antriebstechnik 12/2021
antriebstechnik 12/2021
antriebstechnik 12/2021
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19174<br />
<strong>12</strong><br />
Dezember <strong>2021</strong><br />
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Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />
BREMSEN IN<br />
DER ROBOTIK<br />
Sicheres Bremsen und Halten für Cobots<br />
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19174<br />
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19174<br />
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Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />
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DIE GESAMTE<br />
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Das Jahresabonnement umfasst 11 Ausgaben und kostet € 153,- (Ausland € 168,- netto) inkl. Versandkosten. Als Begrüßungsgeschenk<br />
erhalte ich die Konturenlehre. Das Abonnement verlängert sich jeweils um ein weiteres Jahr, wenn es nicht spätestens 4 Wochen<br />
zum Ende des Bezugsjahres schriftlich gekündigt wird.<br />
Unser Dienstleister, die Vertriebsunion Meynen, Eltville, erhebt Ihre Daten im Auftrag der Vereinigte Fachverlage (VFV) zum Zweck der Vertragsdurchführung, zur Erfüllung der<br />
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Name/Vorname<br />
Position<br />
Firma<br />
Abteilung<br />
Straße oder Postfach<br />
PLZ/Ort<br />
Telefon/E-Mail<br />
Datum, Unterschrift<br />
Vereinigte Fachverlage GmbH . Vertrieb . Postfach 10 04 65 . 55135 Mainz . Telefon: 06131/992-0 . Telefax: 06131/992-100<br />
E-Mail: vertrieb@vfmz.de . Internet: www.vereinigte-fachverlage.de<br />
„<strong>antriebstechnik</strong>“ ist eine Zeitschrift der Vereinigten Fachverlage GmbH, Lise-Meitner-Straße 2, 55<strong>12</strong>9 Mainz, HRB 2270, Amtsgericht Mainz,<br />
Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Matthias Niewiem, Umsatzsteuer-ID: DE 149063659, Gerichtsstand: Mainz
EDITORIAL<br />
DER WIRKLICH<br />
GEFÄHRLICHE MANGEL<br />
Liebe Leserinnen, liebe Leser,<br />
immer wieder begegnen mir Experten, Kapazitäten auf ihren Gebieten,<br />
die voller Begeisterung von kleinsten Details in Maschinen und<br />
Komponenten erzählen. Ob ein kleiner Trick nun höhere Drehmomente<br />
erlaubt oder eine minimale Konstruktionsänderung die Wärmekontamination<br />
verringert – den Menschen geht es um die Faszination der Technik.<br />
Leider musste ich, bedingt durch die Corona-Pandemie, auf solche<br />
Begegnungen während der SPS verzichten. Das ist zwar bedauerlich, aber<br />
die Absage der SPS war wohl die sichere Entscheidung. Der Mangel an<br />
persönlichen Begegnungen ist zumindest zeitweise kompensierbar.<br />
Wesentlich gefährlicher für die Zukunft vieler Unternehmen ist ein<br />
anderer Mangel – der Fachkräftemangel. Laut Zahlen des aktuellen<br />
Fachkräftereports der Deutschen Industrie- und Handelskammer (DIHK)<br />
ist Fachkräftemangel das für Unternehmen größte Geschäftsrisiko.<br />
51 Prozent der 23 000 befragten Unternehmen gaben an, Stellen nicht<br />
besetzen zu können, da passende Arbeitskräfte nicht zu finden seien.<br />
43 Prozent der Unternehmen rechnen damit, dass diese Situation zu<br />
Auftragsverlusten oder gar Angebotsreduzierungen führen könnte.<br />
Es ist also wichtig, die wenigen Arbeitskräfte für sich zu gewinnen.<br />
Und dazu ist Überzeugung und Begeisterung für die Aufgabe sehr<br />
hilfreich. Vielleicht hilft es auch, das Bewusstsein für die Bedeutung<br />
von Technik im alltäglichen Leben zu schärfen.<br />
In dieser Ausgabe der <strong>antriebstechnik</strong> lesen Sie spannende Beiträge über<br />
Antriebstechnik in Waschstraßen, Pflegerobotern und der Medizintechnik.<br />
Ich wünsche Ihnen viel Spaß bei der Lektüre,<br />
Ihr Miles Meier<br />
m.meier@vfmz.de<br />
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EDITORIAL<br />
16<br />
03 Der wirklich gefährliche Mangel<br />
SOFTSTARTER<br />
06 Fachhändler für Antriebstechnik:<br />
Nachhaltigkeit wird wichtiger<br />
07 Menschen, Märkte, Unternehmen<br />
MECHANISCHE ANTRIEBSTECHNIK<br />
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
10 TITEL Roboter für die Zukunft<br />
16 Komplette Systemeinheiten aus<br />
Rutschnaben und Riemenscheiben<br />
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
18 Rollringgetriebe – eine echte Alternative<br />
20<br />
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
20 Lager mit integriertem Schmierstoff<br />
dichtet mit hoher Wirkung<br />
ELEKTRISCHE ANTRIEBSTECHNIK<br />
22<br />
DREHGEBER<br />
22 Höchste Sicherheit und Präzision<br />
in der Medizintechnik<br />
UMRICHTERTECHNIK<br />
26 Motorerwärmung von vornherein verhindern<br />
ELEKTROMOTOREN<br />
30 Alles in Butter dank Trommelmotoren<br />
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TITELBILD<br />
Mayr Antriebstechnik,<br />
Mauerstetten<br />
4 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
SPECIAL: HYBRIDE ANTRIEBSTECHNIK<br />
32 Punktgenaue Zuverlässigkeit<br />
für CNC-Maschinen<br />
36 Sichere Energie- und<br />
Datenübertragung vereint<br />
36<br />
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
38 Rändelverbindung als alternative<br />
Welle-Nabe-Verbindung<br />
SERVICE<br />
35 Impressum<br />
26<br />
MEIN TIPP<br />
Cool bleiben ist für Maschinen eine wichtige<br />
Sache. Es ist spannend, wie Frequenzumrichter<br />
dabei helfen können, die Temperaturen niedrig<br />
zu halten. Die Story dazu beginnt auf Seite 26.<br />
Vanessa Weingärtner, Redakteurin,<br />
V.Weingaertner@vfmz.de
SOFTSTARTER<br />
Dr. Michael Lutz (2. v. r.) führt den Vorstand<br />
der VTH-Fachgruppe „Antriebstechnik“<br />
für zwei weitere Jahre an. Dem Vorstand<br />
gehören außerdem an: Michael Heise, Peter<br />
Heuel und Werner Mallinger (v. l.).<br />
Nicht im Bild ist Vorstandsmitglied<br />
René Schmeckthal.<br />
FACHHÄNDLER FÜR ANTRIEBSTECHNIK<br />
NACHHALTIGKEIT WIRD WICHTIGER<br />
Die VTH-Fachgruppe „Antriebstechnik“ befasste sich an ihrem Tag der Begegnung<br />
am 10./11. November <strong>2021</strong> vor allem mit zwei Themen: nachhaltigeres<br />
Wirtschaften und webbasiertes Einkaufen. Ein weiterer wichtiger Punkt auf<br />
der Agenda war die Wahl des Vorstands für die nächsten zwei Jahre.<br />
Zwei Kundenanforderungen, die die Zukunft des Technischen<br />
Handels weiter mitbestimmen werden, griff die<br />
VTH-Fachgruppe „Antriebstechnik“ an ihrem Tag der<br />
Begegnung am 10./11. November <strong>2021</strong> auf: nachhaltigeres<br />
Wirtschaften und webbasiertes Einkaufen. Ein Bericht zur<br />
wirtschaftlichen Lage im Maschinenbau rundete das Fachprogramm<br />
ab. Schließlich wählten die 17 nach Düsseldorf angereisten<br />
Händler ihren Vorstand für die nächsten zwei Jahre, während<br />
der diesmal 14-köpfige Lieferantenkreis der Fachgruppe<br />
sich separat austauschte.<br />
NACHHALTIGE SCHMIERSTOFFE<br />
Praktische Ratschläge gab es im Vortrag von Steve Löffler, Vertriebsleiter<br />
bei OKS Spezialschmierstoffe. Er erläuterte den Technischen<br />
Händlern, wie neuentwickelte industrielle Schmierstoffe<br />
durch ihre Zusammensetzung, Beschaffung, Lagerung, Verwendung<br />
und Entsorgung die Umwelt schützen. Zusätzlich helfen<br />
moderne Schmierstoffe auch, die Anlageneffizienz und -lebensdauer<br />
zu erhöhen. „Durch die Reduzierung von Reibung und damit<br />
Energieverbrauch könnten 22 Millionen Tonnen CO 2<br />
oder<br />
6,4 Prozent der bis 2030 von der Bundesregierung erwarteten<br />
CO 2<br />
-Reduzierungen eingespart werden“, führte Löffler aus. Der<br />
„grüne“ OKS-Produktbereich, der demnächst 15 bis 20 Produkte<br />
umfassen soll, legte zuletzt um 25 Prozent zu, sagte Löffler.<br />
B2B-PLATTFORMÖKONOMIE UND<br />
KI-DIGITALISIERUNG<br />
Professor Dr. Gerrit Heinemann vom eWeb-Research-Center der<br />
Hochschule Niederrhein zeigte den Fachhändlern auf, wie sie<br />
dem rasant steigenden Kundenbedürfnis nach digitalem Einkauf<br />
begegnen können. Dabei vergegenwärtigte er, dass die Einkäufer<br />
in Unternehmen ihre privaten Einkaufserfahrungen auf den beruflichen<br />
B2B-Bereich übertragen. Das wirke sich insbesondere<br />
auf die eingeforderte Lieferzeit aus. Sie sei im B2B-Commerce zu<br />
75 Prozent das zweitwichtigste Kriterium nach der Verfügbarkeit<br />
(91 %) und vor dem Preis (72 %). Professor Dr. Heinemann gab<br />
den Ratschlag, sich als kleinere Unternehmen untereinander zu<br />
vernetzen und zu unterstützen: „Denn „David gegen Goliath“<br />
geht kooperativ besser.“<br />
MITGLIEDERVERSAMMLUNG DER<br />
FACHGRUPPE „ANTRIEBSTECHNIK“<br />
Die Mitgliederversammlung der Fachgruppe „Antriebstechnik“<br />
verlief in einer Atmosphäre der wirtschaftlichen Zuversicht. „Auf<br />
eine Wiederbelebung ab März 2020 folgt aktuell eine Seitwärtsbewegung<br />
auf hohem Niveau, die bis Ende 2022 andauern dürfte“,<br />
kommentierte Dr. Michael Lutz, Vorsitzender der VTH-Fachgruppe,<br />
ein vom VTH erhobenes Konjunkturbarometer.<br />
Bei den turnusgemäß anstehenden Vorstandswahlen wählten<br />
die 35 Mitgliedsfirmen der Fachgruppe Dr. Michael Lutz (Roth,<br />
Nürnberg) erneut zum Vorsitzenden. Auch Peter Heuel (Irle &<br />
Heuel, Siegen), Werner Mallinger (STEYR-WERNER, A-Pasching)<br />
und René Schmeckthal (LAT & SGF, Wirges) wurden wiedergewählt.<br />
Für den wegen einer betrieblichen Umstrukturierung ausgetretenen<br />
Wolfgang Klink (PWM, Bodnegg) kehrte mit Michael<br />
Heise (Willbrandt, Hamburg) ein bekanntes Gesicht mit einstimmigem<br />
Votum in den Vorstand zurück.<br />
Fotos: VTH Verband Technischer Handel e.V. & Kollaxo<br />
www.vth-at.de<br />
6 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
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FAULHABER MIT NEUER FÜHRUNGSSTRUKTUR<br />
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DRITTER PLATZ BEIM HANDLING<br />
AWARD <strong>2021</strong><br />
Dunkermotoren überzeugte die<br />
Jury des Magazins Industrial<br />
Production beim diesjährigen<br />
Wettbewerb um den „INDUS-<br />
TRIAL Production – handling<br />
award <strong>2021</strong>“. Mit dem Antriebssystem,<br />
bestehend aus Servomotor<br />
BG 95 dPro und dem<br />
Nabengetriebe NG 500, belegte<br />
das Unternehmen den dritten<br />
Platz in der Kategorie „Elektrische<br />
Automatisierung“. Die<br />
Lösung von Dunkermotoren war das am besten bewertete<br />
Antriebssystem. Die Auszeichnung wird für innovative<br />
Produkte von Unternehmen verliehen, die im Bereich<br />
Automatisierung, Robotik oder Intralogistik tätig sind. Der<br />
Komplettantrieb BG 95 dPro + NG 500 ist ein ultra-kompakter,<br />
hochintegrierter Fahrantrieb mit bisher noch nie<br />
realisiertem Funktionsumfang.<br />
www.dunkermotoren.de<br />
Zum Januar 2022 und damit im Jahr des 75. Jubiläums der<br />
Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG ändert sich beim Antriebsspezialisten<br />
die Führungsstruktur. Die bisherigen Geschäftsführer,<br />
Dr. Thomas Bertolini und Gert Frech-Walter, übergeben altersbedingt<br />
die Verantwortung an das neue fünfköpfige Führungsteam<br />
um Karl Faulhaber. Mit dem Wechsel wurde die Geschäftsführung<br />
breiter aufgestellt. Neben Karl Faulhaber (Sales, Marketing, in der<br />
Bildmitte) sind künftig Hubert Renner (Order Management,<br />
rechts im Bild), Markus Dietz (Finance, Controlling, zweiter von<br />
links), Lutz Braun (HR, Legal, zweiter von rechts) sowie Dr. Udo<br />
Haberland (R&D, Innovation, links im Bild) mit der Führung des<br />
Familienunternehmens beauftragt. Für die familiengeführte<br />
Unternehmensgruppe ist Kontinuität ein wichtiger Baustein für<br />
den Erfolg. Als Mitglied des neuen Führungsteams, das zum Teil<br />
über jahrzehntelange Erfahrung in verschiedenen verantwortlichen<br />
Positionen bei Faulhaber verfügt, übernimmt mit Karl<br />
Faulhaber bereits die dritte Generation der Gründerfamilie im<br />
Unternehmen Verantwortung. Gemeinsam mit Kunden, Partnern<br />
und Beschäftigten wird man auch zukünftig auf gesundes<br />
Wachstum und Profitabilität setzen. „Nach 17 Jahren (Dr. T.<br />
Bertolini) beziehungsweise 22 Jahren (G. Frech-Walter) übergeben<br />
wir zum Jahreswechsel den Stab an die neue Geschäftsführung.<br />
Wir danken unseren Partnern und Kunden für ihre Treue im<br />
Laufe dieser Zeit und die stets ausgezeichnete Zusammenarbeit.<br />
Dies ist auch der Ansporn der neuen Geschäftsführung, der wir<br />
viel Erfolg wünschen“, so die scheidenden Geschäftsführer<br />
Dr. Thomas Bertolini und Gert Frech-Walter.<br />
www.faulhaber.com<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 7
SOFTSTARTER<br />
RELAUNCH DER<br />
COMMUNITY-AUSTAUSCHPLATTFORM<br />
Das Unternehmen<br />
Phoenix Contact<br />
hat das Online-<br />
Portal für die<br />
PLCnext Community<br />
einem<br />
Relaunch unterzogen<br />
und verbesserte<br />
Funktion für<br />
die digitale<br />
Vernetzung sowie<br />
Event-Angebote<br />
integriert. Unter<br />
www.plcnext-community.net können Nutzer, Interessierte<br />
und Software-Anbieter Teil eines globalen Beziehungsnetzwerkes<br />
mit Experten aus dem IT- und Automatisierungsumfeld<br />
werden. Dort sind auch Informationen über anstehende<br />
und aktuelle Veranstaltungen verfügbar. User können<br />
zudem auf einen Blick das Programm an Webinaren zu<br />
PLCnext Technology sehen und kostenfrei an solchen<br />
teilnehmen. Die Plattform liefert darüber hinaus Hinweise<br />
über weitere Partner und Apps. Nutzer können sich über das<br />
etablierte Forum mit Experten der Branche austauschen.<br />
Das Angebot an Makers-Blog Beiträgen wird weiter ausgebaut,<br />
es sind informative Artikel zu technischen Trends<br />
abrufbar. Neu ist auch die Möglichkeit, Beiträge zu teilen, zu<br />
liken und zu speichern.<br />
www.phoenixcontact.com<br />
NEUE ACCOUNT MANAGERIN<br />
Seit September <strong>2021</strong><br />
ist Magdalena<br />
Schramm an Bord<br />
des R+W Sales<br />
Teams. Sie blickt auf<br />
acht Jahre Berufserfahrung<br />
als Account<br />
Managerin zurück.<br />
In den vergangen<br />
3,5 Jahre war sie als<br />
Strategic Account<br />
Managerin tätig.<br />
Schramm verstärkt das R+W Vertriebsteam und ist Ansprechpartnerin<br />
für das Gebiet Baden-Württemberg Nord. Nach<br />
einer intensiven Einarbeitung in die Welt der Kupplungen<br />
wird Magdalena Schramm den Kunden aus dem Anlagenund<br />
Maschinenbau bei der Auswahl der richtigen Komponente<br />
für ihre Applikation mit Rat und Tat zur Seite stehen.<br />
www.rw-kupplungen.de<br />
KÜBLER: NEUES MITGLIED IN DER<br />
OPEN INDUSTRY ALLIANCE<br />
LENORD+BAUER GRÜNDET NIEDERLASSUNG<br />
IN DEN USA<br />
Lenord+Bauer<br />
baut seinen<br />
Vertrieb mit der<br />
Gründung einer<br />
Niederlassung<br />
in den USA aus.<br />
Der Spezialist<br />
für Einbausensorik<br />
legt damit<br />
nach dem<br />
Aufbau eigener<br />
Niederlassungen<br />
in China und in Italien den Grundstein für einen engeren<br />
Austausch mit Kunden im Maschinen- und Verpackungsanlagenbau<br />
in Nordamerika. Mit Patrick Donoghue (Bild) wird ein<br />
Branchenkenner zum Vice President, der lange Erfahrung in<br />
der Automatisierungstechnik mitbringt. Er war zuvor unter<br />
anderem für die Firmen Lenze und Weidmüller tätig. Donoghue<br />
sieht seinen künftigen Aufgabenschwerpunkt im<br />
Aufbau eines Vertriebs netzwerkes zur Neukundengewinnung<br />
sowie dem Ausbau der Bekanntheit von Lenord+Bauer-<br />
Produkten, insbesondere der Positionieran triebe und Positionsanzeigen<br />
zur geführten Formatverstellung. „Amerika<br />
spielt eine große Rolle in unserer Internationalisierungsstrategie“,<br />
sagte der geschäftsführende Gesellschafter<br />
Matthias Lenord.<br />
www.lenord.de<br />
Die Kübler Gruppe ist der Open Industry 4.0 Alliance<br />
beigetreten, um als Komponentenhersteller bei der<br />
Erarbeitung von übergreifenden Standards und<br />
weiteren Projekten im Konsortium mitzuwirken.<br />
Wichtiger Faktor bei der Entscheidung sich der Open<br />
Alliance anzuschließen war, dass eine standardisierte<br />
Kommunikation und die benötigten Schnittstellen<br />
darüber entscheiden werden, ob Projekte einfach<br />
oder in komplexem Umfang umzusetzen sind. Hier<br />
seien Input und Fachwissen gefragt. Die Open<br />
Industry 4.0 Alliance mit Kübler als neuem Mitglied<br />
agiert seit 2019 als ein partnerschaftlicher Zusammenschluss<br />
führender, europäischer Industrieunternehmen,<br />
die sich pragmatisch an der Umsetzung<br />
herstellerübergreifender Industrie-4.0-Lösungen und<br />
-Services für Fertigungsanlagen und automatisierte<br />
Warenlager beteiligen. Weitere Informationen sind<br />
unter www.openindustry4.com abrufbar.<br />
www.kuebler.com<br />
8 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
SOFTSTARTER<br />
FACHVERBAND FLUIDTECHNIK IM VDMA: NEUER VORSTAND<br />
Die Fluidtechnik ist erfolgreich durch die Krise gekommen und hat<br />
neue Rekordumsätze erreicht. Der Umsatzzuwachs <strong>2021</strong> zeigt<br />
plus 20 % für die Hydraulik und ebenfalls plus 20 % für die<br />
Pneumatik im Vergleich zum Vorjahr.<br />
Die guten Zahlen haben zugleich Auswirkungen auf die Prognose<br />
2022: Es wird nun für die Hydraulik ein Umsatzplus von 6 % im<br />
Vergleich zum Vorjahr prognostiziert, für die Pneumatik sogar von<br />
7 %. Herausfordernd für die Fluidtechnikfirmen bleiben Lieferengpässe,<br />
insbesondere bei Metallen und Kunstoffen sowie Chips und<br />
Mikroelektronik. Aktuell sehen die Unternehmen kaum Besserung<br />
der Liefersituation, was zugleich auf Kundenseite zu Zögerlichkeit<br />
bei der Auftragsvergabe führt.<br />
Dr. Steffen Haack zum neuen<br />
Fachverbandsvorsitzenden gewählt<br />
Unter der Ägide von Christian H. Kienzle, Argo-Hytos, der nach<br />
16 Jahren als Fachverbandsvorsitzender zurücktrat, wurden dazu<br />
bereits die Weichen gestellt. Unter seinem Vorsitz wurden<br />
wichtige Themen und Aktivitäten insbesondere in den Zukunftsbereichen<br />
Digitalisierung und Nachhaltigkeit angestoßen und<br />
umgesetzt. Als Nachfolger von Christian H. Kienzle wurde im<br />
Rahmen der Mitgliederversammlung des Fachverbands Fluidtechnik<br />
Dr. Steffen Haack, Bosch Rexroth AG, zum neuen Vorsitzenden<br />
gewählt, Christian H. Kienzle bleibt weiterhin Mitglied des<br />
Fachverband-Vorstands.<br />
„Ein großer Dank gilt Christian H. Kienzle für seinen jahrelangen<br />
engagierten und erfolgreichen Einsatz zum Wohle der Branche<br />
und für die gute Regelung seiner Nachfolge als Fachverbandsvorsitzender.<br />
Mit Dr. Steffen Haack und dem gut vernetzten Vorstand<br />
ist unser Fachverband an der Spitze weiterhin hervorragend<br />
aufgestellt. Ich freue mich sehr auf die Zusammenarbeit und das<br />
gemeinsame Voranbringen relevanter Branchenthemen“, sagt<br />
Hartmut Rauen, Geschäftsführer des Fachverbands Fluidtechnik<br />
im VDMA.<br />
Auch unter Dr. Steffen Haack werden die Themen Digitalisierung,<br />
Nachhaltigkeit und Bildung im Fokus stehen. „Wir werden<br />
innerhalb der Branche zukünftig noch enger zusammenarbeiten,<br />
aber uns auch extern stärker vernetzen. Das trifft vor allem auf<br />
Gebiete wie Digitalisierung, Normung, Ausbildung und Nachhaltigkeit<br />
zu“, sagt Haack.<br />
www.vdma.org/fluidtechnik<br />
Zahnriemen<br />
[ unsere große Liebe! ]<br />
Der neue<br />
BRECOvacuum<br />
[ saugstark &<br />
unwiderstehlich ]<br />
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KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
TITEL<br />
Andreas Merz, ist Produktmanager bei<br />
MayrAntriebstechnik in Mauerstetten<br />
10 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
TITEL<br />
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
ZUVERLÄSSIG UND SICHER IM ALLTAG<br />
ROBOTER FÜR DIE ZUKUNFT<br />
Roboterarme dürfen nach Ausschalten des<br />
Stroms, bei Stromausfall oder Not-Halt nicht<br />
unkontrolliert absinken oder abstürzen –<br />
gerade wenn sie Personen im Alltag<br />
unterstützen. Für die nötige Sicherheit<br />
sorgen Bremsen, welche die Servoachsen<br />
zuverlässig und sicher in ihrer Position<br />
halten. Für Konstrukteure stellt sich oft die<br />
Frage nach den Kriterien für der Auswahl<br />
der Bremsen; nach Überwachungs -<br />
möglichkeiten für integrierte oder sehr<br />
kleine Servobremsen und auch nach dem<br />
Remote Monitoring dieser Bremsen.<br />
Mayr Antriebstechnik hat darauf<br />
Antworten parat.<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 11
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
TITEL<br />
Zugegeben, ein Roboterarm, der zu Hause beim Ein- bzw.<br />
Ausräumen der Spülmaschine unterstützt, klingt im ersten<br />
Moment nach Zukunftsmusik und Luxus. Aber im<br />
Bereich der Altenpflege bspw., wo nicht erst seit Corona<br />
Personalmangel herrscht, können Roboter – ungeachtet der<br />
ethischen Debatte – künftig sinnvolle Unterstützung leisten. So<br />
können sie Pfleger und Pflegerinnen z. B. beim Heben und Lagern<br />
der Bewohner und Bewohnerinnen entlasten. Und nicht<br />
nur in Pflegeeinrichtungen, auch in den eigenen vier Wänden<br />
wird eine zunehmend älter werdende Bevölkerung in Zukunft<br />
vielleicht auf zusätzliche Hilfe durch Maschinen angewiesen<br />
sein. Doch egal ob im Alltag der Zukunft oder heute schon in den<br />
Fertigungshallen der Industrie – dort, wo die Zusammenarbeit<br />
von Mensch und Roboter enger wird, steigt das Gefährdungspotenzial.<br />
Fällt z. B. während eines Arbeitsvorgangs der Strom aus,<br />
muss der Roboterarm, der den Arbeitsschritt vornimmt, sofort<br />
exakt gehalten werden, damit Personen in der Nähe keinen<br />
Schaden nehmen. Deshalb ist es wichtig, bereits in der Konstruktionsphase<br />
ein unbeabsichtigtes Absinken der Last sowie<br />
unzulässig lange Anhaltewege dauerhaft auszuschließen. Entscheidend<br />
dabei sind die richtige Auswahl der Sicherheitsbremsen<br />
sowie deren korrekte Integration in das Gesamtsystem.<br />
SICHERHEIT DURCH FAIL-SAFE-PRINZIP<br />
Für Servomotoren sind Sicherheitsbremsen nach dem Fail-Safe-<br />
Prinzip die erste Wahl. Denn diese Bremsen sind im energielosen<br />
Zustand geschlossen. Sie bringen das geforderte Bremsmoment<br />
also auch bei Not-Stopp, Stromausfall oder bei einer z. B. durch<br />
Kabelbruch verursachten Unterbrechung der Energieversorgung.<br />
Damit die Sicherheitsbremsen auch in Not-Stopp-Situationen<br />
ausreichend Reibarbeit leisten und Bewegungen mit definiertem<br />
Bremsmoment abbremsen, ist ein dafür entwickelter Reibbelag<br />
mit dazugehöriger Stahlgegenreibfläche erforderlich. Während<br />
dies bei Federdruckbremsen üblich ist, stoßen Permanentmagnetbremsen<br />
mit ihren Stahl-auf-Stahl-Reibkombinationen hier<br />
hingegen an ihre tribologischen Grenzen.<br />
Mit der Roba-Servostop Baureihe hat Mayr Antriebstechnik<br />
Federdruckbremsen für Servomotoren entwickelt, die speziell<br />
an die hohen Anforderungen der Robotik angepasst sind. Das<br />
Unternehmen kann dabei auf über 20 Jahre Erfahrung aus der<br />
Zusammenarbeit mit renommierten Forschungseinrichtungen<br />
zurückgreifen. „Unsere Leichtbaubremsen bewähren sich heute<br />
in unzähligen Robotik-Applikationen weltweit“, erklärt Bernd<br />
Kees, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik in Mauerstetten.<br />
Der Standardbaukasten schafft dabei ein hohes Maß an Flexibilität<br />
für die verschiedenen Einbausituationen. Anwender<br />
profitieren vom schnellen Überblick über die verschiedenen Lösungen.<br />
„Gerade bei Servomotoren spielt die Baulänge häufig<br />
eine wichtige Rolle“, beschreibt Bernd Kees die Anforderungen<br />
an die Bremsen. „Das bedeutet, schlanke Bremsen sind hier von<br />
Vorteil.“ Im Bereich der Leichtbauroboter kommt es zudem auf<br />
das Gewicht der Bremsen an. Roboter, die für die verschiedenen<br />
Arbeitsschritte oftmals wechselnde Positionen einnehmen, erreichen<br />
mit leichten Bremsen eine höhere Dynamik, schließlich<br />
müssen sie die Bremsen auch mitbewegen. Für diesen Einsatzbereich<br />
bieten sich leichtbauende Bremsen in Hohlwellen-Ausführung<br />
an, die speziell für die Integration in das Robotergelenk<br />
konzipiert sind.<br />
Im Motor werden Servobremsen bevorzugt im A-Lagerschild eingebaut,<br />
weil hier das Festlager sitzt und Temperaturdehnungen<br />
die Bremse nicht gravierend beeinflussen können. Bremsen von<br />
DIE INTELLIGENTE ANSTEUERUNG<br />
DER BREMSEN MITTELS<br />
GLEICHRICHTER BIETET GROSSES<br />
ENERGIESPARPOTENZIAL.<br />
BERND KEES, PRODUKTMANAGER BEI<br />
MAYR ANTRIEBSTECHNIK<br />
Mayr Antriebstechnik können aber ohne Einschränkung auch in<br />
der B-Lagerseite des Motors integriert werden. Denn Temperaturdehnungen<br />
und Lagerspiel haben hier keinen negativen Einfluss<br />
auf die Funktion und Zuverlässigkeit der Bremsen. Alternativ<br />
können Anwender auch auf Anbaubremsen zurückgreifen, die<br />
modular an den Motor angefügt werden.<br />
Die Roba-Servostop Bremsen sind nicht nur sehr leicht, sondern<br />
auch im magnetischen Aktuieren extrem schnell. Gleichzeitig<br />
sind sie leistungsdicht und verschleißfest. Die Bremsen<br />
überzeugen zudem durch eine hohe zulässige Reibarbeit bei<br />
dynamischen Bremsungen. „Daneben sind die Roba-Servostop<br />
Bremsen so ausgelegt, dass der Bauraum optimal ausgenutzt und<br />
möglichst viel Energie eingespart wird“, erläutert Bernd Kees.<br />
„Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb<br />
durch die intelligente Ansteuerung der Bremsen mit einem<br />
01 02<br />
<strong>12</strong> <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
TITEL<br />
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
03<br />
01 Es gibt Federdruckbremsen für<br />
Servomotoren, die speziell auf die<br />
hohen Anforderungen der Robotik<br />
angepasst sind; Anwender können<br />
wählen zwischen klassischen<br />
Servobremsen im Motor – mit Rotor<br />
und Verzahnung – oder Bremslösungen,<br />
die direkt in das Robotergelenk<br />
eingepasst werden – sogenannten<br />
Pad-Lösungen mit großem<br />
Innendurchmesser<br />
02 Sensorloses, vernetztes Bremsenmonitoring<br />
ermöglicht eine effiziente<br />
und vorausschauende<br />
Maschinenwartung<br />
03 Menschen werden in Zukunft<br />
vielleicht auf zusätzliche Hilfe durch<br />
Roboter angewiesen sein, in deren<br />
Antrieben Bremsen für zuverlässigen<br />
und sicheren Halt sorgen<br />
Roba-switch Gleichrichter: Denn nur beim Einschalten wird die Bremse kurzzeitig<br />
mit einer hohen Spannung bestromt. In dieser Phase ist eine hohe Magnetkraft erforderlich,<br />
um die Ankerscheibe über den Luftspalt anzuziehen. Liegt die Ankerscheibe<br />
dann allerdings am Spulenträger an, reicht eine wesentlich kleinere Magnetkraft<br />
aus, um die Bremse offen zu halten. Deshalb kann in dieser Phase die Spannung<br />
deutlich abgesenkt werden. Senkt der Gleichrichter die Spannung nach dem Lüften<br />
der Bremse auf ein Drittel des Wertes ab, sinkt die Spulenleistung und damit auch<br />
der Energieverbrauch auf nur mehr ein Neuntel.<br />
SENSORLOSES MONITORING<br />
Für die Sicherheit von Mensch und Maschine sind kurze Anhaltewege wichtig. Entscheidend<br />
für den Bremsweg sind dabei die Schaltzeiten der Bremse. Denn in der<br />
Zeit des freien Falls bis die Bremse schließt und die Verzögerung einsetzt, beschleunigt<br />
sich die Masse zusätzlich – unter Umständen so extrem, dass die zulässigen<br />
Werte der Bremse überschritten werden. Anwender sollten daher bei der Auswahl<br />
der Sicherheitsbremsen auf möglichst kurze, verifizierte Schaltzeiten achten – und<br />
auch darauf, dass diese Schaltzeiten über die gesamte Lebensdauer der Bremse eingehalten<br />
werden. Hier sind Monitoring-Lösungen wichtig. Bislang waren Servobremsen<br />
aufgrund der kleinen Luftspalte oder aber ihrer Einbausituation gar nicht<br />
überwachbar. Mayr Antriebstechnik bietet jetzt allerdings eine intelligente Lösung<br />
für sensorloses Bremsenmonitoring. Das nachrüstbare Modul Roba-brake-checker<br />
erkennt durch eine erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der<br />
Ankerscheibe und weiß, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Das Modul<br />
arbeitet sensorlos und leistet neben der Überwachung von Schaltzustand und kritischer<br />
Spulentemperatur auch eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß,<br />
Funktionsreserve und Fehler.<br />
In einer erweiterten Ausführung ist das Modul Roba-brake-checker mit einer zusätzlichen<br />
Platine mit kundenspezifischer Schnittstelle (z. B. optisch, W-Lan, IO Link,<br />
Profibus, etc.) ausgestattet. Über diese Schnittstelle kann es Daten zu Schaltzeit,<br />
Strom, Spannung, Widerstand, Leistung und relativem Anzugsstrom liefern. Damit<br />
sind auch Verläufe auswertbar, Auffälligkeiten im Prozess lassen sich schnell erkennen<br />
und somit Schlüsse aus komplexen Zusammenhängen ziehen – ein Vorteil<br />
nicht nur für die vorausschauende Wartung, sondern auch beim Zusammenspiel<br />
von Robotern. Darüber hinaus ist auch die Integration in Fernwartungssysteme<br />
möglich – ein nicht unwichtiges Kriterium für den Einsatz im Alltag, wo keine Fachkräfte<br />
vor Ort sind.<br />
Fotos: 03 Mayr Antriebstechnik und Miriam Doerr Martin Frommherz/Shutterstock.com,<br />
sonstige Mayr Antriebstechnik<br />
www.mayr.de<br />
DIE IDEE<br />
„Sicherheitsbremsen sind mechanische<br />
Bauteile und zunächst einmal<br />
stumm. Daher haben wir mit dem<br />
Modul Roba-brake-checker ein<br />
smartes elektrisches Bauteil<br />
entwickelt, das unsere Bremsen<br />
ohne zusätzliche Sensoren kommunikationsfähig<br />
macht. Generell sind<br />
Bremsen prädestinierte Komponenten,<br />
um Daten zu sammeln. Denn<br />
Notabschaltungen oder unerwartet<br />
hohe Lastmomente beeinflussen<br />
direkt die geforderte Reibleistung<br />
der Bremsen und die Bremszeiten.<br />
Die Verläufe von Schaltzeit und<br />
Temperatur können folglich hilfreich<br />
sein für eine Analyse. Gleiches gilt<br />
für Stromverläufe.“<br />
Andreas Merz, Produktmanager,<br />
Mayr Antriebstechnik<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 13
MARKTPLATZ<br />
WELLENKUPPLUNGEN GLEICHEN TOLERANZEN UND FEHLER AUS<br />
Wellen unterliegen, wie alle mechanischen Bauteile, Fertigungs- oder<br />
Montagetoleranzen, die sich selbst mit großem technischen Aufwand im<br />
Regelfall nicht restlos eliminieren lassen. Werden diese mechanischen<br />
Abweichungen nicht ausgeglichen, haben sie Vibrationen, Geräusche und<br />
Schwergängigkeiten zur Folge. Das verkürzt die Lebensdauer der verbundenen<br />
Einheiten. Die Normelementeprofis von Ganter haben sich genau mit<br />
diesen Problemstellungen auseinandergesetzt. Das Ergebnis sind Wellenkupplungen,<br />
die sowohl für die Drehmoment- und Leistungsübertragung<br />
wie auch für die Positions- und Bewegungssteuerung nutzbar sind. Sie<br />
gleichen auch Toleranzen und mechanische Fehler aus, die zu Schäden an<br />
Antriebs- oder Messkonfigurationen führen können.<br />
www.ganternorm.com<br />
ELEKTROMAGNETISCHE BREMSE MIT<br />
HOHER SCHUTZART<br />
Das Unternehmen Stromag<br />
hat die High Performance<br />
Brake (HPB) eigens für den<br />
Einsatz in den anspruchsvollen<br />
Hafen- und Offshore-Anwendungen<br />
entwickelt. Die<br />
elektromagnetische Spezialbremse<br />
ist in Schutzart IP67<br />
verfügbar sowie überflutungs-<br />
und seewasserbeständig.<br />
Durch einen speziellen<br />
Oberflächenschutz, hohe<br />
Widerstandsfähigkeit und Betriebsfähigkeit bei niedrigen<br />
Temperaturen eignet sich die Motorbremse für Deck- und<br />
Ankerwinden sowie für diverse Hebezeuge und Offshore-Krane.<br />
Ihre Wärmeableitung sorgt für zuverlässige Funktion als<br />
Arbeits-, Halte- und Notstopp-Bremse. Die HPB zeichnet sich<br />
zudem durch einen großen Drehmomentbereich von 80 bis<br />
5000 Nm aus und kann damit ein breites Spektrum von<br />
Anwendungen abdecken. Das Besondere dabei ist, dass die HBP<br />
durch ihren modularen Aufbau für ganz unterschiedliche<br />
Bremsmomente spezifiziert werden kann, ohne dass sich<br />
hierdurch die Baugröße wesentlich ändert.<br />
www.stromag.com<br />
ZAHNSTANGENGETRIEBE MACHEN TUBEN-<br />
DEKORATION EFFIZIENTER<br />
Ein neues Verfahren zur<br />
Dekoration von Tuben hat<br />
ein Hersteller von Siebdruckmaschinen<br />
mit den<br />
Lifgo-Zahnstangengetrieben<br />
von Leantechnik<br />
entwickelt. Der indirekte<br />
Digitaldruck ist flexibler<br />
und sparsamer. Verpackungshersteller<br />
benötigen<br />
damit zum einen keine<br />
Farbfolien mehr, sondern können preiswertere Silberfolie<br />
verwenden, die sich dann einfärben lässt. Zudem muss die Folie<br />
für den Druckvorgang nicht mehr, wie beim Heißprägen, auf<br />
Temperaturen bis 200 °C erhitzt werden. Außerdem ist so eine<br />
360°-Bedruckung möglich. Die Grundlage für die Maschinen<br />
bildet das Lifgo 5.0-Zahnstangengetriebe. Es sorgt in der<br />
Siebdruckmaschine u. a. für die exakte Positionierung der<br />
Übertragungseinheit, mit der das Druckbild auf die Tuben<br />
aufgebracht wird. Das Getriebe führt mit seiner Vierfach-Rollenführung<br />
einen präzisen Hub aus. Darüber hinaus kann es<br />
Hubkräfte bis 2000 N aufnehmen – so hält es den hohen<br />
Anpresskräften beim Druckvorgang stand.<br />
www.leantechnik.com<br />
KUNDENSPEZIFISCHE BREMSENLÖSUNGEN FÜR COBOTS<br />
Durch einen agilen Ansatz, bei dem Vertrieb, Entwicklung und Produktmanagement<br />
von Anfang an eng zusammenarbeiten, finden die<br />
Experten von Kendrion in kürzester Zeit die richtige Lösung für jede<br />
Herausforderung. Das Unternehmen kann auf ein breites, modulares<br />
Produktportfolio zurückgreifen. Damit muss die jeweilige Bremse nicht<br />
komplett neu entwickelt werden. Das verkürzt die Prozesszeiten vom<br />
ersten Kontakt bis zum Serienstart. Kendrion kann so die Federkraftbremsen<br />
der Baureihe Servo Slim Line flexibel und schnell an die<br />
Anforderungen für Cobots und andere Projekte anpassen. Flacher und<br />
leichter als der Marktstandard, ermöglichen die schlanken Einscheibenbremsen<br />
den Herstellern kompakte und dennoch sichere Konstruktionen<br />
für Roboter mit Traglasten zwischen 3 und 20 kg. Dank des großen<br />
Innendurchmessers können die Kabel des Cobots durch die Bremse<br />
geführt werden.<br />
www.kendrion.com<br />
14 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
PRÄZISIONSGETRIEBE FÜR DYNAMISCHE<br />
APPLIKATIONEN<br />
SEW-Eurodrive bringt<br />
Planetengetriebe der<br />
Baureihe PxG auf den<br />
Markt. Sie sind in den<br />
Baugrößen 60 und 70<br />
sowie in drei Leistungsklassen<br />
mit Spitzendrehmomenten<br />
bis 4 200, 2 000<br />
bzw. 6 150 Nm verfügbar.<br />
Die Planetengetriebe der<br />
Klasse 5 bedienen einem<br />
Drehmomenbedarf bis<br />
4 200 Nm und haben ein<br />
Verdrehspiel von drei bis<br />
fünf Winkelminuten. Sie<br />
sind abtriebsseitig mit<br />
einer Vollwelle, Vollwelle mit Passfeder oder Vielkeilverzahnung<br />
DIN5480 und Flanschblockwelle lieferbar. Eine Variante mit<br />
reduziertem Verdrehspiel begünstigt die Positionierung an der<br />
Abtriebswelle. Klasse 6 eignet sich für den Dauerbetrieb bei<br />
konstanten, hohen Drehzahlen. Eine Modifizierung von<br />
Abtriebslagerung, Adapterwelle und Verzahnungsteile minimiert<br />
thermische Verluste. Die drehmomentgesteigerte<br />
Ausführung der Performanceklasse 7 bietet bis zu 6 150 Nm.<br />
Eine verdrehsteife Antriebseinheit mit einem Spiel von ein bis<br />
zwei Winkelminuten wird durch die Anbindung über eine<br />
Flanschblockwelle erreicht.<br />
www.sew-eurodrive.de<br />
GRÖSSTES HAUPTLAGER FÜR<br />
TUNNELBOHRMASCHINEN<br />
Mit einem Hauptlager für<br />
Shanghai Tunnel Engineering<br />
(STEC), einem chinesischen<br />
Systemanbieter für<br />
Tunnelbohrmaschinen<br />
(TBM), hat Liebherr die<br />
nächste Dimension im<br />
Tunnelbau erreicht.<br />
Mit seinen fast 8 m<br />
Durchmesser und 44 t<br />
Gewicht wird die Rollendrehverbindung<br />
in einer<br />
der größten Tunnelbohrmaschinen<br />
eingesetzt.<br />
Eingesetzt im Bohrkopf<br />
einer TBM hilft es einen<br />
Tunnel zu bohren, der etwa die Höhe eines sechsstöckigen<br />
Hauses hat. Dies ist möglich mit seinen Doppelrollen in der<br />
Tragbahn, der präzisen Innenverzahnung sowie den 20 Ritzeln,<br />
die das Lager am Innenring antreiben. Neben dem Hauptlager<br />
stellt Liebherr außerdem auch das Erektorlager für diese<br />
Tunnelbohrmaschine her. Es sitzt hinter dem Bohrkopf und<br />
sorgt dafür, dass Fertigelemente aus Beton ringsum an die<br />
Wand gesetzt werden. Die Betonelemente haben in erster Linie<br />
die Aufgabe, den Tunnel abzusichern. Im zweitem Schritt stützt<br />
sich die TBM an diesen Betonelementen ab, um Vorschub zu<br />
generieren.<br />
www.liebherr.com<br />
FÜR EINE PRÄZISE UND WIRTSCHAFTLICHE<br />
WELLENAUSRICHTUNG<br />
KIMO.indd 1 18.04.2017 14:40:18<br />
Wenn Wellen von Pumpen,<br />
Kompressoren oder<br />
Getrieben nicht zueinander<br />
ausgerichtet sind,<br />
verbrauchen sie mehr<br />
Energie, erhöhen den<br />
Maschinenverschleiß und<br />
können ungeplante<br />
Ausfälle verursachen. Auf<br />
Basis der Single-Laser-Technologie<br />
bringt Schaeffler<br />
mit dem Ausrichtwerkzeug<br />
Laser-Equilign2 ein System<br />
zur Ausrichtung rotierender Wellen auf den Markt. Der<br />
Laser-Equilign2 von Schaeffler ermöglicht eine genaue<br />
Wellenausrichtung bei zugleich deutlich reduziertem<br />
Arbeitsaufwand für die Instandhalter. Durch seine Single-<br />
Laser-Technologie ist er schnell einsatzbereit und gleichzeitig<br />
sehr präzise. Die non-verbale Benutzeroberfläche mit<br />
8“-TFT-Display und kapazitivem Touchscreen ermöglicht<br />
eine intuitive, einfache Bedienung. Die 4-Punkt-Messung<br />
erlaubt eine sehr hohe Messgenauigkeit.<br />
www.schaeffler.de<br />
VERBESSERTES WERKZEUGHANDLING<br />
BEIM GEWINDEROLLEN<br />
Mit dem Tangential-Rollkopf<br />
EVOline bietet LMT Tools eine<br />
prozesssichere und anwenderfreundliche<br />
Werkzeuglösung zur<br />
Herstellung von Gewinden. Dies<br />
bestätigt der Praxiseinsatz bei<br />
einem Anbieter von Verbindungselementen.<br />
Es zeigte sich, dass<br />
der Rollenwechsel dank definierter<br />
Einbaulagen schneller,<br />
leichter und fehlerfreier vonstattengeht als zuvor. Die Feineinstellung<br />
des Durchmessers erfolgt über eine zentrale Verstellspindel,<br />
der Ein- und Ausbau per Schnellverschlussbolzen. Über<br />
die additive Fertigung wird eine erhöhte Bruchfestigkeit<br />
erreicht. So lässt sich der Rollkopf auch für künftige Anwendungen,<br />
etwa hochfeste Materialien, nutzen. Angekündigt ist<br />
ferner die Option, den Rollkopf zur Prozessüberwachung<br />
einsetzen und an die „Smart Factory“ anbinden zu können. Via<br />
Sensorik und Kraftmessung lässt sich der Belastungsgrad<br />
während des Rollprozesses überwachen und Verschleiß<br />
frühzeitig erkennen.<br />
www.lmt-tools.com<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 15
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
ÜBERLASTKUPPLUNGEN<br />
KOMPLETTE SYSTEM EINHEITEN<br />
AUS RUTSCHNABEN UND<br />
RIEMENSCHEIBEN<br />
Hocheffiziente Riemen- und Direktantriebe sorgen in den stationären<br />
Abfallschreddern von Lindner Recyclingtech für die kraftvolle Rotation von<br />
Schneidwellen und Messerleisten. Um hierbei zu verhindern, dass plötzlich<br />
auftretende Überlasten auf die Antriebselemente durchschlagen, setzt der<br />
Anlagenbauer auf die Rutschnaben der Baureihe RSHD von Ringspann.<br />
Die Abfallschredder von Lindner Recyclingtech werden<br />
weltweit in den Zerkleinerungslinien von Entsorgungsund<br />
Aufbereitungsbetrieben eingesetzt. Seit vielzähligen<br />
Jahren bereits leistet das Unternehmen mit den<br />
Rutschnaben der Baureihe RSHD einen elementaren Beitrag für<br />
die Überlastsicherung der Antriebsstränge zahlreicher stationärer<br />
Schredder des österreichischen Herstellers.<br />
„Aktuell statten wir sowohl zahlreiche Universal- und Nachzerkleinerer<br />
als auch unsere neuen Vorzerkleinerer der Atlas-Serie<br />
mit diesen Schwerlast-Rutschnaben von Ringspann aus. Wir senken<br />
damit nicht nur das Schadens- und Ausfallrisiko der hier eingesetzten<br />
Riemen- und Getriebeantriebe, sondern minimieren<br />
auch den Aufwand für deren Instandhaltung. Beides korrespondiert<br />
mit unserer Zielsetzung, einerseits die Betriebssicherheit<br />
und Verfügbarkeit unserer Schredder zu maximieren und ande-<br />
rerseits die MRO-Kosten unserer Kunden zu reduzieren“, erläutert<br />
Peter Weingartner, Chief Technology Officer bei Lindner.<br />
AUCH FÜR DEN SCHWERLASTBEREICH GEEIGNET<br />
Die Schwerlast-Rutschnaben der Ringspann-Baureihe RSHD gehören<br />
zur Kategorie der Hochleistungs-Überlastkupplungen. Sie<br />
zeichnet sich durch eine hohe Trockenlauf-Stabilität bei hohen<br />
Einsatztemperaturen aus. Ihre Naben, Federträger und Anpressringe<br />
bestehen aus Baustahl, Vergütungsstahl und Sphäroguss,<br />
und alle außenliegenden Oberflächen weisen eine Korrosionsschutz-Beschichtung<br />
auf.<br />
Die Konstruktion der RSHDs nach dem Rimostat-Prinzip des<br />
Bad Homburger Herstellers sorgt dafür, dass hier nicht Tellerfedern,<br />
sondern ISO-Schraubenfedern die Anpresskraft auf die<br />
16 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
Reibbeläge erzeugen. Und zwar mit linearer, flacher Kennlinie, weshalb selbst ein Verschleiß<br />
des Reibbelags kaum Auswirkung hat auf einen Abfall des Rutschdrehmoments<br />
– des wichtigsten Kennwertes einer Rutschnabe. Da die RSHDs von Ringspann<br />
zudem über Hochleistungs-Reibbeläge aus einem nickelfreien Sinterwerkstoff verfügen,<br />
können sie bis in den oberen Schwerlastbereich eingesetzt werden. Markus Berger, der<br />
Geschäftsführer von Ringspann Austria, betont: „Mit unseren RSHDs bieten wir Anlagen-<br />
und Maschinenbauern eine Überlastsicherung, mit der sie die Wettbewerbsfähigkeit<br />
ihrer Schwerlast-Aggregate deutlich stärken können. Vielerorts bewährt sie sich<br />
beispielsweise in den Antriebssystemen von Bau- und Landmaschinen, Förderbandanlagen,<br />
Kraftwerken oder eben Zerkleinerungsmühlen.“<br />
Die Maschinenbau-Konstrukteure von Lindner begleitet Markus Berger bereits seit<br />
geraumer Zeit bei ihrer Entwicklungs- und Optimierungsarbeit. Er hat sich tief eingedacht<br />
in die Materie der Schreddertechnik und unterstützt den österreichischen Hersteller<br />
aktiv bei der Auswahl der richtigen Rutschnaben für die verschiedenen Antriebssysteme<br />
der Vor-, Universal- und Nachzerkleinerer. Derzeit sind es vorrangig drei Typen<br />
der RSHD-Baureihe von Ringspann, die in den Keilriemen- und Direktantrieben der<br />
Schredder zum Einsatz kommen: Die beiden Grundausführungen RSHD 400 und<br />
RSHD 500 mit maximalen Rutschdrehmomenten von 24 000 und 50 000 Nm sowie die<br />
RSHD 310, die als Sondergröße maximale Rutschdrehmomente von 10 000 Nm realisiert.<br />
Insgesamt offeriert Ringspann die Schwerlast-Rutschnabe in sechs Standardtypen.<br />
Dabei hat die kleinste RSHD einen Durchmesser von 205 mm und deckt bei Drehzahlen<br />
von bis zu 2 700 min -1 Rutschdrehmomente von 600 bis 3 000 Nm ab. Die größte Ausführung<br />
hingegen weist einen Durchmesser von 600 mm auf und lässt sich bei Drehzahlen<br />
von bis zu 1 000 min -1 für Rutschdrehmomente von 10 000 bis 68 000 Nm einsetzen.<br />
WERKSEITIG VOREINGESTELLTE DREHMOMENTE<br />
Da diese Rutschnaben nach dem Rimostat-Prinzip von Ringspann ausgeführt sind, hat<br />
der Nutzer bei allen Baugrößen die Möglichkeit, das geforderte Rutschdrehmoment<br />
anwenderfreundlich durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung kompletter Federn einzustellen.<br />
Er muss also nicht jede einzelne Federvorspannung justieren und spart daher<br />
viel Zeit. Die Schredder-Spezialisten von Lindner allerdings brauchen sich darum nicht<br />
mehr zu kümmern. Denn sie erhalten die meisten Schwerlast-Rutschnaben inzwischen<br />
in Spezial-Ausführungen mit werkseitig voreingestellten Drehmomenten.<br />
Eine präzise Voreinstellung des Drehmoments ist für die Ringspann-Techniker allerdings<br />
nur dann sinnvoll machbar, wenn sie die physikalisch-kinematischen Voraussetzungen<br />
der konstruktiven Umgebung und des Anbauteils kennen. Vor diesem Hintergrund<br />
entschied sich der Kärntner Maschinenbauer dafür, einen Vorschlag seines<br />
deutschen Zulieferers anzunehmen: Die routinemäßige Bereitstellung vormontierter<br />
Systemeinheiten aus Keilriemenscheiben und RSHD-Rutschnaben mit bereits<br />
richtig voreingestellten Rutschdrehmomenten. Diese kompletten Baugruppen liefert<br />
Ringspann bedarfsorientiert in die Montage von Lindner, wo sie an die Antriebssysteme<br />
der jeweiligen Schredder angedockt werden. „Prozesstechnisch betrachtet,<br />
profitieren wir dadurch in doppelter Hinsicht. Erstens, weil wir unseren Aufwand für<br />
die Drehmoment-Justierung der Rutschnaben senken; und zweitens, weil wir uns die<br />
interne Montage der Riemenscheiben auf die Rutschnaben der Antriebe ersparen“,<br />
erklärt Weingartner.<br />
VON DER KOMPONENTE ZUM SYSTEM<br />
Durch die Übernahme der Baugruppen-Verantwortung und der damit einhergehenden<br />
Engineering-Leistungen hat Ringspann in diesem Fall den Wandel vom Komponenten-<br />
Zulieferer zum Systemlieferanten vollzogen. Als treibende Kräfte auf dem Weg dorthin<br />
haben sich – neben der rein geografischen Nähe der österreichischen Unternehmenstochter<br />
zum Kunden – vor allem die Beratungskompetenz und die Flexibilität bei der<br />
Umsetzung von Sonderwünschen erwiesen.<br />
Dabei sind viele dieser Added Value-Faktoren im Ringspann-Portfolio bereits fest<br />
verankert. Allein im Fall der Rutschnaben-Baureihe RSHD bietet das Unternehmen –<br />
ganz im Sinne seiner One-Stop-Shop-Strategie – eine Vielzahl anwenderorientierter<br />
Zusatzleistungen: Von der Realisierung spezieller Bauformen über die Bereitstellung<br />
kompletter Smart Solutions (z. B. Rutschnabe plus Ausgleichskupplung) bis hin zur<br />
beschriebenen Vormontage antriebstechnischer Baugruppen.<br />
Fotos: Ringspann<br />
www.ringspann.de<br />
FUNKTIONSWEISE DER<br />
RSHD-RUTSCHNABEN<br />
Die Schwerlast-Rutschnabe Rimostat<br />
RSHD von Ringspann ist ein reibschlüssiger<br />
Drehmomentbegrenzer. Wird<br />
beim Betrieb des Antriebssystems das<br />
zuvor an der RSHD eingestellte<br />
Rutschdrehmoment erreicht, so rutscht<br />
das Antriebselement – etwa eine<br />
Keilriemenscheibe – zur Entlastung der<br />
Komponenten des Antriebstranges<br />
definiert durch. Während dieses<br />
Vorgangs drehen sich An- und Abtrieb<br />
in einer Relativbewegung zueinander<br />
weiter, wobei das eingestellte Rutschdrehmoment<br />
übertragen wird; dieser<br />
Prozess geht einher mit hohem<br />
Energieverzehr. Eine Wiedereinschaltung<br />
ist nicht erforderlich und dank des<br />
Rimostat-Prinzips ist auch kein<br />
Nachstellen wegen Reibbelag-Verschleiß<br />
nötig.<br />
DIE IDEE<br />
„Mit unseren RSHDs bieten wir<br />
Anlagen- und Maschinenbauern<br />
eine hochwertige Überlastsicherung,<br />
mit der sie die Wettbewerbsfähigkeit<br />
ihrer Schwerlast-Aggregate<br />
deutlich stärken können. Vielerorts<br />
bewährt sie sich beispielsweise in<br />
den Antriebssystemen von Bau- und<br />
Landmaschinen, Förderbandanlagen,<br />
Kraftwerken oder eben<br />
Zerkleinerungsmühlen.“<br />
Markus Berger, Geschäftsführer,<br />
Ringspann<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 17
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
ROLLRINGGETRIEBE<br />
EINE ECHTE ALTERNATIVE<br />
Das Familienunternehmen Uhing hat Rollringgetriebe konzipiert, die in der<br />
Produktion und im Betrieb für eine permanente und exakte Hin- und<br />
Herbewegung sorgen. Die Rollringgetriebe Uhing Motion Drive sind somit eine<br />
Alternative zu Zahnriemen- und Gewindespindelantrieben.<br />
Wolfgang Weber ist Geschäftsführer der<br />
Joachim Uhing GmbH & Co. KG in Flintbek<br />
Das Grundprinzip eines Rollringringgetriebes besteht darin,<br />
dass der kraftschlüssige Antrieb die Bewegung einer<br />
rotierenden glatten Welle mit konstanter Drehzahl und<br />
-richtung in eine Hubbewegung des Rollringgetriebes<br />
umwandelt. Geschwindigkeit und Hublänge lassen sich über die<br />
Steigungswerte flexibel einstellen. Die Umkehr der Hubrichtung<br />
erfolgt hochdynamisch durch den integrierten Umschaltmechanismus<br />
mit einstellbarem Festanschlag.<br />
Seit der Erfindung des Rollringgetriebes im Jahr 1952 durch<br />
den Firmengründer Joachim Uhing haben die Ingenieure des Unternehmens<br />
die Grundidee stetig weiterentwickelt. „Uhing Motion<br />
Drive ist eine unserer automatisierten Lösung für saubere Wi-<br />
ckelbilder und störungsfreie Prozesse“, nennt Geschäftsführer<br />
Wolfgang Weber ein Beispiel.<br />
Die robuste Rollringgetriebetechnik kombiniert Uhing dafür<br />
mit einem über Siemens S7 angesteuerten Schrittmotor, der die<br />
Steigungseinstellung und Richtungsumkehr übernimmt. Durch<br />
die Kombination von Wegmesssystemen und Sensorik lässt sich<br />
der Grad der Automatisierung erhöhen und individuell anpassen.<br />
Das System verfügt über ein bedienfreundliches Touch-Panel,<br />
über das die Parameter für Geschwindigkeiten, Aktions- und<br />
Umschaltpunkte sowie Hublängen eingegeben und kontrolliert<br />
werden. Zusätzlich zum umfangreichen Standardprogramm können<br />
die Anwender per Tastendruck Material und Spulentyp wäh-<br />
18 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
DIE IDEE<br />
len und eigene Wickelmuster und Materialkombinationen abspeichern, um Umrüstprozesse<br />
zu beschleunigen. Gut aufeinander abgestimmte Sensoren und Steuerung<br />
sorgen für eine präzise Umsetzung und automatisches Nachjustieren.<br />
„Das Umspulen von Draht und Metallbändern von sehr großen auf kleine handliche<br />
Spulen erfordert zahlreiche Spulwechsel. Die Spulen sind zwar baugleich, aber nicht 100<br />
Prozent identisch. Früher musste der Anwender daher jede frische Spule von Hand einlegen<br />
und die mechanischen Umschaltpunkte individuell einrichten. Heute setzt er die Spule<br />
ein, die Motion Drive justiert sich selbst und startet den vorprogrammierten Wickelvorgang.<br />
Die gewünschten Wickelbilder entstehen ohne manuelle Nacharbeit,“ erklärt Weber.<br />
Die große Flexibilität des Systems ermöglicht eine hohe Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten,<br />
vom Öffnen und Schließen, Positionieren, Takten, Verketten oder Wickeln<br />
bei Verpackungsprozessen, übers Reinigen, Trennen, Sprühen und Verteilen bei der<br />
Nahrungsmittelherstellung oder dem Beschichten, Einschieben oder Handhaben in<br />
der Automobilindustrie.<br />
Fotos: Uhing<br />
www.uhing.com<br />
„Das Uhing Rollringgetriebe bot<br />
schon immer eine Vielzahl an<br />
Zusatz-Bausteinen, um sich an die<br />
jeweiligen Bedürfnisse der Anwender<br />
und Arbeitsbereiche anzupassen.<br />
Mit der automatisierten Lösung<br />
Uhing Motion Drive sind diese jetzt<br />
auf ‚Knopfdruck‘ realisierbar – einfaches<br />
Handling und hohe Qualität.“<br />
Wolfgang Weber, Geschäftsführer,<br />
Joachim Uhing GmbH & Co. KG<br />
VIDEO<br />
01 Das Rollringgetriebe mit der<br />
elektronischen Steuerung<br />
02 Die Umkehr der Hubrichtung erfolgt durch den<br />
integrierten Umschaltmechanismus<br />
In der Animation unter folgendem<br />
Link haben Sie die Möglichkeit,<br />
durch einfache Auswahl die verschiedenen<br />
Optionen des Uhing<br />
Motion Drive anzusehen.<br />
https://bit.ly/UhingMotionDrive-<br />
Animationsvideo<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 19
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
MOLDED-OIL-LAGER<br />
LAGER MIT INTEGRIERTEM<br />
SCHMIERSTOFF DICHTET MIT<br />
HOHER WIRKUNG<br />
Der Betreiber einer Autowaschstraße musste immer wieder die<br />
Drehdurchführungen der Waschköpfe austauschen, weil deren Wälzlager<br />
ausfielen. Nach dem Austausch der Lager gegen Molded-Oil-Rillenkugellager<br />
mit DDU-Dichtungen von NSK reduzierten sich die Wartungskosten von rund<br />
<strong>12</strong> 000 Euro pro Jahr auf Null.<br />
Eine durchschnittliche deutsche Autowaschstraße reinigt mehr als 110 000 Autos<br />
pro Jahr. Aus Sicht der Antriebskomponenten an den Waschbalken und -köpfen<br />
ist diese Anwendung einem Dauertest für die Beaufschlagung mit Wasser und<br />
Reinigungsmitteln gleichzusetzen. Das gilt auch für die Wälzlager an den<br />
Drehdurchführungen der Waschköpfe, die im hier beschriebenen Fall den Anforderungen<br />
nicht gewachsen waren.<br />
HÄUFIGER WÄLZLAGERWECHSEL VERURSACHT<br />
HOHE KOSTEN<br />
Die Mitarbeiter des Waschstraßenbetreibers mussten diese Drehdurchführungen<br />
mehrfach pro Jahr austauschen, weil deren Rillenkugellager defekt waren. Die Kosten<br />
für den Austausch summierten sich pro Jahr auf rund <strong>12</strong> 000 EUR, das heißt auf<br />
1 000 EUR pro Monat.<br />
Peter Neubauer ist Team Sales Manager Aftermarkt<br />
bei der NSK Deutschland GmbH in Ratingen<br />
Die DU-Dichtung<br />
verhindert, dass Waschwasser<br />
ins Lagerinnere eindringt<br />
20 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
der Autowaschstraße kommen Lager mit der schleifenden<br />
DU-Dichtung auf beiden Seiten (DDU) zum<br />
Einsatz. Sie verhindern, dass Wasser und Feuchtigkeit<br />
(auch wenn sie zu den konstanten Betriebsbedingungen<br />
gehören) ins Lager eindringen.<br />
DAS ERGEBNIS<br />
Der Betreiber setzte diesen Vorschlag um und seit<br />
dem Austausch laufen die Drehdurchführungen ohne<br />
Probleme. Schon im ersten Jahr konnte der Anlagenbetreiber<br />
mehr als 11 900 EUR an Wartungskosten einsparen.<br />
Den vorherigen Wälzlagerkosten von mehr als<br />
<strong>12</strong> 000 EUR und gering angesetzten Arbeitskosten<br />
steht nun eine einmalige Investition von 618 EUR für<br />
die Molded-Oil-Rillenkugellager gegenüber, die sich<br />
in weniger als drei Wochen amortisiert hat.<br />
Fotos: Aufmacher Martin_P – stock.adobe.com, sonstige NSK<br />
Mit dieser Situation war der Betreiber aus naheliegenden<br />
Gründen unzufrieden, und er wandte sich<br />
an seinen Ansprechpartner bei der Kugellager Hagenauer<br />
GmbH. Dieses in zweiter Generation inhabergeführte<br />
Unternehmen ist mit drei Standorten in<br />
Nord- und Ostbayern präsent und bietet ein breites<br />
Sortiment an Komponenten und Systemen der Industrie-<br />
und Antriebstechnik an.<br />
Im Rahmen dieses Partnerschaftsprogramms analysieren<br />
Experten von NSK gemeinsam mit dem<br />
NSK-Distributor Anwendungsfälle von Wälzlagern<br />
und Linearkomponenten, bei denen vorzeitige Ausfälle<br />
auftreten. Dass Hagenauer eines der ersten Unternehmen<br />
in Deutschland war, das als AIP-Partner<br />
zertifiziert wurde, hat seinen Grund. Johann Hagenauer:<br />
„Das passt einfach zu unserem Ansatz, den<br />
Kunden Lösungen und echten Nutzen zu bieten.<br />
Deshalb sind wir von Anfang an dabei.“<br />
Die Analyse der defekten Lager zeigte sehr schnell:<br />
Die Lager waren korrodiert, das Fett ausgewaschen.<br />
Der Grund dafür: Die nicht-schleifenden Dichtungen<br />
waren nicht in der Lage, das Waschwasser am Eindringen<br />
ins Lager zu hindern. Deshalb wurde das Fett<br />
schnell ausgewaschen.<br />
WECHSEL AUF MOLDED-OIL-LAGER MIT<br />
BEIDSEITIGER DICHTUNG<br />
Hagenauer und NSK schlugen vor, die Lager gegen<br />
Molded-Oil-Rillenkugellager mit beidseitiger DU-<br />
Dichtung auszutauschen. Bei diesem Lagertyp ist der<br />
Schmierstoff in eine Trägersubstanz eingebunden,<br />
die ihn sukzessive über einen langen Zeitraum freigibt.<br />
Die Betriebslebensdauer der Lager – Kugellager,<br />
Pendelrollenlager und Kegelrollenlager – ist vor allem<br />
in wasser- und staubbelasteter Umgebung mehr als<br />
doppelt so hoch wie die von Lagern mit Fettschmierung.<br />
Außerdem werden die Wartungsintervalle deutlich<br />
verlängert, weil das Molded-Oil-Konzept für<br />
eine dauerhafte Schmierung sorgt. Und: Weil das Lager<br />
fettfrei läuft und kein Öl nachgefüllt werden muss,<br />
bleibt die Betriebs umgebung sauber.<br />
Die Molded Oil-Lager sind mit verschiedenen<br />
Dichtungen erhältlich. In den Drehdurchführungen<br />
www.nskeurope.de<br />
DIE IDEE<br />
„Es ist immer wieder spannend, dass<br />
Wälzlager auch unter extrem<br />
widrigen Bedingungen zuverlässig<br />
arbeiten können – zum Beispiel in<br />
Landmaschinen oder, wie in diesem<br />
Beispiel, in Autowaschstraßen.<br />
Voraussetzung ist allerdings: Man<br />
muss Lager einsetzen, die exakt für<br />
diese Einsatzfälle entwickelt<br />
wurden. Im Falle der Autowaschanlage<br />
sind das Lager mit integriertem<br />
Schmierstoff und hochwirksamer<br />
Abdichtung – und schon ist das<br />
Problem gelöst, bei schnellstem<br />
‚Return on Invest‘ für den Kunden. So<br />
macht Beratungsarbeit Spaß, und<br />
ebenso die Zusammenarbeit mit<br />
den AIP-Experten von NSK.“<br />
Johann Hagenauer, Geschäftsführer,<br />
Kugellager Hagenauer GmbH<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 21
ABSOLUTWERTGEBER<br />
HÖCHSTE SICHERHEIT UND<br />
PRÄZISION IN DER MEDIZINTECHNIK<br />
Ob Computertomographen, Dialysegeräte oder Defibrillatoren: Medizintechnische<br />
Geräte müssen strenge Qualitätskriterien erfüllen. Hengstler, Hersteller für industrielle<br />
Zähl- und Steuerungskomponenten für die Automatisierung, beliefert seit Jahrzehnten<br />
namhafte Medizintechnik-Produzenten mit Drehgebern, Zählern und Relais.<br />
Diese arbeiten hochgenau, sind strahlenresistent und benötigen wenig Bauraum.<br />
Peter Elbel ist Manager Application Management<br />
bei der Hengstler GmbH in Aldingen<br />
22 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
DREHGEBER<br />
DIE IDEE<br />
„Drehgeber für Applikationen in<br />
der Medizintechnik müssen in<br />
vielen Fällen sehr kompakt und<br />
hochgenau sein, wobei selbstverständlich<br />
höchste Zuverlässigkeit<br />
und Robustheit erwartet<br />
werden. Wir entwickeln unsere<br />
Encoder passend abgestimmt<br />
auf die speziellen Vorgaben der<br />
Medizintechnik-Hersteller und<br />
können unseren Kunden deshalb<br />
sorgenfreie Lösungen für ihre<br />
Anwendung liefern.“<br />
Peter Elbel, Manager Application<br />
Management, Hengstler GmbH<br />
Moderne Medizintechnik ermöglicht die Erkennung<br />
und Behandlung von Krankheiten, die früher nicht<br />
diagnostizier- oder heilbar waren. Da die Geräte<br />
und Anlagen direkt am Menschen zum Einsatz<br />
kommen, bergen sie allerdings ein großes Risikopotential – sowohl<br />
für den Patienten als auch für den Therapeuten. Medizintechnische<br />
Geräte unterliegen deshalb dem Medizinprodukte-<br />
Gesetz (MPG) und müssen umfangreiche Tests durchlaufen,<br />
bevor sie eine Zulassung erhalten. Die Produkte durchlaufen<br />
zudem ein sogenanntes Konformitätsbewertungsverfahren, in<br />
dem der Hersteller nachweisen muss, dass sein Produkt sicher<br />
ist und die beschriebenen medizinischen Leistungen erbringt.<br />
Bei medizintechnischen Geräten der Risikoklassen Im, Is, IIa,<br />
IIb und III kann das CE-Kennzeichen darüber hinaus nur durch<br />
eine staatlich überwachte Benannte Stelle verliehen werden.<br />
STRENGE ANFORDERUNGEN AN<br />
MEDIZINTECHNISCHE GERÄTE<br />
Ein Bestandteil des Zulassungsprozesses ist die Risikoanalyse.<br />
Hier wird unter anderem geprüft, ob bei dem jeweiligen Gerät<br />
die mechanische, elektrische und elektromagnetische Produktsicherheit<br />
gewährleistet ist. Auch die Messgenauigkeit – z. B. von<br />
Sensoren – ist Gegenstand der Untersuchungen.<br />
Den hohen Anforderungen in puncto Leistung und Sicherheit<br />
können medizintechnische Geräte allerdings nur gerecht werden,<br />
wenn sämtliche Bauteile höchsten Qualitätsstandards genügen.<br />
Viele Hersteller setzen deshalb in ihren Anwendungen Produkte<br />
der Hengstler GmbH aus dem schwäbischen Aldingen ein.<br />
Das Unternehmen ist auf die Produktion von industriellen Zählund<br />
Steuerungskomponenten spezialisiert und beliefert seit<br />
Jahrzehnten namhafte Medizintechnik-Produzenten mit Drehgebern,<br />
Zählern und Relais.<br />
PRÄZISE POSITIONIERUNG DER<br />
BILDGEBENDEN EINHEITEN<br />
In der bildgebenden Diagnostik ist die Güte der eingesetzten<br />
Bauteile besonders wichtig. Das betrifft auch die Drehgeber, die<br />
in CTs, MRTs und Mammographie-Geräten dafür zuständig sind,<br />
die genaue Position der bildgebenden Einheiten zu erfassen. Dadurch<br />
können diese präzise auf die zu untersuchenden Körper-<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 23
DREHGEBER<br />
01 Dialyse- oder Blutanalyse-Geräte müssen immer zuverlässig<br />
funktionieren – Zähler überwachen ihren Betriebszustand und<br />
ermöglichen so die optimale Wartung der Geräte<br />
02 Netztrennrelais sorgen dafür, dass Defibrillatoren auch von Laien<br />
sicher eingesetzt werden können<br />
partien des Patienten ausgerichtet werden, sodass eine sichere<br />
Diagnose gewährleistet ist. Drehgeber für CTs und MRTs sollten<br />
zum einen strahlenresistent sein. Zum anderen müssen sie die<br />
Position der bildgebenden Einheit exakt erfassen können.<br />
Die Absolutwertgeber von Hengstler sind aufgrund ihrer hohen<br />
Auflösung von bis zu 34 Bit (als Multiturn-Drehgeber) und ihrer<br />
Strahlenresistenz für diese Anwendungen geeignet. Sie werden<br />
nicht nur in den bildgebenden Einheiten der Geräte, sondern<br />
auch in den Patientenliegen der Anlagen verbaut. Die Position<br />
der Liegen kann auf diese Weise ebenfalls auf den Zehntel Millimeter<br />
genau eingestellt werden.<br />
Dank ihrer kompakten Bauweise sollen sich die Absolutwertgeber<br />
selbst in enge Bauräume problemlos integrieren lassen. Eine<br />
weitere Besonderheit der Encoder ist ihre Fähigkeit, die genaue<br />
Position der Welle sogar im ausgeschalteten Zustand zu<br />
bestimmen. Hengstler bietet die Drehgeber als Multiturn-Drehgeber,<br />
Singleturn-Drehgeber, Seilzug-Geber, Robotics-Encoder<br />
und Miniatur-Drehgeber an.<br />
DREHGEBER ERMÖGLICHEN HOCHKRITISCHE<br />
GEHIRN-OPS<br />
Die Absolutwertgeber von Hengstler stecken aber nicht nur in<br />
Diagnosegeräten, sondern auch in modernen Operationsrobotern.<br />
Dort erfassen sie die Position des OP-Bestecks so exakt,<br />
dass Chirurgen mit den Robotern sogar heikle Gehirn-Operationen<br />
durchführen können. Hier kommt es auf extreme Präzision<br />
an, da kleinste Abweichungen bei der Positionierung des OP-Bestecks<br />
irreparable Schäden am Gehirn verursachen können. Die<br />
Acuro AD35 und AD36-Drehgeber werden deshalb häufig in OP-<br />
Robotern eingesetzt, denn sie arbeiten mit einer Positioniergenauigkeit<br />
von ±35 Winkelsekunden und einer Wiederholgenauigkeit<br />
von ±7 Winkelsekunden. Dadurch sind feinste<br />
Schnitte möglich, die den Patienten schonen und optimale Voraussetzungen<br />
für einen schnellen Heilungsprozess schaffen.<br />
BETRIEBSZUSTAND IM BLICK –<br />
FUNKTIONSSICHERHEIT GEGEBEN<br />
Zu den kritischen medizinischen Behandlungssystemen zählen<br />
aber auch Dialysegeräte und Defibrillatoren. Diese Medizinprodukte<br />
müssen immer einwandfrei funktionieren, denn sie werden<br />
unmittelbar am Patienten eingesetzt und übernehmen eine<br />
lebenswichtige Aufgabe. Zähler von Hengstler sorgen z. B. dafür,<br />
dass die Betriebsdauer von Dialyse-Geräten genau erfasst wird.<br />
So lassen sich Wartungsintervalle optimal planen bzw. alte Geräte<br />
können rechtzeitig vor dem Erreichen der Verschleißgrenze<br />
gegen neue ausgetauscht werden. Die Funktionssicherheit der<br />
Geräte ist damit jederzeit garantiert.<br />
Bei der Fertigung von Defibrillatoren stehen die Hersteller vor<br />
anderen Herausforderungen. Diese Geräte müssen von Laien bedient<br />
werden können und daher einfach zu handhaben sein. Aus<br />
diesem Grund ist eine Fehlbedienung auszuschließen. Um diese<br />
Anforderungen zu erfüllen, setzen die Defibrillator-Produzenten<br />
Netztrennrelais von Hengstler zur Spannungsregulierung ein.<br />
Die Relais stellen sicher, dass die vom Gerät abgegebene Spannung<br />
weder den Bediener noch den Patienten gefährden kann.<br />
EXAKTE POSITIONSERKENNUNG IN<br />
EXOSKELETTEN<br />
Neben Diagnose und Therapie ist die Rehabilitation die dritte<br />
wichtige Säule der Medizin. Auch bei den Reha-Maßnahmen hat<br />
es in den vergangenen Jahren große Fortschritte gegeben. Wer an<br />
einer Querschnittsymptomatik, Multipler Sklerose oder Lähmungen<br />
nach einem Schlaganfall leidet, kann Bewegungsabläufe<br />
inzwischen z. B. mithilfe eines Exoskeletts trainieren. Dessen<br />
durch Motoren angetriebene Gelenke unterstützen und verstärken<br />
die Bewegungen des Patienten, der so schneller wieder mobilisiert<br />
werden kann als bisher.<br />
Damit das funktioniert, muss das Skelett jederzeit die genaue<br />
Position der menschlichen Gelenke „kennen“. Hier kommen die<br />
Drehgeber Acuro AD35 und AD36 von Hengstler ins Spiel. Die<br />
Encoder erfassen mit einer Auflösung von bis zu 34 Bit (Multiturn)<br />
die exakte Position der Exoskelett-Gelenke, damit diese<br />
möglichst genau positioniert werden können. Hengstler hat die<br />
Drehgeber mit einer Tiefe von lediglich 23,7 mm (AD35) so kompakt<br />
konstruiert, dass sie kaum Bauraum benötigen. Da die Absolutwertgeber<br />
zudem gerade einmal 80 bzw. 130 g wiegen, passen<br />
sie sich optimal in die Leichtbauweise der Exoskelette ein.<br />
FLEXIBLE FERTIGUNG NACH DEM<br />
ZELLENPRINZIP<br />
Robustheit, Präzision und Zuverlässigkeit sind aber nur einige<br />
der Gründe, warum Medizintechnik-Hersteller häufig Komponenten<br />
von Hengstler einsetzen. Ein weiteres wichtiges Argument<br />
ist die anwenderspezifische Fertigung. Das Unternehmen<br />
produziert nach dem Zellenprinzip und kann deshalb flexibel auf<br />
besondere Wünsche und Anforderungen eingehen.<br />
Fotos: Aufmacher Gorodenkoff – shutterstock.com; sonst. Hengstler<br />
www.hengstler.de<br />
24 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
ROBUST, EXAKT UND MODIFIZIERBAR<br />
Der neue<br />
HTx36-Drehgeber<br />
im Metallgehäuse<br />
mit 36 mm<br />
Durchmesser von<br />
Megatron lässt<br />
sich dank<br />
zahlreicher<br />
Elektronik- und<br />
Mechanikoptionen<br />
exakt auf das<br />
jeweilige<br />
Einsatzgebiet abstimmen. Ob als Inkremental- oder<br />
Absolutwertgeber – der kontaktlose Encoder erfüllt die<br />
Anforderungen zwischen einfachen und Heavy-Duty-Anwendungen.<br />
Die Signalverarbeitung des HTx36-Drehgebers<br />
erfolgt digital und fußt auf magnetischer, gradientenbasierter<br />
Messwertaufnahme. Dadurch ist die moderne Sensorik<br />
weitgehend immun gegenüber elektromagnetischen<br />
Einflüssen sowie Temperaturschwankungen. Die Komponente<br />
verfügt über ein robustes Metallgehäuse (IP68) und<br />
eine doppelt kugelgelagerte Voll- oder Hohlwelle (bis zu<br />
IP67), die hohen axialen und radialen Achslasten standhält<br />
und eine maximale Betätigungsgeschwindigkeit von<br />
<strong>12</strong> 000 U/min erlaubt. Als analoger Drehgeber bietet der<br />
Encoder bis zu <strong>12</strong> Bit Auflösung bei Spannungs-/Stromausgang<br />
oder PWM sowie bis zu 14 Bit in den digitalen<br />
Varianten SSI, SER und SPI.<br />
www.megatron.de<br />
KOMPAKTE LAGER MIT INTEGRIERTER<br />
MAGNETAUFNAHME<br />
Lager mit<br />
integrierter<br />
Magnetaufnahme,<br />
die als<br />
horizontale<br />
Drehachse für<br />
ein optisches<br />
System<br />
eingesetzt<br />
werden, hat<br />
der Antriebsspezialist<br />
Rodriguez für ein Unternehmen aus der optischen<br />
Industrie entwickelt. Der Kunde entschied sich für eine<br />
Systemlösung, weil so der gesamte Drehmodus flacher<br />
gestaltet werden konnte. Bei dem Auftrag stellte aber<br />
nicht nur die kompakte Bauform eine Herausforderung<br />
dar. Die zusätzliche Aufnahme von Magneten für den<br />
Direct-Drive-Motor lässt die Wandstärke auf ein Minimum<br />
schrumpfen – darunter sollte aber die Lagerperformance<br />
nicht leiden. Auch die Dichtung stellte die Experten von<br />
Rodriguez vor ein Problem: Trotz der dünnen Wandstärke<br />
sollte sie eine hohe Dichtwirkung gewährleisten. Durch<br />
die Integration unter anderem von Bohrungen, Aufnahmekegeln<br />
und Magneten für den Direct-Drive-Motor<br />
entstand eine kompakte und hochgenaue Systemlösung<br />
mit einem sehr kleinen Rund- und Planlauf, nämlich<br />
kleiner als 5 µm.<br />
www.rodriguez.de<br />
DREHGEBER IN PLATZSPARENDEM GEHÄUSE<br />
Posital hat<br />
Modelle seiner<br />
IXARC-Drehgeber<br />
mit 27 mm<br />
Gehäuselänge<br />
angekündigt.<br />
Diese reduzierte<br />
Länge, kombiniert<br />
mit einem Durchmesser<br />
von 36 mm, prädestiniert die Geräte für beengte<br />
Platzverhältnisse. Die radiale Kabeleinführung und die<br />
Wellenabdichtung haben Schutzart IP65 und gewährleisten<br />
den Betrieb unter nassen, schmutzigen Bedingungen.<br />
Es sind verschiedene Flansch- und Wellenkonfigurationen<br />
verfügbar, die Adapter und Sonderlösungen reduzieren.<br />
Die Drehgeber sind als inkrementelle oder absolute<br />
Singleturn-Version erhältlich. Inkrementelle Varianten<br />
sind programmierbar: Die Auflösung kann per Software<br />
von einem bis 16 384 Impulsen pro Umdrehung eingestellt<br />
werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften<br />
geändert werden müssen. Pulsrichtung und Ausgangstreiber<br />
können durch Software-Updates zurückgesetzt<br />
werden. Absolute Versionen sind mit Auflösungen von bis<br />
zu 16 Bit und sind mit Analog-, CANopen- oder SSI-<br />
Schnittstellen erhältlich.<br />
www.posital.de<br />
FLIESSENDER ÜBERGANG FÜR<br />
ERNEUERBARE ENERGIE<br />
Die SVTS-Schleifringe<br />
von Servotecnica<br />
sind eine<br />
Option für<br />
kleinere und<br />
mittlere Windkraftanlagen<br />
und<br />
kommen bei der<br />
Verstellung von<br />
Rotorblättern oder<br />
am drehbaren<br />
Übergang zwischen Gondel und Turm zum Einsatz.<br />
Ein SVTS A-Schleifring kann in einer Hohlwelle<br />
zwischen Windradnabe und Gondel platziert werden.<br />
Für die Stromübertragung stehen bis zu 56 Schleifringbahnen<br />
und Stromkreise bereit. Die gekapselten<br />
Schleifringe in IP51 sind kugelgelagert und in einem<br />
Gehäuse verbaut. SVTS A erreicht Drehzahlen bis zu<br />
250 min -1 und wird in Größen von <strong>12</strong>, 22 und 25 mm<br />
angeboten. Prädestiniert für den Einbau zwischen<br />
Turm und Gondel ist die mit einer Hohlwelle von 25<br />
bis 60 mm Durchmesser und acht Schleifringbahnen<br />
bis 20 A und 400 V ausgestattete Variante SVTS E.<br />
SVTS B überträgt Bussignale bei Kleinwindanlagen.<br />
Die Modelle bieten einen Steckschuhanschluss für die<br />
einfache Montage und bestehen aus acht Schleifringbahnen<br />
für Ströme bis 20 A.<br />
www.servotecnica.de<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 25
UMRICHTERTECHNIK<br />
FREQUENZUMRICHTER<br />
KEEP COOL!<br />
Die Frequenzumrichter der SD2x-Produktfamilie von Sieb & Meyer sind<br />
spezialisiert auf den Betrieb von Hochgeschwindigkeitsmotoren, die nur<br />
geringe Motorverluste erlauben. Bei ihrem Einsatz werden die<br />
umrichterbedingten Motorverluste signifikant reduziert. Neben der geringeren<br />
Motorerwärmung führt dies zu einem höheren Systemwirkungsgrad und<br />
somit auch zu einem reduzierten Energieverbrauch. Das wiederum erhöht die<br />
Bearbeitungsqualität und spart Kosten – ein Win-Win für den Anwender,<br />
der somit in der Tat „cool“ bleiben kann.<br />
Rolf Gerhardt Leiter Vertrieb Antriebselektronik<br />
bei der SIEB & MEYER AG, Lüneburg<br />
26 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
UMRICHTERTECHNIK<br />
„Circa 90 Prozent aller durch den Umrichter verursachten Verluste treten im Rotor auf und können<br />
für den Motor schädliche Erwärmung erzeugen“, erläutert Torsten Blankenburg, Vorstand<br />
Technik der Sieb & Meyer AG. „Hinzu kommt, dass das typbedingt geringe Rotorvolumen eines<br />
Hochgeschwindigkeitsmotors zusätzliche Temperaturprobleme erzeugt.“ Problem erkannt, Problem<br />
gebannt: Die Regelungsverfahren der SD2x-Frequenzumrichter von Sieb & Meyer führen<br />
zu einem geringen Anteil an harmonischen Frequenzen im Motorstrom. Die Verluste fallen im<br />
Vergleich zu Wettbewerbsprodukten um bis zu 90 % geringer aus; die Erwärmung des Motors<br />
wird entsprechend reduziert. Weitere Eigenschaften der geringeren Motortemperaturen sind<br />
eine höhere Lebensdauer der Kugellager sowie die positiven Auswirkungen auf die Bearbeitungsqualität.<br />
QUALITÄT DER MOTORSTRÖME VERBESSERN<br />
Doch was genau sind die Hintergründe und wie lässt sich die Qualität der Motorströme verbessern?<br />
„Dazu muss man wissen, dass alle Ströme, die von der idealen Sinusform abweichen,<br />
Verluste im Motor erzeugen“, so Blankenburg. „Dieser Motorstromanteil wird durch den Umrichter<br />
erzeugt und stellt sich als Ripple-Strom dar, der den sinusförmigen Motorstrom überlagert.“<br />
Der sich einstellende Ripple-Strom ist abhängig von der Schaltfrequenz, der Umrichter-DC-Spannung<br />
und – ganz entscheidend – von der Motorinduktivität. Kleine Induktivitäten<br />
führen zu großen Ripple-Strömen, was insbesondere bei schnelllaufenden Synchronmotoren<br />
ungünstig ist, da diese physikalisch bedingt sehr kleine Induktivitäten haben. Die entstehende<br />
Rotorerwärmung kann extreme Auswirkungen auf die Rotorstabilität, die Permanent-magnete<br />
und die Lagerung haben. Die Probleme treten vor allem bei hohen Nenndrehzahlen des Motors<br />
auf.<br />
Um dies zu vermeiden, werden bei Standard-Umrichtern mit Zwei-Level-Puls-Weiten-Modulation<br />
(PWM) und niedriger Schaltfrequenz häufig LC-Filter eingesetzt. Diese aus passiven elektronischen<br />
Komponenten individuell zusammengesetzten Lösungen ermöglichen es, entweder<br />
nur die Schaltflanken des vom Umrichter ausgegebenen Pulsmusters zu entschärfen (du/dt-<br />
Filter) oder sogar annäherungsweise sinusförmige Motorspannungen und Ströme zu erreichen.<br />
Wer LC-Filter einsetzt, muss jedoch mit zusätzlichen Kosten, zusätzlichem Platzbedarf und Gewicht<br />
sowie Einbußen im Wirkungsgrad rechnen. Auch gilt es, LC-Filter vorab für die jeweilige<br />
Applikation auszulegen – das kostet Zeit und Flexibilität.<br />
DREI-LEVEL-TECHNOLOGIE UND SCHALTFREQUENZERHÖHUNG<br />
Eine weitere Lösungsmöglichkeit besteht jedoch darin, die Schaltfrequenz für die PWM zu erhöhen.<br />
Wird sie verdoppelt, reduziert sich der Ripple-Strom in der Regel um die Hälfte. Technisch<br />
wie wirtschaftlich hat dies allerdings seine Grenzen. Zum einen sind schnell schaltende<br />
Leistungstransistoren im höheren Spannungsbereich teurer. Aber auch die Schaltverluste in<br />
der Endstufe nehmen zu, was sich ungünstig auf den Wirkungsgrad und damit auf den Kühlungsaufwand<br />
auswirkt. Außerdem reagieren nicht alle Motoren positiv auf eine Schaltfrequenzerhöhung.<br />
Baubedingt kommt es vor, dass eine Erhöhung der Schaltfrequenz nur wenig<br />
Verbesserungen in den Motorverlusten bringt. Dies ist hauptsächlich der Fall, wenn es sich um<br />
UMRICHTER MIT DREI-LEVEL-PWM<br />
Der Frequenzumrichter SD2M mit Drei-Level-Technologie konnte in den wenigen<br />
Jahren seit seiner Einführung bereits Erfolgsgeschichte schreiben: So hat Sieb & Meyer<br />
zum Beispiel im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Strömungsmaschinen – Turboblower,<br />
Turbokompressoren und Turbogeneratoren – vielzählige Neukunden für das<br />
Seriengeschäft gewonnen. Der Frequenzumrichter SD2M wird aber weiterhin auch für<br />
Anwendungen in Werkzeugmaschinen oder Prüfständen eingesetzt, wo er für Höchstleistung<br />
bei wenig Platzbedarf, geringen Systemkosten und einem hohen Wirkungsgrad<br />
sorgt. Die innovative Drei-Level-Technologie des Frequenzumrichters SD2M ist für<br />
Ausgangsleistungen bis 500 kVA und Drehfeldfrequenzen bis 2 000 Hz konzipiert. Als<br />
Basis für anwenderspezifische Entwicklungen hat Sieb & Meyer den SD2M leistungsseitig<br />
nochmals erweitert. So ist es nun möglich, individuelle Kundenlösungen mit<br />
Motorströmen von bis zu 800 A zu realisieren – wahlweise auf Grundlage einer<br />
Luft- bzw. Flüssigkeitskühlung.<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 27
UMRICHTERTECHNIK<br />
Neu bei Sieb & Meyer ist die SD4x-Geräteserie. 2022 wird die komplette<br />
Leistungspalette der SD4S-Varianten bereitstehen sowie<br />
der SD4M serienreif sein. Die Geräte unterstützen neue Schnittstellen<br />
und bieten eine Reihe von zusätzlichen Funktionen. Anwender<br />
sollen von höheren Drehzahlen und einer deutlich verbesserten<br />
Performance profitieren. SD4x-Geräte können dank<br />
eines integrierten Lagereglers jetzt auch eigenständige hochgenaue<br />
Positionierungen durchführen; Drehzahl- und Stromregler<br />
bleiben gegenüber der SD2x-Reihe konstant. „Unser Ziel bei diesen<br />
Geräten ist es, hochdrehende Motoren dynamisch und mit<br />
noch weniger Verlustleistung anzutreiben“, so Blankenburg.<br />
„Deshalb unterstützen wir nun auch PWM-Schaltfrequenzen<br />
von 24 und 32 kHz.“ Für eine noch feinere Modulierung des<br />
sinusförmigen Signals ist eine Kommutierungswinkel-Steuerung<br />
nun auch für 32, 48 und 64 kHz integriert. Dadurch ergibt sich<br />
ein nahezu optimaler Sinus, es treten so gut wie keine harmonischen<br />
Ströme mehr auf. Die durch die PWM verursachte Verlustleistung<br />
kann auf einen Bruchteil minimiert werden.<br />
„Die optimierte Performance, höhere Drehzahlen sowie die<br />
geringe Motorerwärmung ohne Sinusfilter – das sind die wesentlichen<br />
Vorteile der neuen SD4x-Produktfamilie“, fasst Blankenburg<br />
zusammen. „Die Verbesserungen werden es möglich machen,<br />
die Produktionsqualität bei bestehenden Anwendungen<br />
zu verbessern und darüber hinaus ganz neue Einsatzbereiche zu<br />
erschließen.“ Das Fazit: Egal in welcher Generation – mit den<br />
Frequenzumrichtern von Sieb & Meyer können Anwender der<br />
Motorerwärmung stets die kühle Schulter zeigen.<br />
Fotos: Sieb & Meyer<br />
www.sieb-meyer.de<br />
DIE IDEE<br />
Mit einer Kombination aus einer Schaltfrequenzerhöhung<br />
und der Drei-Level-Technologie, auf der der Frequenzumrichter<br />
basiert, sollen sich die im Rotor entstehenden Verluste<br />
um bis zu 90 % senken lassen<br />
Synchronmotoren handelt, in denen keine Segmentierung der<br />
Permanentmagnete vorliegt.<br />
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Drei-Level-Technologie<br />
einzusetzen, auf der z. B. der Frequenzumrichter SD2M basiert.<br />
Dabei werden die Leistungshalbleiter der Endstufen technologiebedingt<br />
nur mit der Hälfte der Spannung beaufschlagt, wie sie bei<br />
der Zwei-Level-Technologie vorkommen. Somit ist es möglich,<br />
mit Leistungshalbleitern zu arbeiten, die für wesentlich geringere<br />
Spannungen ausgelegt sind und damit (technologiebedingt)<br />
auch noch schneller schalten. Das Resultat: In der Endstufe entstehen<br />
weniger Schaltverluste und die Schaltfrequenz lässt sich<br />
deutlich erhöhen. Gleichzeitig wird der Motor im Vergleich zur<br />
Zwei-Level-Technologie nur mit 50 % der Spannungssprünge belastet.<br />
Allein durch den Einsatz der Drei-Level-Technologie lassen<br />
sich die im Rotor entstehenden Verluste um ca. 75 % reduzieren.<br />
Nutzt man nun beides, Drei-Level-Technologie und<br />
Schaltfrequenzerhöhung, lassen sich die im Rotor entstehenden<br />
Verluste um bis zu 90 % senken. LC-Filter können dann häufig<br />
komplett entfallen.<br />
NEUE GERÄTEGENERATION MIT VIELEN<br />
NÜTZLICHEN FEATURES<br />
„Ca. 90 % aller durch den Umrichter<br />
verursachten Verluste treten im<br />
Rotor auf und können für den Motor<br />
schädliche Erwärmung erzeugen.<br />
Anders ist das bei den Frequenzumrichtern<br />
von Sieb & Meyer: Spezielle<br />
Hardwareausprägungen und<br />
Regelungsverfahren führen bei<br />
diesen Geräten zu einem geringen<br />
Anteil an schädlichen Frequenzen im<br />
Motorstrom. Die Verluste fallen im<br />
Vergleich zu Wettbewerbsprodukten<br />
um bis zu 90 % geringer aus; die<br />
Erwärmung des Motors wird<br />
entsprechend reduziert.“<br />
Rolf Gerhardt,<br />
Leiter Vertrieb Antriebselektronik,<br />
Sieb & Meyer AG<br />
28 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
INTEGRIERTE DIREKTANTRIEBE JETZT AUCH<br />
MIT ETHERNET/IP<br />
Die Direktantriebe<br />
PSD von<br />
Halstrup-Walcher<br />
sind ab sofort<br />
auch mit Ethernet/IP<br />
verfügbar.<br />
Bislang waren die<br />
Antriebe, in die<br />
der Hersteller alle<br />
relevanten<br />
Teilsysteme zur automatischen Formatverstellung<br />
integriert hat, mit CANopen, IO-Link, PROFINET und<br />
EtherCAT lieferbar. Der Wechsel zwischen verschiedenen<br />
Busschnittstellen ist damit auch bei der PSD-Reihe<br />
flexibel möglich. Neben Ethernet/IP werden weitere<br />
Varianten und Optionen angeboten, wie etwa Leistungsdaten<br />
von 1 bis 8 Nm Nenndrehmoment (zum Teil mit<br />
Vorsatzgetriebe) bei maximalen Drehzahlen bis zu<br />
1 000 U/min. Darüber hinaus sind verschiedene Bauformen<br />
erhältlich, bei denen die Ausrichtung der Anschlüsse<br />
Winkelgetriebe hinfällig macht. Anwender können<br />
zwischen Schutzart IP50 und IP65 wählen sowie eine<br />
Kupplung ersetzende 8 oder 14 mm Hohlwelle nutzen.<br />
Ihre Nenndrehzahl prädestiniert die Direktantriebe für<br />
häufige Formatverstellungen in Verpackungsmaschinen,<br />
Abfüllanlagen und Holzbearbeitungsmaschinen.<br />
www.halstrup-walcher.de<br />
KRAFTMESSUNG PER RETROFIT DIREKT<br />
IMPLEMENTIERT<br />
Das Unternehmen<br />
GTM präsentiert ein<br />
patentiertes Kraftaufnehmerkonzept,<br />
über das sich<br />
Sensoren ohne<br />
weitere konstruktive<br />
Maßnahmen<br />
nachträglich integrieren<br />
lassen.<br />
Typische Anwendungen sind die Kraftmessung in<br />
Schlittenführungen von Zerspanungsmaschinen oder<br />
die Messung von Lasten auf Führungen. Der einseitig<br />
geschlitzte Zylinder erfasst per Schubspannungs-Prinzip,<br />
sodass entstehende Kräfte für einen Nennkraftbereich<br />
von 20 bis 200 kN sowohl in Zug- als auch in<br />
Druckrichtung gemessen werden können. Der Kraftaufnehmer<br />
ist mit einer großzügigen Durchführung in der<br />
Längsachse ausgestattet, um ihn über einer (Gewinde-)<br />
Stange oder einem Profil zu montieren. Die „Easy-to-<br />
Integrate“-Lösung wird als Flanschvariante mit Stirnsenkungen<br />
oder mit Gewindebohrungen auf verschiedenen<br />
Durchmessern angeboten. Der Kraftaufnehmer ist<br />
torsionssteif gegenüber einer axialen Verdrehung um<br />
die Längsachse. Aufgrund der zwangsgeführten Einbaubedingungen<br />
des Kraftaufnehmers sind Genauigkeiten<br />
bis 1 % möglich.<br />
www.gtm-gmbh.com<br />
AUF FÜNF LEISTUNGSSTUFEN<br />
BIS 22 KW ERWEITERT<br />
Nord Drivesystems kündigt eine neue Generation an Schaltschrankumrichtern<br />
im Booksize-Format an: Nordac Pro<br />
SK 500P bietet einen erhöhten Funktionsumfang und deckt<br />
einen Leistungsbereich von 0,25 bis 22 kW ab. Das Spektrum<br />
wird durch die Leistungsstufen 7,5 und 11 kW in vier Ausstattungsvarianten<br />
aufgestockt. 15, 18,5 und 22 kW kommen<br />
nun als Advanced-Ausführung mit Optionsbaugruppen zur<br />
Schnittstellenerweiterung auf den Markt. Die neuen Baugrößen<br />
des Nordac Pro SK 500P sind ab Frühjahr 2022 erhältlich.<br />
Dann deckt die Umrichter-Reihe den Leistungsbereich von<br />
0,25 bis 22 kW ab. Neu sind die integrierte Multi-Protokoll-<br />
Ethernet-Schnittstelle, das Multi-Geber-Interface für Mehrachsbetrieb,<br />
eine USB-Schnittstelle zum spannungsfreien<br />
Parametrieren und eine verbesserte Motorregelung. Gegenüber<br />
der Nordac Pro SK 500E-Serie wird zudem die Zahl der<br />
Gerätevarianten reduziert. Die neuen Umrichter übernehmen<br />
die Nordac-Parameterstruktur und sind physisch und<br />
funktionell abwärtskompatibel.<br />
www.nord.com<br />
LEISTUNGSSTARKE LEICHTGEWICHTE:<br />
MEHRSTUFEN-VAKUUMERZEUGER<br />
Bei der Handhabung<br />
von Werkstücken<br />
mittels Vakuumtechnologie<br />
spielen neben<br />
hoher Leistung,<br />
Prozesssicherheit und<br />
Energieeffizienz auch<br />
ein geringes Gewicht<br />
eine große Rolle. Wie<br />
dieser Spagat gelingt,<br />
zeigt SMC mit den leichten Mehrstufen-Vakuumerzeugern<br />
der Serie ZL3/ZL6. Dank einer neuen Düsenkonstruktion mit<br />
3-Stufen-Diffusor wird der Saugvolumenstrom bei gleichbleibender<br />
und damit energieeffizienter Druckluftzufuhr<br />
deutlich erhöht und erreicht ein Maximum von 300 l/min<br />
(ZL3) und 600 l/min (ZL6), jeweils ANR. Optional kann die<br />
Serie mit Energiesparfunktion ausgestattet werden – die<br />
Druckluftversorgung schaltet dann automatisch ab, sobald<br />
der gewünschte Vakuumwert erreicht wurde. Das Gewicht<br />
konnte im Vergleich zu vorherigen Modellen um bis zu 44 Prozent<br />
verringert werden (z. B. ZL3: 390 g vs. bisheriges ZL2<strong>12</strong>:<br />
700 g). Zudem erreichen Anwender dank einer Einstellnadel<br />
zur Regulierung des Abblasimpulses unter anderem das<br />
schonende Lösen empfindlicher Bauteile – für mehr Prozesssicherheit<br />
und ein präzises Teilhandling bei einer individuell<br />
abgestimmten Anlage.<br />
www.smc.de<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 29
ELEKTROMOTOREN<br />
TROMMELMOTOREN<br />
ALLES IN BUTTER<br />
Butterverpackungsmaschinen für<br />
Großgebinde der WAL Mess- und<br />
Regelsysteme GmbH müssen hohen<br />
Hygieneanforderungen gerecht werden.<br />
Deshalb setzt der Hersteller bei Antrieben<br />
für die Zulauf- und Auslaufförderbänder<br />
auf Trommelmotoren von Rulmeca mit<br />
hoher IP-Schutzklasse gegen das<br />
Eindringen von Wasser.<br />
Andreas Flies ist Sales Manager Unit Handling bei der<br />
Rulmeca Germany GmbH in Aschersleben<br />
Das Unternehmen WAL Mess- und Regelsysteme entwickelt<br />
Systeme zur Automatisierung der Butterherstellung.<br />
Angefangen hat man mit Lösungen zur Messung<br />
des Wassergehalts in Butter. Später hinzu kamen automatisierte<br />
Butterungsmaschinen sowie Verpackungsmaschinen<br />
für Großgebinde. Letztere sind heute ein Kernprodukt des Unternehmens,<br />
das weltweit – unter anderem bei irischen und neuseeländischen<br />
Butterproduzenten – zum Einsatz kommt. Zielkunden<br />
sind Molkereien und international agierende Butterhersteller, die<br />
25 kg schwere Großgebinde zur längerfristigen Einlagerung in<br />
Tiefkühlhäusern sowie zum Weitertransport an lokale Abpackbetriebe<br />
einsetzen. Diese stellen letztlich die kleinen Butterpäckchen<br />
her, die Verbraucher im Einzelhandel finden. Auch große<br />
Lebensmittelproduzenten wie Croissanthersteller zählen zu den<br />
Abnehmern solcher Gebinde.<br />
KONSEQUENTE MODULBAUWEISE<br />
Die Verpackungsmaschine für Großgebinde von WAL ist modular<br />
ausgelegt, wodurch sie sich an unterschiedlich große Butterungsmaschinen<br />
anbinden lässt. Die Bandbreite der auf dem Markt im<br />
Einsatz befindlichen Maschinen reicht von 1 bis 20 t Butter pro<br />
Stunde. All diese unterschiedlichen Auslegungen lassen sich bedarfsgerecht<br />
skaliert mit nur einem einzigen Maschinendesign<br />
bedienen. Bis zu fünf der jeweils maximal vier Tonnen pro Stunde<br />
verpackenden Füllstationsköpfe können hierzu parallel betrieben<br />
werden.<br />
Zweites Merkmal ist die präzise Abfülltechnik. WAL sorgt dafür,<br />
immer mindestens 25 kg abzupacken und oberhalb dieses Gewichts<br />
den Mittelwert der Gewichtschwankungen in einem Korridor<br />
von kleiner fünf Gramm zu halten. Dies entspricht einer Abweichung<br />
von nur 0,02 %.<br />
Hohe Qualitätsansprüche stellt WAL auch an alle im Einsatz<br />
befindlichen Komponenten, die – lebensmittelgerecht – hohe<br />
Hygieneanforderungen erfüllen müssen. Zudem müssen sie auch<br />
wassergeschützt sein, da es in Molkereibetrieben üblich ist, die<br />
Maschinen regelmäßig mit einem Wasserschlauch zu reinigen.<br />
Bei Antrieben für die Zulauf- und Auslaufförderbänder setzt WAL<br />
deshalb auf Trommelmotoren mit hoher IP-Schutzklasse gegen<br />
das Eindringen von Wasser.<br />
30 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
ELEKTROMOTOREN<br />
HYGIENE IST OBERSTES GEBOT<br />
Bei einer Auslegung mit seitlichem Aufsteckgetriebemotor gibt es keine glatten<br />
Oberflächen, sondern viele Ecken die man nicht gut reinigen kann. Im Laufe der<br />
Jahre kann sich deshalb Schmutz ansammeln und Schimmel ausbilden. Den<br />
möchte natürlich niemand in der Lebensmittelproduktion haben, da er ein bakteriologisches<br />
Risiko darstellt. All das gibt es beim Trommelmotor nicht, weil er<br />
in die Umlenktrommel integriert ist, die man ohnehin für die Konstruktion benötigt.<br />
Einzig ein Kabel wird ausgeführt. Ansonsten ist der Motor hermetisch<br />
geschlossen und bietet hohe Schutzarten – bis hin zu IP66/69plus – um selbst<br />
intensiven Reinigungsmethoden mit Fettlösern standhalten zu können. Mindestens<br />
zweimal die Woche gründlich zu reinigen ist bei den zumeist 24/7 betriebenen<br />
Verpackungsmaschinen Usus.<br />
Ein weiteres Einsatzfeld für Trommelmotoren hat WAL zudem auch beim<br />
Handling der Folie gefunden, die in die Pappkartons eingeschlagen wird, bevor<br />
die Butter in die 25 kg Gebinde gepresst wird. Sie muss von einer Rolle aus der<br />
Maschine zugeführt und dann in der Länge geschnitten werden, um anschließend<br />
um den Füllkopf gefaltet und in den Karton gedrückt zu werden. Die Folienvorlage<br />
vor dem Einzug in die Maschine erfolgt mittels vollflächig gummiertem<br />
Trommelmotor und einer die Folie wie bei einer alten Schreibmaschine<br />
einspannend aufliegenden Andruckrolle.<br />
WENIGER IST MEHR<br />
Die Trennung des Abrollens der Folie vom Einziehen in die Maschine hat seinen<br />
Grund. Wäre dies nicht der Fall, müssten die 100 kg schweren Folienrollen sehr<br />
schnell beschleunigt und wieder gestoppt werden, was massiv leistungsfähigere<br />
Antriebs- und Bremstechnik erfordern oder mit einfachen Mitteln zu lange dauern<br />
würde. Deshalb legt der Trommelmotor jeweils ein Stück der Folie vor. Der<br />
Einzug erfolgt sodann in Bruchteilen einer Sekunde mittels von Servomotoren<br />
angetriebenen pneumatischen Greifern. Infolge wird die Folie geschnitten und<br />
dem anschließenden Umwicklungsprozess zugeführt, während der Trommelmotor<br />
wieder vergleichsweise langsam neue Folie nachlegt.<br />
Aufgrund der All-in-One Konstruktion des Trommelmotors lässt sich dieser<br />
leicht reinigen und ist damit HACCP konform auch für CIP (Clean in Place) Prozesse<br />
geeignet. Außerdem erfüllt der Motor alle Anforderungen an Verordnungen<br />
wie die EU-Verordnung 2020/45 (10/2011) sowie die Hygienestandards<br />
FDA, USDA, 3-A und EHEDG.<br />
SCHUTZKLASSE IP66/69PLUS<br />
Zum Einsatz kommen bei WAL Edelstahl-Trommelmotoren von Rulmeca, die<br />
das Unternehmen in der für die Applikation jeweils passgenauen Konfiguration<br />
liefert: Der 80er Motor für die Abwicklung der Folie hat eine vollflächige NBR-<br />
Gummierung. Der 113er Motor für die Zu- und Anführung der Kartons hat eine<br />
Passfeder zur Montage von Aufsteck-Kettenrädern, mit denen die Modulbänder<br />
des Herstellers Unichains angetrieben werden. Letztere Motorkonfiguration ist<br />
mit einer Winkelverschraubung ausgestattet, die einen Kabelanschluss im<br />
90 Grad Winkel ermöglicht, was in dieser Konstruktion die Gefahr eines Kabelbruchs<br />
reduziert. Kettenräder kommen übrigens immer dann zum Einsatz,<br />
wenn das Modulband für eine vollflächige Formgummierung zu engmaschig ist.<br />
Rulmeca-Trommelmotoren haben zudem die Schutzklasse IP66/69plus. Das<br />
entscheidende Plus bei dieser Schutzklasse ist die Tatsache, dass die Schutzart<br />
IP66/69 auch im laufenden Betrieb bei gespanntem Gurt getestet wurde, während<br />
Schutzarten ohne plus bei ausgeschaltetem Motor rein statisch und vor<br />
allem ohne einseitigen Zug auf die Dichtung erfolgt, wodurch einfache Dichtungen<br />
durch den Zug weniger dicht sein können.<br />
Das Unternehmen setzt auf eine einfach gebaute Reibschlussdichtung aus<br />
PTFE. Im Dichtungsbereich ist der Achszapfen hierfür durch Rollieren oberflächenvergütet<br />
worden. Bei normalen gedrehten Dichtungen entstehen feine<br />
Gewinderiefen, durch die Flüssigkeiten bei Rotation wandern können, wie ein<br />
Tonabnehmer über eine Schallplatte. Dieser Effekt tritt bei den Trommelmotoren<br />
von Rulmeca nicht auf und macht sie dadurch sicher gegen das Ein- und<br />
Austreten von Flüssigkeiten und damit hygienischer.<br />
Fotos: Rulmeca<br />
www.rulmeca.com<br />
Bei der Butterverpackungsmaschine kommen<br />
Trommelmotoren aus Edelstahl mit vollflächiger<br />
Gummierung zur Folienabwicklung zum Einsatz,<br />
wodurch die Konstruktion auf die Antriebsrolle<br />
reduziert wird<br />
DIE IDEE<br />
„Da es in Molkereibetrieben üblich<br />
ist, Maschinen regelmäßig mit<br />
einem Wasserschlauch zu reinigen,<br />
muss die Antriebstechnik möglichst<br />
hohen Schutz bieten. Trommelmotoren<br />
bieten hierzu eine komplett<br />
geschlossene All-in-One<br />
Konstruktion. Zudem können unsere<br />
IP 66/69plus geschützte Trommelmotoren<br />
bei Verschmutzung<br />
Clean-in-Place (CIP) mit Fettlösern<br />
und Hochdruck erstmals auch bei<br />
laufendem Betrieb und mit aufgespanntem<br />
Gurt, der seitlichen<br />
Druck auf die Dichtung ausübt,<br />
gereinigt werden.“<br />
Detlef Wölbern, Geschäftsführer,<br />
WAL Mess- und Regelsysteme GmbH<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 31
SPECIAL: HYBRIDE ANTRIEBSTECHNIK<br />
HYBRIDES LINEARANTRIEBSSYSTEM<br />
PUNKTGENAUE ZUVERLÄSSIGKEIT<br />
FÜR CNC-MASCHINEN<br />
Bend-Tech ist ein im US-Bundesstaat Wisconsin beheimatetes,<br />
auf CNC-Rohrschneidemaschinen und Biegesysteme<br />
spezialisiertes Unternehmen. Der Hersteller hat mit Hilfe einer<br />
Hybrid-Linearantriebstechnologie von Thomson Industries ein<br />
effizientes und wirtschaftliches Schneid-, Markierungs- und<br />
Gravursystem für Stahlrohre konzipiert.<br />
Hans Dahlen ist Product Line Manager Systems bei Thomson Industries, Inc.<br />
32 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
SPECIAL: HYBRIDE ANTRIEBSTECHNIK<br />
Die plasmabasierten Schneid-, Markierungs- und<br />
Gravursysteme von Bend-Tech werden vor allem von<br />
Metallverarbeitungsbetrieben genutzt, um Rohre<br />
mit hoher Geschwindigkeit und ebensolcher Präzision<br />
zu schneiden. Auf diese Weise steigern sie ihre Produktionskapazitäten<br />
und damit letztlich ihre Wirtschaftlichkeit,<br />
indem sie üblicherweise ausgelagerte Arbeiten im eigenen<br />
Werk durchführen.<br />
Der Löwenanteil der Geschäftstätigkeiten von Bend-Tech<br />
konzentriert sich auf zwei Marktsegmente. Viele der Anwender<br />
sind Hersteller von individuell gefertigten Handläufen an<br />
gewerblichen und öffentlichen Gebäuden. Sie profitieren<br />
vom anhaltenden Bauboom und einem allgemein gestiegenen<br />
Sicherheitsbedürfnis. Das größte Wachstumspotential<br />
bilden jedoch Werkstätten, die Fahrzeuge wie Geländebuggys,<br />
Rennwagen und Jeeps für den Offroad-Motorsport umbauen.<br />
DER PREIS MUSS STIMMEN<br />
Das zuerst auf den Markt gebrachte plasmabasierte Schneid-,<br />
Markierungs- und Gravursystem Dragon A250 konnte den<br />
Anforderungen der Massenproduktion nicht standhalten.<br />
Daher konzipierte Bench-Tech mit dem Dragon A400 ein<br />
größeres System, das praktisch alle Anforderungen bewältigte.<br />
Allerdings taten sich einige Anwender damit schwer, einen<br />
rund dreifachen Preis im Vergleich zur Dragon A250 finanziell<br />
zu rechtfertigen.<br />
„Wir brauchten ein Produkt, das die Lücke ausfüllte“,<br />
berichtet TJ Merry, Produktionsleiter bei Bend-Tech. „Wir<br />
wussten, welches Preissegment wir anvisieren wollten, und<br />
mussten unsere Herstellungskosten im Prinzip halbieren,<br />
ohne aber die Produktionsqualität zu gefährden.“<br />
EINSPARPOTENTIALE AUFDECKEN<br />
Die Dragon-Maschinen von Bend-Tech bestehen aus drei<br />
Hauptkomponenten: einem Grundrahmen, einem Schneidund<br />
Markierwerkzeugkopf und einem softwaregeregelten<br />
Betätigungssystem, das die Werkzeugbewegung steuert.<br />
Nachdem beschlossen wurde, an den neu zu entwickelnden<br />
Systemen auf einige Funktionen zu verzichten, wurden die<br />
Einsparmöglichkeiten an den Linearantrieben ins Auge<br />
gefasst.<br />
„Thomson hat die Linearsysteme entwickelt, mit denen<br />
wir die Achssteuerung an unserer A400 realisiert haben. Also<br />
haben wir dort nach Ideen gefragt, wie wir ein System auf<br />
Produktionsebene zu einem günstigeren Preis herstellen<br />
können“, so Merry weiter. „Parallel haben wir auch bei ande-<br />
01 Die Antriebseinheit integriert einen<br />
Schrittmotor-Linearantrieb in die<br />
bisher verwendete Linearachse mit<br />
Kugelgewindetrieb – die Linearachsen<br />
bewegen den Plasmaschneidbrenner und die<br />
Markierungswerkzeuge, die hinter der rechts<br />
zu sehenden roten Platte angebracht sind<br />
01<br />
02 Die CAD/CAM-Software des plasmabasierten<br />
Schneid-, Markierungs- und<br />
Gravursystems wird mit Konstruktionsparametern<br />
vorprogrammiert, die das<br />
Linearantriebssystem ansteuern und somit die<br />
Bewegungen der Lineareinheit und deren<br />
Wiederholgenauigkeit bestimmen<br />
02<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 33
SPECIAL: HYBRIDE ANTRIEBSTECHNIK<br />
ren Linearsystem-Anbietern angefragt, aber Thomson hatte die passende<br />
Lösung für uns.“<br />
Diese Lösung umfasste eine kleinere, vereinfachte Ausführung des für<br />
die Aktorik der A400 konstruierten Systems, jedoch mit einem völlig andersartigen<br />
Antriebsmechanismus. In einer A400 arbeiten zwei Thomson<br />
2DB-Lineareinheiten, die in einer Kreuzkonfiguration miteinander verschraubt<br />
sind, um die A- und Z-Achse zu betätigen. Die eine Einheit positioniert<br />
den Werkzeugkopf auf der horizontalen Ebene, während die<br />
andere die Schneid-, Markier- und Gravurwerkzeuge auf einer vertikalen<br />
Achse auf- und abbewegt. Betätigt werden die Achsen jeweils von einem<br />
610-mm-Kugelgewindetrieb mit Schrittmotor. Bedingt durch die Länge<br />
der Spindel sind Stützlager an beiden Enden notwendig, während eine<br />
spezielle Kopplung die Verbindung mit dem Schrittmotor herstellt.<br />
VERWENDUNG NUR WENIGER BAUTEILE<br />
Für die neue Dragon A250 begann Thomson mit einer kürzeren Welle: Ein<br />
280-mm-Gewindetrieb mit 152-mm-Antrieb machte die Abstützungen an<br />
beiden Enden überflüssig. Somit konnten die Ingenieure einen Schrittmotor-Linearantrieb<br />
mit angetriebener Spindel (SMLA) spezifizieren,<br />
dessen im Motor integrierte Lager die Last tragen. Und da Spindel und<br />
MLS-Rotor ein und dasselbe Bauteil sind, kann auch die externe Ankopplung<br />
der Spindel an den Motor entfallen.<br />
„Die Art und Weise, wie Thomson die Komponenten konstruiert hat, ist<br />
raffiniert“, sagt Merry. „Sie halten die Kosten im Zaum, indem sie mit<br />
wenigen Bauteilen auskommen. Die Verwendung eines Motors mit<br />
integrierter Spindel anstelle eines Kugelgewindetriebs eliminiert die<br />
Kosten zur Verbindung von Spindel und Motor sowie der zugehörigen<br />
Stützvorrichtungen.“<br />
REDUZIERTE KOSTEN FÜR HOHE<br />
WIEDERHOLGENAUIGKEIT<br />
Im Betrieb ist das Betätigungssystem an einem Windows-PC angeschlossen,<br />
auf dem die CAD/CAM-Software läuft, in der die Konstruktionsparameter<br />
wie Längen, Biegewinkel, Drehungen und Werkstoffeigenschaften<br />
für jeden Anwender abgelegt sind. Das Achssteuerungssystem ruft diese<br />
Informationen ab und führt eine vorprogrammierte Sequenz durch,<br />
sodass sich das Werkzeug automatisch von Plasmaschneiden auf andere<br />
Funktionen der Teilebearbeitung umschalten lässt. Sowohl für die A400<br />
als auch für die A250 müssen alle Schnitte und Markierungen eine Toleranz<br />
von ±0,25 mm einhalten.<br />
Positionssensoren, die einen Nullpunkt festlegen und jede Abweichung<br />
davon erkennen, sorgen für diese hohe Präzision. In der A400<br />
ragten diese Sensoren seitlich aus der Lineareinheit heraus. Die gesamte<br />
Verkabelung befand sich in einem handgriffartig geformten Gehäuse aus<br />
extrudiertem Aluminium, das über die komplette Länge der Einheit verlief.<br />
Demgegenüber hat Thomson im Design der A250 die gesamte Mimik<br />
der Endlagenschalter in die Systemelektronik zusammengeführt, eine<br />
Aufnahmetasche in den Endblock eingearbeitet und eine Gewindebohrung<br />
vorgesehen, in die sich der Sensor einschrauben lässt. Die Realisierung<br />
der geforderten Genauigkeit auf diese Weise ohne externe Anbauten<br />
soll eine weitere Reduzierung der Systemkosten ermöglichen.<br />
Ein weiterer Faktor der laut Merry „punktgenauen“ Zuverlässigkeit ist<br />
die vorgespannte Trapezgewindemutter. Die werksseitige Ausrichtung<br />
der Spindel und der Mutter aus Polymer-Verbundwerkstoff resultiert in<br />
einem deutlich geringeren Axialspiel verglichen mit dem Original-Gewindetrieb,<br />
der eine Standard-Spritzgussmutter verwendet.<br />
Fotos: Thomson<br />
www.thomsonlinear.com<br />
DIE IDEE<br />
„Thomson steht seit Jahrzehnten für<br />
Innovationen und anwendungstechnisches<br />
Know-how in der<br />
Lineartechnik. Unsere vielfältigen<br />
lineartechnischen Lösungen, die aus<br />
einem breiten Sortiment an<br />
Führungs- und Antriebssystemen<br />
bestehen, lassen sich kosteneffizient<br />
konfigurieren und bewähren<br />
sich in rauen Umgebungen, bei<br />
hohen Geschwindigkeiten und in<br />
Systemen mit höchster Präzision.<br />
Dies ermöglicht es uns, unseren<br />
Kunden ein optimales Verhältnis<br />
zwischen Leistung, Lebensdauer und<br />
Betriebskosten für ihre Anwendung<br />
anzubieten.“<br />
Hans Dahlen, Product Line Manager<br />
Systems, Thomson Industries, Inc<br />
34 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
TEMPERATUR UND VIBRATIONEN<br />
ZEITGLEICH MESSEN<br />
Der Sensor AiSys VibroTherm von ASC misst<br />
nicht nur Vibrationen, sondern auch die<br />
Öltemperatur an Lagern und Getrieben. Das<br />
smarte System ist kompakter als Einzelsensoren<br />
und wertet die Messdaten selbst aus. Die<br />
Sensorlösung eignet sich deshalb für Condition<br />
Monitoring. Durch die Verbindung von Schwingungs-<br />
und Temperaturmessung lässt sich ein<br />
verändertes Lager- oder Getriebeverhalten<br />
frühzeitig erkennen. Ein Temperatursensor<br />
alleine würde unter Umständen nicht ausreichen,<br />
um rechtzeitig vor einem Verschleiß von<br />
Lagern oder Getrieben zu warnen. Das smarte<br />
Sensorsystem erfasst deshalb zusätzlich<br />
Beschleunigungen, anhand derer dann Vibrationen und<br />
Schwingungen ermittelt werden.<br />
www.asc-sensors.de<br />
SOFTWAREGESTÜTZTE ZAHNRADFERTIGUNG<br />
UND -MESSUNG<br />
Die KISSsoft-Zahnradauslegungssoftware<br />
unterstützt die Zusammenarbeit<br />
und den Datenaustausch<br />
zwischen Berechnungs-, Fertigungs-<br />
und Qualitätssicherungsingenieuren.<br />
So verbindet der<br />
„Design-Manufacture-Measure“-<br />
Loop die Zahnradherstellung und<br />
Messtechniklösungen zu einem<br />
gesamtheitlichen Prozess. Um die<br />
Auswirkung von Fertigungsabweichungen<br />
vorhersagen zu können, wird die gemessene Flankentopographie<br />
in KISSsoft importiert. Mithilfe der Kontaktanalyse<br />
lässt sich das Laufverhalten überprüfen, entweder als Zahnradpaar<br />
oder im Antriebsstrang. Dies erlaubt einen Vergleich<br />
zwischen Soll- und Ist-Zustand.<br />
www.kisssoft.com<br />
STÜLPBAR, VERFORMUNGSRESISTENT UND WIEDERVERWERTBAR<br />
Die Schutznetze, Netzschutzkappen und -matten von Norelem schützen Komponenten<br />
mit empfindlichen Oberflächen auch im gestapelten Zustand. Feuchtigkeitsstaus werden<br />
durch das Zirkulieren von Luft verhindert. Die Schutzkomponenten sind resistent gegen<br />
Verformung, leicht zu reinigen und bei differierenden Geometrien wiederverwendbar. Die<br />
in Durchmessern von 7 bis 600 mm als Rollenware lieferbaren, aus Polyethylen gefertigten<br />
Schutznetze empfehlen sich unter anderem für schwere Wellen mit empfindlicher<br />
Oberfläche. Sie werden über das Bauteil gestreift, eine Fixierung ist nicht erforderlich.<br />
Prädestiniert für Komponenten mit spitzem Ende sind Netzschutzkappen aus Polyethylen,<br />
die in Durchmessern von 8, 10 und 15 mm erhältlich sind. Netzschutzmatten eignen sich<br />
als Zwischenlage beim Stapeln von Kisten oder Paletten. Sie dienen als Stoßdämpfer, sorgen für eine gleichmäßige Druckverteilung<br />
und sind als Rollenware oder Zuschnitt verfügbar. Die Temperaturbeständigkeit liegt bei 110 respektive 130 °C.<br />
www.norelem.de<br />
IMPRESSUM<br />
erscheint <strong>2021</strong> im 60. Jahrgang,<br />
ISSN 0722-8546 / ISSN E-Paper: 2747-7991<br />
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www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 35
SPECIAL: HYBRIDE ANTRIEBSTECHNIK<br />
HYBRIDLEITUNGEN<br />
SICHERE ENERGIE- UND<br />
DATENÜBERTRAGUNG VEREINT<br />
Klein, kompakt und schnell sollen Motoren sein. Um Platz zu sparen, setzen immer mehr<br />
Antriebshersteller auf Hybridtechnologie. Daher hat Igus sein Sortiment an Hybridleitungen<br />
mit einem Kabel speziell für Motoren von SEW mit der Movilink DDI Schnittstelle ausgebaut.<br />
Hybridleitungen für die Antriebstechnik zeichnen sich<br />
dadurch aus, dass sie die Energie- und Datenübertragung<br />
in einer Leitung kombinieren. Die Folge: Die Anzahl<br />
der benötigten Leitungen halbiert sich. Im Fall der<br />
neuen SEW Motoren mit Movilink DDI Schnittstelle verwendet<br />
der Antriebshersteller für die Datenübertragung der Motorinformationen<br />
ein Koaxelement. Um die kompakten Motoren auch in<br />
der Bewegung sicher mit Energie und Daten versorgen zu können,<br />
hat Igus jetzt eine neue Hybridleitung entwickelt.<br />
„Die besondere Herausforderung bei Leitungen mit Koaxelementen<br />
besteht darin, dass sie bei hohen Dynamiken schnell<br />
störungsanfällig werden. Daher haben wir es uns zur Aufgabe<br />
gemacht eine langlebige und flexible Leitung zu entwickeln, die<br />
auch in der Bewegung zuverlässig funktioniert“, so Andreas<br />
Muckes, Leiter Produktmanagement Chainflex Leitungen bei<br />
der Igus GmbH. Der Motion Cable Spezialist kann dazu auf seine<br />
über 20-jährige Expertise im Bereich der Koaxleitungen für<br />
hochdynamische Anwendungen zurückgreifen. Für die neue<br />
Hybridleitung CF280.UL.H207.D wurden jetzt vier Energieadern<br />
mit einer Koaxialader und zwei Steuerpaaren zusammengeführt.<br />
Mit der Zusammenlegung von zwei Leitungen in eine können<br />
Anwender 40 % Platz in der Energiekette sparen. Zeitgleich reduziert<br />
sich das Gewicht, welches vom System angetrieben werden<br />
muss, wodurch weniger Energie verbraucht wird. Die neue Leitung<br />
mit PUR-Außenmantel ist einsetzbar für Anwendungen mit<br />
einem Biegefaktor von bis zu 15 × d und eignet sich daher für unterschiedlichste<br />
Branchen – von der Werkzeugmaschine, über<br />
Material Handling bis hin zur Automobilindustrie.<br />
HYBRIDLEITUNGEN IM TREND<br />
Mit bereits 28 unterschiedlichen Leitungstypen für Motoren<br />
von Siemens, Beckhoff, SEW oder auch Bosch Rexroth hat Igus<br />
ein großes Portfolio an Hybridleitungen für die Energiekette ab<br />
Lager. Igus verfügt über 28 unterschiedliche Leitungstypen für<br />
Motoren von Siemens, Beckhoff, SEW oder auch Bosch Rexroth.<br />
Mit der Erweiterung der CF280 Serie verfolgt Igus den anhaltenden<br />
Trend der Hybridtechnologie. Das Unternehmen bietet<br />
zudem seine CF280-Leitungsserie auch mit einem PVC-Außenmantel<br />
als CF220 an. So sollen sich zusätzlich Kosten im Segment<br />
der Hybridleitungen senken lassen. Die Chainflex Leitungen<br />
können konfektioniert oder als Meterware bezogen werden.<br />
Wie auf all seine Leitungen vergibt auch Igus auf die neue<br />
SEW Hybridleitung eine Garantie von bis zu 36 Monaten.<br />
Fotos: Igus<br />
www.igus.de<br />
36 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
ROBUSTE KRAFTPAKETE FÜR SCHWERE LASTEN<br />
Die elektromechanischen<br />
Zylinder EMC<br />
von Bosch Rexroth<br />
gibt es ab sofort auch<br />
als hochpräzise,<br />
kompakte und<br />
wartungsarme „High<br />
Power“-Variante<br />
EMC-HP für Lasten bis<br />
100 kN. Die neuen<br />
EMC-HP sind in den<br />
drei Größen 115, 130<br />
und 160 sowie in Schutzart IP 54 erhältlich und eignen sich für<br />
Schwerlastanwendungen mit Hüben bis 1 500 mm: vom<br />
Pressen, Umformen und Nieten bis Spannen, Positionieren oder<br />
Testen. Zum Einsatz kommt der Planetengewindetrieb PLSA,<br />
sodass sich mithilfe einer Tragzahl (Cdyn) bis 189,5 kN Lasten<br />
auch in komplexen Bewegungsprofilen schnell und energieeffizient<br />
bewegen lassen – mit Axialkräften bis 100 kN und<br />
Geschwindigkeiten bis 0,83 m/s. Auch das Engineering geht<br />
leicht von der Hand: Die Auswahl erfolgt über das eTool<br />
LinSelect und per anschließender Online-Konfiguration lässt<br />
sich die maßgeschneiderte EMC-Lösung in kurzer Zeit bestellfertig<br />
abschließen. Das gewählte System liefert der Hersteller<br />
vormontiert inklusive Mechanik, Antrieb und Steuerung.<br />
www.boschrexroth.com<br />
POSITIONIEREN IM NANOMETERBEREICH<br />
Ein Positionssystem,<br />
das sogar im<br />
Nanometerbereich<br />
höchste Genauigkeit<br />
erreicht, bietet NSK<br />
an. Der Nanopositionierer<br />
führt Positioniervorgänge<br />
unter<br />
dem Sichtfeld eines<br />
Mikroskops aus. Zu<br />
den Anwenderbranchen<br />
gehören neben der Halbleiterfertigung und die<br />
Biotechnologie auch optische Kommunikationsgeräte<br />
und mikroelektromechanische Systeme. Es gibt ihn in<br />
zwei Ausführungen: die M-Serie mit einem kompakten<br />
Ein-Achsen-Tisch und die CD-Serie mit einem Zwei-Achsen-XY-Tisch.<br />
Feinpositioniertische bestehen typischerweise<br />
aus einer Kugelumlaufspindel, einem Schrittmotor<br />
und einem piezoelektrischen Element. Ihnen mangelt es<br />
jedoch in der Regel an Steifigkeit, und sie erreichen nicht<br />
die ultrahohe Auflösung, die bei hohen Geschwindigkeiten<br />
erforderlich ist. Der Nanopositionierer wiederum<br />
kann das bieten. Er ermöglicht eine Feinpositionierung<br />
mit Nanometergenauigkeit und Geschwindigkeiten bis<br />
72 mm/s. Die Auflösung beträgt 5 nm und die Positioniergenauigkeit<br />
± 15 nm.<br />
www.nskeurope.de<br />
KONTAKTLOSE MAGNETOSTRIKTIVE<br />
POSITIONSAUFNEHMER<br />
Nach den<br />
magnetostriktiven<br />
Positionssensoren<br />
mit<br />
IO-Link 1.1<br />
ergänzt Gefran<br />
sein Hyperwave-Produktprogramm<br />
um<br />
Sensoren mit<br />
Profinet-<br />
Schnittstelle. Die Wegaufnehmerserien WPA-F in<br />
Profil- und WRA-F in Stabbauform verfügen über<br />
Real-Time-Ethernet oder synchronisierte Isochronous-<br />
Real-Time-Übertragungsprotokolle. Die Profinet-Schnittstellen<br />
gewährleisten die Verfügbarkeit von Prozessdaten<br />
und Alarmen in Echtzeit – eine Voraussetzung für die<br />
Integration in Industrie-4.0-Architekturen. Mit einer<br />
Aktualisierungsrate von 4 kHz erfassen die Sensoren<br />
zeitgleich Position und Geschwindigkeit von bis zu 16<br />
unabhängigen Positionsmagneten über einen Messbereich<br />
von 50 bis 4 000 mm. Zugleich erkennen und<br />
melden Diagnosefunktionen z. B. Anomalien im Stromversorgungssystem,<br />
das Überschreiten der zulässigen<br />
Umgebungs- bzw. Arbeitstemperatur, eine falsche<br />
Parametrierung bei der Inbetriebnahme oder auch das<br />
Fehlen eines magnetischen Cursors im Arbeitsbereich.<br />
www.gefran.de<br />
FELDBUSTREIBER FÜR EIN- UND<br />
MEHRACHSSYSTEME<br />
Oriental<br />
Motor<br />
präsentiert<br />
neue platzsparende<br />
und<br />
feldbusfähige<br />
Treiber für<br />
Schrittmotoren-Antriebe,<br />
die eine<br />
schnelle und<br />
sichere Datenkommunikation für Positionssteuerungen<br />
ermöglichen. „Gemein ist diesen Antrieben, dass sie<br />
alle einen hocheffizienten AZ-Motor als Kernantrieb<br />
einsetzen, welcher mit einem mechanischen Absolutwertsensor<br />
ausgestattet ist“, so Gunnar Siebel, Sales<br />
Planning Department von Oriental Motor. Da AZ-<br />
Schrittmotoren auch als Antrieb in elektrischen<br />
Linearführungen, elektrischen Zylindern, Drehtischen,<br />
Linearaktuatoren, elektrischen Greifern und Zahnstangensystemen<br />
von Oriental Motor zum Einsatz kommen,<br />
lässt sich das Antriebssystem in zahlreichen Anwendungen<br />
nutzen. Für Einzelachssysteme sind Treibervarianten<br />
für 24/48 VDC und 230 VAC erhältlich, die<br />
feldbusfähig für PROFINET, EtherCAT und EtherNet/IP<br />
sind. Zudem bietet das Unternehmen auf EtherCAT-Anbindung<br />
ausgelegte Multi-Achs-Treiber für bis zu vier<br />
Achsen an, die in der Variante für 24/48 VDC zu<br />
beziehen sind.<br />
www.orientalmotor.de<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 37
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
ZWEITER TEIL<br />
RÄNDELVERBINDUNGEN<br />
ALS ALTERNATIVE<br />
WELLE-NABE-VERBINDUNGEN<br />
Die Forderung nach CO 2 -Reduzierung erfordert auch eine Optimierung der<br />
Antriebselemente. Im Bereich der Welle-Nabe-Verbindungen bietet die Abkehr der<br />
Trennung von rein reib-, form- und stoffschlüssigen Verbindungen und somit<br />
Kombination der Übertragungsmechanismen durch hybride Verbindungen Potential<br />
zur Drehmomentsteigerung und Bauraumoptimierung. Eine solche<br />
Schlusskombination stellt die schneidend / formend gefügte Rändelverbindung dar.<br />
Allerdings bedarf es einer individuellen Vorgehensweise bei der Auslegung der<br />
Verbindung. Dieser Beitrag bietet dazu eine Hilfestellung, indem er eine Methodik<br />
zur Auslegung anhand der relevanten Einflussgrößen aufzeigt.<br />
4.2 AUSLEGUNGSGLEICHUNGEN<br />
In den hier aufgeführten Untersuchungen wurden jeweils analytische<br />
Ansätze empirisch verifiziert bzw. mit Hilfe von Korrekturfaktoren<br />
zur Berücksichtigung von Konstruktions- oder Werkstoffparameter<br />
abgeglichen.<br />
Die Auslegung erfolgt wie bei formschlüssigen Welle-Nabe-<br />
Verbindungen (WNV) üblich, gegen die Streckgrenze oder die<br />
zulässige Flächenpressung. Darüber hinaus wird ein Maximalmoment<br />
beim Erreichen der Nabenfestigkeit bestimmt. Die<br />
Streckgrenze oder die zulässige Flächenpressung symbolisieren<br />
das Auslegungskriterium. Das Erreichen der Nabenfestigkeit<br />
stellt das Versagenskriterium dar, siehe Bild 05. Die Ansätze nach<br />
[1], [2] und [5] haben gemein, dass die Schubspannung im Bereich<br />
des Rändelfußes als versagensursächlich herangezogen<br />
wird. In Bild 06 (links) ist die beanspruchte Rändelgrundfläche<br />
A G<br />
der Nabe bei überstehender Welle dargestellt. Prinzipbedingt<br />
(überstehende Nabe) kommen bei der Konfiguration von BADER<br />
[2] die Stirnflächen hinzu, siehe Bild 06 (rechts). MÄNZ [4] berücksichtigt<br />
zusätzlich die Vorspannung infolge des Fügens sowie<br />
die Biegebeanspruchung im Rändelfuß.<br />
Mit Gleichung (1) und Gleichung (2) kann nach BADER [2] das<br />
Torsionsmoment beim Erreichen der Streckgrenze (M TS<br />
) und das<br />
maximale Torsionsmoment (M Tmax<br />
) berechnet werden. Die Berücksichtigung<br />
der geometrischen Einflussgrößen erfolgt in Gleichung<br />
(1) durch die längenabhängigen Korrekturfaktoren K Tl<br />
; K dl<br />
und K Ql<br />
sowie die längenunabhängigen Korrekturfaktoren K h<br />
; K T<br />
;<br />
K d<br />
und K Q<br />
. Die Korrekturfaktoren gelten für Verbindungen mit<br />
dem Nabenwerkstoff S235JR; als Werkstoffkennwert wird die<br />
Schubstreckgrenze τ S<br />
verwendet [2].<br />
M<br />
Tmax<br />
2<br />
t<br />
B dnenn t <br />
lKTl Kdl KQl KT Kd K<br />
<br />
Q<br />
2<br />
<br />
Kh<br />
<br />
<br />
(1)<br />
2<br />
S<br />
Im Unterschied zur Gleichung (1) wird bei der Ermittlung des<br />
maximalen Torsionsmomentes nach Gleichung (2) die Schubbruchgrenze<br />
τ B<br />
anstatt der Schubstreckgrenze τ S<br />
als Grenzkriterium<br />
angewendet. Die für diese beiden Ansätze notwendigen Korrekturfaktoren<br />
wurden anhand der Stahl-Stahl-Versuche ermittelt,<br />
siehe hierzu [2]. Sie gelten im engsten Sinn nur für die untersuchten<br />
Abmessungen und die verwendete Geometrie der<br />
Stahl-Stahl-Verbindungen. Beim Erreichen des maximalen Torsionsmomentes<br />
werden die Rändel in der Nabe abgeschert, siehe<br />
Bild 05.<br />
M<br />
Tmax<br />
2<br />
t<br />
B dnenn t <br />
lKTl Kdl KQl KT Kd K<br />
<br />
Q<br />
2<br />
<br />
Kh<br />
<br />
<br />
(2)<br />
2<br />
S<br />
Die von LÄTZER in [1] abgeleiteten Gleichungen (3) und (5)<br />
verfolgen eine ähnliche Strategie. Das Auslegungskriterium T pF<br />
,<br />
bei dem keine makroskopischen Verformungen der Verbindung<br />
auftreten, wird in Anlehnung an die formschlüssige Kerbzahnverbindung<br />
mit Gleichung (3) berechnet und beruht auf der zulässigen<br />
Flächenpressung.<br />
(3)<br />
38 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
Die zulässige Flächenpressung<br />
in der formend oder<br />
schneidend gefügten Verbindung ist eine Funktion der Fließspannung<br />
des Nabenwerkstoffs<br />
und berechnet sich mit<br />
Gleichung (4) zu:<br />
(4)<br />
Die Ermittlung des maximal übertragbaren Torsionsmomentes<br />
T τS<br />
beruht auf dem Versagenskriterium τ S<br />
. Das maximal übertragbare<br />
Torsionsmoment wird in Anlehnung an die Kerbzahnverbindung<br />
mit Gleichung (5) berechnet. Die kritische Schubspannung<br />
ist die werkstofftechnische Größe für die Rändelverbindung<br />
und wird gemäß der Schubspannungshypothese<br />
nach TRESCA mit Gleichung (6) ermittelt. Die hier vorgestellten<br />
Gleichungen besitzen Gültigkeit für Aluminium-Knetlegierungen<br />
der 6000er Serie. Darüber hinaus kann es aufgrund der Festigkeit<br />
und Verformungsfähigkeit zu Abweichungen kommen, siehe<br />
hierzu [1].<br />
(7)<br />
(8)<br />
(9)<br />
(10)<br />
(11)<br />
LEIDICH et. al. [5] modifizieren die von LÄTZER in [1] abgeleiteten<br />
Gleichungen um den Bereich der dünnwandigen Naben sowie<br />
für Verbindungen mit gerändelter Nabe (Innenrändel). Die<br />
Unterscheidung in Auslegungskriterium T pF<br />
und Versagenskrite-<br />
(5)<br />
05 Charakteristische Torsionsmoment-Verdrehwinkel-Kurve<br />
100Cr6 gehärtet – EN AW-6082-T6 nach [1]<br />
(6)<br />
Die von MÄNZ in [4] angegebenen Gleichungen orientieren sich<br />
an der Tragfähigkeitsberechnung von Zahn- und Keilwellen-Verbindungen.<br />
Eine explizite und einfach handhabbare Gleichung<br />
für das maximal übertragbare Torsionsmoment existiert nicht.<br />
Stattdessen wird bei Vorgabe eines Torsionsmomentes die auftretende<br />
Vergleichsspannung im Zahnfuß der Nabe berechnet, Gleichung<br />
(7). Die dabei erforderlichen örtlichen Spannungen (Umfangsspannung<br />
σ ϕ<br />
, Radialspannung σ r<br />
, Torsionsspannung τ t<br />
und<br />
Schubspannung τ s<br />
) werden mit Hilfe der Nennspannungen und<br />
der Formzahlen ermittelt. Durch Berücksichtigung der Eigenspannungen<br />
und der Vorspannung wird dem formenden Fügevorgang<br />
Rechnung getragen. Die analytischen Gleichungen wurden<br />
anhand von Stahl-Stahl- (18CrNiMo7-6 - C45) und Stahl-Aluminium-Versuchen<br />
(18CrNiMo7-6 - EN AW-5083) validiert.<br />
06 Beanspruchte Rändelgrundfläche A G<br />
und Kontaktfläche für das Auslegungskriterium A PF<br />
bei überstehender Welle (links); beanspruchte<br />
Rändelgrundfläche A G<br />
, Kontaktfläche für das Auslegungskriterium A PF<br />
und Rändelstirnflächen A S<br />
bei überstehender Nabe (rechts)<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 39
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
07 Guideline zur Dimensionierung einer Rändelverbindung nach [16]<br />
Start<br />
Geometrie<br />
Rändelprofil<br />
Fügevorgang<br />
Tribologie<br />
Werkstoff<br />
Belastung<br />
Sekundäre Belastung<br />
Definition der<br />
Anforderungen und<br />
Rahmenbedingungen<br />
Grundsätzliche<br />
Eignung gegeben?<br />
nein<br />
Ende –<br />
Verbindungstyp ungeeignet –<br />
eventuell PV, ZWV oder PFV<br />
Geometrie<br />
Rändelprofil<br />
Fügevorgang<br />
Tribologie<br />
Werkstoff<br />
Optimierung<br />
ja<br />
Analytisch-Empirisches<br />
Berechnungsmodell<br />
Iteration der Parameter<br />
im Gültigkeitsbereich<br />
Experimentelle<br />
Verifikation erforderlich<br />
nein<br />
Ende –<br />
Verbindung analytisch<br />
ausgelegt<br />
Iteration zum Wechsel in<br />
den Gültigkeitsbereich<br />
ja<br />
ja<br />
Quantifizierung der<br />
Startwerte<br />
ja<br />
Verifikation<br />
durch Extrapolation<br />
möglich?<br />
nein<br />
Parameter im<br />
Gültigkeitsbereich<br />
ja<br />
Definition der<br />
Verifikations- und<br />
Versagenskriterien<br />
nein<br />
Modifikation<br />
relevanter Parameter<br />
möglich?<br />
Definition der<br />
Prüfdurchführung<br />
nein<br />
nein<br />
Prüfdurchführung<br />
„Blinder Fleck“ - Parameter<br />
außerhalb des<br />
Gültigkeitsbereichs<br />
Klärung zur Eignung<br />
bestehender Methoden<br />
und Modelle<br />
Verifikations- und<br />
Versagenskriterien erfüllt<br />
Entwicklungsaufwand<br />
zur Erforschung des „Blinden<br />
Flecks“ verhältnismäßig?<br />
nein<br />
ja<br />
Planung der<br />
Versuchsdurchführung<br />
zur Erweiterung des<br />
Gültigkeitsbereiches<br />
ja<br />
Ende –<br />
Verbindung analytisch<br />
und experimentell ausgelegt<br />
Ende –<br />
Verbindungstyp ungeeignet –<br />
eventuell PV, ZWV oder PFV<br />
40 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
rium T τS<br />
wird nicht weitergeführt. Stattdessen werden die Gleichungen<br />
für das maximale Torsionsmoment angegeben. Die Einflüsse<br />
des Durchmesserverhältnisses des Außenteils Q A<br />
sowie des<br />
Fasenwinkels ϕ werden mit dem Korrekturfaktor K T<br />
beschrieben.<br />
Gleichung (<strong>12</strong>) zeigt die modifizierte Berechnungsgleichung für<br />
das maximal übertragbare Torsionsmoment – T τS<br />
für gerändelte<br />
Wellen (Außenrändel).<br />
(<strong>12</strong>)<br />
(13)<br />
4.3 NUMERISCH UND VERSUCHSTECHNISCH<br />
ERFASSTE PARAMETER-<br />
UND ANWENDUNGSBEREICHE<br />
Die von SCHERZER [9] veröffentlichten Ergebnisse beschäftigen<br />
sich mit dem Presta-Verfahren, einem mehrstufigen Prozess zur<br />
Herstellung gebauter Nockenwellen, vergleiche auch [13] und<br />
[14]. Um das komplette Presta-Verfahren numerisch abbilden zu<br />
können, wurde zunächst von SCHERZER ein vorhandenes phänomenologisches<br />
Materialmodell der finiten Dehnungsviskoplastizität<br />
weiterentwickelt. Damit lassen sich die Deformationshistorie<br />
sowie die Eigenspannungen aus dem Rollierprozess in<br />
den Fügeprozess übertragen. Anschließend fügte SCHERZER<br />
drei numerische Modelle (FE-Modell der Aufweitung der Welle<br />
durch Rollieren, FE-Modell des Fügens der Verbindung und Simulation<br />
der Belastung der Verbindung) zu einer Sequenz zusammen.<br />
Ziel der Untersuchungen war es u. a., das Presta-Verfahren<br />
numerisch abzubilden und zukünftig das Material der Welle, von<br />
aktuell Stahl, beispielsweise durch Aluminium zu ersetzen. Die<br />
Anwendung der Methode erfolgte mit einer Aluminium-Stahl-<br />
Verbindung. Die Ergebnisse hinsichtlich der Profilausformung<br />
und der Fügekraft zeigen bereits die Vorteile der durchgängigen<br />
Simulation und lassen Raum zur gezielten geometrischen Optimierung.<br />
MÖRZ et. al. untersucht in [6], [7] und [10] den Einfluss der<br />
Rändelherstellung auf die Übertragungsfähigkeit. Neben den<br />
drei Verfahren Rändelfräsen, Profilwalzen und Wälzfräsen modifiziert<br />
er auch die nach [15] genormte Geometrie. Die Rändel<br />
werden dabei am Kopfkreis um ca. 1/3 der Rändelhöhe abgetragen<br />
und der Zahnfuß wird mit einem definierten Radius zur<br />
Fußausrundung versehen. Die Geometrie orientiert somit näher<br />
an den klassischen ZWV und an den von BADER in [8] untersuchten<br />
Verbindungen sowie dem Vorschlag von LÄTZER zur<br />
stetigen Kontur [1].<br />
5 EMPFEHLUNG FÜR DIE ANWENDUNG<br />
Die unterschiedlichen Untersuchungsbereiche lassen zwar nur<br />
bedingt einen direkten Vergleich der verschiedenen Ergebnisse<br />
zu, ermöglichen aber Empfehlungen zur Wahl der relevanten Parameter<br />
und einer festigkeitsgerechten Nabengeometrie.<br />
Die Auswahl der Verbindung erfolgt idealerweise anhand der<br />
charakterisierenden Einflussgrößen: Geometrie, Rändelprofil,<br />
Werkstoff, Fügevorgang, Belastung, sekundäre Belastung und Tribologie,<br />
vergleiche hierzu auch Bild 03 in Ausgabe 11/<strong>2021</strong>. In<br />
Anlehnung an [16] zeigt Bild 07 eine Guideline mit den wesentlichen<br />
Schritten von der Definition der Anforderungen über eine<br />
rein analytische Auslegung bis hin zu einer versuchsgestützten<br />
Absicherung. An zwei Meilensteinen ist dabei eine Entscheidung<br />
zu treffen, ob eine weitere Bearbeitung zielführend erscheint<br />
oder eine andere Verbindung wie beispielsweise eine Pressverband<br />
(PV), Zahnwellenverbindung (ZWV) oder Passfederverbindung<br />
(PFV) zu wählen ist. Die Iterationsschleifen dienen zur Optimierung<br />
und Anpassung der Verbindung.<br />
Sofern eine Möglichkeit zur numerischen Simulation gegeben<br />
ist, kann der nach Bild 07 gezeigte Weg abgekürzt werden. LEI-<br />
DICH et. al. gibt in [5] ebenfalls eine ausführliche Beschreibung<br />
zur numerischen Simulation der Rändelverbindung an. Ebenso<br />
sind an dieser Stelle die Materialmodellierung und Simulationsmodelle<br />
von SCHERZER [9] zu nennen.<br />
GEOMETRIE<br />
Die Auswahl des Fasenwinkels ϕ erfolgt in Abhängigkeit des Fügevorgangs<br />
(Formen 5° ≤ ϕ ≤ 15°, Schneiden ϕ > 60°) und der Belastung<br />
im Betrieb, siehe auch Einflussgröße Fügevorgang und<br />
Belastung. Die Länge der Fuge l F<br />
sollte bei reiner Torsionsmomentbelastung<br />
l F<br />
≈ 0,5 D F<br />
betragen. Größere Längen können, außer<br />
bei im Vergleich zur Welle äußerst niederfesten Naben, nicht<br />
ausgenutzt werden, da die Festigkeit der Welle die limitierende<br />
Größe darstellt. Aus Erfahrung der Autoren wird bei Umlaufbiegung<br />
zur Abstützung größerer Längen wie bei allen WNV l F<br />
= 1,0<br />
D F<br />
empfohlen. Ein geometrisches Übermaß von mehr als U geo<br />
=<br />
2/3t ist nicht erforderlich; der Gewinn an übertragbarem Torsionsmoment<br />
ist vernachlässigbar und die Fügekräfte steigen in<br />
diesem Bereich weiterhin an. Das Durchmesserverhältnis der<br />
Nabe Q A<br />
sollte im Bereich 0,5 ≤ Q A<br />
< 0,8 gewählt werden. Erst ab<br />
Q A<br />
> 0,63 wirkt die Nabenwandstärke festigkeitsminimierend, ermöglicht<br />
jedoch noch immer sehr tragfähige Verbindungen [17].<br />
RÄNDELPROFIL<br />
Für die Übertragung von Torsionsmomenten eignet sich die nach<br />
[15] genormte Rändelform RAA. Anhand des Wellendurchmessers<br />
wird nach [15] die Rändelteilung festgelegt. Im ursprünglichen<br />
Sinne sind diese jedoch nicht für den Einsatz als WNV vorgesehen.<br />
Daher wird für Durchmesser 10 mm < D F<br />
≤ 20 mm eine Teilung<br />
von t = 0,8 mm und für 20 mm < D F<br />
< 45 mm eine Teilung von<br />
t = 1,0 mm empfohlen. Eine Rändelteilung von t < 0,8 mm ist nicht<br />
empfehlenswert. Mit sinkender Teilung steigt beim Rändelfräsen<br />
die Spangröße im Verhältnis zur Zahngröße; diese bleibt absolut<br />
etwa konstant. Werden die Späne eingewalzt (Rändelformen und<br />
-fräsen), erzeugen sie entsprechend ihrer relativen Größe starke<br />
geometrische Fehler. Auch der Spanabfluss kann sich speziell<br />
beim Rändelfräsen bei kleinen Teilungen ungünstig gestalten.<br />
Beide Effekte beeinflussen die Qualität der Zahnkontur negativ<br />
[18]. Mit steigendem Wellendurchmesser dürfte die Nutzung von<br />
größeren Rändelteilungen bezüglich Tragfähigkeit (Sicherheit gegen<br />
Nabenzahnbruch und aufweitungsbedingtes Durchrutschen)<br />
zielführend sein. Dies ist analog zu den durchmesserabhängigen<br />
Moduln von Zahnwellen [19] zu sehen. Nach [10] sollten die Rändel<br />
am Kopfkreis um ca. 1/3 der Rändelhöhe abgetragen und der<br />
Zahnfuß mit einem definierten Radius zur Fußausrundung versehen<br />
werden. Obwohl sich dadurch die Fügekräfte erhöhen, können<br />
bei der statischen und dynamischen Torsionsmomentübertragung<br />
höhere Momente übertragen werden. Für das Herstellungsverfahren<br />
der gerändelten Wellen (Naben) wird stückzahlabhängig<br />
folgendes empfohlen: Rändelfräsen bei einer Kleinserie<br />
[1], [2], [10] und rekursives Axialformen [1] oder das in [10] untersuchte<br />
Wälzfräsen beziehungsweise Profilwalzen bei einer Großserie.<br />
Dabei ist die maximal zulässige Zugfestigkeit des zu rändelnden<br />
Werkstoffes von R m<br />
= 900 N/mm² [20] zu berücksichtigen.<br />
Gegebenenfalls ist die Rändelung im weichen Zustand anzufertigen<br />
und eine Wärmebehandlung zur Erzielung der gewünschten<br />
Wellenfestigkeit anschließend durchzuführen.<br />
WERKSTOFF<br />
Für die gerändelte Welle muss sichergestellt werden, dass diese<br />
eine ausreichende Festigkeit und Härte zum Fügen und zur Torsi-<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> 41
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
Tabelle: Startwerte für die Auslegung einer<br />
Rändelverbindung mit RAA-Rändel<br />
Rändelverbindung<br />
RPV ϕ = 15°<br />
l F<br />
/D F<br />
= 0,5<br />
0,8 ≥ Q A<br />
≥ 0,5<br />
RSV ϕ = 90°<br />
l F<br />
/D F<br />
= 0,5<br />
0,8 ≥ Q A<br />
≥ 0,5<br />
t = 0,8 mm<br />
(10 mm < D F<br />
≤ 20 mm )<br />
t = 1,0 mm<br />
(20 mm < D F<br />
< 45 mm)<br />
U geo<br />
= 2/3*t<br />
Stahl-Stahl ≈<br />
3:1<br />
Stahl-Aluminium<br />
≈ 2:1<br />
Stahl-Messing<br />
≈ 1,5:1<br />
Geometrie Rändelung Werkstofffestigkeit<br />
Belastung<br />
Fax ≠ 0,<br />
Mt ≠ 0,<br />
Mb = 0<br />
Fax = 0,<br />
Mt ≠ 0,<br />
Mb = 0<br />
onsmomentübertragung besitzt. Die Untersuchungen zeigen,<br />
dass für eine Stahl-Stahl-Paarung idealerweise ein Härteunterschied<br />
von Welle:Nabe ≈ 3:1, für eine Stahl-Aluminium-Paarung<br />
von ≈ 2:1 und für eine Stahl-Messing-Paarung von ≈ 1,5:1 vorliegen<br />
muss.<br />
FÜGEVORGANG<br />
Für die gesicherte Montage einer Rändelverbindung ist eine Fügevorrichtung<br />
zweckmäßig. Auf diese Weise kann die Konzentrizität,<br />
Koaxialität und Rechtwinkligkeit der Verbindung verbessert<br />
werden. Die Wahl des Fügevorganges (Formen oder Schneiden)<br />
ist von folgenden Parametern abhängig: Übertragung axialer<br />
Kräfte – ja/nein, Torsionsmomentübertragung – statisch/dynamisch,<br />
Einpresskräfte, Nabenaufweitung – zulässig ja/nein, Spanbildung<br />
beim Fügen – zulässig ja/nein, Zentrierung und Bauraum,<br />
siehe hierzu auch die Tabelle.<br />
BELASTUNG<br />
Sind hauptsächlich axiale Kräfte zu übertragen, ist eine formend<br />
gefügte RPV mit einem Fasenwinkel von 5°≤ ϕ ≤15° zu verwenden.<br />
Diese Verbindung weist im Mittel eine relative Festigkeit von<br />
R F<br />
= 0,75 auf. Die relative Festigkeit R F<br />
ist das Verhältnis von maximaler<br />
Lösekraft zu maximaler Fügekraft [1]. Liegt eine Anwendung<br />
mit reiner Torsionsmomentübertragung vor, so sind die Kriterien<br />
des Fügevorganges einzubeziehen. Analog zum Füge- und<br />
zum Löseverhalten zeigt sich aber auch bei der Torsionsmomentübertragung<br />
der positive Einfluss des Fasenwinkels auf das übertragbare<br />
Torsionsmoment, [1], [4] und [5]. So können beispielsweise<br />
formend gefügte Stahl-Aluminium-RPV ein um bis zu 40 %<br />
größeres statisches Torsionsmoment als vergleichbare schneidend<br />
gefügte RPV übertragen [1].<br />
SEKUNDÄRE BELASTUNG<br />
Wie die Untersuchungen in [1] und [4] zeigen, muss die Wärmedehnung<br />
im Temperaturfeld von -30°C°< ϑ 60° bildet<br />
sich ein vorwiegend schneidender Fügevorgang aus – RSV. Anschließend<br />
werden die unterschiedlichen Berechnungsalgorithmen<br />
für das übertragbare Torsionsmoment vorgestellt und ein<br />
Überblick zu numerisch und versuchstechnisch erfassten Parametern<br />
gegeben. Ergänzend wird eine erweiterte Guideline zur<br />
Dimensionierung vorgestellt. Die Guideline sieht die Möglichkeit<br />
einer rein analytischen und einer analytisch/experimentellen<br />
Auslegung vor.<br />
Darüber hinaus werden den Anwender*innen Handlungsempfehlungen<br />
für die Auswahl charakterisierender Einflussgrößen<br />
Geometrie, Rändelprofil, Werkstoff, Fügevorgang, Belastung, sekundäre<br />
Belastung und Tribologie in kompakter und übersichtlicher<br />
Form gegeben. Schließlich sind Startwerte für die Auslegung<br />
einer RPV und einer RSV in tabellarischer Form aufgeführt.<br />
Handlungsempfehlungen und Startwerte erlauben eine zielgerichtete<br />
und effiziente Auswahl und Auslegung einer RPV beziehungsweise<br />
RSV bei der Anzahl und Umfang der Iterationsschritte<br />
im Auslegungsprozess minimiert werden.<br />
Teil 1 wurde veröffentlicht in <strong>antriebstechnik</strong> 11/<strong>2021</strong><br />
DIE AUTOREN<br />
Dr.-Ing. M. Lätzer,<br />
Abteilungsleiter Entwicklung<br />
Elektroseilzüge,<br />
ABUS Kransysteme GmbH,<br />
Gummersbach<br />
Dipl.-Ing. Dr. techn. M. Bader,<br />
Institut für Maschinen elemente<br />
und Entwicklungsmethodik,<br />
TU Graz<br />
42 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>12</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
Literaturverzeichnis:<br />
[1] Lätzer, M.: Füge- und Übertragungsverhalten torsionsbelasteter Stahl-Aluminium-Rändelpressverbindungen.<br />
Dissertation, TU Chemnitz, Universitätsverlag<br />
Chemnitz, 2016<br />
[2] Bader, M.: Das Übertragungsverhalten von Pressverbänden und die daraus<br />
abgelei-tete Optimierung einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung.,<br />
Dissertation, TU Graz, 2009<br />
[3] Dietz, P.: Die Berechnung von Zahn- und Keilwellenverbindungen, Selbstverlag<br />
des Verfassers, Büttelborn, 1978<br />
[4] Mänz, T.: Auslegung von Pressverbindungen mit gerändelter Welle. Dissertation,<br />
TU Clausthal, 2017<br />
[5] Leidich, E.; Awiszus, B.; Suchy, L.; Gerstmann, T.: Werkstoffunabhängige<br />
Dimensionierung von Rändelpressverbänden beliebiger Gestalt. Deutsche<br />
Forschungsgemeinschaft, DFG Abschlussbericht, 2017<br />
[6] Mörz, F., Schäfer, G.: Einflüsse auf den Fügevorgang von Rändelpressverbindungen<br />
Mitteilungen aus dem Institut für Maschinenwesen der Technischen<br />
Universität Clausthal Nr. 44, 2019<br />
[7] Mörz, F., Schäfer, G.: Experimentelle Ermittlung der Nabenaufweitung an<br />
torsionsbelasteten Rändelpressverbindungen. Mitteilungen aus dem Institut für<br />
Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal Nr. 45, 2020<br />
[8] Bader, M.: Selbstspanende und -formende Welle-Nabe-Verbindungen<br />
Ausführungen, Eigenschaften und Einflussgrößen, 6. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen<br />
VDI-Berichte 2238, 2014<br />
[9] Scherzer, R.: Modellierung und mehrstufige Simulation der Herstellung<br />
plastisch gefügter Welle-Nabe-Verbindungen. Dissertation, TU Chemnitz, 2019<br />
[10] Mörz F., Schäfer, G.: Fertigungseinfluss auf das Füge und Übertragungsverhalten<br />
von Rändelpressverbindungen. Mitteilungen aus dem Institut für<br />
Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal Nr. 45, 2020<br />
[11] Suchý, L., Leidich, A., Gerstmann, T., Awiszus, B.: Influence of Hub<br />
Parameters on Joining Forces and Torque Transmission Output of Plastically-Joined<br />
Shaft-Hub-Connections with a Knurled Contact Surface. Machines, Special<br />
Issue. - MDPI. - 6. 2018, 2, 16<br />
[<strong>12</strong>] Coban, H.; De Silva, A.K.M.; Harrison, D.K.: Mill-knurling as an alternative<br />
to laser welding for automotive drivetrain assembly. In: CIRP Annals – Manufacturing<br />
Technology, Nr. 58, S. 41–44, 2009<br />
[13] Meusburger, P.; Weisshorn, H.; Geiger, R.: Gebaute Nockenwelle für<br />
Nutzfahrzeuge. In: ThyssenKrupp techforum Juli, S. 54–59, 2005<br />
[14] Lengwiller, A.: Fehlerfortpflanzung, Simulation und Optimierung von<br />
Prozessketten anhand der gebauten Nockenwelle. In: Fortschritt-Berichte der VDI<br />
Zeitschriften Reihe 2, Nr. 682, 2011<br />
[15] N.N.: DIN 82 Rändel. Deutsche Norm 1973<br />
[16] Bader, M.: Gestaltung und Dimensionierung selbstschneidender und<br />
-formender Welle-Nabe-Verbindungen. 7. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen,<br />
VDI-Berichte 2287, 2016<br />
[17] Bader, M.: Untersuchungen von Rändel-Welle-Nabe-Verbindungen mit am<br />
Praxiseinsatz orientierten Randbedingungen. 5. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-<br />
Verbindungen VDI -Berichte 2176, 20<strong>12</strong><br />
[18] Bader, M.: Der versuchsgestützte technische Entwicklungsprozess. Habilitation<br />
TU Graz, 2014<br />
[19] N.N.: DIN 5480-1 Passverzahnungen mit Evolventenflanken und Bezugsdurchmesser<br />
–Teil 1: Grundlagen. März 2006<br />
[20] N.N.: QUICK Bedienungsanleitung A1 & A2 Rändelwerkzeuge. 04/2014 1.<br />
Auflage<br />
Formelzeichen<br />
Kurzzeichen<br />
Einheit<br />
Bedeutung<br />
A G<br />
mm² Rändelgrundfläche (LÄTZER)<br />
A PF<br />
mm² Kontaktfläche für das Auslegungskriterium (LÄTZER)<br />
A S<br />
mm² Stirnfläche bei Nabenüberstand<br />
d nenn<br />
mm Rändelnenndurchmesser (BADER)<br />
D aA<br />
mm Außendurchmesser des Außenteils (Nabe)<br />
D aI<br />
mm Außendurchmesser des Innenteils (Welle)<br />
D iA<br />
mm Innendurchmesser des Außenteils (Nabe)<br />
D F<br />
mm Durchmesser der Fuge (Nennmaß) Außendurchmesser<br />
des Innenteils (Welle)<br />
D W<br />
mm Wirkdurchmesser (LÄTZER)<br />
F ax<br />
N Axialkraft<br />
h R<br />
mm Rändelhöhe (Welle)<br />
N/mm 2<br />
K d<br />
- Durchmesserfaktor (BADER)<br />
Fließkurve der Rändelpressverbindung (LÄTZER), (LEIDICH)<br />
K dl<br />
- längenabhängiger Durchmesserfaktor (BADER)<br />
K h<br />
- Zahnhöhenfaktor (BADER)<br />
K Q<br />
- Nabendickenfaktor (BADER)<br />
K Ql<br />
- längenabhängiger Nabendickenfaktor (BADER)<br />
K t,b<br />
- Formzahl bei Biegung (MÄNZ)<br />
K t,s<br />
- Formzahl bei Querkraftschub (MÄNZ)<br />
K t,t<br />
- Formzahl bei Torsion (MÄNZ)<br />
K t,ϕ<br />
- Formzahl bei Umfangsspannung (MÄNZ)<br />
K T<br />
- Teilungsfaktor (BADER), Korrekturfaktor (LEIDICH)<br />
K Tl<br />
- längenabhängiger Teilungsfaktor (BADER)<br />
l mm Länge der Nabe (BADER)<br />
l F<br />
mm Länge der Fuge (LÄTZER), (LEIDICH)<br />
M b<br />
Nm Biegemoment<br />
M t<br />
Nm Torsionsmoment<br />
M Tmax<br />
Nm übertragbares Maximalmoment (BADER)<br />
M TS<br />
Nm Torsionsmoment bei Erreichen der Streckgrenze (BADER)<br />
p F<br />
N/mm² zulässige Flächenpressung<br />
N/mm² zulässige Flächenpressung der Rändelpressverbindung<br />
(LÄTZER), (LEIDICH)<br />
Q A<br />
- Durchmesserverhältnis des Außenteils (Nabe)<br />
R F<br />
- relative (axiale) Festigkeit (LÄTZER)<br />
R m<br />
N/mm² Zugfestigkeit<br />
S - Sicherheitsfaktor (BADER)<br />
t mm Rändelteilung<br />
T Nm Torsionsmoment<br />
T pF<br />
Nm übertragbares Torsionsmoment (Auslegungskriterium)<br />
(LÄTZER), (LEIDICH)<br />
T τS<br />
Nm maximal übertragbares Torsionsmoment (Versagenskriterium)<br />
(LÄTZER), (LEIDICH)<br />
U geo<br />
mm geometrisches Übermaß (LÄTZER), (LEIDICH)<br />
Griechische Kurzzeichen<br />
α ° Profilöffnungswinkel<br />
ϑ °C Temperatur<br />
σ*b N/mm² Vor- und Eigenspannungen in Richtung der Biegespannung<br />
(MÄNZ)<br />
σ b,nenn<br />
N/mm² Nennbiegespannung (MÄNZ)<br />
σ r<br />
N/mm² Radialspannung (Mänz)<br />
σ v,GEH<br />
N/mm² Vergleichsspannung nach GEH (MÄNZ)<br />
σ ϕ<br />
N/mm² Umfangsspannung (MÄNZ)<br />
σ*ϕ N/mm² Vor- und Eigenspannungen in Richtung der Umfangsspannung<br />
(MÄNZ)<br />
σ ϕ,nenn<br />
N/mm² Nennumfangsspannung (MÄNZ)<br />
τ B<br />
N/mm² Schubbruchgrenze (BADER)<br />
τ S<br />
N/mm² Schubspannung, kritische Schubspannung, Schubstreckgrenze<br />
τ S ,nenn<br />
N/mm² Nennschubspannung infolge einer Querkraft (MÄNZ)<br />
N/mm² kritische Schubspannung der Rändelpressverbindung<br />
(LÄTZER), (LEIDICH)<br />
τ t<br />
N/mm² Torsionsspannung (MÄNZ)<br />
τ t ,nenn<br />
N/mm² Nennschubspannung infolge eines Drehmomentes (MÄNZ)<br />
ϕ ° Fasenwinkel der Welle<br />
φ T<br />
° Verdrehwinkel<br />
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