE PÖPPELMANN<br />
BLUE WERDEN ALLE AKTIVITÄTEN<br />
GEBÜNDELT, DIE EINEN<br />
GESCHLOSSENEN MATERIAL-<br />
KREISLAUF ZUM ZIEL HABEN<br />
Ausführungen, die der Kunststoffspezialist innerhalb von zwei<br />
Wochen liefern kann. „Das Standardprogramm von Pöppelmann<br />
Kapsto umfasst eine riesige Auswahl an Normreihen in unterschiedlichsten<br />
Größen und Abmessungen, sodass wir dort bisher<br />
immer die passenden Schutzkappen und Blindstopfen gefunden<br />
haben. Wir wissen aber auch, dass wir bei unserem Partner in guten<br />
Händen sind, wenn wir einmal individuelle Lösungen benötigen<br />
sollten“, meint Patrick Janson.<br />
SPECIAL<br />
03<br />
dem Weg zu unseren Kunden zuverlässig vor Verunreinigungen<br />
und Beschädigungen geschützt werden. Verschmutzungen verursachen<br />
beispielsweise Probleme an den Gewindebuchsen und<br />
bewirken, dass sich Sensoren nicht richtig einschrauben lassen.<br />
Ein starker Schmutzeintrag könnte sogar den Betrieb des ganzen<br />
Systems beeinträchtigen. Das machte den Einsatz von entsprechenden<br />
Schutzelementen erforderlich.“<br />
STANDARD ODER INDIVIDUELL<br />
RTA verfügt über eine hochmodern ausgestattete Entwicklungsabteilung<br />
mit diversen Entwicklungstools, u. a. verschiedene<br />
CAD-Systeme, Simulationssoftware zur ein- und zweiphasigen<br />
Strömungsberechnung (CFD) sowie die Akustik- und Festigkeitsberechnung<br />
(FEM). Für die Validierung stehen ein Strömungslabor,<br />
Festigkeitsprüfstände mit Heißgaserzeugern und akustischer<br />
IM 3D-DRUCK SCHNELL ZU MUSTERN<br />
UND KLEINSERIEN<br />
<strong>Der</strong> Schutzelemente-Profi führt für seine Kunden auch die<br />
schnelle Entwicklung ganz individueller Kappen und Stopfen<br />
durch. Dafür hat Pöppelmann Kapsto ein umfangreiches Dienstleistungsangebot<br />
aufgebaut, das alle Schritte – von der Produktentwicklung<br />
bis zur Serienfertigung – unter einem Dach vereint:<br />
Unter der Bezeichnung FastLane bietet Kapsto eine Produktentwicklung<br />
in Rekordzeit an. Diese beginnt mit einer Machbarkeitsprüfung.<br />
Nach deren positivem Verlauf erhält der Kunde<br />
innerhalb kürzester Zeit ein Angebot inklusive Artikelkonzept in<br />
Form einer technischen Zeichnung oder Artikelskizze. Auf CAD-<br />
Basis erfolgt dann die Artikelkonstruktion. Zur Fertigung erster<br />
Ansichts- oder Funktionsmuster können Kunden wie RTA auf die<br />
Service-Leistungen Rapid Tooling und Rapid Prototyping zurückgreifen.<br />
Rapid Tooling beinhaltet die Herstellung von Prototypenwerkzeugen<br />
im 3D-Druck, die in eine vorhandene Werkzeug-<br />
Stammform eingesetzt werden. Damit lassen sich dann Muster<br />
oder Kleinserien aus Originalmaterial fertigen. Kunden sparen<br />
durch die additive Fertigung im 3D-Druck die Investition in spezielle<br />
Werkzeuge ein.<br />
Alternativ können auch die Artikel selbst im 3D-Druck erstellt<br />
werden. Bei diesem Prozess wird das Produkt in der gewünschten<br />
Geometrie auf Basis der Konstruktionsdaten Schicht für Schicht<br />
40 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
3D-DRUCK<br />
aufgebaut. Die additive Fertigung eignet sich für Kleinserien, Anschauungs- sowie Funktionsprototypen.<br />
Auf diese Weise gelangen Anwender schnell zu Musterteilen ihrer individuell entwickelten<br />
Kunststoff-Schutzelemente, die dann in Versuchseinrichtungen, wie sie beispielsweise<br />
RTA zur Verfügung stehen, am Originalbauteil auf perfekten Sitz und Funktionalität getestet<br />
werden können. Zusätzlich fertigt der Kunststoffspezialist qualitativ erstklassige Kleinserien,<br />
für die eine Vielzahl an unterschiedlichen Materialien zur Verfügung stehen.<br />
KUNSTSTOFF-SCHUTZELEMENTE FÜR MEHR RESSOURCENSCHONUNG<br />
Ein zentrales Thema in der Unternehmenspolitik, das den Abgassysteme-Hersteller und Pöppelmann<br />
Kapsto verbindet, ist das Engagement für mehr Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung.<br />
Bei RTA steht die Umsetzung in sämtlichen innerbetrieblichen Bereichen – von der Entwicklung<br />
bis zur Produktion – immer wieder auf dem Prüfstand. Das Unternehmen setzt auf<br />
MEHR ALS 3 000 UNTERSCHIEDLICHE<br />
KAPPEN UND STOPFEN<br />
Das von Pöppelmann Kapsto seit mehr als fünfzig Jahren<br />
kontinuierlich weiter ausgebaute Normteileprogramm umfasst<br />
mehr als 3 000 unterschiedliche Kappen und Stopfen aus<br />
Kunststoff, die direkt ab Lager geliefert werden. Neben dem<br />
umfangreichen Standardprogramm entwickeln die Ingenieure<br />
und Techniker bei Pöppelmann Kapsto zudem in enger partnerschaftlicher Zusammenarbeit<br />
mit den Kunden individuelle Schutzlösungen, darunter auch auf Kundenbedürfnisse<br />
entwickelte Thermoform-Trays. Die mehr als 2 500 Mitarbeiter weltweit und die<br />
jahrelange Erfahrung des traditionsreichen Familienunternehmens sorgen dabei für hohe<br />
Qualität und Produktivität sowie den individuellen Service des Kunststoffspezialisten.<br />
<strong>10</strong>0 % Ökostrom und untersucht Möglichkeiten der Energieeinsparung. In der Produktentwicklung<br />
der verschiedenen Bauteile ist die Recyclingfähigkeit ein wichtiger Baustein. Dies entspricht<br />
der Unternehmensphilosophie der Pöppelmann Gruppe, die unter anderem mit der<br />
Initiative Pöppelmann blue unternehmensweit alle Aktivitäten bündelt, die einen geschlossenen<br />
Materialkreislauf zum Ziel haben. Sie beinhaltet unter anderem Vorgaben für kreislauffähige<br />
Produktkonzepte und treibt die Entwicklung von PCR-Materialien an, damit ressourcenschonende<br />
Artikel zum Standard werden. In Zusammenarbeit mit renommierten Kunden, z. B.<br />
aus der Automobilbranche, wurden bereits diverse Projekte realisiert, die belegen, dass ein geschlossener<br />
Materialkreislauf auch in streng regulierten Branchen zur alltagstauglichen Lösung<br />
werden kann.<br />
POST-CONSUMER-RECYCLING-MATERIAL WIRD SALONFÄHIG<br />
Im Rahmen von Pöppelmann blue entwickelte die Division Kapsto Schutzelemente aus <strong>10</strong>0 %<br />
Post-Consumer-Rezyklat (PCR) im eingesetzten Kunststoff. Diese überzeugen durch bewährte<br />
Kapsto-Eigenschaften, die der Qualität bestehender Normreihen aus Neuware in nichts nachsteht.<br />
Bereits seit 2019 sind erstmalig zwei gefragte Normreihen auch als nachhaltige Version<br />
aus PCR verfügbar, im Frühjahr <strong>2021</strong> wurde das Angebot um rund <strong>10</strong>0 neue Artikel erweitert.<br />
Seitdem umfasst das Standardsortiment u. a. auch neue Normreihen aus PCR, wie die Hochvolt-Steckerkappen<br />
GPN 380 und GPN 384 sowie die Hochvolt-Steckerabdeckungen GPN 385.<br />
Die ressourcenschonenden Schutzelemente weckten sofort das Interesse des österreichischen<br />
Unternehmens, erzählt Steffen kleine Stüve, Area Sales Manager bei Pöppelmann Kapsto:<br />
„Wir haben RTA die neuentwickelten Normreihen vorgestellt und entsprechende Muster für<br />
Tests zur Verfügung gestellt.“ Weil die Montageversuche des Abgassysteme-Herstellers positiv<br />
verliefen, erfolgte schnell die Umstellung zahlreicher Artikel auf die ressourcenschonenden<br />
PCR-Versionen. Mit dem Austausch sind die Verantwortlichen bei RTA sehr zufrieden, denn er<br />
verlief ohne jegliche Kundenreklamation. Patrick Janson unterstreicht abschließend: „Neben<br />
unseren eigenen Anstrengungen in Bezug auf Nachhaltigkeit, sind uns Impulse von unseren<br />
Partnern in der Lieferkette willkommen. Pöppelmann Kapsto hilft uns mit PCR-Produkten, unserem<br />
Anspruch als umweltbewusstes Unternehmen gerecht zu werden.“<br />
Bilder: Aufmacher Hintergrund, 01, 02, 03 RTA, 04a-c Pöppelmann Kapsto<br />
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when temperature matters
KLARTEXT<br />
3D-DRUCK:<br />
INDUSTRIE MIT<br />
ENTWICKLUNGS-<br />
POTENZIAL?<br />
TOM KRAUSE<br />
Leiter Geschäftsbereich Additive Fertigung bei der igus GmbH, Köln<br />
<strong>Der</strong> 3D-Druck bietet die Möglichkeit vor allem schnell und kostengünstig<br />
Prototypen und Kleinserien herzustellen. Dazu gibt es am Markt eine<br />
Vielzahl an Materialien wie zum Beispiel Kunststoffe. Wir bei Igus entwickeln<br />
speziell für den 3D-Druck Filamente und SLS-Pulver, die auf Reibung<br />
und Verschleiß optimiert sind. So können wir langlebige Bauteile direkt mit<br />
den passenden Eigenschaften additiv fertigen. Mit unserem 3D-Druckservice<br />
produzieren wir innerhalb weniger Tage die Teile für den Kunden, alternativ<br />
bieten wir unsere Kunststoffe auch direkt zur Verarbeitung auf dem<br />
eigenen Drucker an. Die Zukunft sehen wir immer mehr in der Integration<br />
von Intelligenz in die Bauteile. Bei Igus nutzen wir zum Beispiel den<br />
Multimaterialdruck, um Sensoren zu integrieren, die zur Zustandsüberwachung<br />
oder auch zu einer Überlastwarnung eingesetzt werden können.<br />
Ob Werkzeuge, Schmuck,<br />
Fahrzeugkomponenten<br />
oder medizinische<br />
Produkte – 3D-Druck ist<br />
mittlerweile in vielen<br />
Bereichen angekommen<br />
und ermöglicht die schnelle<br />
Produktion von Kleinserien<br />
und individuellen<br />
Prototypen. Doch worin<br />
liegt der wahre Mehrwert<br />
des 3D-Drucks, welche<br />
Möglichkeiten eröffnen sich<br />
in Design und Konstruktion<br />
und wo besteht<br />
Entwicklungspotenzial,<br />
beispielsweise durch<br />
erweiterte Funktionen<br />
wie KI?<br />
DIE ZUKUNFT<br />
SEHEN WIR IMMER<br />
MEHR IN DER<br />
INTEGRATION<br />
VON INTELLIGENZ<br />
IN DIE BAUTEILE<br />
3D-DRUCK KANN<br />
DAS GANZE<br />
BAUWESEN<br />
VERÄNDERN<br />
SPECIAL<br />
MAREK SUCHOCKI<br />
Civil Infrastructure Engagement Lead, Autodesk, EMEA<br />
Auch wenn die Technologie des 3D-Drucks ursprünglich aus der Prototypenentwicklung<br />
kommt, ist sie inzwischen auch in diversen anderen Industrien angekommen.<br />
Durch die rasant steigende Anwendung von BIM – Building Information<br />
Modeling – setzt nun neben der Architektur auch die Bauindustrie auf die<br />
schichtweise Fertigung von Modellen und ganzen Gebäuden. Weniger Zeit und<br />
dafür mehr Gestaltungsfreiheit, denn mithilfe von 3D-Druck können auch<br />
komplexe und kosten- sowie zeitaufwendige Ideen realisiert werden. Besonders<br />
vielversprechend für den Bau: Beton aus dem Drucker. So entstehen heute schon<br />
ganze Häuser in nur wenigen Tagen. Trotzdem gibt es noch viel Entwicklungspotenzial,<br />
und die Technologie steckt in den Kinderschuhen. Können dazu weiterhin<br />
die aktuellen Herausforderungen wie das teure Equipment oder der Mangel an<br />
klar definierten Regeln und Vorschriften angegangen werden, kann 3D-Druck das<br />
Bauwesen grundlegend verändern.<br />
42 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong>
KLARTEXT<br />
MICHEL KRAUSE<br />
SIMULIA Industry Process Consultant Senior Specialist bei Dassault Systèmes, Hamburg<br />
Um im Wettbewerb erfolgreich zu sein, müssen Unternehmen Kosten senken und flexibel agieren.<br />
Dies hängt mit steigenden Kundenbedürfnissen nach individuellen und nachhaltigen Produkten<br />
zusammen. Mit 3D-Druck können Unternehmen diese Herausforderungen meistern, da sich<br />
wirtschaftliche und ökologische Ziele miteinander vereinbaren lassen. Beispielsweise wird der<br />
Material- und Rohstoffverbrauch bei der Fertigung enorm reduziert. Zudem ermöglicht es die<br />
ortsunabhängige Produktion im 3D-Druckverfahren, Transportkosten und damit CO 2<br />
-Emmisionen<br />
einzusparen. Ein weiterer Mehrwert ergibt sich aus der Gewichtsreduktion von Bauteilen, die etwa<br />
bei Fahrzeugkomponenten eine wichtige Rolle spielt. Die hierfür notwendige Flexibilität und Effizienz<br />
in der individuellen Fertigung können Unternehmen durch den Einsatz vonSimulationssoftwarelösungen<br />
erreichen, um etwa die Qualität des Produkts exakt vorauszusagen.<br />
MIT 3D-DRUCK LASSEN<br />
SICH WIRTSCHAFTLICHE<br />
UND ÖKOLOGISCHE ZIELE<br />
MITEINANDER VEREINBAREN<br />
DIE GRÖSSEREN<br />
TECHNOLOGISCHEN<br />
POTENZIALE LIEGEN<br />
VOR ALLEM AUF DER<br />
SOFTWARESEITE<br />
UWE POPP<br />
Dipl.-Ing., Managing Director Apium Additive Technologies, Karlsruhe<br />
Besonders die Branchen profitieren von der Technologie, die Kleinserien oder Sonderbauteile<br />
herstellen. Dazu können auch Ersatzteile zählen, Vorrichtungen, Halterungen und Gehäuse.<br />
In der Medizintechnik liegt besonders großes Potenzial, da wir Menschen uns in unserer<br />
jeweiligen Physis voneinander unterscheiden. Aus technischer Sicht kann die Luftfahrt mit<br />
Leichtbauteilen und geringen Stückzahlen vom 3D-Druck profitieren. <strong>Der</strong> 3D-Druck hat vor<br />
allem hinsichtlich der Rüstzeit enorme Vorteile. Vorrichtungen bei der Fertigungsvorbereitung<br />
sind im 3D-Druck entweder nicht notwendig oder werden in Form einer Stützstruktur<br />
miterzeugt. Letztlich ist noch die Materialersparnis bei der Bauteilerzeugung hervorzuheben,<br />
die allerdings die richtige Kenntnis des Anwendungsfalls und der Kräfte, die das Bauteil<br />
erfährt, voraussetzt. Dann können organische Bauteile schnell und kostengünstig erzeugt<br />
werden, die konventionell so nicht zu fertigen sind und einen wirtschaftlichen Vorteil mit<br />
sich bringen. Aber letztlich liegt die Profitabilität darin, wie gut die jeweiligen Unternehmen<br />
die Technologien verstehen und in ihre Produkte und Prozesse integrieren können.<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 43
3D-DRUCK<br />
AUFBRUCH IN DIE<br />
VIERTE DIMENSION<br />
DURCH AKTIVE<br />
MATERIALIEN<br />
Additive Fertigung revolutioniert die Industrie über alle Ebenen hinweg.<br />
Ob bei der Herstellung von Prototypen, Ersatzteilen und Endprodukten<br />
oder im Werkzeug- und Formenbau – durch neue Gestaltungs- und<br />
Fertigungsmöglichkeiten, neue Materialien sowie Symbiosen mit traditionellen<br />
Verfahren eröffnen sich immer wieder neue Welten. Jetzt wird der gedruckten<br />
3D-Struktur die Zeit als vierte Dimension hinzufügt. Diesem spannenden Thema<br />
geht die Redaktion im Interview mit den beiden Doktoratsstudierenden Thomas<br />
Lumpe und Cosima du Pasquier auf den Grund. Sie forschen am Lehrstuhl für<br />
Produktentwicklung und rechnerbasierte Methoden von Prof. Kristina Shea<br />
im Bereich des Maschinenbaus und der Verfahrenstechnik an der ETH Zürich<br />
unter anderem am 4D-Druck.<br />
Was verstehen Sie unter 4D-Druck?<br />
Wie funktioniert das technisch?<br />
SPECIAL<br />
THOMAS LUMPE / COSIMA DU PASQUIER: Im 4D-Druck ist<br />
die Zeit die vierte Dimension. <strong>Der</strong> Begriff 4D-Druck umfasst<br />
deshalb 3D-gedruckte Objekte, die ihre Form oder ihre mechanischen<br />
Eigenschaften über die Zeit verändern können,<br />
wenn sich Umwelteinflüsse wie zum Beispiel die Temperatur<br />
oder die Feuchtigkeit ändern.<br />
Cosima du Pasquier und Thomas Lumpe, Lehrstuhl für Produktentwicklung<br />
und rechnerbasierte Methoden an der ETH Zürich in der Schweiz<br />
THOMAS LUMPE / COSIMA DU PASQUIER: Dieses besondere<br />
Verhalten von 4D-gedruckten Objekten wird ermöglicht durch<br />
den Einsatz von sogenannten aktiven Materialien. Aktive<br />
Materialien reagieren auf Änderungen in ihrer Umgebung<br />
und können sich so zum Beispiel beim Erhitzen kontrolliert<br />
verformen. Durch den Einsatz von modernen Druckprozessen<br />
können aktive Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften<br />
gleichzeitig 4D-gedruckt werden. Die Freiheiten in der Formgebung<br />
durch den 3D-Druck in Kombination mit der Materialvielfalt<br />
ermöglichen es, aktives Verhalten direkt in Objekte<br />
„einzuprogrammieren“.<br />
44 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
3D-DRUCK<br />
Cosima<br />
Du Pasquier<br />
Thomas<br />
Lumpe<br />
Was gibt es hier für unterschiedliche Ansätze?<br />
THOMAS LUMPE / COSIMA DU PASQUIER: Die Ansätze sind<br />
vielfaltig und hängen sehr von der jeweiligen Anwendung ab.<br />
Wir benutzen oft Wärme und die Kombination von Materialien<br />
mit unterschiedlichen Verhalten bei hohen Temperaturen, sogenannten<br />
Formgedächtnispolymeren. Diese Materialien können<br />
bei hohen Temperaturen verformt werden und durch Abkühlen<br />
in diesem verformten Zustand fixiert werden. Bei erneutem<br />
Erhitzen „erinnern” sich die Materialien an ihre ursprüngliche<br />
Form und nehmen diese wieder an. Weiterhin arbeiten wir<br />
auch mit Strukturen, die sich bei unterschiedlichem Luftdruck<br />
verformen. Dies hat den Vorteil, dass höhere Kräfte und größere<br />
Verformungen erreicht werden können. Andere Möglichkeiten,<br />
um 4D-gedruckte Strukturen zu aktivieren, sind zum Beispiel<br />
Licht, chemische Reaktionen oder Feuchtigkeit.<br />
INTELLIGENTE WERKSTOFFE<br />
4D-Druck ist für Anwendungen geeignet, in<br />
denen autonome Strukturen benötigt werden.<br />
Etwa für die „Selbstmontage” von Teilen, wobei<br />
sich unterschiedliche Substrukturen durch<br />
sensorische Auslöser wie Wasser, Wärme,<br />
Vibration oder Schall aktiv miteinander<br />
verbinden und verformen, ohne dass ein<br />
<strong>Konstrukteur</strong> oder Mechaniker benötigt wird.<br />
Wo könnte 4D-Druck in der Industrie – konkret<br />
im Maschinenbau – Vorteile erschließen?<br />
THOMAS LUMPE / COSIMA DU PASQUIER: Durch das reaktive<br />
Verhalten in Bezug auf Umwelteinflüsse eignet sich der 4D-<br />
Druck besonders für Anwendungen in Bereichen, in denen<br />
autonome Strukturen benötigt werden. Dies ist nützlich für die<br />
„Selbstmontage” von Teilen, wobei sich unterschiedliche<br />
Sub-Strukturen aktiv miteinander verbinden und verformen,<br />
ohne dass ein <strong>Konstrukteur</strong> oder Mechaniker benötigt wird. So<br />
könnten sich zum Beispiel Satelliten oder andere Raumfahrzeuge<br />
im Weltraum selbst zusammenbauen oder für andere Verwendungszwecke<br />
rekonfi gurieren. Weitere Anwendungsgebiete<br />
sind die Entfaltung von Solarkollektoren im Weltraum oder der<br />
Einsatz in verformbaren Flügeln in der Luftfahrt.<br />
Das klingt nach einer Herausforderung für die Konstruktion …<br />
THOMAS LUMPE / COSIMA DU PASQUIER: Die Konstruktion<br />
dieser Strukturen ist tatsächlich eine große Herausforderung.<br />
Da die Änderung der Form und Eigenschaften der Strukturen<br />
von sehr vielen einzelnen Faktoren sowie deren Zusammenspiel<br />
abhängig ist, müssen diese ebenfalls in der Konstruktion<br />
berücksichtigt werden. Dabei ist es vor allem wichtig, das<br />
Material- und Struktur verhalten korrekt zu modellieren, um<br />
diese dann in rechnergestützte Entwurfsmethoden zu integrieren.<br />
So kann das Potenzial des 4D-Drucks für viele unterschiedliche<br />
Anwendungen optimiert werden.<br />
Bilder: Aufmacher fotomek – stock.adobe.com, Sonstige ETHZ Zürich,<br />
www.edac.ethz.ch<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 45
3D-DRUCK<br />
LEICHTBAU FÜR<br />
DEN KLIMASCHUTZ<br />
Die Folgen der Klimakrise werden immer<br />
spürbarer. Um wertvolle Ressourcen zu sparen<br />
und CO 2<br />
-Emissionen zu reduzieren, ist die<br />
Mithilfe der Industrie gefragt. Verlässliche<br />
Unterstützung auf ihrem Weg zur nachhaltigen<br />
Produktgestaltung bietet Unternehmen die<br />
Konstruktionsphilosophie des Leichtbaus.<br />
SPECIAL<br />
Die sich häufenden Wetterextremereignisse wie Hitzewellen<br />
oder Starkregen der letzten Zeit sprechen für<br />
sich. Hinzu kommen die alarmierenden Ergebnisse des<br />
jüngsten Berichts des Weltklimarats (Intergovernmental<br />
Panel on Climate Change, IPCC): Bei derzeitiger Entwicklung<br />
drohe bereits 2030 – zehn Jahre früher als bislang angenommen –<br />
eine Erderwärmung um 1,5 °C. Nur eine strenge Begrenzung der<br />
globalen Treibhausgas-Emissionen kann diesem Trend entgegensteuern.<br />
Doch hier ist auch das Engagement der Industrie gefragt<br />
– nicht nur aufgrund der gesamtgesellschaftlichen Aufgabe<br />
des Klimaschutzes, sondern auch in Hinblick auf den Erhalt der<br />
eigenen Wettbewerbsfähigkeit. Denn: Eine CO 2<br />
-neutrale Lieferkette<br />
etabliert sich zunehmend als Kundenanforderung.<br />
Leichtbau ist mehr als nur die Substitution von Werkstoffen.<br />
Es geht vielmehr darum, Produkte völlig neu zu denken und<br />
konventionelle Methoden des Engineerings zu hinterfragen. Mit<br />
intelligentem Design, der Nutzung neuer Technologien, optimierten<br />
Prozessen und digitalen Wertschöpfungsketten lassen<br />
sich so nicht nur Zeit und Kosten, sondern auch wertvolle Ressourcen<br />
sparen und CO 2<br />
-Emissionen reduzieren.<br />
LEICHTBAU ALS INNOVATIONSTREIBER<br />
FÜR DEN KLIMASCHUTZ<br />
Egal ob im klassischen Bauwesen, im Maschinenbau, in der Automobilbranche<br />
oder im Luft- und Raumfahrtsektor – durch die<br />
frühzeitliche, ganzheitliche Betrachtung der Anforderungen über<br />
den gesamten Produktlebenszyklus (Produktion, Transport, Nutzung,<br />
Weiterverwertung) können durch Leichtbau Ressourcen<br />
ohne zusätzliche Kosten gespart werden. Es ergeben sich vielfältige<br />
Handlungsfelder, zum Beispiel:<br />
■ Leichtbau in der Produktentwicklung: Unter anderem können<br />
Topologie-Optimierungen oder eine Funktionsintegration in<br />
Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer, Leichtbau BW GmbH, Stuttgart<br />
01<br />
01 Durch eine<br />
Topologie-Optimierung<br />
des Nadelbettenträgers<br />
einer Flachstrickmaschine<br />
konnten rund ein Drittel<br />
Material sowie 30 % CO 2<br />
pro Jahr eingespart werden<br />
der Konstruktionsphase zur Ressourceneffizienz und -einsparung<br />
beitragen<br />
■ Leichtbau in der Fertigung: Die additive Fertigung von Bauteilen<br />
und intelligente Verarbeitungstechnologien können das<br />
Entstehen von überschüssigem Abfall-Material vermeiden<br />
■ Leichtbau beim Gebäude- und Brückenbau: Aus dem Einsatz<br />
materialminimierter Leichtbaustrukturen sowie Carbon- und<br />
Gradientenbeton können Zement- und Stahleinsparungen<br />
resultieren<br />
■ Leichtbau im Transport: Eine Reduzierung des Materialeinsatzes<br />
verringert den Energieverbrauch im Transport und im<br />
Handling<br />
Prägend für den Maschinenbau, insbesondere im Bereich Werkzeug-<br />
und Verarbeitungsmaschinen, ist ein hoher Wettbewerbsdruck,<br />
der nach immer besseren und gleichzeitig preiswerteren<br />
Produkten verlangt. Zwei Wege sind denkbar, um die Produktivität<br />
zu steigern und Emissionen zu vermeiden: Material und damit<br />
indirekt auch CO 2<br />
bei der Herstellung der Maschine einzusparen<br />
und/oder durch Optimierungen weniger Energie beim Betrieb<br />
der Maschine zu verbrauchen, wenn bewegte Teile leichter<br />
werden. Diese Ausgangssituation prädestiniert den Leichtbau als<br />
Lösungsansatz mit großen Umsatz- und Kostensenkungspotenzialen<br />
– bei gleichzeitigem Ressourcenschutz.<br />
BUSINESS-CASES AUS DEM MASCHINENBAU<br />
Einige Maschinenbau-Unternehmen setzen Leichtbau bereits<br />
heute erfolgreich in der Praxis um. Ihre zunächst anfallenden<br />
Entwicklungskosten amortisierten sich innerhalb kürzester Zeit.<br />
46 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
3D-DRUCK<br />
LEICHTBAU IST MEHR ALS<br />
NUR DIE SUBSTITUTION<br />
VON WERKSTOFFEN<br />
So wurde ein Nadelbettenträger, also eine gewichtsintensive<br />
Komponente einer Flachstrickmaschine, des Unternehmens H. Stoll<br />
AG & Co. KG topologisch optimiert. Durch die lastengerechte<br />
Konstruktion wurde Material nur dort angebracht, wo Kräfte wirken.<br />
Dadurch konnten rund 30 % Material gespart werden, was<br />
mit einer Senkung der Herstellungskosten um 7 % einherging.<br />
Damit ermöglichte die Leichtbauweise auch eine CO 2<br />
-Reduktion<br />
um 30 % pro Jahr durch einen reduzierten Energiebedarf.<br />
Dass insbesondere in der frühen Entwicklungsphase eine entscheidende<br />
Materialeinsparung möglich ist, verdeutlicht ein<br />
weiteres Beispiel. In der Wellpappen-Verarbeitungsmaschine<br />
der Wilhelm Bahmüller Maschinenbau Präzisionswerkzeuge<br />
GmbH bewegt ein Schlitten die Produktstapel im zyklischen<br />
Start-/Stopp-Betrieb innerhalb der Maschine. Für diese Bauteilgruppe<br />
wurde das größte Potenzial zur Optimierung der Funktion<br />
der Maschine ermittelt. Die Masse an bewegten Teilen mit Antriebskomponenten<br />
wurde durch Neukonstruktion um etwa<br />
50 % im Vergleich zur ursprünglichen Konstruktion reduziert.<br />
Daraus resultieren im Betrieb der Maschine Energieeinsparungen<br />
von rund 40 % und eine Senkung der Herstellungskosten um<br />
bis zu 25 %.<br />
Laut einer Hochrechnung auf die deutsche Maschinenbaubranche<br />
im Rahmen einer Studie des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik<br />
und Automatisierung, die von der Leichtbau BW<br />
mitbeauftragt wurde, ließen sich allein durch die Materialeinsparung<br />
aus dem ersten Beispiel jährlich der Stahlverbrauch um<br />
etwa 1,53 Mio. t und der CO 2<br />
-Ausstoß um rund 2 Mio. t verringern.<br />
Letzteres entspricht den jährlichen CO 2<br />
-Emissionen einer<br />
Stadt wie Lübeck.<br />
CO 2<br />
-EINSPARPOTENZIAL DURCH LEICHTBAU<br />
Noch eindrücklicher wird das Potenzial für den Klimaschutz<br />
durch Leichtbau unter folgendem Betrachtungswinkel: Die LCS<br />
Life Cycle Simulation GmbH berechnete exemplarisch anhand<br />
von baden-württembergischen KMU aus dem Netzwerk der<br />
Leichtbau BW, wie viele Millionen Tonnen CO 2<br />
jährlich durch die<br />
Umsetzung von Leichtbauprinzipien eingespart werden können.<br />
Betrachtet wurden dabei Leichtbaulösungen aus den Branchen<br />
Maschinenbau und Mobilität. Insgesamt konnte durch die<br />
Leichtbauoptimierungen für die betrachteten Branchen ein CO 2<br />
-<br />
Einsparpotenzial von bis zu 36 Mio. t hochgerechnet werden. Das<br />
entspricht in etwa dem jährlichen CO 2<br />
- Ausstoß der Schweiz. <strong>Der</strong><br />
Beitrag und das zukünftige Potenzial des Leichtbaus zum Klimaschutz<br />
sind damit enorm.<br />
02<br />
02 Dank Leichtbau konnte die Masse an bewegten Teilen einer<br />
Wellpappen-Verarbeitungsmaschine um 50 % reduziert werden,<br />
die Herstellungskosten sanken um 25 %<br />
NACHHALTIGKEIT DURCH<br />
LEICHTBAU IN DER PRAXIS<br />
Zwei Tage voller Leichtbauinnovationen rund um das<br />
Thema „Nachhaltigkeit durch Leichtbau in der Praxis“<br />
erwarten die Teilnehmer am 09. und <strong>10</strong>. November <strong>2021</strong><br />
beim Technologietag Leichtbau, der in diesem Jahr dank<br />
der engen Zusammenarbeit mit China, Kanada und der<br />
European Lightweight Association (ELA) erstmalig als<br />
Global Lightweight Summit stattfinden wird.<br />
Die Konferenz findet als hybrides Event statt. Interessenten<br />
sind herzlich eingeladen, vor Ort im Mövenpick<br />
Hotel Stuttgart Airport oder per Online-Livestream<br />
teilzunehmen.<br />
Am ersten Konferenztag präsentieren und diskutieren<br />
internationale Leichtbau-Experten in praxisorientierten<br />
Sessions zu innovativen Themen wie CO 2<br />
-Reduzierung in<br />
China, neue Materialien und ihr Beitrag zur Nachhaltigkeit<br />
sowie kreislauffähige Produktion. Ebenso bietet der<br />
renommierte Umweltforscher Prof. Dr. Michael Braungart<br />
neue Nachhaltigkeitsimpulse. Dabei kommt bei der<br />
gesamten Konferenz dank (digitaler) Vernetzungsmöglichkeiten<br />
der persönliche Austausch nicht zu kurz. In<br />
den Pausen bieten vielfältige Themeninseln weitere<br />
Leichtbauinspirationen. Vor-Ort-Teilnehmer dürfen<br />
sich am zweiten Konferenztag zudem auf exklusive<br />
Touren durch innovative baden-württembergische<br />
Unternehmen und Forschungseinrichtungen freuen.<br />
Das Programm zum Technologietag Leichtbau <strong>2021</strong><br />
sowie die Möglichkeit zur Anmeldung finden Sie unter:<br />
www.leichtbau-technologietag.de<br />
NEUDENKEN FÜR DAS KLIMA<br />
In der Industrie schlummert großes Zukunftspotenzial, um unsere<br />
Ressourcen zu schützen und die Klimaziele zu erreichen. Die<br />
Konstruktionsphilosophie des Leichtbaus vermag dieses Potenzial<br />
zu wecken. Die Werkzeuge zum Neudenken konventioneller<br />
Engineering-Methoden sind da – sie müssen nur genutzt werden,<br />
wie es etwa die hier genannten Praxisbeispiele verdeutlichen.<br />
Damit bleibt festzuhalten: Weniger ist mehr, Leichtbau<br />
lohnt sich.<br />
Bilder: Aufmacher dehweh – stock.adobe.com, 01 wbk Karlsruhe,<br />
02 WILHELM BAHMÜLLER Maschinenbau Präzisionswerkzeuge GmbH,<br />
Infokasten Leichtbau BW GmbH<br />
www.leichtbau-bw.de<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 47
3D-DRUCK<br />
3D-DRUCK-TECHNOLOGIEN MÜSSEN<br />
NICHT KOMPLIZIERT SEIN<br />
Von der Medizin bis zum Bauwesen – die additive Fertigung ist eine der zukunftsträchtigsten<br />
Technologien unserer Zeit. Ein junger Player auf diesem dynamischen Markt möchte<br />
sich im Bereich des Metall-3D-Drucks einen Namen machen und für Anwender durch<br />
vergleichsweise wirtschaftliche Metall-3D-Drucker die Einstiegshürde senken. Das Beste<br />
daran: Komfortable Bedienung und zuverlässiges Sicherheitssystem gehen Hand in Hand.<br />
SPECIAL<br />
Die One Click Metal GmbH wurde 2019 gegründet und ist<br />
ein B2B-Industrie-Unternehmen mit Sitz in Tamm nahe<br />
Stuttgart. Das rund 20-köpfige Startup-Team ist davon<br />
überzeugt, dass Technologien für jeden verständlich gemacht<br />
werden können. Darum vereinfacht One Click Metal seine<br />
Produkte so, dass jeder sie erfolgreich nutzen kann. Mit dem<br />
Metall-3D-Druck-System bedient das Unternehmen vor allem<br />
Einsteiger und Interessierte an dieser Technologie. Von Anfang<br />
an dabei ist Michael Volk, leitender Ingenieur für Produktentwicklung<br />
des Startups. „Wir möchten den Metall-3D-Druck der<br />
breiten Masse zugänglich machen.“ Dazu orientiert sich das junge<br />
Unternehmen stark an den Bedürfnissen der Kunden. Zu diesem<br />
Zweck wird eine klare Strategie verfolgt: einfache Handhabung<br />
des Druckers, geringes finan zielles Investment, ganzheitlicher<br />
Ansatz und zuverlässige Technik. <strong>Der</strong> Metall-3D-Druck sei<br />
Christoph Warter, Siemens Smart Infrastructure, Business Unit Electrical<br />
Products bei der Siemens AG in Fürth<br />
ein zeitintensiver Prozess, deswegen müssten die verbauten Teile<br />
besonders robust sein. Außerdem muss das Sicherheitskonzept<br />
funktionieren, weil ein Laser zum Einsatz kommt.<br />
DEN RICHTIGEN PARTNER GEFUNDEN<br />
Hier hat One Click Metal von Anfang an auf Siemens-Lösungen<br />
mit einem umfangreichen Produktportfolio und hohen Qualitätsund<br />
Sicherheitsstandards gesetzt. „Ich war beeindruckt von den<br />
kurzen Entscheidungswegen in der Zusammenarbeit“, sagt Timo<br />
Vogel, Vertriebsmitarbeiter bei Siemens, der das Projekt von Beginn<br />
an begleitet. Neben hoher Dynamik in allen Prozessen setzt<br />
das Startup auf Transparenz und Wissensvermittlung. „Wir wollen<br />
unseren Kunden leicht verständliche Informationen an die<br />
Hand geben und ihnen so den Einstieg in den Metall-3D-Druck<br />
erleichtern“, erklärt Michael Volk. Transparenz ist hier nicht nur<br />
im Umgang mit den Kunden wichtig, sondern auch in der Zusammenarbeit<br />
mit Lieferanten. In einem offenen Austausch war die<br />
richtige Lösung schnell parat, die zur Anforderung passte und das<br />
bei gleichzeitig überschaubaren Kosten.<br />
48 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
3D-DRUCK<br />
EINFACHHEIT IST TEIL UNSERER PHILOSOPHIE<br />
Wir möchten Metall-3D-Druck-Technologien vor allem für Einsteiger zugänglich<br />
machen. Das Anlernen erfolgt direkt über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle in Form<br />
von Schritt-für-Schritt-Anleitungen für den gesamten Druckprozess. Die Bedienung ist<br />
intuitive, sodass Bediener keine fachlichen Vorkenntnisse benötigen. Zudem sind<br />
wichtige Interaktionspunkte am Gerät grün, was die Bedienung deutlich erleichtert.<br />
Die HMI meldet dem Nutzer automatisch, welche Elemente ausgetauscht werden<br />
müssen und führt den Anwender sukzessive durch den Wartungsprozess. Dies<br />
erleichtert die Ausführung und verringert die Fehlerwahrscheinlichkeit.<br />
MICHAEL VOLK, leitender Ingenieur für Produktentwicklung bei One Click Metal, Tamm<br />
Neben der Wirtschaftlichkeit kommt es auch auf die Größe<br />
Sicherheitskkomponenten an. „Wir haben in unserem Schaltschrank<br />
nur sehr begrenzt Platz. Da ist es von enormem Vorteil,<br />
dass die Siemens-Geräte kompakt sind und sich leicht montieren<br />
lassen“, freut sich Michael Volk. Einfachheit ist schließlich auch<br />
Teil der Philosophie: „Unser ganzheitliches Konzept umfasst die<br />
Software zur Datenvorbereitung, den Drucker und die Auspackstation.<br />
Alle Bausteine sind aufeinander abgestimmt, sodass der<br />
Kunde beispielsweise keine weitere Zusatzsoftware benötigt“, erklärt<br />
der Mechatroniker. „Unsere Philosophie ist ‚wir denken für<br />
dich mit‘ – wir nehmen also unsere Kunden an die Hand und<br />
führen sie durch den gesamten Prozess. Außerdem ermöglichen<br />
wir mit unserem Kartuschensystem ein einfaches und sicheres<br />
Pulverhandling.“<br />
INTUITIVE BEDIENUNG ÜBER EINE<br />
MENSCH-MASCHINE-SCHNITTSTELLE<br />
SOBALD IM LAUFENDEN<br />
PROZESS DIE TÜR GEÖFFNET<br />
WIRD, UNTERBRICHT DER<br />
SICHERHEITSSCHALTER DEN<br />
BETRIEB DES LASERS<br />
EIN SCHUTZMECHANISMUS<br />
DARF NICHT FEHLEN<br />
Bei aller Einfachheit im Handling darf natürlich<br />
die Sicherheit im Umgang mit den Metall-3D-<br />
Druckern nicht zu kurz kommen. Dafür verbaut<br />
One Click Metal einen RFID-Sicherheitsschalter<br />
sowie ein Sicherheitsschaltgerät inklusive<br />
Zeitverzögerung. <strong>Der</strong> Schalter reagiert, sobald<br />
bei laufendem Laser die Schutztüre geöffnet wird<br />
und schaltet den Laser sofort ab. Ein redundantes<br />
System wird damit überflüssig.<br />
TIMO VOGEL, Vertriebsmitarbeiter bei Siemens,<br />
Nürnberg<br />
Die Benutzerfreundlichkeit zeigt sich in der einfachen Handhabung.<br />
Das Anlernen der Bediener erfolgt in vielen Bereichen<br />
direkt über die HMI (Human Machine Interface) der Maschine<br />
in Form von Schritt-für-Schritt-Anleitungen für den gesamten<br />
Druckprozess. Grundsätzlich ist das Metall-3D-Druck-System<br />
für Technologie-Einsteiger ohne fachliche Vorkenntnisse durch<br />
die intuitive Bedienung geeignet. Zudem sind wichtige Interaktionspunkte<br />
am Gerät grün, was die Bedienung erleichtert. Viele<br />
Service- und Wartungsarbeiten kann der Anwender selbstständig<br />
an der Maschine durchführen. Die HMI meldet dem Nutzer automatisch,<br />
welche Elemente ausgetauscht werden müssen und<br />
führt den Anwender sukzessive durch den Wartungsprozess.<br />
Dies erleichtert die Ausführung und verringert die Fehlerwahrscheinlichkeit.<br />
Aber die Sicherheit im Umgang mit den Metall-3D-Druckern<br />
darf nicht zu kurzkommen. Dafür verbaut One Click Metal den<br />
Sirius-RFID-Sicherheitsschalter und das Sirius-Sicherheitsschaltgerät<br />
3SK1 inklusive Zeitverzögerung. <strong>Der</strong> Schalter reagiert,<br />
sobald bei laufendem Laser die Schutztüre geöffnet wird, und<br />
schaltet den Laser sofort ab.<br />
Die Bestellung aller Komponenten lässt sich einfach über die<br />
Siemens Industry Mall abwickeln. Die wie ein Online-Shop aufgebaute<br />
Plattform funktioniert ohne Warenwirtschaftssystem.<br />
Das ist für kleine Betriebe und Startups hilfreich. „In der Mall<br />
sind alle Produkte bepreist, was nicht selbstverständlich ist“, so<br />
Michael Volk. „Ich musste die Preise nicht explizit anfragen. Das<br />
macht den Bestellprozess von Beginn an unkompliziert und sehr<br />
transparent.“ Neben allen Abläufen und der Qualität der Produkte<br />
kommt es bei der Zusammenarbeit auch auf den Faktor<br />
Mensch an: „Wir haben uns vom ersten Moment an verstanden“,<br />
erinnert sich Michael Volk. Weitere Informationen finden Interessierte<br />
unter: www.siemens.com/sirius<br />
Bilder: One Click Metal/Siemens<br />
www.siemens.com<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 49
3D-DRUCK<br />
XXL-KOMPONENTEN AUS EINEM GUSS<br />
Groß wie ein ausgewachsener Tiger: Schmier- und wartungsfreie<br />
Kunststoff-Bauteile lassen sich bei Igus jetzt mit einer Größe von bis zu<br />
drei Metern in nur einem Vorgang drucken. Die XXL-Komponenten, die<br />
Angaben zufolge bis zu 50-mal abriebfester als Standard-Kunststoffe<br />
sind, kommen im Großmaschinenbau sowie in der Verpackungstechnik<br />
zum Einsatz. Vorteil im Vergleich zum Zerspanen ist das Leichtbau-Design.<br />
Parallel sollen sich 80 % an Material und Produktionszeit einsparen<br />
lassen. Bei der Herstellung im Großformat-Drucker setzt Igus auf<br />
Tribofilamente Iglidur I150 und die optisch detektierbare blaue Variante<br />
Iglidur I151. Die Kunststoffe sind nach EU-Verordnung <strong>10</strong>/2011 für die<br />
Lebensmittelindustrie zertifiziert, Iglidur I151 ist zudem FDA-konform.<br />
Beide Filamente lassen sich auf jedem 3D-Drucker nutzen, bei dem die<br />
Düsentemperatur auf 250 °C einstellbar ist. Weiter kennzeichnend sind<br />
geringe Schwingung sowie eine hohe Verschleißfestigkeit bei Gleitgeschwindigkeiten<br />
bis zu 0,2 m/s.<br />
www.igus.de<br />
SMARTE PRÜFMASCHINEN FÜR ADDITIV GEFERTIGTE TEILE<br />
Mit der Allround Line bietet Zwick Roell eine Prüfmaschinenreihe an, die sich für<br />
Zug-, Druck- und Biegeversuche an additiv gefertigten Produkten eignet. Die<br />
Geräte decken mehrere Tests über nur eine Anlage ab. Die Probenhalter für Zug-,<br />
Druck- und Biegeversuche via Allround Line lassen sich mit wenigen Handgriffen<br />
austauschen. Softwareseitig sorgt Test Xpert III mit seinem Prüfplatzkonzept<br />
dafür, dass es nicht zu Verwechslungen oder Fehlbedienungen kommt und stets<br />
der richtige Versuch mit den korrekten Parametern ausgeführt wird. Auch können<br />
kundeneigene Prüfwerkzeuge mit frei definierbaren Prüfparametern kombiniert<br />
werden. Bei Forschung und Entwicklung hilft die Prüfmaschine unter anderem bei<br />
der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften additiv hergestellter, poröser<br />
Bauteile unter uniaxialer Druckbelastung. Eine weitere Anwendung ist die<br />
Parameterqualifizierung nach SLM (Selective Laser Melting), wo aus Metallpulvern<br />
durch 3D-Lasertechnologie homogene Metallteile gefertigt werden.<br />
www.zwickroell.com<br />
IMPRESSUM<br />
erscheint <strong>2021</strong> im 52. Jahrgang,<br />
ISSN 0344-4570 / ISSN E-Paper: 2747-7215<br />
REDAKTION<br />
Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke (ni),<br />
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Redaktionsassistenz:<br />
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Petra Weidt, Tel.: 06131/992-371,<br />
Ulla Winter, Tel.: 06131/992-347,<br />
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Conny Grothe, Sonja Daniel, Anette Fröder<br />
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Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262,<br />
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Anzeigenpreisliste Nr. 34: gültig ab 1. Oktober <strong>2021</strong><br />
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weiteres Jahr, wenn sie nicht spätestens vier Wochen vor<br />
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50 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de
VORSCHAU<br />
IM NÄCHSTEN HEFT: 11-12/<strong>2021</strong><br />
ERSCHEINUNGSTERMIN: 11. 11. <strong>2021</strong> • ANZEIGENSCHLUSS: 26. <strong>10</strong>. <strong>2021</strong><br />
01<br />
02<br />
03<br />
04<br />
01 Vorhang auf: Getriebe für die Bühnentechnik müssen<br />
belastbar und leistungsstark sein, aber auch sicher und leise<br />
Bild: Martin Phox<br />
02 Fluidsensorik mit Mehrwert: IO-Link-fähige Sensoren<br />
vereinen Flexibilität, Funktionalität, Komfort und Usability<br />
in einem intelligenten System<br />
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG<br />
03 Zuverlässig: Rollenketten maximieren die Betriebszeit<br />
einer pharmazeutischen Blisterverpackungsmaschine<br />
Bild: TSUBAKI Deutschland GmbH<br />
DER DIREKTE WEG<br />
INTERNET:<br />
www.<strong>Der</strong><strong>Konstrukteur</strong>.de<br />
E-PAPER:<br />
digital.derkonstrukteur.de<br />
REDAKTION:<br />
n.steinicke@vfmz.de<br />
WERBUNG:<br />
sales@vfmz.de<br />
SOZIALE NETZWERKE:<br />
www.Facebook.com/<strong>Der</strong><strong>Konstrukteur</strong><br />
www.twitter.com/derkonstrukteu<br />
04 Pole-Position: Für einen rein elektrischen Boliden nutzte<br />
ein Studententeam eine Berechnungssoftware zur Auslegung<br />
des Planetengetriebes im Radträger<br />
Bild: KISSsoft AG<br />
(Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten)<br />
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> 51
IHR KOMPASS ZUR SPS <strong>2021</strong><br />
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52 DER KONSTRUKTEUR <strong>2021</strong>/<strong>10</strong> www.derkonstrukteur.de<br />
Kontaktdaten:<br />
Carmen Nawrath, Head of Sales<br />
Telefon: 0049/6131/992-245<br />
oder per E-Mail an: c.nawrath@vfmz.de