antriebstechnikk 3/2016
antriebstechnik 3/2016
antriebstechnik 3/2016
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19174<br />
3<br />
Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />
www.antriebstechnik.de<br />
März <strong>2016</strong><br />
Antriebselemente<br />
Energiekette macht robotergestütztes<br />
Schraubsystem verfügbar und sicher<br />
Elektromotoren<br />
Elektrische Verstellantriebe<br />
bringen Vorteile in der Logistik<br />
Getriebe und Getriebemotoren<br />
Retrofit der Antriebstechnik<br />
im Schiffshebewerk<br />
Special<br />
Was bedeutet Vernetzung für<br />
die Antriebstechnik?
Hannover Messe<br />
25.–29. April<strong>2016</strong><br />
Halle9<br />
siemens.de/hm16<br />
PDMD-A10029-00<br />
Spielfreie Anwendungen –<br />
spielend leicht gelöst<br />
Neu im FLENDER Kupplungsprogramm: BIPEX-S und<br />
SIPEX für Servo- und Positionierantriebe<br />
Präzisionsanwendungen der weiterverarbeitenden<br />
Industrie stellen hohe Anforderungen<br />
an die Leistungsfähigkeit, Qualität<br />
und Genauigkeit einer Kupplung.<br />
Als führender Hersteller von Automatisierungssystemen<br />
und industriellen Kupplungen<br />
legen wir besonderen Wert auf<br />
die Prozesssicherheit unserer Kunden.<br />
Unter diesem Vorzeichen bieten wir Ihnen<br />
die steckbaren, schwingungsdämpfenden<br />
und elektrisch isolierenden Elastomerkupplungen<br />
BIPEX-S® sowie die<br />
torsionssteifen Metallbalgkupplungen<br />
SIPEX® für eine besonders winkeltreue<br />
Drehmomentübertragung.<br />
Die spielfreien FLENDER® Kupplungen<br />
sind weitestgehend wartungs- und verschleißfrei,<br />
haben ein besonders geringes<br />
Massenträgheitsmoment und empfehlen<br />
sich für alle Arten von Positionierungsantrieben.<br />
BIPEX-S und SIPEX fügen sich<br />
optimal in das weltgrößte Portfolio<br />
der FLENDER Kupplungen ein.<br />
siemens.de/kupplungen
EDITORIAL<br />
Grenzenlos vernetzt<br />
Liebe Leserinnen, liebe Leser,<br />
können Sie sich noch daran erinnern, wann Sie das letzte Mal einen<br />
ganzen Tag bewusst auf Smartphone, Internet & Co. verzichtet<br />
haben? Den meisten wird es wohl schwer fallen, hierauf eine<br />
Antwort zu finden, denn die digitale Vernetzung ist aus unserem<br />
Alltag nicht mehr wegzudenken. So ergab eine repräsentative<br />
Forsa-Studie für die DAK-Gesundheit im Februar <strong>2016</strong>, dass die<br />
Bereitschaft zum „Online-Fasten“ stetig sinkt: von 31 % im Jahr 2014<br />
auf 27 % im Jahr 2015. Heute, <strong>2016</strong>, sind lediglich 21 % bereit, über<br />
einen gewissen Zeitraum offline zu leben. Doch warum ist das so?<br />
Über soziale Netzwerke halten wir Kontakt zu Freunden und<br />
Geschäftspartnern, die neuesten Geschehnisse aus der Welt landen<br />
per Push-Benachrichtigung auf unserem Smartphone und selbst aus<br />
dem Sonnenparadies senden wir digitale Urlaubsgrüße an die<br />
Daheimgebliebenen – die digitale Vernetzung begleitet uns also<br />
überallhin. Es scheint kaum vorstellbar, dass es heute noch<br />
Menschen geben soll, die eine Postkarte auf die lange Reise schicken,<br />
lässt sich dieser Prozess doch mit dem Smartphone individualisieren<br />
und auf Millisekunden reduzieren.<br />
In unserer digital vernetzten Welt spielen demnach Verfügbarkeit,<br />
Geschwindigkeit und Varianz eine entscheidende Rolle. Auch die<br />
Industrie ist davon betroffen. Denn um wettbewerbsfähig zu bleiben,<br />
muss die Produktion flexibel und individuell gestaltet werden.<br />
Industrieunternehmen haben dies erkannt und so wollen fast alle<br />
von ihnen bis 2020 ihre gesamte Wertschöpfungskette digitalisieren.<br />
Diese Vernetzung erlaubt eine effizientere Überwachung und<br />
Analyse des Fertigungsprozesses. Möglich wird dies, wenn z. B. eine<br />
Antriebslösung in der Lage ist, mit überlagerten Systemen zu<br />
kommunizieren. Doch auch Sensoren spielen eine wichtige Rolle.<br />
Mit ihrer Hilfe können Maschinen selbstständig melden, dass sie<br />
gewartet werden müssen – und zwar bevor es zu einem Stillstand<br />
kommt. Wenn also die Vernetzung und das Zusammenspiel aller<br />
Komponenten auf Maschinenebene im Einklang sind, lassen sich<br />
Produktionsprozesse flexibel steuern und automatisieren. Welche<br />
weiteren Vorteile die digitale Transformation<br />
zu bieten hat, erfahren Sie in unserem<br />
Special „Vernetzte Antriebstechnik“ ab<br />
Seite 71. Vielleicht ist dies nun die<br />
Gelegenheit für Sie, sich voll und ganz<br />
der Lektüre zu widmen und das<br />
Smartphone einmal zur Seite<br />
zu legen.<br />
Hochwertige<br />
Materialien,<br />
modernste<br />
Technologien<br />
und optimale<br />
Arbeitsprozesse<br />
sind die Basis<br />
unserer Arbeit.<br />
Sensibilität<br />
und Erfahrung<br />
das Geheimnis<br />
unseres Erfolgs.<br />
Alexandra Pisek<br />
a.pisek@vfmz.de<br />
TANDLER Zahnrad- und<br />
Getriebefabrik GmbH & Co. KG<br />
Kornstraße 297- 301<br />
D-28201 Bremen<br />
Fon: + 49 421 53 63 - 6<br />
Fax: + 49 421 53 63 - 801<br />
www.tandler.de<br />
Video<br />
Wir sind TANDLER
INHALT<br />
10<br />
28<br />
52<br />
„Vom Händler zum Systemlieferanten“:<br />
Im Interview gewährt Gunther Schulz einen<br />
Blick hinter die Kulissen von Rodriguez<br />
Mit Power hoch hinaus: Erfahren Sie,<br />
welche Vorteile die moderne Aktorik im<br />
Bereich der Aufzugstechnik zu bieten hat<br />
Wenn‘s zu dynamisch wird: Wie Hubwerksgetriebe<br />
von STS-Kranen mit Freilaufkupplungen<br />
vor Überlastung geschützt werden<br />
EDITORIAL<br />
3 Grenzenlos vernetzt<br />
FVA-AKTUELL<br />
6 Aktuelles von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik<br />
MAGAZIN<br />
10 Was steckt hinter Rodriguez? – Gunther Schulz gewährt<br />
einen Blick hinter die Kulissen<br />
14 Die erste Industrie 4.0-Maschine im Praxiseinsatz – ein<br />
Kommentar<br />
5 - 13 Märkte, Unternehmen, Personalien und Veranstaltungen<br />
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
16 TITEL Energiekette macht robotergestütztes<br />
Schraubsystem verfügbar und sicher<br />
20 Steckverbinder für DC-Netze – diese Besonderheiten<br />
sollten Sie beachten<br />
24 Leistungssteigerung von Servoantrieben mithilfe von<br />
Model-Based Design<br />
19-27 Produkt-Highlights<br />
UMRICHTERTECHNIK<br />
28 Nutzen moderner Aktorik in der Aufzugstechnik<br />
30-31 Produkt-Highlights<br />
ELEKTROMOTOREN<br />
32 Kompakte Positionierantriebe sorgen für optimierte<br />
Maschinenrüstzeiten<br />
34 Energieeffiziente Antriebe für die Intralogistik – das lässt<br />
sich einsparen<br />
36 Elektrische Verstellantriebe bringen Vorteile bei<br />
Logistik-Lösung<br />
38-41 Produkt-Highlights<br />
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
42 Retrofit der Antriebstechnik im Schiffshebewerk mit<br />
modifizierten Standardkomponenten<br />
46 Einfluss der Getriebegehäusesteifigkeit auf die<br />
Verzahnungs-Laufeigenschaften – Teil 1<br />
45-51 Produkt-Highlights<br />
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
52 Freilaufkupplungen schützen Hubwerksgetriebe von<br />
STS-Kranen vor Überlastung<br />
54 Torsionssteife Kupplungen für Drehmomentansprüche bis<br />
zu 1 000 kNm<br />
56 Hydraulische Bremszylinder für homogene Spannung in<br />
der Radproduktion<br />
58-61 Produkt-Highlights<br />
LINEARTECHNIK<br />
62 Klemmen sorgen für mehr Sicherheit in Fräsmaschinen<br />
64-67 Produkt-Highlights<br />
BAUMA <strong>2016</strong><br />
68-70 Die Highlights der Messe schon vorab<br />
SPECIAL VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
71 Was bedeutet Vernetzung für die Antriebstechnik?<br />
72 Komplettpaket für Handlingeinheiten bietet<br />
Maschinenbauern wirtschaftliche Lösung<br />
74 Performante Servoregler bilden wichtigen Baustein<br />
im Vernetzungskonzept<br />
76 Schaltschranklose Antriebstechnik steigert die<br />
Produktivität entlang des kompletten Wertstroms<br />
79 Ist eine durchgängige Vernetzung mit OPC UA möglich?<br />
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
80 PM-Synchronmaschine – hohe Energieeffizienz auch in<br />
Ex-Bereichen?<br />
84 Örtlich konzentrierte Mehrmotoren antriebssysteme – Ein<br />
Lösungsansatz für ganzheitlich modulare Antriebssysteme<br />
RUBRIKEN<br />
23 Impressum<br />
26 Inserentenverzeichnis<br />
90 Vorschau auf Heft 04/<strong>2016</strong><br />
4 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
MAGAZIN<br />
Sensor+Test <strong>2016</strong> – auf in neue Hallen<br />
Für Maschinenbauer und Automatisierer, die mit Sensorik und<br />
Messtechnik zu tun haben, ist die Messe Sensor+Test in jedem<br />
Jahr ein wichtiges Highlight im Veranstaltungskalender. Besucher<br />
der weltweit führenden Fachmesse für Sensorik, Messund<br />
Prüftechnik schätzen vor allem den professionellen Dialog<br />
mit den internationalen Ausstellern. In diesem Jahr findet die<br />
Veranstaltung vom 10. bis 12. Mai <strong>2016</strong> in Nürnberg statt – und<br />
das noch mal größer als in den vergangen Jahren. Dazu zieht<br />
die Sensor+Test erstmals in die Hallen 1, 2 und 5 um. Das diesjährige<br />
Sonderthema heißt „Messtechnik in der Cloud“. Damit<br />
trägt die Messe der rasanten Entwicklung der Messtechnik in<br />
Zeiten von Industrie 4.0 – und auch den damit verbundenen<br />
Risiken wie der Datensicherheit und -integrität – Rechnung.<br />
Dem Besucher bieten sich vielfältige Gelegenheiten zum Dialog<br />
über neue Lösungen und Konzepte zur Übertragung, Verarbeitung,<br />
Analyse und Sicherheit messtechnisch ermittelter Daten<br />
im weltweiten Netz. Und das nicht nur an den Messeständen<br />
zahlreicher Aussteller: Auf dem Sonderforum in Halle 5 können<br />
sich die Besucher gezielt und konzentriert einen Überblick<br />
über neue Produkte und Entwicklungen zu diesem spannenden<br />
Thema verschaffen.<br />
www.sensor-test.de<br />
Schneller im Ziel mit sicherer<br />
Antriebstechnik von Pilz<br />
100 Jahre Innovation in der Lagertechnik<br />
In diesem Jahr feiert der japanische Antriebstechnik-Spezialist NSK<br />
sein 100-jähriges Jubiläum. Als Takehiko Yamaguchi das Unternehmen<br />
1916 gründete, war es der erste japanische Hersteller von<br />
Wälzlagern. Auch mit Automotive-Komponenten, Präzisionsmaschinen<br />
und Lineartechnik eroberte das Unternehmen die Weltmärkte<br />
und war in der Entwicklung oft Vorreiter. 1932 produzierte<br />
NSK das erste japanische Kegelrollenlager, 1945 das Hauptwellenlager<br />
für das erste japanische Strahltriebwerk. Die Lager des Unternehmens<br />
trieben auch die Entwicklung von z. B. Düsenflugzeugen,<br />
Wärmekraftanlagen, dem Hochgeschwindigkeitszug Shinkansen,<br />
Videorecordern, Satelliten und PC-Festplatten voran. Der Einstieg<br />
in den Elektronik-Bereich ab 1982 trieb Technologien wie die elektrischen<br />
Servolenkung (EPS) und Assistenzroboter voran. Heute<br />
hat das Unternehmen unter Leitung von Toshihiro Uchiyama weltweit<br />
rund 31 000 Mitarbeiter in 30 Ländern und produziert jährlich<br />
rund 2,2 Mrd. Lager.<br />
www.nskeurope.de<br />
Setzen Sie auf Servoantriebstechnik von Pilz: Dank Safe Motion erreicht<br />
Ihr Antrieb auch mit allen gängigen Motor-Feedbacks und Feldbussen<br />
Performance Level PL e und steigert die Produktivität Ihrer Maschinen bis zu<br />
20 %. Komplette Lösungen inklusive Engineering von der Antriebsauslegung<br />
bis zur Inbetriebnahme sparen Zeit, reduzieren Fehler und erhöhen die<br />
Sicherheit.<br />
Effizient und sicher – mit Safe Motion als Erster ins Ziel!<br />
HANNOVER MESSE <strong>2016</strong>, Halle 9, Stand D17.<br />
Weitere Informationen zu Servoantriebstechnik<br />
von Pilz: www.pilz.com/antriebstechnik<br />
Pilz GmbH & Co. KG<br />
www.pilz.de
FVA AKTUELL<br />
Entwicklung eines Bewertungsverfahrens zur beanspruchungsgerechten<br />
Auslegung, Auswahl und Optimierung von Anti-Fretting-Coatings<br />
Im Forschungsvorhaben IGF 17537 BR wurden Grundlagenuntersuchungen<br />
zum Frettingverhalten an Anti-Fretting<br />
Coatings durchgeführt und basierend darauf eine Auslegungsmethode<br />
für Abhilfemaßnahmen gegen<br />
Forschungsvorhaben Schwingungsverschleiß konzipiert.<br />
FVA 624 II<br />
Unter Schwingungsverschleiß (engl.<br />
IGF-Nr. 17537 BR<br />
„fretting wear“) werden dabei die tribologischen<br />
Vorgänge in der Kontaktfuge<br />
infolge einer oszillierenden relativen Mikrobewegung unter<br />
einer Normalkraftbelastung verstanden.<br />
Die Untersuchungen gliedern sich in die Bereiche „Reibwert &<br />
Reibarbeit“, „Festigkeitseinfluss & Verifikation“ sowie „Auslegungskonzept<br />
& Simulation“. Die Reibwertuntersuchungen<br />
mit einem standardisierten Torsionsprüfverfahren (Stirnflächenkontakt)<br />
dienten zur Ermittlung der zeitlich tribologischen<br />
Veränderung des Systems infolge einer gewählten<br />
Anti-Fretting-Maßnahme. Die Proben wurden stirnseitig mit<br />
einem Fugendruck zwischen 12..100 MPa verspannt und auf<br />
Torsion wechselnd mit einer Schlupfamplitude von 10..100 µm<br />
beansprucht. Dabei wurden optische Schädigungsformen<br />
(Passungsrost etc.) und festigkeitsrelevante Vorgänge<br />
( Schädigung des Substrats) sowie Reibwertverläufe über der<br />
spezifischen akkumulierten Reibarbeit erfasst.<br />
Zur Ermittlung des Festigkeitseinflusses einer Abhilfemaßnahme<br />
wurden Pressverbindungen im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich<br />
mit einem konstanten Drehmoment belastet. Eine<br />
untersuchte Beschichtung führte bei gleich bleibender äußerer<br />
Belastung zur verlängerten Lebensdauer der Verbindung in<br />
Bezug auf die unbeschichtete Referenz.<br />
Auf Basis aller Versuchsergebnisse ist aus Festigkeitsgründen<br />
eine Beschichtung der Wellen mit Chromcarbid positiv hervorzuheben.<br />
Hinsichtlich der optischen Schädigung von planen<br />
Kontaktflächen konnten der geprüfte Gleitlack sowie eine<br />
Montagepaste überzeugen.<br />
Unter der Annahme, dass eine Beschichtung unabhängig vom<br />
Belastungszustand nach der Dissipation einer bestimmten<br />
Reibarbeit versagt, wird ein Auslegungskonzept vorgestellt,<br />
welches mithilfe der akkumulierten Reibarbeit die Lebensdauer<br />
für Bauteilverbindungen mit Anti-Fretting-Coatings ermittelt.<br />
Durch eine Linearisierung des Reibwertverlaufes über der<br />
Reibarbeit wird die Grundlage geschaffen, das Verhalten einer<br />
Beschichtung in der Bauteilverbindung nachzubilden. Dazu<br />
wird ein neu entwickeltes Programm eingesetzt, welches mit<br />
einer begrenzten Anzahl an FE-Rechnungen eine Querpressverbindung<br />
mit Beschichtung und abschnittsweise konstanten<br />
bzw. logarithmisch-linearisierten Reibwertverlauf simuliert.<br />
Eine Validierung mit sehr guter Übereinstimmung erfolgte<br />
anhand einer real geprüften Querpressverbindung mit DLC-<br />
Beschichtung. Hierbei wurde die messbare Verschleißtiefe in<br />
der Wirkfuge mit dem Simulationsergebnis verglichen.<br />
Mit den vorliegenden Ergebnissen ist eine Grundlage geschaffen,<br />
um mit der akkumulierten Reibarbeit als Bewertungskriterium<br />
eine beanspruchungsgerechte Auslegung von Anti-Fretting-<br />
Coatings zu realisieren.<br />
Das IGF-Vorhaben 17537 BR der Forschungsvereinigung<br />
Antriebstechnik e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms<br />
zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung<br />
(IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie<br />
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.<br />
Kontakt: Matthias Reichert, Tel 069-6603-1526,<br />
Autor:Friedemann Reiß, TU Chemnitz Institut für Konstruktionsund<br />
Antriebstechnik, Chemnitz<br />
Beanspruchungsgerechte Auslegung<br />
von Anti-Fretting-Coatings unter<br />
Zuhilfenahme der FEM am Beispiel<br />
einer WNV mit Pressverband<br />
Forschungsvereinigung<br />
Antriebstechnik e. V.<br />
Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt<br />
Tel.: 069 / 6603-1515<br />
E-Mail: info@fva-net.de<br />
Internet: www.fva-net.de<br />
6 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
FVA AKTUELL<br />
Bearing World – Die ganze Welt der Lager<br />
Die Forschungsvereinigung Antriebstechnik<br />
(FVA) und der Fachverband<br />
Antriebstechnik im VDMA starten<br />
internationalen Kongress. „Industrieforschung<br />
und Wissenschaft im Dialog<br />
mit der Anwendung“ ist das Motto der<br />
Bearing World am 12. und 13. April <strong>2016</strong><br />
in Hannover.<br />
Die Bearing World – International Bearing<br />
Conference ist weltweit die einzige internationale<br />
Konferenz, die sich auf Lager<br />
und insbesondere auf Wälzlager fokussiert:<br />
„Die Bearing World ist das internationale<br />
Expertenforum zum Thema<br />
Lager. Hier kommen die Forscher und<br />
Entwickler von Hochschulen und Wälzlagerherstellern<br />
mit den Anwendern und<br />
Experten der Industrie zum Dialog<br />
zusammen. Ziel ist es, die Antriebstechnik<br />
noch besser auf die zukünftigen Herausforderungen<br />
der Industrie abzustimmen“,<br />
so Dr. Arbogast Grunau, Schaeffler AG und<br />
Vorsitzender der Forschungsvereinigung<br />
Antriebstechnik. Der Kongress gibt einen<br />
umfassenden Überblick über den aktuellen<br />
Stand der Technik, der Forschung und<br />
Entwicklung auf dem Gebiet der Lager, in<br />
diesem Jahr mit dem Schwerpunkt Wälzlager.<br />
Innovative Konzepte, White Etching<br />
Cracks (WEC), Zuverlässigkeit und<br />
Funktions sicherheit, Tribologie und Effizienz,<br />
Schadensdiagnose und -vermeidung<br />
sind die Themenfelder der diesjährigen<br />
Veranstaltung. Rund ein Viertel der 28<br />
Vorträge wird von Experten aus dem Ausland<br />
beigesteuert. Alle Vorträge und Diskussionen<br />
werden simultan ins Deutsche<br />
und Englische übersetzt. Für die Keynotes<br />
konnten mit Dr. Bernd Stephan (SKF),<br />
Rainer Eidloth (Schaeffler), Dr. Tobias<br />
Lösche-ter Horst (Volkswagen) und<br />
Prof. Ton Lubrecht (INSA Lyon, Frankreich)<br />
hochkarätige Fachleute gewonnen<br />
werden. Die Firmen Schaeffler und SKF<br />
engagieren sich als Sponsoren für die<br />
Bearing World. Unternehmen können<br />
sich in der begleitenden Fachausstellung<br />
einem internationalen und fachkundigen<br />
Publikum aus Industrie und Forschung<br />
präsentieren. „Für unsere Forschungscommunity<br />
und die Anwender in der<br />
Industrie ist es wichtig, Impulse aus aller<br />
Welt zu erhalten und sich inter national zu<br />
vernetzen. Deshalb laden wir Experten<br />
aus dem In- und Ausland zur Bearing<br />
World ein.“ Bernhard Hagemann, Forschungsvereinigung<br />
Antriebstechnik e. V.<br />
www.bearingworld.org<br />
Video-Tipp:<br />
Was macht die Bearing World so<br />
interessant? Mehr dazu im Video.<br />
www.bearingworld.org<br />
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Promo-Code:<br />
BEAWO16<br />
International Bearing Conference<br />
12. und 13. April <strong>2016</strong> in Hannover<br />
www.bearingworld.org<br />
Unterstützt von:<br />
Partnerverbände:
MAGAZIN<br />
Veranstaltungs-Tipps<br />
ein Service von antriebstechnik.de<br />
Thema Termin Ort Veranstalter/Anmeldung<br />
Kongress/<br />
Tagung<br />
Seminar<br />
Workshop<br />
Messe<br />
Sonstiges<br />
BEARING WORL – International Bearing Conference 12. - 13.04.<strong>2016</strong> Würzburg FVA<br />
n<br />
Sicher abdichten mit O-Ringen 14.04.<strong>2016</strong> Pinneberg C. Otto Gehrckens<br />
n<br />
Elektrische Maschinen mit konzentrierten Wicklungen 19. - 20.04.<strong>2016</strong> München Haus der Technik<br />
n<br />
Wechselwirkungen Motor − Frequenzumrichter 21. - 22.04.<strong>2016</strong> München Haus der Technik<br />
n<br />
Auslegung von elektrischen Maschinen 26. - 27.04.<strong>2016</strong> München Haus der Technik<br />
n<br />
Pulvermetallurgie 26. - 27.04.<strong>2016</strong> Aachen DGM<br />
n<br />
Schadensanalyse von elastomeren Dichtungen 26. - 27.04.<strong>2016</strong> Oberstenfeld O-Ring Prüflabor Richter<br />
n<br />
Regelung von Drehstromantrieben 27. - 28.04.<strong>2016</strong> München Haus der Technik<br />
n<br />
CADFEM EM-Symposium 13.04.<strong>2016</strong> Würzburg CADFEM<br />
n<br />
Ob Kongress, Tagung, Seminar oder Messe – was sonst noch los ist in der Welt der Antriebstechnik, finden Sie in unserem<br />
Terminkalender auf www.antriebstechnik.de – Hier finden Sie auch die Direktkontakte zu unseren Veranstaltungs-Tipps.<br />
Termin: MSR-Spezialmesse Rhein-Main steht<br />
in den Startlöchern<br />
Der Veranstalter Meorga organisiert für den 13. April <strong>2016</strong> in Frankfurt<br />
am Main eine regionale Spezialmesse für Prozessleitsysteme,<br />
Mess-, Regel- und Steuerungstechnik. Rund 150 Fachfirmen der<br />
MSR- und Automatisierungstechnik präsentierten sowohl Geräte<br />
und Systeme als auch ganzheitliche Lösungen und Trends im<br />
Bereich der Automatisierung. Die Messe wendet sich an Fachleute<br />
und Entscheidungsträger, die für die Optimierung von Geschäftsund<br />
Produktionsprozessen verantwortlich sind. Der Eintritt sowie<br />
die Teilnahme an den technisch fundierten Workshops sind kostenlos.<br />
Kleine Speisen und Getränke<br />
sind inklusive. Die Messe findet<br />
am Mittwoch, 13. April <strong>2016</strong>,<br />
von 8:00 bis 16:00 Uhr in der<br />
Jahrhunderthalle in Frankfurt-<br />
Höchst, Pfaffenwiese 301, statt.<br />
Detaillierte Informationen erhalten<br />
Sie über die Website des<br />
Veranstalters.<br />
www.meorga.de<br />
Hamacher Elektrotechnik neuer<br />
Distributor für Bonfiglioli<br />
Der italienische Antriebsspezialist Bonfiglioli erweitert sein Partnernetzwerk<br />
und unterzeichnet einen Distributionsvertrag mit<br />
Hamacher Elektrotechnik. Damit baut die Bonfiglioli-Gruppe ihr<br />
bisheriges Distributionsnetzwerk in Deutschland weiter aus und<br />
stärkt ihren Flächenvertrieb bis hin zum Service, denn Hamacher<br />
sieht sich mit 80 Mitarbeitern, effizienter Organisation sowie<br />
moderner Ausrüstung und Software gerüstet für optimalen<br />
Kundenservice. Umgekehrt bietet die Vereinbarung Hamacher<br />
einen noch besseren Zugang zu technischen Informationen und<br />
direktere Unterstützung durch Bonfiglioli. „Der Kontakt zum<br />
Kunden soll noch enger werden und wir möchten noch direkter<br />
auf ihre Anforderungen reagieren. Mit Hamacher knüpfen wir<br />
unser Vertriebsnetz in Deutschland noch ein Stückchen enger“,<br />
erklärt Olaf Donner, Bereichsleiter bei Bonfiglioli Mechatronic<br />
Drives & Solutions in Krefeld. Bonfiglioli sei stolz auf die Partnerschaft,<br />
denn sie unterstützt die Strategie von Bonfiglioli, die<br />
Aktivitäten auf dem deutschen Markt weiter zu intensivieren.<br />
www.bonfiglioli.de<br />
Kompetenz³.<br />
Drei Produktsparten – eineQ ualität<br />
n<br />
n<br />
n<br />
SERVO gears<br />
MECHANICAL gears<br />
INDUSTRIAL gears<br />
Die neue Philosophie für mehr Transparenz vereinfacht die Auswahl<br />
VOGEL unterteilt die einzelnen Produktsparten explizit und stärkt<br />
seine Kompetenz in Beratung und Qualität zum Nutzen des Kunden.<br />
A N T R I E B S T E C H N I K<br />
Wilhelm Vogel GmbH Antriebstechnik<br />
Stattmannstraße 1· 72644Oberboihingen<br />
www.vogel-antriebe.de<br />
Fragen?<br />
Emir Erden (Leitung Ver trieb) antwor tet Ihnen:<br />
+49 70 226 0 01-201 ·emir.erden@vogel-antriebe.de<br />
VOGEL.indd 1 25.02.<strong>2016</strong> 11:27:24<br />
8 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Zweistelliges Wachstum auch <strong>2016</strong> erwartet<br />
MAGAZIN<br />
Das Unternehmen IMS Gear hat seinen Umsatz 2015 um 16 % auf rund<br />
442 Mio. Euro gesteigert. Hauptumsatzbringer seien Produktreihen in den<br />
Bereichen Komfort, Sicherheit und Verbrauchsreduzierung bei Automobilen,<br />
darunter Sitz-Längsverstellgetriebe, elektrische Parkbremsen und Komponenten<br />
für elektromechanische Servolenkungen, teilte das Unternehmen<br />
mit. Ein Erfolgsfaktor sei die Fokussierung auf wenige Anwendungsbereiche,<br />
- vor allem im Automobilbereich - mit einer großen Entwicklungstiefe<br />
und Fertigungsbreite. Rund 45 Mio. Euro investierte der Getriebespezialist<br />
und Komponentenlieferant im vergangenen Jahr in den Ausbau seiner<br />
Produktion. Im laufenden Jahr sind Investitionen in gleicher Höhe geplant,<br />
davon 27 Mio. Euro an den deutschen Standorten in Donaueschingen, Eisenbach<br />
und Trossingen. Für <strong>2016</strong> rechnet IMS Gear mit einem Umsatzanstieg<br />
von 10 %. Im Frühjahr dieses Jahres soll zudem die Umwandlung des Unternehmens von einer GmbH in eine SE & Co. KGaA erfolgen.<br />
www.imsgear.com<br />
Findling auf dem<br />
Weg zum<br />
Dienstleister<br />
Das Unternehmen Findling Wälzlager<br />
blickt auf ein erfolgreiches<br />
Geschäftsjahr 2015 zurück: Die<br />
Stückzahlen konnten deutlich<br />
gesteigert werden, die Ertragslage<br />
entspricht insgesamt den Erwartungen<br />
und ermöglicht weitere<br />
Investitionen in die Zukunft. <strong>2016</strong><br />
möchte sich Findling noch mehr<br />
in Richtung Dienstleistungsunternehmen<br />
weiterentwickeln.<br />
Im Fokus stehen dabei der Ausbau<br />
des Schulungsprogramms<br />
und das Projektmanagement im<br />
Rahmen globaler Beschaffungsprozesse<br />
für Konzerne. „Die Geschäfte<br />
gehen gut“, fasst<br />
Klaus Findling, Geschäftsführer<br />
der Findling Wälzlager GmbH,<br />
kurz und knapp zusammen.<br />
„Unsere ABEG-Methode zur<br />
optimalen Auswahl von Wälzund<br />
Gleitlagern bewirkt, dass die<br />
Kunden anwendungsgerechte<br />
Leistungsklassen erwerben und<br />
Überdimensionierungen vermieden<br />
werden. Premiumprodukte<br />
kommen nur noch in<br />
wirklich anspruchsvollen Anwendungen<br />
zum Einsatz, sodass<br />
wir in diesem Bereich weniger<br />
Umsatz generieren.“<br />
www.findling.com<br />
Oft kopiert und nie erreicht<br />
Mit der ROTEX ® haben wir vor über 40 Jahren eine<br />
drehelastische Klauenkupplung entwickelt, die es zum<br />
Stellvertreter einer ganzen Warengruppe gebracht<br />
hat. Heute steht dem Konstrukteur ein umfangreiches<br />
Kupplungsprogramm für nahezu jeden Anwendungsfall<br />
zur Verfügung. Alle Bauvarianten der ROTEX ® -Familie<br />
werden standardmäßig mit dem hochwertigen Zahnkranzmaterial<br />
T-PUR ® ausgeliefert.<br />
www.ktr.com<br />
Halle A4<br />
Stand 537<br />
Halle 17<br />
Stand A42<br />
ROTEX ®
MAGAZIN I INTERVIEW<br />
„Vom Händler zum<br />
Systemlieferanten“<br />
Was steckt hinter Rodriguez? – Gunther Schulz gewährt einen Blick hinter die Kulissen<br />
Rodriguez ist ein Systemlieferant<br />
hochwertiger Antriebskomponenten.<br />
Zudem liefert das<br />
Unternehmen lineare Komplettsysteme<br />
für die verschiedensten<br />
Industriebereiche. Was sich genau<br />
hinter Rodriguez verbirgt erläutert<br />
Gunther Schulz, Geschäftsführender<br />
Gesellschafter von<br />
Rodriguez.<br />
Herr Schulz, Sie haben als klassisches<br />
Handelsunternehmen begonnen, fertigen<br />
inzwischen aber auch selbst. Wie kam es<br />
dazu?<br />
Das ist richtig, seit der Gründung im Jahr<br />
1984 ist das Handelsunternehmen<br />
Rodriguez im Ein- und Verkauf amerikanischer<br />
und vor allem europäischer<br />
Wälzlager tätig. Mit Beginn der 90er-Jahre<br />
haben wir als Partner eines US-amerikanischen<br />
Unternehmens Lineartechnikprodukte<br />
in das Produktportfolio<br />
aufgenommen und später mit der<br />
Eigenfertigung begonnen, um für anwenderspezifische<br />
Lösungen flexibler und<br />
handlungsfähiger zu sein. Heute verfügen<br />
wir über einen großen Maschinen park und<br />
eine große Fertigungstiefe sowohl im<br />
rotativen als auch im linearen Bereich.<br />
Nach dem Auf- und Ausbau der Linear-<br />
Fertigung haben wir vor ca. zehn Jahren<br />
mit der Eigenfertigung von Präzisionskugellagern<br />
begonnen. Mit unserem<br />
heutigen Maschinenpark können wir<br />
Lager über einen Durchmesserbereich von<br />
15 bis 1 400 mm inhouse fertigen.<br />
Sie liefern also nicht nur Komponenten,<br />
sondern auch einbaufertige Systeme?<br />
Ja. Neben leistungsstarken Komponenten<br />
und den Kapazitäten für anwenderspezifische<br />
Lösungen profitieren<br />
Rodriguez-Kunden vor allem von unserem<br />
langjährigen Engineering-Know-how sowie<br />
den speziellen Kenntnissen und Erfahrungen<br />
in der Mechanik, die für die<br />
fach gerechte Umsetzung und eine präzise<br />
Montage maßgeblich sind. Aus dieser<br />
Expertise haben wir einen eigenen<br />
Geschäftsbereich mit großem Potenzial<br />
entwickelt, nämlich die Value-Added<br />
Products (VAP). Diese Komplettlösungen<br />
basieren auf unserem Produktportfolio<br />
und verknüpfen das gesamte Know-how<br />
des Unternehmens.<br />
Wie steht es um die Nachfrage für solche<br />
anwenderspezifischen Komplettsysteme?<br />
Die Nachfrage nimmt schon seit Jahren<br />
stetig zu. Nehmen Sie z. B. lineartechnische<br />
Subsysteme: Sie sind bei einer Eigenkonstruktion<br />
oft mit einem zeit- und<br />
kosten intensiven Trial-and-Error-Prozess<br />
verbunden. Summiert man die Kosten für<br />
Zeitaufwand und Manpower, so lohnt sich<br />
der Einkauf einer maßgeschneiderten<br />
Lösung. Anwender, die eine Baugruppe<br />
oder ein komplettes System von Rodriguez<br />
10 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
INTERVIEW I MAGAZIN<br />
beziehen, profitieren außerdem von<br />
weiteren technischen Vorteilen. Grundlage<br />
der anwenderspezifischen Lösungen<br />
sind die durch die Anwendung definierten<br />
mechanischen und steuerungstechnischen<br />
Rahmenbedingungen. Rodriguez<br />
übernimmt die Auswahl der geeigneten<br />
Komponenten sowie die Konstruktion<br />
der Baugruppe. Somit ist sichergestellt,<br />
dass die Lösungen auch wirklich alle<br />
Anforderungen des Anwenders erfüllen.<br />
Für welche Branchen kommen solche<br />
lineartechnischen Systeme in Frage?<br />
Zum Beispiel für Zulieferer der Automobil <br />
industrie, Medizintechnik oder Automation,<br />
die komplexe lineartechnische<br />
Baugruppen benötigen. Dabei kauft der<br />
Anwender die komplett montierte<br />
Baugruppe quasi als Blackbox. Die<br />
Auswahl geeigneter Kom ponenten und die<br />
konstruktive Ausge staltung der Baugruppe<br />
übernimmt Rodriguez. Weiterhin<br />
entwickelt der Bereich Value Added<br />
Products aber auch applikationsspezifische<br />
Lineartechnik wie spezielle<br />
Kugelgewindetriebe und Profilschienenführungen<br />
für die Holzverarbeitung, die<br />
Fördertechnik oder die metallverarbeitende<br />
Industrie.<br />
Und wie sieht es im Bereich der<br />
Präzisionslager aus?<br />
Gunther Schulz,<br />
Geschäftsführender<br />
Gesellschafter von Rodriguez<br />
Auch hier realisieren wir integrierte<br />
Lösungen, denn im Maschinen- und<br />
Anlagenbau sind z. B. Dünnringlager oft<br />
Bestandteil komplexer Baugruppen. Für<br />
die anwendungsspezifische Modifizierung<br />
und die fachgerechte Montage der Bauteile<br />
ist allerdings ein besonderes Wissen erforderlich.<br />
Deshalb realisieren wir im Auftrag<br />
unserer Anwender integrierte Lösungen<br />
mit sämtlichen Umbauteilen, die konkret<br />
für die jeweilige Anwendung und Schnittstelle<br />
konzipiert wurden: Unter anderem<br />
Passungssitz, axiale Klemmung, die<br />
fachgerechte Montage – das ist unser<br />
Part. Es gibt genügend Anwendungen wo<br />
es Sinn macht, ein Standardlager mit<br />
einem Lager zu ersetzen, das heißt dass<br />
das ein oder andere Umbauteil in das<br />
Lager integriert wird.<br />
Lohnt sich das für die Anwender auch<br />
hinsichtlich der Kosten?<br />
Natürlich, denn der Anwender kann – durch<br />
die Einsparung von Bauteilen – Zeit für die<br />
Eigenkonstruktion und Manpower: also<br />
ökonomische Vorteile erzielen. Anwender,<br />
die eine Baugruppe oder ein komplettes<br />
System von uns beziehen, profitieren<br />
zudem von einer Entlastung in der<br />
eigenen Beschaffung. Somit kann sich der<br />
Kunde auf seine Kernkompetenz kon zentrieren.<br />
Bei einer technisch vernünftig<br />
ausgelegten Lösung können so Kosten,<br />
Schnittstellen und Toleranzen reduziert<br />
werden.<br />
Was bringt die Zukunft für Rodriguez?<br />
Wir erweitern nach wie vor unseren<br />
Maschinenpark, um unseren Anwendern<br />
noch mehr Flexibilität und Individualität<br />
bieten zu können. Wir verfolgen das<br />
Ziel, den Anteil der Eigenfertigung am<br />
Umsatz zu steigern, ohne dabei jedoch<br />
die Handelssparte im Unternehmen<br />
zu vernachlässigen. Die jüngsten Inves titionen<br />
versetzen uns in die Lage, die<br />
aktuellen und kommenden Aufgaben<br />
bewältigen zu können, Kapazitäten zu<br />
erweitern und Prozesse zu optimieren.<br />
www.rodriguez.de<br />
Magnetische Längenmesstechnik<br />
MSA111C-DQ in zertifizierter SIL-2-Ausführung - für ein „Mehr“an Sicherheit!<br />
■ Zertifizert nach SIL2 (DRIVE-CLiQ) für Safety-Anwendungen<br />
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■ Extrem robust, völlig berühungslos und verschleißfrei<br />
■ Motorfeeedback für Direktantriebe / Linearmotoren<br />
SIKO GmbH, Tel.+49 7661 394-0, www.siko-global.com
MAGAZIN<br />
Igus: Nach 25 Jahren Weltspitze mit<br />
Leitungen für die Energiekette<br />
Vor 25 Jahren hat Igus<br />
die Leitungskonstruktion<br />
für die Bewegung in<br />
der E-kette revolutioniert<br />
und bietet mit der<br />
Marke Chainflex seitdem<br />
Motor-, Steuer- und Daten-Leitungen<br />
für die<br />
spezielle Bewegung in<br />
Energieketten an. 2015<br />
hat der Geschäftsbereich<br />
Chainflex die 100 Mio.<br />
EUR Umsatzmarke überschritten und trägt damit über 20 % zum<br />
Gesamtumsatz bei. Denn mit 1 040 Leitungen ab Lager hat das<br />
Kölner Unternehmen das größte Angebot für die Energiekette im<br />
Programm. „Unser Vorteil ist, dass wir sowohl Energieketten als<br />
auch Leitungen entwickeln und diese als System testen und anbieten“,<br />
stellt Frank Blase, Geschäftsführer von Igus, heraus. Bedeutende<br />
Investitionen fließen in das branchengrößte Testlabor. Hier laufen<br />
über 70 Testmaschinen für Leitungen mit über zwei Milliarden<br />
Testzyklen im Jahr. Insgesamt wurde die Fläche um 1 000 m 2 auf<br />
nun 2 750 m 2 erweitert. Durch die zahlreichen Tests ist Igus als<br />
einziger Hersteller in der Lage, eine 36-monatige Garantie auf alle<br />
Chainflex-Leitungen zu geben. Darüber hinaus hat das Unternehmen<br />
seine Produktions- und Lagerkapazitäten in Nordamerika, Asien<br />
und Europa ausgebaut, um Kunden noch schneller in den lokalen<br />
Märkten beliefern zu können.<br />
www.igus.de<br />
Schaeffler als Qualitäts-Zulieferer<br />
ausgezeichnet<br />
Danfoss, Hersteller von Aggregaten für die Hydraulik-, Antriebs-,<br />
Kälte- und Heizungstechnik, hat Schaeffler mit dem „Quality Supplier<br />
Award 2015“ ausgezeichnet. Damit wurde der Automobil- und<br />
Industriezulieferer für die hohe Qualität seiner Produkte und für<br />
individuelle Entwicklungen für Danfoss geehrt. Allein 2015 lieferte<br />
Schaeffler 3,3 Mio. Teile aus mehr als 20 Werken an Danfoss-Standorte<br />
weltweit. Davon seien nur zwei Teile beanstandet worden, teilte<br />
Schaeffler mit. Insgesamt würden rund 170 verschiedene Produkte<br />
an Danfoss geliefert, die größtenteils in Hydraulikaggregaten für<br />
mobile Maschinen verbaut werden. Darunter sind Katalogprodukte<br />
sowie speziell für Hydraulikaggregate entwickelte Produkte wie<br />
Schwenkwiegenlager. In den Kolbenpumpen und -motoren der<br />
Baureihe H1 kommen z. B. über zehn verschiedene Produkte der<br />
Schaeffler-Marken INA und FAG zum Einsatz. Die beiden Unternehmen<br />
arbeiten seit mehr als 20 Jahren zusammen.<br />
www.schaeffler.com<br />
VDMA-Kongress „Predictive<br />
Maintenance 4.0“ zeigt Praxisbeispiele<br />
Wie eine vorausschauende Instandhaltung im Rahmen von Industrie<br />
4.0 umgesetzt werden kann, war Thema des Kongresses „Predicitive<br />
Maintenance 4.0“ des VDMA im Februar in Frankfurt. Mehr<br />
als 100 Teilnehmer kamen<br />
zu der Veranstaltung, bei<br />
der Beispiele für Lösungsansätze<br />
erläutert wurden.<br />
Klaus Helmrich, Vorstandsmitglied<br />
von Siemens, zeigte,<br />
wie durch datenbasierte<br />
Services eine höhere Verfügbarkeit<br />
und Effizienz<br />
von Maschinen erreicht<br />
werden können. Markus<br />
Flik, Vorsitzender der Geschäftsführung<br />
der Chiron-<br />
Werke erläuterte die zustandsorientierte Instandhaltung. Worauf es<br />
bei der Umsetzung von Predictive Maintenance in der Produktion<br />
ankommt, zeigte Tobias Gaukstern von Weidmüller Interface am<br />
Beispiel einer Spritzgussmaschine. Außerdem stellten Experten<br />
von FAG Industrial Services, Bosch Rexroth, Argo-Hythos und Festo<br />
ihre Lösungen vor. Der VDMA greift das Thema auch auf der<br />
Hannover Messe mit der Sonderausstellung „Predictive Maintenance<br />
4.0“ auf.<br />
www.fva-net.de
MAGAZIN<br />
Antriebs- und<br />
Steuerungstechnik<br />
für Uni-Institut<br />
Know-How-Transfer im Bereich<br />
hochautomatisierter<br />
Prozesse: Lenze, Spezialist<br />
für Motion Centric Automation,<br />
unterstützt das Institut<br />
für Mechatronische<br />
Systeme (imes) der Universität<br />
Hannover mit Automatisierungstechnik<br />
für<br />
Stork übernimmt Wartung und Lieferung von Ja-Ke-Getrieben<br />
Die Unternehmen Stork und Jahnel-Kestermann (Ja-Ke) haben eine Vereinbarung zur Übernahme<br />
der Wartung und Lieferung von Ersatzteilen für Ja-Ke-Getriebe durch Stork Gears & Services abgeschlossen.<br />
Damit wird Stork Gears & Services zum neuen weltweiten, autorisierten Wartungspartner<br />
für Unternehmen, die Ja-Ke-Getriebe besitzen. So sind die Fortsetzung der internationalen Lieferung<br />
von Originalteilen sowie die Wartung von Getrieben nach der Schließung von Ja-Ke sichergestellt.<br />
Bestandteil der Vereinbarung sind auch die Übernahme eines großen Teils des geistigen<br />
Eigentums und der meisten Original-Zeichnungen für Entwurf, Reproduktion und Installation<br />
identischer Neubau-Getriebe. Das Serviceteam von Stork Gears & Services wird von Senior Service<br />
Engineers, Design Engineers sowie Sales Managern von Ja-Ke unterstützt.<br />
www.stork.com<br />
Besser geschützt<br />
eine Montage-, Handhabungs-<br />
und Fördertechnikzelle.<br />
In der Produktionsstraße<br />
sind Controller 3200C<br />
mit I/O-System 1000, Servo-Inverter<br />
i700 für Mehrachsanwendungen,<br />
der<br />
Panel-Controller p500, der<br />
Logic (PLC), Motion und<br />
Visualisierung in einem<br />
Gerät vereint. Damit erforschen<br />
Studierende und<br />
wissenschaftliche Mitarbeiter<br />
z. B. komplexe, sichere<br />
Bewegungsabläufe in Echtzeit,<br />
Fahrprofile, die andere<br />
Anlagenteile nicht in<br />
Schwingung bringen oder<br />
modular aufgebaute und<br />
leicht bedienbare Robotik-<br />
Anwendungen. Das Unternehmen<br />
und die Hochschule<br />
arbeiten bereits<br />
seit längerem zusammen.<br />
Zur Entwicklung des<br />
standard isierten Softwaremoduls<br />
für Roboteranwendungen<br />
aus der<br />
Toolbox Lenze Fast z. B.<br />
hatte das Imes einen Teil<br />
der Grundlagenforschung<br />
beigesteuert.<br />
EAS ® -compact ®<br />
Der Airbag für<br />
Ihre Maschine<br />
„Wir bauen in unsere hochwertigen Abfüll- und Verpackungsanlagen<br />
nur Komponenten mit sehr hoher Qualität<br />
und Zuverlässigkeit ein. Deshalb setzen wir beim Überlastschutz<br />
seit vielen Jahren ausschließlich auf EAS ® -<br />
Sicherheitskupplungen von mayr ® Antriebstechnik.“<br />
Markus Kröger<br />
Franz Tölke GmbH, Sondermaschinenbau.<br />
Achtung! Nie ohne Airbag für die Maschine<br />
Nur EAS ® -Sicherheitskupplungen verwenden<br />
www.lenze.com<br />
D-87665 Mauerstetten, www.mayr.com<br />
info@mayr.com, Tel.: +49 (0) 8341/8040<br />
Ihr zuverlässiger Partner
MAGAZIN I KOMMENTAR<br />
„Den Weg<br />
aktiv gestalten“<br />
Die erste Industrie 4.0-Maschine im<br />
Praxiseinsatz – ein Kommentar<br />
Mehrwert durch Digitalisierung – das war bei Schaeffler das beherrschende Thema<br />
auf der EMO in Mailand. Der Komponentenanbieter unterstrich mit vielen<br />
Neuerungen seine Kompetenz bei Schlüsselanwendungsstellen in der<br />
Werkzeugmaschine. Dr. Jörg-Oliver Hestermann, Strategische Anwendungstechnik<br />
bei Schaeffler Technologies in Herzogenaurach erklärt, warum man die<br />
Werkzeug maschine 4.0 bereits betrachten konnte.<br />
V<br />
or zwei Monaten war sie eines der Highlights auf der<br />
EMO 2015 in Mailand, der funktionsfähige Prototyp einer<br />
„Werkzeugmaschine 4.0“. DMG Mori und Schaeffler realisierten in<br />
einem Gemeinschaftsprojekt zwei Maschinen von der Sensorik<br />
bis in die Cloud. Eine Maschine kommt nun im Schaeffler-Werk<br />
in Höchstadt zum Einsatz. Mit über 60 zusätzlichen Sensoren<br />
ausgestattet, wird das Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum eine<br />
große Menge an Daten in die eigens hierfür entwickelte Cloud<br />
liefern. Die Daten dienen zunächst für die praktische Erprobung<br />
verschiedener Szenarien zur Optimierung der eigenen Fertigungsund<br />
Planungsprozesse sowie für die vorausschauende Instandhaltung.<br />
Ziel ist nicht nur, die entstehenden Lösungen in der<br />
eigenen Fertigung weltweit einzusetzen, sondern die<br />
Optimierungs möglichkeiten auch den Werkzeugmaschinenherstellern<br />
und -anwendern zur Verfügung zu stellen.<br />
Warum gerade ein Anbieter von Lagerlösungen den mutigen<br />
Schritt einer Eigenentwicklung geht, erklärt sich aus den<br />
Funktionen der Lagerungen in der Werkzeugmaschine. Wälzlager<br />
und Führungen übertragen die Bearbeitungskräfte vom Tool<br />
Center Point TCP in das Gehäuse und stellen einen gewichtigen<br />
Beitrag für die geforderte Präzision, Steifigkeit und die Produktivität<br />
sicher. Daher beeinflussen deren Veränderungen die Bearbeitungsqualität<br />
stark. Lagersysteme mit darauf abgestimmter<br />
Sensorik eignen sich daher sehr gut, ein virtuelles Abbild vom<br />
Zustand der Maschine im Allgemeinen und von den Lagern im<br />
Speziellen zu erhalten. In Verbindung mit der Belastungshistorie<br />
soll die Ausnutzung der Lager-Gebrauchsdauer ermittelt werden<br />
können. Entscheidend wird sein, wie deutlich die Produktivität<br />
und Qualität mit den verschiedenen Konzepten gesteigert werden<br />
kann. Genau dies soll in Höchstadt „am lebenden Objekt“ in der<br />
Serienproduktion getestet werden.<br />
Welcher Umfang an zusätzlichen Sensoriken und Auswertelogiken<br />
wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist, wird ebenso im<br />
Projekt Werkzeugmaschine 4.0 praxisnah erprobt. Unter dem<br />
Motto „One shot – one hit“ soll außerdem die horizontale<br />
Inte gration – im ersten Schritt von Werkzeugvoreinstellgerät,<br />
Maschine und 3-D-Messmaschine – dazu benutzt werden,<br />
Losgrößen von 1 sehr effizient zu realisieren.<br />
Mit Informationen über den Zustand aller Maschinen in einer<br />
weitgehend durchgängig digitalisierten Produktion ist ein noch<br />
größerer Effekt zu erzielen, da Ausweichstrategien oder<br />
Handlungsempfehlungen dann den gesamten Produktionsablauf<br />
automatisch steuern und verbessern werden. Dazu gehören auch<br />
die Minimierung der Rüstzeiten, ein optimiertes Energiemanagement<br />
und eine datenbasierte vorausschauende<br />
Instandhaltung. Neben den Maschinen muss die dafür benötigte<br />
IT-Welt in bestehende Systeme eingebunden werden.<br />
Über Industrie 4.0, die selbstorganisierende und selbstoptimierende<br />
Produktion, wird immer noch viel geschrieben und<br />
diskutiert. Schaeffler wollte den Weg jedoch aktiv gestalten,<br />
sowohl für die eigene Produktion als auch für Produkte und<br />
Services der nächsten Generation.<br />
www.schaeffler.de<br />
14 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Heidrive von<br />
US-Konzern<br />
übernommen<br />
Die Münchner Private<br />
Equity Gesellschaft palero<br />
invest hat zum Januar <strong>2016</strong><br />
nach knapp zwei Jahren<br />
Eigentümerschaft alle Anteile<br />
an Heidrive verkauft.<br />
Käufer ist der US-Antriebstechnikspezialist<br />
Allied<br />
Motion. Das Unternehmen<br />
hat seinen Hauptsitz im<br />
US-Staat New York und<br />
weitere Standorte in Ohio,<br />
Michigan und Alabama<br />
sowie Niederlassungen in<br />
Mexiko, China, den Niederlanden,<br />
Schweden und<br />
Portugal. Das Unternehmen<br />
entstand aus der im<br />
Bereich Energieüberwachung<br />
aktiven Hathaway<br />
Corporation. Mit dem Erwerb<br />
von Heidrive will Allied<br />
Motion seine Präsenz<br />
in Europa stärken und Entwicklungs-Know-how<br />
dazugewinnen,<br />
erklärte Richard<br />
S. Warzala, Vorstandsvorsitzender<br />
und CEO von Allied<br />
Motion (Bild Mitte).<br />
Mit dem US-Konzern im<br />
Rücken will Heidrive die<br />
PERSONALIE<br />
Zum Jahresbeginn hat Schaeffler den<br />
langjährigen Geschäftsführer des Ost-Ausschusses<br />
der Deutschen Wirtschaft<br />
Prof. Dr. Rainer Lindner in seinen Reihen<br />
begrüßt. Er übernahm als CEO die Leitung der<br />
Schaeffler-Subregion Mittel- und Osteuropa.<br />
Lindner verfügt über Fachkenntnisse und<br />
Erfahrungen in dieser Region und war von 2008 bis Ende 2015<br />
als Geschäftsführer des Ost-Ausschusses der Deutschen<br />
Wirtschaft tätig. Zuvor wirkte er als Berater der Bundesregierung<br />
und des Bundestags am Deutschen Institut für<br />
Internationale Politik und Sicherheit (SWP). „Wir freuen uns,<br />
dass wir Rainer Lindner als Osteuropa-Experten und Verbandsmanager<br />
für die Schaeffler-Gruppe gewonnen haben. Ich bin<br />
sicher, dass er zur Stärkung unserer Präsenz und unserer<br />
Kundenbeziehungen in Mittel- und Osteuropa beitragen<br />
wird“, sagte Dietmar Heinrich, CEO Europa. <br />
Messemacher Paul E. Schall<br />
verstorben<br />
Der erfolgreiche Messemacher Paul Eberhard<br />
Schall ist am 19. Februar <strong>2016</strong> im Alter von<br />
76 Jahren verstorben. Er war ein echter Selfmademan.<br />
Nach der Lehre zum Mechaniker<br />
fing er im elterlichen Betrieb an, der Maschinen<br />
für die Papier verarbeitende Industrie herstellte. Mit 23 Jahren<br />
machte er sich selbstständig und gründet seine erste Firma, die<br />
„Paul Schall jun. Grafische Maschinen“. Später verlegte sich Paul E.<br />
Schall auf die Veranstaltung von Fachausstellungen. Die von ihm<br />
gegründete Schall Firmengruppe umfasst heute das private Messeunternehmen<br />
P.E. Schall GmbH & Co. KG mit Sitz im badenwürttembergischen<br />
Frickenhausen, die Messe Sinsheim GmbH<br />
und die Pescha Media-Agentur. Sein Erfolgsrezept bringt er in seiner<br />
Biografie auf den Punkt: Menschlichkeit. „Messen sind Emotionen<br />
und wir machen Messen mit dem Herzen.“ Es hat funktioniert. Zu<br />
den erfolgreichen Veranstaltungen der Schall-Firmengruppe gehören<br />
die Fachmessen Fakuma, Motek, Control und Blech Expo, die als<br />
feste Branchen-Größen etabliert sind. Mit Paul E. Schall ist eine<br />
herausragende Persönlichkeit der deutschen Messewelt gestorben.<br />
www.schall-messen.de<br />
RK DuoLine Clean<br />
Linearachsen für den<br />
Reinraumeinsatz<br />
▪ Eignung gemäß EN ISO 14644 -1<br />
▪ wahlweise mit oder ohne<br />
Unterdruckabsaugung<br />
▪ außenliegende Stahlteile<br />
vernickelt oder aus Edelstahl<br />
▪ hoher Wirkungsgrad<br />
▪ geringes Leerlaufmoment<br />
Fertigung und den Heimotion-Servobaukasten<br />
an<br />
seinen Standorten Kelheim<br />
(Bayern) sowie Mrákov<br />
(Tschechien) ausbauen. Die<br />
Geschäftsführung bleibt in<br />
den Händen von Helmut<br />
Pirthauer (links) und<br />
Steffen Hirsch.<br />
www.heidrive.de<br />
Katalog für Klein- und<br />
Kleinstantriebssysteme<br />
Das Unternehmen Faulhaber Antriebssysteme ist<br />
der Erfinder einer der Schlüsseltechnologien für<br />
den Bau effizienter, kleinster Elektromotoren.<br />
Heute sind sie so klein, dass sie durch Gefäße bis<br />
ins Herz gelangen, um Leben zu erhalten, oder sie sind so robust,<br />
dass sie nach einer Reise von 6,5 Milliarden Kilometern durchs All<br />
auf einem Kometen zuverlässig ihre Arbeit verrichten. Auf 480 Seiten<br />
präsentiert der Hersteller im neuen Katalog <strong>2016</strong> sein vielfältiges<br />
Produktprogramm für Klein- und Kleinstantriebssysteme – Bausteine<br />
für Menschen mit Visionen, um nach den Sternen zu greifen.<br />
www. faulhaber.com<br />
LINEAR-<br />
PROFIL-<br />
VERBINDUNGS-<br />
MODUL-<br />
TECHNIK<br />
www.rk-rose-krieger.com<br />
Hannover Messe 25.-29.04.<strong>2016</strong><br />
Halle 16 | Stand D18
KOMPONENTEN UND SOFTWARE I TITEL<br />
„Ziel war ein zuverlässiger Prozess“<br />
Energiekette macht robotergestütztes Schraubsystem verfügbar und sicher<br />
Im Karosserie-Leichtbau spielt das Fließlochschrauben eine<br />
wichtige Rolle. Um in der Automobil-Produktion die Prozesse<br />
weiter zu vereinfachen, bietet die Klingel GmbH ein<br />
roboter gestütztes Schraubsystem an. Die Basis bildet ein<br />
gemeinsam mit Igus entwickelter Standard-Robotik- Leitungssatz.<br />
antriebstechnik sprach mit den am Entwicklungsprozess<br />
beteiligten Personen: Dr. Robert Klingel, Geschäftsführer der<br />
Klingel GmbH,Jörg Ottersbach, Branchenmanager und Richard<br />
Habering, Produktmanager bei der Igus GmbH<br />
Es gibt mehrere „kalte Fügetechniken“,<br />
die im Karosseriebau eingesetzt werden<br />
– Clinchen, Nieten und das Fließlochschrauben.<br />
Welche Vorteile bietet das<br />
FLS-Verfahren gegenüber den anderen<br />
Fügetechniken?<br />
Dr. Klingel: Grundsätzlich kann man<br />
zwischen den einseitigen und den<br />
zweiseitigen Fügeverfahren unterscheiden.<br />
Zweiseitig bedeutet, dass die Stelle, an der<br />
zwei Bauteile miteinander verbunden<br />
werden sollen, eben von zwei Seiten aus<br />
zugänglich sein muss, um die Verbindung<br />
herzustellen. Das ist z. B. beim Clinchen,<br />
Stanznieten und auch beim klassischen<br />
Widerstandspunktschweißen der Fall. Beim<br />
Fließlochschrauben handelt es sich<br />
dagegen um ein einseitiges Verfahren, die<br />
Verbindungsstelle muss also nur von einer<br />
Seite aus zugänglich sein. Das eröffnet<br />
größere Freiräume bei der Gestaltung der<br />
Bauteile, die miteinander verbunden<br />
werden sollen. So ist es mit FLS z. B. möglich,<br />
Bleche mit Hohlprofilen zu verbinden, was<br />
mit zweiseitigen Verfahren nicht oder nur<br />
sehr eingeschränkt möglich ist. Weiterhin<br />
erlaubt das Fließlochschrauben die Verbindung<br />
von Bauteilen aus unterschiedlichen<br />
Werkstoffen wie Stahl und Aluminium.<br />
Welche Herausforderungen müssen dabei<br />
generell gelöst werden?<br />
Dr. Klingel: Eine der größten Herausforderungen<br />
ist sicherlich das Zusammenspiel<br />
von Roboter und Schrauber. Im Vergleich<br />
zu einer Schweißzange muss der Roboter<br />
„Die Energiekette sorgt für<br />
eine hohe Verfügbarkeit des<br />
Fließlochschraubsystems“<br />
Dr. Robert Klingel<br />
beim Fließlochschrauben nicht nur das<br />
Gewicht des Schraubers tragen, sondern<br />
auch die Prozesskräfte aufbringen. Das<br />
erfordert zum einen Roboter mit hoher<br />
Traglast und zum anderen mit ausreichender<br />
Steifigkeit, damit es während des<br />
Schraubvorgangs zu möglichst geringen<br />
Verlagerungen kommt. Ein weiterer Punkt<br />
ist die sichere Zuführung der Schrauben<br />
vom Sortiergerät über das Schlauchpaket<br />
des Roboters zum Schrauber. Der dafür<br />
verwendete Zuführschlauch muss so<br />
16 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
TITEL I KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
entlang des Roboters verlegt werden, dass<br />
die Schraube unabhängig von der<br />
Roboter stellung in einer definierten Zeit<br />
zum Schrauber transportiert wird. Dazu ist<br />
eine Energiekette notwendig, die sowohl<br />
den Zuführschlauch als auch die Leitungen<br />
zuverlässig führt. Hinsichtlich des Zuführschlauchs<br />
ist unabdingbar, dass dieser<br />
seine Geometrie unabhängig von den<br />
Bewegungen des Roboters dauerhaft<br />
beibehält, also beispielsweise nicht durch<br />
parallel laufende elektrische Leitungen<br />
belastet und verformt wird. Diese Anforderung<br />
wird bei der Energiekette Triflex R<br />
von Igus hervorragend erfüllt. Damit ist<br />
die Grundlage für eine hohe Verfügbarkeit<br />
des Fließlochschraubsystems gesichert.<br />
Wie wird die Zuführung des Schlauchs bei<br />
der Triflex R konkret gelöst?<br />
„Die Igus Triflex R stellt<br />
sicher, dass der Mindestbiegeradius<br />
eingehalten<br />
wird“ Jörg Ottersbach<br />
Ottersbach: Wir führen den Schlauch<br />
getrennt von den Leitungen. Um das zu<br />
erreichen, haben wir mit der Serie Triflex<br />
R TRCF ein geschlossenes Energie-Rohr<br />
entwickelt, das auf einem Dreikammerprinzip<br />
beruht: Alle drei Kammern lassen<br />
sich unabhängig voneinander öffnen und<br />
schließen. Der Zuführschlauch wird in<br />
einer der drei Kammern des Energierohrs<br />
geführt und ist so vor Deformation<br />
weitestgehend geschützt. Auf diese Weise<br />
ist der Zuführprozess in jeder Achsstellung<br />
des Roboters zuverlässig möglich.<br />
Gibt es weitere Vorteile der Triflex R<br />
Roboterlösung gegenüber anderen<br />
Systemen?<br />
Ottersbach: Der Hauptaspekt für eine<br />
zuverlässige und betriebssichere Führung<br />
der Roboterleitungen und -schläuche ist<br />
das Einhalten der Mindestbiegeradien –<br />
wird dieser unterschritten, drohen kostenintensive<br />
Anlagenausfälle. Die Konstruktion<br />
der Igus Triflex R stellt sicher, dass in jeder<br />
Bearbeitungsposition des Roboters der<br />
vorgegebene Mindestbiegeradius<br />
ein gehalten wird – ein umlaufender außen<br />
liegender Anschlag verhindert ein<br />
Ab knicken über das Mindestbiegeradienmaß<br />
hinaus. Des Weiteren wird durch den<br />
modularen Aufbau der Triflex R sichergestellt,<br />
dass ein Torsionswinkel je<br />
Kettenglied von ca. ±10 ° nicht überschritten<br />
wird. Das hat den Vorteil, dass die<br />
Torsionsbelastungen der Leitungen auf die<br />
gesamte Länge verteilt werden und nicht<br />
wie bei anderen Systemen nur im Bereich<br />
der Zugent lastung. Gerade bei Roboteranwendungen<br />
mit Zuführschläuchen wie<br />
beim Fließlochschrauben garantiert der<br />
definierte Mindestbiegeradius der Triflex<br />
R Roboterenergiezuführung die Prozesssicherheit.<br />
Denn knickt der Zuführschlauch<br />
ab, wird die Versorgung der<br />
Schrauben am Werkzeug unterbrochen<br />
und der Prozess gestört.<br />
Was war Ihr Entwicklungsziel bei dem<br />
robotergestützten Schraubsystem KFlow<br />
und welche Hürden waren zu nehmen?<br />
01 Das robotergestützte Schraubsystem<br />
Kflow der Firma Klingel<br />
Dr. Klingel: Unser Ziel war von Anfang an,<br />
ein System zu entwickeln, das über alle<br />
einzelnen Komponenten hinweg einen<br />
zuverlässigen Fügeprozess gewährleistet.<br />
Einen wesentlichen Einfluss auf die Verfügbarkeit<br />
des Gesamtsystems hat dabei<br />
die Energiezuführung vom Steuerschrank<br />
über den Roboter bis zum Schrauber. Wird<br />
die Beweglichkeit des Roboters voll ausgenutzt,<br />
steigen die Anforderungen an die<br />
verwendeten Komponenten. Die aufeinander<br />
abgestimmten Komponenten Triflex R<br />
sowie die Leitungen aus der Reihe CFRO<br />
BOT von Igus stellen für uns die Basis für<br />
ein hochverfügbares Gesamtsystem dar.<br />
Eine Leitungstype war jedoch noch nicht<br />
Neu<br />
für den<br />
Leistungsbereich<br />
0,37 - 22 kW<br />
VLT® Midi Drive FC 280<br />
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KOMPONENTEN UND SOFTWARE I TITEL<br />
03 Mit dem Online-Tool „Quickrobot“ von<br />
Igus lässt sich im Handumdrehen eine<br />
Komplettausstattung für<br />
79 Robotertypen zusammenstellen<br />
02 Der modulare Roboter-Baukasten<br />
der Firma Igus besteht aus über 5 000<br />
verschiedenen Artikeln<br />
in der benötigten Form im Lieferprogramm.<br />
Die Spezifikation wurde in partnerschaftlicher<br />
Zusammenarbeit mit igus erarbeitet.<br />
Anschließend wurde die Leitung in kürzester<br />
Zeit produziert. So konnten wir im<br />
Rahmen eines Projektes die Wünsche der<br />
Automobilindustrie erfüllen.<br />
Um welche Leitung handelte es<br />
sich dabei?<br />
Habering: Für eine Gesamtlösung fehlte<br />
noch ein standardisierter Robotik-Leitungssatz,<br />
der von mehreren Fügegeräten für die<br />
jeweiligen Prozesse genutzt werden kann.<br />
Da die Roboter im Karosserierohbau ausgelastet<br />
sein müssen, kommt es bei jedem<br />
Takt auf den schnellen Wechsel der Werkzeuge<br />
an. Damit das gelingt, werden die<br />
elektrischen Verbindungen zwischen<br />
Schraubsystem und Steuerung mithilfe<br />
04 Alle Robotik-Komponenten werden im<br />
2 750 qm großen Labor von Igus getestet<br />
von Dockingsystemen an der Roboterhand<br />
gesteckt. Bei der zunehmenden Anzahl<br />
von Prozessgeräten erhöht sich allerdings<br />
die Anzahl der Leitungen sowie der<br />
Stecker an den Dockingsystemen – was die<br />
Zugänglichkeit der Werkzeuge an den<br />
Fügepunkten der Karosserie einschränkt.<br />
Die Anforderung der Hersteller war<br />
folglich, die Leitungen zu reduzieren. So<br />
haben wir gemeinsam mit Dr. Klingel und<br />
einigen an der Fügetechnik beteiligten<br />
Unternehmen ein neues System entwickelt,<br />
das die Prozesse vereinfacht: Mit der<br />
Chainflex Hybridleitung CFROBOT9.007<br />
„Für die Chainflex-Serie<br />
vergibt Igus eine Garantie<br />
von 36 Monaten“<br />
Richard Habering<br />
sowie der Motor- und Servoleitung<br />
CFROBOT7.40.02.02.04.C. muss am Roboter<br />
jetzt nur noch ein Leitungssatz verlegt<br />
werden. Eine von dem Unternehmen<br />
Stäubli entwickelte Umschaltbox am<br />
Roboter sockel verbindet den universal<br />
einsetzbaren Leitungssatz mit der jeweiligen<br />
Steuerbox. Igus liefert den Leitungssatz<br />
passend zum Verbindungssystem mit der<br />
zugehörigen Steckerkomponente als „Readycable“<br />
oder als fertiges System inklusive des<br />
Nieten- und Schraubenzuführschlauchs.<br />
Was ist das Besondere an Igus Chainflex-<br />
Leitungen für den Einsatz an<br />
Industrierobotern?<br />
Habering: In der Robotertechnik sind die<br />
Leitungen den unterschiedlichsten<br />
Bewegungsrichtungen ausgesetzt. So kann<br />
sich tatsächlich z. B. in Abhängigkeit des<br />
Tor sionswinkels der Durchmesser des<br />
Verseil aufbaus verändern. Um die auf die<br />
Adern wirkenden Kräfte auszugleichen,<br />
werden die, speziell für den Einsatz in<br />
dynamischen Torsionsanwendungen<br />
konstruierten Aderverbände bei Igus mit<br />
Dämpfungs elementen und Torsionskräfte<br />
absorbierendem Fliese aufgebaut. Besonders<br />
hoch sind die Anforderungen bei den<br />
geschirmten Varianten: Damit die auf die<br />
Schirmdrähte einwirkenden Kräfte nicht<br />
zu groß werden, legt Igus unter und über<br />
die Schirme Gleit elemente ein, die zum<br />
einem eine Bewegungsfreiheit des Schirmes<br />
zur Gesamt verseilung aber auch zum<br />
Außenmantel sicherstellt. Der Schirmaufbau<br />
wird dabei in Umlegung ausgeführt,<br />
und in Richtung der Umlegung besonders<br />
mit Dämpfungselementen realisiert. Diese<br />
„weiche“ Konstruktionsweise gibt der<br />
gesamten Leitungskonstruktion die<br />
notwendige Bewegungsfreiheit, reduziert<br />
Zug- und Stauchkräfte und verhindert<br />
einen durch vorzeitigen Aderbruch<br />
entstandenen Maschinenstillstand. Für die<br />
Chainflex „CFROBOT“-Serie garantiert<br />
Igus bei Torsionsanwendungen mit einem<br />
Tor sionswinkel bis zu ± 180 ° eine Lebensdauer<br />
von mindestens 5 Mio. Zyklen oder<br />
36 Monate, je nach dem, was zuerst eintritt.<br />
Was verstehen Sie unter „garantierter<br />
Lebensdauer“?<br />
Ottersbach: Igus verfügt über ein 2 750 m 2<br />
Testlabor, dem weltgrößten Labor für<br />
dynamische Leitungen. Dort tordieren wir<br />
unsere Chainflex CFROBOT-Leitungen bei<br />
kontinuierlicher Messung der Aderwiderstände<br />
auf verschiedenen Prüfständen<br />
millionenfach. Alle Testergebnisse fließen<br />
in eine Datenbank. Dies erlaubt uns –<br />
zusammen mit unserer jahrzehntelangen<br />
Erfahrung in der Kunststofftechnologie<br />
– eine Garantie auf die mechanischen<br />
E igenschaften der Chainflex-Leitungen<br />
auszusprechen: je nach Torsionslänge<br />
oder -Winkel von 36 Monaten für 5 Mio.,<br />
7 Mio. oder 10 Mio. Zyklen. Dadurch<br />
werden die Prozesse im Maschinenbau<br />
präzise planbar. Sollte dennoch eine<br />
CFROBOT-Leitung bei dem im Katalog<br />
vorgeschriebenem Einsatz ausfallen,<br />
liefern wir sofort und kostenfrei eine neue<br />
Leitung.<br />
www.igus.de<br />
18 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
Entwicklungsaufgaben<br />
wirkungsvoll lösen<br />
Das Unternehmen ITI<br />
stellt Version 3.7 seiner<br />
Simulationssoftware<br />
Simulation X vor. Zwölf<br />
neue Bibliotheken<br />
sowie 350 neue und<br />
weiterentwickelte<br />
Modelle u. a. für die<br />
Simulation von<br />
Batterien und Schiffssystemen<br />
vergrößern<br />
das Einsatzspektrum<br />
des Programms auch für Konstrukteure. Darüber hinaus bietet<br />
das Release zahlreiche Möglichkeiten zur interaktiven Simulation,<br />
mit denen sich das Programm in Sachen Nutzerfreundlichkeit von<br />
anderen Werkzeugen zur Systemsimulation abhebt. Fortschrittliche<br />
Bedienelemente für die Echtzeitmanipulation von Simulationsläufen<br />
sowie thermodynamische Zustandsdiagramme helfen dem<br />
Anwender, das Verhalten multiphysikalischer Systeme einfach<br />
und präzise vorauszusagen. Als vollwertiges Modelica-Werkzeug<br />
ist Simulation X 3.7 leistungsstärker und flexibler einsetzbar und<br />
stellt, über den Schnittstellenstandard FMI 2.0, die Weichen für<br />
Systemsimulationen online in der Cloud.<br />
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Zuverlässig schmieren bei<br />
hohem Gegendruck<br />
Der Druckverstärker Simalube Impulse von Simatec sorgt mit den<br />
Simalube Schmierstoffspendern der Größen 60, 125 oder 250 ml<br />
für zuverlässiges Schmieren bei<br />
hohem Gegendruck und bis zu 4 m<br />
langen Schmierleitungen. Kontinuierliche<br />
Schmierimpulse versorgen<br />
die Schmierstelle mit 0,5 ml Öl oder<br />
Fett bis NLGI 2 bei einem Druck von<br />
bis zu 10 bar. Dies ist schonend für<br />
den Schmierstoff, da nur die Dosiermenge<br />
unter Druck steht. Der<br />
Druckverstärker informiert zudem<br />
laufend über den Betriebszustand.<br />
Bei einwandfreier Installation blinkt<br />
eine LED-Anzeige grün. Überdruck, Still- oder Leerstand werden<br />
durch rotes Blinken signalisiert. Als Taktgeber dient der Schmierstoffspender.<br />
Seine Laufzeiteinstellung kann jederzeit korrigiert<br />
werden und der Druckverstärker passt sich der neuen Spendereinstellung<br />
an. Beim Wechsel des Spenders bleibt der Druckverstärker<br />
fest auf der Schmierstelle installiert. Es muss lediglich ein<br />
neues Batteriepack eingelegt werden, bevor ein neuer Schmierstoffspender<br />
aufgeschraubt wird. Somit bleibt die Anschlussstelle<br />
auch während des Wechsels dicht.<br />
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KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
Gefahren vermeiden<br />
Steckverbinder für DC-Netze – diese Besonderheiten sollten Sie beachten<br />
Bernd Horrmeyer<br />
Ob Photovoltaik, Elektromobilität<br />
oder Industrieautomatisierung<br />
– Gleichstromnetze gewinnen<br />
zunehmend an Popularität. Bei den<br />
Netzen sowie bei den eingesetzten<br />
Steckverbindern sind einige<br />
Besonderheiten zu beachten. Wo<br />
aber liegen die Herausforderungen<br />
und Lösungsansätze und welche<br />
besonderen Gefahren sind zu<br />
beachten?<br />
Dipl. Wirt. Ing. Bernd Horrmeyer ist Fachreferent<br />
für Standardisierung bei der Phoenix Contact<br />
GmbH & Co. KG in Blomberg<br />
Seit vielen Jahren ist die Beziehung zwischen<br />
elektrischer Energieversorgung<br />
und Verbrauchern harmonisch. Generatoren<br />
erzeugen Drehstrom, die Verteilung<br />
über lange Strecken und den daraus resultierenden<br />
Spannungsebenen erfolgt ebenfalls<br />
als Drehstrom, und Verbraucher vom<br />
Motor bis zur Glühbirne benötigen Drehoder<br />
Wechselstrom – eine perfekte Symbiose<br />
also. Mit der Energiewende und der zunehmenden<br />
Elektronik ändert sich das Bild<br />
allerdings – jetzt geraten Erzeugung, Verteilung<br />
und Konsum elektrischer Energie in<br />
Form von Gleichstrom (DC) immer mehr in<br />
den Fokus.<br />
Neue Impulse aus<br />
regenerativen Energien<br />
Über lange Jahre erfolgte die Anpassung an<br />
verschiedene Spannungsniveaus nur durch<br />
Transformatoren. Mit der Entstehung der<br />
Leistungselektronik und ihren schnell<br />
schaltenden Leistungsschaltern auf Halbleiterbasis<br />
wurde in den letzten Jahren die<br />
Wandlung mit Wirkungsgraden bis zu 99 %<br />
bei kleinerer Bauform kostengünstig ermöglicht.<br />
Lösungen von der Hochspannungsbis<br />
zur Kleinstspannungsebene sind daher<br />
am Markt breit verfügbar. Generatoren in<br />
Windenergieanlagen erzeugen wegen der<br />
stetigen Anpassung an die Windgeschwindigkeit<br />
ebenfalls Gleichspannung, ebenso<br />
wie PV-Anlagen. Mithilfe von verlustbehafteten<br />
Wechselrichtern erfolgt dann die Einspeisung<br />
in das Wechselstromnetz (AC).<br />
Zur Anpassung an Angebot und Nachfrage<br />
werden Batteriespeicher benötigt, die ebenfalls<br />
auf DC-Basis arbeiten. Auch hier ist<br />
dann eine Anpassung mit Wechselrichtern<br />
erforderlich.<br />
Auf der anderen Seite benötigen moderne<br />
halbleiterbasierte elektrische Verbraucher –<br />
von der Steuerung über LED-Beleuchtungen<br />
und Notebooks bis zum E-Mobil ebenfalls<br />
DC, der aus dem Wechselstromnetz mittels<br />
Transformator und Gleichrichtung erst erzeugt<br />
werden muss. Ein extremes Beispiel<br />
für die verlustbehaftete Wandlung zwischen<br />
AC und DC ist die batteriegepufferte<br />
Energieversorgung in Rechenzentren – wo<br />
inzwischen neue Konzepte die DC-Span<br />
20 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
nung verteilen und so Wandlungsverluste<br />
vermeiden.<br />
Sparpotenziale durch DC<br />
Daher wird in Fachkreisen immer häufiger<br />
diskutiert, ob das jetzige Dreh- und Wechselstromnetz<br />
nicht durch ein Gleichstromnetz<br />
ganz oder teilweise ersetzt werden kann.<br />
Statt die Spannungshöhe und Spannungsform<br />
anzupassen, wäre nur noch die Spannungshöhe<br />
zu ändern. Auch unerwünschte<br />
Effekte wie etwa die Blindleistung ließen<br />
sich so eliminieren. Mittels Übertrager und<br />
Halbleiter ergeben sich erhebliche Potentiale<br />
zur Einsparung von Energie, Material,<br />
Platz und Kosten.<br />
Nun wird DC unsere Netze nicht revolutionsartig<br />
umkrempeln – die getätigten Investitionen<br />
in die vorhandene Infrastruktur<br />
sowie die mangelnde Kompatibilität stehen<br />
dem entgegen. Eine schrittweise Etablierung<br />
von DC in immer mehr ökonomisch<br />
sinnvollen Bereichen ist aber abzusehen.<br />
Nun bietet DC nicht nur Vorteile. Zwischen<br />
zwei Leitern mit unterschiedlichem<br />
Potential erzeugt das elektrische Feld eine<br />
Kraft. Ist diese Kraft größer als die Bindungskraft<br />
eines Elektrons zu seinem Atomkern,<br />
entstehen freie Elektronen, die zu einer sich<br />
MEIN TIPP<br />
Dirk Schaar,<br />
Chefredakteur<br />
Haben Sie sich schon<br />
mal Gedanken<br />
darüber gemacht, ob Sie<br />
besser Gleich- oder doch<br />
eher Wechselstrom in Ihrer<br />
Anlage oder Maschine<br />
einsetzen? Wenn nicht,<br />
wird es höchste Zeit, denn<br />
hier sind klare Trends zu<br />
erkennen. Auch gilt es,<br />
vorhandene Gefahren zu<br />
beseitigen. Wie das geht<br />
und was das für die<br />
Automatisierung bzw.<br />
Verkabelung bedeutet,<br />
erläutert Bernd Horrmeyer<br />
eindrucksvoll.<br />
selbst erhaltenden Gasentladung zwischen<br />
den Elektroden führt – dem Lichtbogen.<br />
Dessen Auftreten hängt von Parametern<br />
wie Spannung, Strom, Material, Luftfeuchte<br />
usw. ab – weshalb keine präzisen Vorhersagen<br />
möglich sind. Bei AC ist dies im Niederspannungsbereich<br />
kein Problem, da der<br />
Nulldurchgang der Spannung für ein Abreißen<br />
des Lichtbogens sorgt.<br />
Gefahren nicht unterschätzen<br />
Bei DC fehlt dieser Nulldurchgang, weshalb<br />
der Lichtbogen dauerhaft stehen bleiben<br />
kann. Die hohe freigesetzte Energie kann<br />
somit zu schweren Gesundheitsschäden<br />
bei Personen in der Nähe sowie zu Brandgefahr<br />
und Materialbeschädigungen führen.<br />
Immer dann, wenn zwei Leiter geschlossen<br />
oder getrennt werden, besteht diese Gefahr.<br />
Schaltgeräte und Steckverbinder sind hierfür<br />
die häufigste Anwendung. Während beim<br />
Schaltgerät innerhalb eines Gehäuses Maßnahmen<br />
zur Beherrschung dieses Umstandes<br />
getroffen werden können und die Gefahr<br />
auch nicht nach außen dringen kann, ist dies<br />
bei Steckverbindern nicht gegeben.<br />
Normativ unterscheidet man bei Steckverbindern<br />
gemäß IEC 61984 nach Ausführungen<br />
mit Schaltleistung (connector with<br />
breaking capacity, CBC) und ohne Schaltleistung<br />
(connector without breaking capacity,<br />
COC). Bei Ersteren kann gesteckt oder<br />
gezogen werden, während die Kontakte unter<br />
Spannung stehen. Bei den Letzteren darf<br />
das Stecken oder Ziehen nur spannungsfrei<br />
erfolgen.<br />
Bereits heute ist in der Automatisierungstechnik<br />
eine Versorgungsspannung von<br />
24 VDC weit verbreitet. Die hierfür eingesetzten<br />
Steckverbinder sind auch als COC<br />
klassifiziert, sodass bei bestimmungsge <br />
mäßem Gebrauch die Betätigung nur spannungsfrei<br />
erfolgt und demzufolge keinerlei<br />
Probleme auftreten können.<br />
Fehlbedienung vermeiden<br />
Mit dem Industrial Ethernet gelangt auch<br />
immer häufiger das „Power over Ethernet“<br />
(PoE) zur Versorgung der Automatisierungskomponenten<br />
in die Fabrikhalle. Hierbei<br />
wird über dem Kommunikations-Steckverbinder<br />
auch eine Spannungsversorgung mit<br />
48 V geführt, die während des Steckens noch<br />
nicht anliegt, jedoch beim Ziehen vorhanden<br />
ist. Für die im Ethernet üblichen RJ45-<br />
Steckverbinder gibt es daher die Prüfnorm<br />
IEC 60512-99-001, die es erlaubt, dass nach<br />
Dichtungen.<br />
Stanzteile.<br />
Isolierteile.<br />
Individuelle und<br />
wirtschaftliche<br />
Lösungen<br />
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jede Größe<br />
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im Bereich des Stanzens<br />
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KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
01<br />
01 Wandlungsverluste durch eine Gleichspannungsverteilung (oben)<br />
werden bei modernen Rechenzentren mit batteriegepufferter<br />
Energieversorgung vermieden<br />
02 Gefährdungspotenzial durch Lichtbogen – abhängig von den<br />
elektrischen Kennwerten unterscheidet man freie Bereiche (1), Bereiche<br />
mit instabilen Lichtbögen (2) sowie voll ausgebildete Bereiche (3)<br />
03 Liegt die Trennzone getrennt von der Kontaktzone,<br />
wird der Übergangswiderstand nicht erhöht<br />
02 03<br />
dieser Norm zusätzlich geprüfte RJ45-Steckverbinder<br />
25 Steckzyklen ohne Einschränkung<br />
der Leistungsfähigkeit bestehen.<br />
Ob PoE oder andere DC-Spannungsversorgungssysteme<br />
– in der Praxis muss immer<br />
mit einer gelegentlichen Fehlbedienung<br />
unter Spannung durch Laien aus Unwissenheit<br />
oder anderen Gründen gerechnet werden.<br />
Bei Spannungen über 48 V ist die Gefahr<br />
eines Lichtbogens, der so energiereich ist,<br />
dass er eine Gesundheits- oder Brandgefahr<br />
darstellt, durchaus gegeben. Gegen eine<br />
Fehlbedienung hilft hier nur ein sogenannter<br />
Interlock, der ein Stecken und Ziehen unter<br />
Last verhindert oder für Spannungslosigkeit<br />
im umgesteckten Zustand sorgt. Der Markt<br />
stellt derartige Produkte heute bereit.<br />
Ein gutes Beispiel hierfür sind die Ladesteckverbinder<br />
für die Elektromobilität. In<br />
nur für Fachleute zugänglichen Bereichen –<br />
wie etwa die Verschaltung von Photovoltaikmodulen<br />
auf dem Dach – genügt hingegen<br />
eine warnende Kennzeichnung auf dem<br />
Steckverbinder. Zusätzlich ist für das Öffnen<br />
der Verbindung ein Werkzeug erforderlich.<br />
Fortschritte in der Batterietechnik sorgen<br />
für immer mehr mobile Werkzeuge und<br />
Energiespeicher. Das elektrische System wird<br />
hier zusammen mit dem Steckverbinder so<br />
zu einer Gesamtlösung gestaltet, sodass die<br />
für den Einsatzfall anzunehmenden Bedingungen<br />
das Schutzkonzept bestimmen.<br />
Besser ist Edelmetall<br />
In der Automatisierungstechnik wird mit<br />
den gängigen 24 VDC und mit PoE, aber<br />
auch mit neueren Systemen mit leistungsfähiger<br />
Spannungsversorgung wie USB und<br />
HDMI gearbeitet. Bei all diesen Systemen<br />
besteht aufgrund der geringeren Spannung<br />
lediglich die Gefahr einer Materialschädigung.<br />
Bei einem noch so kleinen Lichtbogen<br />
erfolgt immer ein mikroskopisch kleiner<br />
Abtrag des Materials. Kommt es häufiger zu<br />
einem Lichtbogen, so kann der Abtrag so groß<br />
werden, dass die schützende Oberfläche<br />
entfernt wird und das Basismaterial ungeschützt<br />
frei liegt. Schadgase aus der Umwelt<br />
können hier zu einer Korrosion führen und<br />
den Kontaktwiderstand bis zum Ausfall erhöhen.<br />
Dies kann auch dann geschehen,<br />
wenn die Schadstelle außerhalb des Kontaktbereiches<br />
liegt und die Korrosion in den<br />
Kontaktbereich hineinwandert.<br />
Die in professionellen Anwendungen am<br />
meisten verbreitete Gestaltung von Steckverbinderkontakten<br />
besteht aus einem Buchsen-<br />
und Stiftkontakt. Diese Ausführung<br />
sorgt dafür, dass mehrere Berührflächen<br />
vorhanden sind und auch unter ungünstigen<br />
Umständen stets mindestens eine Berührfläche<br />
die elektrische Verbindung herstellt.<br />
Bei preisgünstigen Produkten besteht die<br />
Oberfläche allerdings nicht aus einem Edelmetall<br />
– sie sind dadurch preisgünstiger, aber<br />
korrodieren leichter durch Umwelt einflüsse.<br />
Bei hochwertigeren Systemen besteht die<br />
Kontaktoberfläche aus einer dünnen Schicht<br />
eines Edelmetalls wie Silber oder Gold. Vorteilhaft<br />
bei diesen Oberflächen ist die hohe<br />
Widerstandsfähigkeit gegenüber korrosiven<br />
Umwelteinflüssen und gegen Abrieb durch<br />
Vibrationen.<br />
Ob innerhalb des Schaltschrankes oder<br />
im rauen Feld – Schadgase können überall<br />
auftreten. Produkte aus dem Büro-, Heimoder<br />
Freizeit-Bereich mit ihren unedlen<br />
Oberflächen sind nicht für die zuverlässige<br />
Übertragung einer Gleichspannungsversorgung<br />
im industriellen Umfeld geeignet. Mit<br />
qualitativ hochwertigen Industriesteckverbindern<br />
von Phoenix Contact kann der Anwender<br />
die Gleichspannungsübertragung<br />
in der Anlage zuverlässig gestalten.<br />
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22 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
Ventile für geschlossene<br />
Entsorgungssysteme<br />
Die Öl-Service-Ventile des Unternehmens Skarke finden<br />
Einsatz in der Bau-, Land- und Nutzfahrzeugindustrie sowie<br />
im Motoren-, Getriebe- und Anlagenbau. Sie ermöglichen<br />
umweltgerechte Wartungsarbeiten in einem geschlossenen<br />
Entsorgungssystem für Öle und ölhaltige Medien. Aufgrund<br />
Upgrade der Steuerungshardware für<br />
Motion Logic-Systeme<br />
Mit dem Upgrade zur Indracontrol L75 mit einem Mehrkernprozessor<br />
steigert Bosch Rexroth die Leistungsfähigkeit der<br />
Steuerungshardware um mehr als 25 %. Durch die volle Funktionskompatibilität<br />
mit den anderen Varianten können Maschinenhersteller<br />
skalierbar die Hardware auf die jeweiligen Aufgaben<br />
neuer Anwendungsfelder wurde die Anbindung der<br />
Verschlusskappen an den Ventilkörper der Serien 45, 45L,<br />
25SA, 23 und 75 von Kette auf Edelstahlseil umgestellt. Vorteile<br />
sind neben dem neuen Werkstoff Edelstahl, die Korrosionsresistenz<br />
sowie die Leichtgängigkeit in der Handhabung der<br />
Seile. Selbst unter robuster Anwendung sind die Kappen<br />
gegen Verlust gesichert und bieten Schutz gegen Verschmutzung<br />
des Ventilkörpers und das Abtropfen des Benetzungsöls<br />
nach dem Ablass. Zudem verfügen die Ventile mit geringem<br />
Durchflusswiderstand über eine Druckbeständigkeit bis 100 bar<br />
sowie eine Temperaturbeständigkeit im Einsatzbereich von<br />
-30 bis +200 °C. Die Verbrennungsgefahr durch heißes Öl und<br />
eine Zerstörung des Ölgewindes sind ausgeschlossen. Ein<br />
Dichtungswechsel ist nicht mehr nötig.<br />
www.skarke.de<br />
anpassen. Je nach Konfiguration der Maschinen können ohne<br />
zusätzlichen Programmieraufwand z. B. verschiedene Achsanzahlen<br />
oder Funktionalitäten abgebildet werden. Dabei<br />
gewährleistet die gesteigerte Rechenleistung auch bei komplexen<br />
Bewegungsaufgaben kürzeste Zykluszeiten für eine höhere<br />
Produktivität. Das unterstützt Rexroth auch mit schnellen<br />
On-board E/A und einer einfachen Erweiterbarkeit mit Inline<br />
E/A-Baugruppen sowie Funktionsmodulen, z. B. einem Nockenschaltwerk<br />
oder der Echtzeit-Querkommunikation mit anderen<br />
Steuerungen. Die Steuerungsfamilie Indracontrol L fügt sich<br />
flexibel in unterschiedliche Automatisierungsstrukturen ein und<br />
unterstützt mit ihrer Multi-Ethernet-Schnittstelle die Echtzeit-<br />
Protokolle Sercos, EtherNet/IP und Profinet sowie die Feldbusanschaltung<br />
über Profibus.<br />
www.boschrexroth.de<br />
IMPRESSUM<br />
erscheint <strong>2016</strong> im 55. Jahrgang, ISSN 0722-8546<br />
Redaktion<br />
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antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 23
Schnell ans Ziel<br />
Leistungssteigerung von Servoantrieben mithilfe von<br />
Model-Based Design<br />
Wie lassen sich eigentlich die Positionsgenauigkeit und die Drehzahl von<br />
Servoantrieben mithilfe von virtuellen Sensoren steigern?<br />
Eine interessante Methode ist die Verwendung von Model-Based Design.<br />
Das Ergebnis: Die Entwicklungszeit wurde um 70 % verkürzt.<br />
Die Servoantriebe von B&R Industrie-<br />
Elektronik aus Eggelsberg/Österreich<br />
werden in einer Vielzahl von industriellen<br />
Automatisierungsprozessen eingesetzt, darunter<br />
Verpackungstechnik, Druckmaschinen,<br />
Flaschen abfüllung und Extrusionsmaschinen.<br />
Zur Steigerung der Leistung von<br />
Servoantrieben hat B&R die Modellreihe der<br />
Acopos-Servoantriebe mit virtueller Sensortechnologie<br />
ausgestattet. Diese Technologie<br />
nutzt fortgeschrittene Algorithmen, um die<br />
Position von Lasten zu bestimmen, die beim<br />
Beschleunigen und Bremsen des Motors<br />
Biegekräften oder Torsionsmomenten ausgesetzt<br />
sind.<br />
Die Entwickler haben Model-Based Design<br />
mit Matlab und Simulink von Mathworks<br />
eingesetzt, um die virtuellen Sensoren zu implementieren<br />
und ein Simulink Blockset zu<br />
erstellen, mit dem die Kunden des österreichischen<br />
Spezialisten Automatisierungsprozesse<br />
modellieren und simulieren können,<br />
in denen die neue Servoantriebstechnologie<br />
genutzt wird. „Durch die frühe Modellierung<br />
und Simulation mit Matlab und Simulink<br />
konnten wir rasch die Realisierbarkeit der<br />
virtuellen Sensoren prüfen“, sagte Teamleiter<br />
der Firmwareabteilung, Dr. Engelbert<br />
Grünbacher. „Durch die Verfeinerung und<br />
Optimierung des Reglerentwurfs in Simulink<br />
konnten wir die Genauigkeit und Drehzahl<br />
des Antriebs maximieren und gleichzeitig<br />
den Energieverbrauch senken.“<br />
Die Herausforderung<br />
Kunden von B&R müssen häufig das Ende<br />
einer flexiblen Verbindung, die mit einem<br />
Servomotor verbunden ist, exakt positionieren.<br />
Da das Hinzufügen von Sensoren zum<br />
Erkennen der Position die Kosten steigert,<br />
wurde ein Team von drei eigenen Entwicklern<br />
damit beauftragt, eine kostengünstige<br />
Alternative zu finden.<br />
Zunächst mussten sie ermitteln, ob mathematische<br />
Modelle verwendet werden können,<br />
um anhand der aktuellen Motorposition<br />
und des gegenwärtigen Drehmoments die<br />
Endposition der Verbindung zu berechnen.<br />
Falls sich diese Lösung als durchführbar herausstellen<br />
sollte, hätte das Team weniger als<br />
sechs Monate Zeit, um einen Controller zu<br />
entwickeln und einen voll funktionsfähigen<br />
Prototypen zu implementieren. Der Automatisierungsspezialist<br />
wollte sich von den Wettbewerbern<br />
unterscheiden und dazu seine<br />
Kunden mit Ressourcen ausstatten, die sie<br />
zum Modellieren und Simulieren eines Au tomatisierungssystems<br />
verwenden können, das<br />
auf Servoantrieben mit virtuellen Sensoren<br />
beruht.<br />
Die Lösung<br />
Bei B&R entschied man sich für Model-<br />
Based Design mit Matlab und Simulink,<br />
01 Die Modellreihe<br />
der Acopos-Servoantriebe<br />
wurde mit<br />
virtueller Sensortechnologie<br />
ausgestattet<br />
01 02<br />
02 Durch Simulation<br />
konnte nicht nur die<br />
Entwicklungszeit bei<br />
B&R reduziert werden<br />
– auch der Kunde kann<br />
seine Produktionszyklen<br />
verkürzen<br />
24 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
virtuelle Sensoren zu großen Leistungssteigerungen<br />
führen können, einschließlich<br />
einer erheblichen Senkung der Einschwingzeit.<br />
Das Team integrierte C-Code<br />
anhand ihrer Simulink-Modelle auf dem<br />
Servo an triebs controller. Sie verifizierten<br />
diese C-Implementierung durch Einbettung<br />
und Ausführung als C MEX S-Funktion<br />
im Simulink-Systemmodell und anschließendem<br />
Vergleich der Simulationsergebnisse<br />
mit den Ergebnissen, die vom originalen<br />
Simulink-Reglermodell stammen.<br />
Die Entwickler erstellten ein Simulink-<br />
Blockset, der parametrierbare Blöcke für<br />
den Acopos-Servoantrieb sowie einen Synchronservomotor<br />
von B&R enthält. Dieser<br />
Blocksatz wurde durch eine extensive Simulation<br />
auf System ebene verifiziert und als C<br />
MEX S-Function bereitgestellt. B&R-Kunden<br />
verwenden dieses Blockset, um Automatisierungssysteme<br />
zu modellieren und zu<br />
simulieren, die diese Produkte verwenden.<br />
um die Entwicklung der virtuellen Sensortechnologie<br />
auf Acopos-Servoantrieben zu<br />
beschleunigen.<br />
Unter Verwendung von Matlab und der<br />
Sys tem Identification Toolbox konnte anhand<br />
gemessener Eingangs- und Ausgangszeitreihen<br />
eine mathematische Näherung der Motorlast<br />
erstellt werden. So entstand ein Zustandsreglermodell,<br />
das einen Kalman-Filter<br />
für die Zustandsbeobachtung beinhaltete. In<br />
Simulink wurden die Simulationen des Reglers<br />
und der Regelstrecke ausgeführt, wobei<br />
die Streckenparameter variiert wurden, um<br />
zu analysieren, wie verschiedene Lasten<br />
das Systemverhalten beeinflussen. Zudem<br />
wurden die Reglerparameter geändert, um<br />
die Leistung zu steigern.<br />
Bei der Nachbearbeitung der Simulationsergebnisse<br />
in Matlab stellte sich heraus, dass<br />
Die Ergebnisse<br />
„Die Entwicklung und das Debugging der virtuellen<br />
Sensoralgorithmen in C oder einer<br />
vergleichbaren Sprache hätte viel Zeit und<br />
Aufwand verschlungen“, sagt Dr. Grünbacher.<br />
„Durch die Verwendung von Matlab und<br />
Simulink haben wir die Entwicklungszeit<br />
um mind. 70 % gesenkt.“ Auch wurden wichtige<br />
Leistungsmetriken um 30 % oder mehr<br />
gesteigert. „Mit dem von uns in Simulink<br />
entworfenen und zur Serienreife entwickelten<br />
Controller wurde die Einschwingzeit um<br />
30 % gesenkt und die Positionierungsgenauigkeit<br />
um mind. 50 % gesteigert“, so Dr.<br />
Grün bacher. „Durch diese Optimierungen<br />
können unsere Kunden ihre Produktionszyklen<br />
verkürzen und die Qualität verbessern.“<br />
Ebenfalls wurden die Designprozesse<br />
des Anwenders mit speziellem Blocksatz<br />
unterstützt.<br />
„Es wäre für unser kleines Team nicht realistisch<br />
gewesen, ohne die Verwendung von<br />
Model-Based Design eine sechsmonatige<br />
Frist einzuhalten. Wenn wir alles in C hätten<br />
entwickeln müssen, hätten wir das Projekt<br />
noch nicht einmal gestartet. Die schnelle<br />
Analyse, Visualisierung sowie die Reglerauslegung<br />
in Matlab und Simulink haben<br />
das Projekt aber ermöglicht“, resümiert Dr.<br />
Grünbacher.<br />
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(TPU/AU). Verglichen mit dem herkömmlichen Werkstoff<br />
NBR in 90 Shore A ist die Abrieb- und Extrusionsbeständigkeit<br />
mindestens 5-fach höher. Darüber hinaus zeichnen sich die drei<br />
TPU-Werkstoffe durch eine hohe Gasdichtheit sowie eine hohe<br />
Verträglichkeit gegenüber unterschiedlichen Gasen aus. Sie zeigen<br />
keine Versprödung bei Ozon- und Sauerstoffeinwirkung. Die<br />
niedrigen Quelleigenschaften in Mineralöl, Hydraulikmedien und<br />
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sowie Passfedern. Diese sind unempfindlich und leicht zu<br />
reinigen. Aufgrund ihrer hohen Oberflächengüte bieten sie<br />
wenig Sammelfläche für Keime. Die Ketten vom Typ KE<br />
bestehen aus Edelstahl-Außengliedern und Kunststoff-<br />
Innengliedern. Diese säurefesten Ketten sind leichter als<br />
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Inserentenverzeichnis Heft 3/<strong>2016</strong><br />
ACE Stoßdämpfer, Langenfeld................51<br />
BRECO Antriebstechnik,<br />
Porta Westfalica..........................................19<br />
Danfoss, Offenbach....................................17<br />
ebm-papst, Georgen..................................39<br />
FVA, Frankfurt................................................ 7<br />
GMN Paul Müller, Nürnberg....................25<br />
Hagmann Zahnradfabrik,<br />
Hattenhofen.................................................45<br />
HIWIN, Offenburg.......................................65<br />
HKR, Johann..................................................30<br />
Jenaer Antriebstechnik, Jena..................67<br />
Koch, Ubstadt-Weiher...............................12<br />
KTR Kupplungstechnik, Rheine................ 9<br />
M.A.T. Malmedie Antriebstechn.,<br />
Solingen.........................................................53<br />
Mayr, Mauerstetten...................................13<br />
MEORGA, Nalbach......................................68<br />
miniToolsCoating, Padova (Italien).......50<br />
norelem Normelemente,<br />
Markgröningen............................................59<br />
Novotechnik Messwertaufnehmer,<br />
Ostfildern......................................................41<br />
Orbit Antriebstechnik, Wolfenbüttel...60<br />
Oswald Elektromotoren, Miltenberg...33<br />
PILZ, Ostfildern.............................................. 5<br />
PM – BEARINGS, Meckesheim................66<br />
PWB encoders, Eisenach...........................40<br />
Reich, Bochum.............................................57<br />
Reliance, Huddersfield<br />
(Großbritannien).........................................51<br />
RK Rose+Krieger, Minden.........................15<br />
Rögelberg Getriebe, Meppen..................69<br />
R+W Antriebselemente,<br />
Klingenberg..................................................61<br />
SCHLÖSSER, Mengen.................................21<br />
SIEB & MEYER, Lüneburg..........................31<br />
Siemens AG, Industry Sector, Bocholt.U2<br />
SIKO, Buchenbach.......................................11<br />
TANDLER Zahnrad- u.;Getriebefabrik,<br />
Bremen............................................................. 3<br />
Transfluid, Gallarate/VA (Italien)...........58<br />
Uhing, Mielkendorf....................................64<br />
Vogel Antriebstechnik. Oberboihingen.8<br />
Volkmann Elektromaschinenbau,<br />
Groß Kreutz...................................................26<br />
WITTENSTEIN alpha, Igersheim.............27<br />
ZIEHL-ABEGG, Künzelsau........................ U4<br />
Zimmer Group, Ettlingen.........................55<br />
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Mit Power hoch hinaus<br />
Nutzen moderner Aktorik in der Aufzugstechnik<br />
Was sich hinter Schlagworten<br />
wie Schnittstellen, Plug & Play,<br />
Fernwartung, Selbst- oder<br />
Präventivdiagnostik verbirgt, und<br />
dass auch der Endanwender − also<br />
jeder Mensch − von den Vorzügen<br />
intelligenter Aktorik profitiert, wird<br />
am Beispiel der Aufzugsbranche<br />
und an den unterschiedlichen<br />
Antriebskonzepten deutlich, die<br />
das Unternehmen Gefran für<br />
Aufzüge anbietet.<br />
Bei der lösungsorientierten Konzeption<br />
des optimal geeigneten Antriebskonzepts<br />
für die jeweilige Aufzugsanwendung<br />
gilt es für die kostenoptimierte Auslegung<br />
der Aufzugsanlage zahlreiche Kriterien zu<br />
berücksichtigen: Handelt es sich um eine<br />
Neuanlage oder soll ein Aufzug modernisiert<br />
werden? Geht es um einen Aufzug für<br />
ein Wohngebäude mit bis zu fünf Stockwerken<br />
(low-rise), einen Komplex mit<br />
zehn bis zwanzig Etagen (mid-rise) oder<br />
um einen Wolkenkratzer (high-rise)? Auch<br />
die Art der Gebäudenutzung spielt eine<br />
Rolle, da die Gesamtbelastung von Aufzügen<br />
in Wohngebäuden eine andere ist, als<br />
die in Bürogebäuden. Grundsätzlich gilt:<br />
Je höher das Gebäude und je größer und<br />
stärker frequentiert der Aufzug, desto leistungsstärker<br />
muss das Antriebskonzept<br />
bzw. der Lift-Umrichter ausgelegt sein. In<br />
Wohn gebäuden reichen i.d.R. einfache<br />
Umrichter. In Hochhäusern dagegen werden<br />
eine effektivere Regelung, aufwendigere<br />
Anbindungen und mehr Schnittstellen<br />
benötigt.<br />
Mit dem modularen Konzept des Liftumrichters<br />
vom Typ ADL300 für den schüt z-<br />
losen Betrieb von Aufzügen mit Synchronund<br />
Asynchronmotoren bietet Gefran eine<br />
flexible Lösung, die sich sowohl für den<br />
Einbau in neue, als auch zur Modernisierung<br />
bestehender Anlagen mit oder ohne<br />
Maschinenraum eignet. Damit reduzieren<br />
sich Anschaffungs-, Inbetriebnahme- und<br />
Instandhaltungskosten. Der ADL300 AFE<br />
ist besonders kompakt und leise und nutzt<br />
für die serielle Kommunikation mit der<br />
Steuerung, neben den Protokollen DCP3,<br />
DCP4 und CANopen, den eigens für die<br />
Aufzugsbranche entwickelten DS417-Feldbus.<br />
Speziell für den Einsatz in Gebäuden<br />
mit hoher Wohndichte oder Hochhäusern<br />
kann der Umrichter mit einem Rückspeisesystem<br />
ausgerüstet werden, das die Bremsenergie<br />
ins Netz zurück speist und sie anderen<br />
Abnehmern zur Verfügung stellt.<br />
28 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
UMRICHTERTECHNIK<br />
Infokasten ADL300<br />
Trotz seiner geringen Größe verfügt der<br />
ADL300 über umfangreiche Liftfunktionen<br />
wie eine temperaturgeregelte Lüftersteuerung,<br />
eine integrierte Tuningfunktion<br />
zum Selbstabgleich der Motordaten und der<br />
Drehzahloptimierung sowie spezielle EFC/<br />
EPC-Funktionen für exakte und weiche<br />
Einfahrten. Die Parametrierung der Anlage ist<br />
durch Einspielen existierender Parametersätze<br />
möglich. Alternativ kann sich der<br />
Anwender vom Setup-Wizard durch die<br />
Inbetriebnahme führen lassen. Der Aufzugumrichter<br />
überzeugt mit einer großen<br />
Leistungsvarianz bis 90 kW und 200 %<br />
Überlast für 10 Sekunden. Er erfüllt die<br />
strengen Sicherheitsanforderungen der Norm<br />
EN81-1:1998+A3 und besitzt aufgrund<br />
integrierter STO-Funktion (Safe Torque Off =<br />
sicher abgeschaltetes Moment) die Schutzklasse<br />
SIL3 nach EN61800-5-2-2007. Verfügbar<br />
sind die Ausführungen: Basic und Advanced.<br />
Der kompakte Umrichter ADL300 für den schützlosen Betrieb von Aufzügen mit<br />
Synchron- und Asynchronmotoren eignet sich sowohl für den Einbau in neue<br />
als auch zur Modernisierung bestehender Anlagen mit oder ohne Maschinenraum<br />
Vernetzte Komponenten<br />
Immer strengere Normen im Bereich der<br />
funktionalen Sicherheit sorgen dafür, dass<br />
die Weiterentwicklung und Verbesserung<br />
von Aufzugskomponenten vorangetrieben<br />
wird. Die Arbeitskreise „Normung“ und<br />
„CiA“ (Can in Automotion) des VFA Interlift<br />
e.V., dem Verband für Aufzugstechnik<br />
widmet sich unter anderem dieser Aufgabe.<br />
Ein Ergebnis aus dem Arbeitskreis der „CiA“,<br />
zu dem auch Gefran gehört, war die Entwicklung<br />
des Feldbus-Systems für Aufzüge.<br />
Ziel war, die Konzeption eines standardisierten<br />
Kommunikationssystems zwischen<br />
den einzelnen Aufzugskomponenten und<br />
der Steuerung sowie eine vereinfachte<br />
Kommunikation zwischen den einzelnen<br />
Komponenten.<br />
Das Feldbus-System für Aufzüge besitzt<br />
jedoch weitere Vorteile: Es reduziert den<br />
Verdrahtungsaufwand, weil nur noch ein<br />
zentrales Kabel benötigt wird. Das senkt<br />
nicht nur die Bau- und Wartungskosten,<br />
sondern zahlt sich auch im täglichen Betrieb<br />
aus. Denn anders als bei den bisher<br />
üblichen I/O-Link-Schnittstellen können<br />
per Feldbus ganze Datenpakete und damit<br />
mehr Informationen an die Steuerung<br />
verschickt werden: z. B. ob der Ventilator<br />
nicht korrekt funktioniert und der Umrichter<br />
dadurch überhitzt oder wie hoch die Temperatur<br />
des Umrichters aktuell ist – alles in<br />
Echtzeit.<br />
Zudem können per Feldbus-Daten aus<br />
dem Umrichter ausgelesen werden, die<br />
Aussagen über seine Effizienz und Einsparpotentiale<br />
liefern. So kann der Aufzugsbauer<br />
dem Eigentümer aufgrund der<br />
vorliegenden Statistiken zeigen, welche<br />
Einsparungen sich z. B. bei der Modernisierung<br />
der bestehenden Hochhausaufzugsanlage<br />
durch eine vernetzte Lösung<br />
mit Energierückspeisung ergäben.<br />
Durch die Vernetzung aller Aufzugskomponenten<br />
miteinander und mit der Steuerung<br />
über eine einzige Kommunikationslinie<br />
wird erstmals eine Präventivdiagnostik<br />
möglich. Auf diese Weise können abgenutzte<br />
Elemente ausgetauscht werden, bevor sie<br />
Defekte aufweisen und massiven Schäden<br />
entstehen können. Des Weiteren erfordert<br />
der Feldbus als „Plug & Play“-Stecker keine<br />
komplizierte Verdrahtung und damit für<br />
die Wartung, bzw. das Auslesen der Daten,<br />
keinen Elektronikexperten. Die Vernetzung<br />
der Komponenten über einen Feldbus<br />
bietet dabei die Möglichkeit, via Internet<br />
auf sie zuzugreifen und die Daten über ein<br />
Display im Aufzug anzeigen zu lassen. Auf<br />
diese Weise kann Überlast – sie zeigt sich an<br />
einem erhöhten Stromverbrauch aufgrund<br />
des zu hohen Passagiergewichts – diagnostiziert<br />
und Ermüdungserscheinungen an<br />
den Komponenten erkannt werden. Der<br />
Fehler wird quittiert und im Steuergerät<br />
hinterlegt. Über die Fernwartung lässt sich<br />
dann ermitteln ob ein Austausch der jeweiligen<br />
Komponente sofort oder in näherer<br />
Zukunft erforderlich ist. Außerdem geben<br />
die Daten Aufschluss darüber ob ggf. der<br />
Motor oder der Umrichter für den Einsatz<br />
grundsätzlich zu unterdimensioniert oder<br />
vielleicht über dimensioniert ist.<br />
Die Vernetzung der Aufzugskomponenten<br />
über Feldbus und die Anbindung an<br />
das Internet haben jedoch noch weitere,<br />
weniger naheliegenden Vorzüge: Über den<br />
Monitor im Aufzug können Sicherheitshinweise<br />
bzw. Verhaltensmaßregeln im Störfall<br />
bekannt gegeben werden. Warenhäuser<br />
können Werbung über das Display schalten<br />
und in großen Konzernen können die<br />
Moni tore zu allgemeinen Information der<br />
Mi tar beiter genutzt werden. All dies wird<br />
durch eine moderne Aktorik – kleinen, unscheinbaren,<br />
aber dennoch essentiellen<br />
Komponenten ermöglicht.<br />
www.gefran.com<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 29
UMRICHTERTECHNIK<br />
Frequenzumrichter mit geringem<br />
Energieverbrauch<br />
Mit dem Frequenzumrichter i500 bringt Lenze eine Baureihe auf<br />
den Markt, die u. a. die neueste IGBT-Technik in sich vereint.<br />
Zudem verfügt der Umrichter über einen stufenlos geregelten<br />
Lüfter sowie eine aktive Zwischenkreissymmetrierung. Diese<br />
Aspekte tragen dazu bei, den Energieverbrauch<br />
so gering wie möglich zu<br />
halten. Weil auch die Leistungsdichte<br />
nach oben geschraubt werden konnte,<br />
sind die Geräte kleiner und aufgrund<br />
weniger Verlustwärme und des<br />
Kühlkonzeptes auch Schulter an<br />
Schulter im Schaltschrank einbaubar.<br />
Darüber hinaus erfüllt der Umrichter im<br />
Leistungsbereich von 0,25 bis 45 kW die<br />
Wirkungsgradklasse IE2 der Norm<br />
EN 50598-2. Für ein Plus bei der funktionalen<br />
Skalierbarkeit trennt Lenze das<br />
Leistungsteil des i500 konstruktiv von<br />
der Control Unit. Diese wird auf das<br />
Leistungsteil geschnappt und beinhaltet<br />
unterschiedliche Möglichkeiten der<br />
Feldbuskommunikation bis hin zu Ethernet, vielfältige<br />
I/O-Schnittstellen sowie Aufsteckmöglichkeiten für ein Keypad,<br />
ein USB-Interface oder auch ein WLAN-Modul. Diese drei<br />
Interfaces stehen optional zur Inbetriebnahme, Parametrierung<br />
oder Diagnose zur Verfügung.<br />
www.Lenze.com<br />
Maschinenleistung mit Machinery<br />
Drives verbessern<br />
Die Machinery Drives ACS380 von ABB sind robuste Frequenzumrichter<br />
für eine präzise Motorregelung. Typische Anwendungen<br />
sind Mischer, Förderbänder, Krane und<br />
andere Applikationen im Maschinenbau<br />
mit konstantem Drehmoment. Die<br />
Umrichter verfügen über einen EMV-Filter<br />
für die 1. Umgebung. Sie lassen sich<br />
einfach in Maschinen integrieren, da alle<br />
gängigen Industrie-Feldbusprotokolle<br />
vorkonfiguriert sind. Die Benutzerschnittstelle<br />
ähnelt der eines Mobiltelefons<br />
mit Menüsymbolen, wodurch sich der<br />
Umrichter leicht einstellen lässt. Zunächst<br />
wird er mit einem Leistungsbereich von<br />
0,25 bis 7,5 kW (0,37 bis 10 hp) und einem<br />
Spannungsbereich von 200 bis 240 V<br />
(einphasig) und 380 bis 480 V (dreiphasig)<br />
erhältlich sein. Darüber hinaus ermöglicht<br />
die direkte Drehmomentregelung (DTC)<br />
eine hohe statische und dynamische<br />
Genauigkeit der Motordrehzahl selbst<br />
ohne Drehzahlrückführung. Ergänzende<br />
Sicherheitsfunktionen können über das<br />
steckbare Sicherheitsfunktionsmodul realisiert werden, Profisafe<br />
über Profinet sorgt für eine sichere Kommunikation zwischen<br />
Frequenzumrichter und SPS.<br />
www.abb.de<br />
Einfach bedienbare Frequenzumrichter<br />
Integrierte intelligente Funktionen sollen den Betrieb einer neuen Frequenzumrichter-Generation von<br />
Yaskawa erleichtern – auch ohne Expertenwissen. Das erste Modell GA700 ist ausgestattet mit einer<br />
vereinfachten Bedienoberfläche, Funktionen für eine interaktive, dialoggeführte Inbetriebnahme und<br />
intuitiven PC-Tools, Smartphone-Apps und Cloud-Services für Parametermanagement und -backup.<br />
Hardwareseitig vereinfachen Leistungsklemmen die Installation. Die Modelle sind sehr kompakt: Die<br />
Montagefläche ist um bis zu 40 % kleiner als bei Vorgängermodellen, außerdem sind die Geräte ohne<br />
Zwischenraum anreihbar. Sie regeln Asynchron-, Permanentmagnet- oder Synchron-Reluktanzmotoren<br />
mit nur einer Regelungsart und ohne die Notwendigkeit eines Motor-Autotunings. Zur Ausstattung gehören<br />
Schutzart IP20, integrierte EMV-Filter und Funktionen für funktionale Sicherheit wie SIL3-konforme<br />
STO-Eingänge. Die Reihe bietet einen Leistungsbereich bis 630 kW.<br />
www.yaskawa.eu.com<br />
Effizient durch Rückspeisung<br />
Ein rückspeisefähiger Frequenzumrichter zur effizienten Steuerung von Elektromotoren<br />
ist der Transomik U2 von Kimo. Mit ihm wird beim Bremsen die Antriebsenergie<br />
ins Netz zurückgespeist, sodass er ohne Brems-Chopper auskommt.<br />
Ausgelegt ist er für die Antriebsregelung von Drehstrommotoren bis 200 kW und ist<br />
im Eingangsspannungsbereich von 200 bis 480 V ohne Parametrierung und Programmierung<br />
einsetzbar. Das Modell arbeitet nach dem Prinzip eines Umrichters mit<br />
fester Zwischenkreisspannung und eines Wechselrichters mit selbstadaptierender<br />
Pulsweitenmodulation ohne feste Schaltfrequenz. Eingesetzt werden kann er z. B. in<br />
Kränen, Zentrifugen oder Anlagen zur regenerativen Energieerzeugung. Er verfügt<br />
über integrierte mechanische und elektrische Montagehilfen. Die Kühlluftführung ist<br />
in das Gehäuse eingelassen. Die elektromagnetische Abschirmung und der Berührschutz<br />
erhöhen die Sicherheit im Service- und Wartungsfall.<br />
www.kimo.de<br />
30 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong><br />
KR.indd 1 15.02.<strong>2016</strong> 09:37:56
UMRICHTERTECHNIK<br />
Flexible und robuste Frequenzumrichte<br />
Frequenzumrichter speziell für den Maschinenbau bietet die<br />
Reihe Altivar Machine von Schneider Electric. Die ersten beiden<br />
Modelle sind der Altivar 320 für einfache und Altivar 340 für<br />
hochtechnologische<br />
Anwendungen. Der Altivar 340<br />
eignet sich zur Steuerung oder<br />
Regelung von Servo-, Asynchron-,<br />
Reluktanz- und Induktionsmotoren<br />
von 0,75 bis 75 kW bei<br />
Umgebungstemperaturen bis<br />
60 °C. Für die Steuerung von<br />
Dreiphasen-Asynchron- und<br />
Synchronmotoren von 0,18 bis<br />
15 kW eignet sich der Altivar 320. Er verfügt über PLCopen- und<br />
Somachine-Bibliotheken sowie integrierte Logik. Beide Geräte<br />
bieten Safe Torque Off für Anwendungen bis SIL 3/PL e und<br />
eignen sich mit Leiterplattenbeschichtung nach Klasse 3C3 für<br />
sehr raue Umgebungen. Mit der Multi-Loader-Funktion können<br />
die Geräte noch in der Umverpackung ohne Spannungsversorgung<br />
konfiguriert werden. Typische Einsatzbereiche sind die Holzbearbeitungs-<br />
und Verpackungsindustrie oder der Bereich<br />
Fördern und Heben.<br />
www.schneider-electric.de<br />
Mehr Platz im Schaltschrank<br />
In dem Mehrachswechselrichter<br />
Multiservo von AMK sind eine Einspeisung<br />
und je zwei oder vier Wechselrichter<br />
in einem kompakten Gehäuse<br />
verbaut. Dies sowie eine Breite von nur<br />
130 mm ermöglichen bis zu 60 % Platzersparnis<br />
im Schaltschrank im Vergleich<br />
zu marktüblichen Geräten. Aus den<br />
intern verkabelten Querverbindungen<br />
resultieren weitere Einsparungen bei<br />
Verkabelungsaufwand und Kosten.<br />
Darüber hinaus verfügt der Wechselrichter<br />
über 4 kVA je Achse mit einer<br />
doppelten Überlastfähigkeit und ist mit EtherCAT sowie einer<br />
multifunktionalen Geberschnittstelle ausgestattet. Letztere<br />
erlmöglicht auch den sensorlosen Betrieb von Asynchron- und<br />
Synchronmotoren. Der Einsatz von Luft- oder Flüssigkeitskühlung<br />
und diverse Kommunikationsschnittstellen erlauben einen<br />
flexiblen Einsatz, der durch eine applikationsoptimierte Software<br />
und Regelung abgerundet wird. Für sehr genaue und schnelle<br />
Positioniervorgänge ist der Multiservo mit einer Schwingungsdämpfung<br />
ausgestattet. Auch STO ist standardmäßig integriert.<br />
www.amk-antriebe.de<br />
Frequenzumrichter mit Leistungen bis 90 kW<br />
Das Unternehmen Parker Hannifin erweitert seine Frequenzumrichter-Baureihe AC10 mit IP66/NEMA 4x<br />
Schutzgehäuse um Geräte mit Leistungen bis 90 kW. Als einer der kleinsten Umrichter auf dem Markt<br />
überzeugt der AC10 IP66 im Leistungsbereich von 0,4 bis 90 kW mit einfacher Motorsteuerung für die<br />
Drehzahl- oder Momentenregelung von Alltagsanwendungen. Aufgrund des IP66-Schutzgehäuses können<br />
die Umrichter sowohl bei Anwendungen im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden, z. B. in<br />
Wash-Down-Bereichen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, auf Abfallverwertungsanlagen oder<br />
Dachaufbauten. Zudem bietet der Umrichter sensorlosen Vektorbetrieb, Ausgangsfrequenzen bis 590 Hz<br />
und eine dreiphasige 230 bis 400 Volt-Versorgung für alle Baugrößen. Durch eine integrierte Tastatur<br />
lassen sich Installation, Konfiguration und Inbetriebnahme einfach und zeitsparend durchführen.<br />
www.parker.com<br />
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TECHNOLOGY<br />
MADE IN<br />
GERMANY<br />
FREQUENZUMRICHTER<br />
mit Multi-Level-Technologie<br />
Frequenzumrichter für<br />
Hochgeschwindigkeitsanwendungen bis 2.000 Hz<br />
im Leistungsbereich über 100 kW<br />
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antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 31
ELEKTROMOTOREN<br />
Kurze Umrüstzeit –<br />
hohe Produktivität<br />
Kompakte Positionierantriebe sorgen für optimierte Maschinenrüstzeiten<br />
AG25<br />
AG26<br />
Kilian Haller<br />
Einsatzbereiche für Stellantriebe<br />
und Aktuatoren finden sich in<br />
vielen Produktionsprozessen<br />
– sowohl an Einzelmaschinen als<br />
auch innerhalb ganzer Fertigungsstraßen<br />
wie z. B. in der<br />
Verpackungstechnik, Lebensmittelund<br />
Holzindustrie. Lesen Sie über<br />
Kompakt-Positionierantriebe mit<br />
minimalen Abmessungen, die mit<br />
einem Drehmoment von bis zu<br />
13 Nm erhältlich sind.<br />
D<br />
as Unternehmen Siko aus Buchenbach<br />
entwickelt und produziert unter anderem<br />
Mess geräte und Positioniersysteme für<br />
Automa tisierungs- und Fertigungsprozesse.<br />
Magnetische Längenmesssysteme, Handräder<br />
mit Positionsanzeigen, Inkrementalgeber<br />
und Absolutwertgeber zählen ebenso<br />
zu dem Produktportfolio, wie elektronische<br />
Anzeigen und Getriebepotentiometer und<br />
Kilian Haller ist Produktmanager DriveLine<br />
bei der Siko GmbH in Buchenbach<br />
die Stell antriebe des Produktbereichs „Driveline“.<br />
So auch die Kompakt-Positionierantriebe<br />
des Typs AG25 bzw. AG26. Diese<br />
Antriebe verfügen über eine Hohlwelle mit<br />
Klemmring für eine einfache Montage.<br />
Verfahrbereiche bis zu<br />
2 500 Umdrehungen möglich<br />
Die AG25-Stellantriebe nehmen trotz hoher<br />
Funktionalität und Leistung nicht mehr<br />
Platz als eine 0,33 l Getränkedose in Anspruch.<br />
Somit eignen sich die Antriebe hervorragend<br />
zur vollautomatischen Formatverstellung<br />
in Maschinen und Anlagen mit<br />
beengten Platzverhältnissen. Der Antrieb<br />
vom Typ AG26 baut geringfügig größer.<br />
Ebenso von Bedeutung ist der integrierte,<br />
präzise Multiturn-Absolutwertgeber, der<br />
die Position der Antriebswelle auch beim<br />
Verdrehen der Welle im stromlosen<br />
Zustand des Stellantriebes erfasst. Selbst<br />
große Verfahrbereiche bis zu rund 2 500<br />
Umdrehungen sind problemlos möglich.<br />
Zu den angebotenen Datenschnittstellen<br />
Sikonet5, Profibus und CAN hat Siko jetzt<br />
die gängigsten Industrial-Ethernet-Feldbus<br />
Schnittstellen implementiert: Profinet,<br />
EthernetIP, EtherCAT und Powerlink. Hierzu<br />
verfügen die Stellantriebe über zwei<br />
M12 D-Codierte Busanschlüsse zum Aufbau<br />
einer Buslinie, ohne eine sternförmige<br />
Verdrahtung zur Steuerung vornehmen zu<br />
müssen. Wahlweise zur Steuerung kann<br />
auch mit Hilfe eines integrierten Webservers<br />
oder der Serviceschnittstelle auf den Antrieb<br />
zugegriffen werden. Diese eignet sich in Zusammenhang<br />
mit dem Siko-Tool Protool-<br />
Driveline und dem Schnittstellen adapter<br />
AIF01 gut für eine Inbetriebnahme- und<br />
Testzwecke. Die Stellantriebe AG25 bzw.<br />
AG26 können auch direkt über die übergeordnete<br />
SPS automatisch konfiguriert und<br />
parametriert werden.<br />
Der Serviceanschluss stellt außerdem<br />
einen frei konfigurierbaren digitalen Ausgang<br />
und vier frei konfigurierbare, digitale<br />
Eingänge zur Verfügung. Vier LEDs zeigen<br />
im Feld wichtige Port- und Switch-Status<br />
01 Formatverstellung beim Anwender<br />
vor Ort<br />
32 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Torquemotoren<br />
Direktantriebe<br />
jetzt bis<br />
150000 Nm<br />
02 Die Positionierantriebe<br />
beim Anwender im Einsatz<br />
information. Die Busadresse kann mithilfe<br />
eines DIP-Schalters eingestellt werden.<br />
Zum Einrichten kann der Antrieb<br />
über zwei unter einem Gehäuse deckel<br />
platzierte Tipptasten direkt verfahren<br />
werden. Die Einbindung in verschiedene<br />
Sicherheitskonzepte ist einfach zu realisieren,<br />
da die Spannungsversorgung<br />
für die Steuer- und Leistungselektronik<br />
getrennt geschieht. Die übergeordnete<br />
SPS wird durch die integrierte Regel- und<br />
Steuerelektronik entlastet. Außerdem<br />
sind Überwachungsfunktionen für Antriebsblockierung,<br />
Temperatur-, Stromund<br />
Schleppfehler bereits im Antrieb<br />
integriert.<br />
Die Anwendungsgebiete der AG25<br />
und AG26 Stellantriebe sind das Verstellen<br />
von Formaten, Anschlägen,<br />
Werk zeugen und Ventilen. Diese, sowie<br />
vergleichbare Posi tionieraufgaben, finden<br />
Anwendung in der Verpackungsund<br />
Holzbearbeitungs industrie, der<br />
Drucktechnik und Papier verar beitung,<br />
der Lebensmittel- und Getränkeindustrie,<br />
in der Textilindustrie sowie in<br />
der Elektronikfertigung.<br />
Automatisierung bringt Zeitund<br />
Kostenvorteile<br />
Häufige Produktwechsel und stark variierende<br />
Produktgrößen sind Alltag in vielen<br />
Branchen und bedingen zahl reiche Ein -<br />
stell- und Justagearbeiten an Vorschubund<br />
Hilfsachsen. Als Beispiele lassen sich<br />
Produktionsmaschinen aus den Bereichen<br />
Metall-, Verpackungs-, Holz-, Glasund<br />
Kunststoffindustrie sowie Werkzeugmaschinen<br />
anführen. Die Minimierung<br />
der Nebenzeiten der Maschinen und des<br />
produzierten Ausschusses nimmt starken<br />
Einfluss auf die Effzienz und Wirtschaftlichkeit<br />
eines Unternehmens. Die mechanische<br />
Entwicklung der Maschinen ist soweit<br />
ausgereift, dass sich nur noch durch<br />
einen erhöhten Auto ma tisierungsgrad<br />
Zeit- und Kostenvorteile er geben. Das<br />
erklärt auch den zunehmenden Bedarf an<br />
Stellantrieben. Die Verstellung geschieht<br />
ein vielfaches präziser und schneller als<br />
manuell, auch an Stellen, die von Hand<br />
zugänglich sind. Mit den neuen Siko Stellantrieben<br />
gelingt dies zukünftig auch bei<br />
Maschinen, an die bislang aufgrund der<br />
beengten Platzverhältnisse kein Antrieb<br />
angebaut werden konnte.<br />
Eine Kostengegenüberstellung der<br />
voll automatischen Formatverstellung zur<br />
Hand verstellung bei Maschinen zeigt oft,<br />
dass die Unterschiede nur unwesentlich<br />
sind. Diese lagen in der Praxis schon bei<br />
unter 1 % Mehrkosten des Maschinenpreises<br />
für die vollautomatische Formatverstellung<br />
mit Siko Antrieben. Ein Grund<br />
hierfür ist, dass schwer zugäng liche Stellen<br />
nicht mehr durch Abbau von Mechanik,<br />
z. B. Winkel getrieben, für die Handverstellung<br />
zugänglich gemacht werden<br />
müssen.<br />
Die Zusammenarbeit zwischen Fischer<br />
Sondermaschinenbau und Siko hat sich<br />
im Bereich der Stellantriebe bewährt.<br />
Für Fischer ließ sich mit verhältnismäßig<br />
geringem Erstaufwand eine Steigerung<br />
des Automa tisierungsgrades der Produktionslinien<br />
und der Verpackungsfertigung<br />
erzielen. L eiter Sondermaschinenbau<br />
bei Fischer, Herbert Erath : „Wir<br />
konnten die Rüstzeiten von 45 Minuten<br />
auf unter 5 Minuten senken. Das ist eine<br />
enorme Effzienzsteigerung.“<br />
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ELEKTROMOTOREN<br />
Immer die beste Lösung<br />
Energieeffiziente Antriebe für die Intralogistik – das lässt sich einsparen<br />
Holger Borcherding<br />
Der Energieverbrauch von elek trischen Antriebssystemen, die in der<br />
Intralogistik eingesetzt werden, stand bisher bei der Projektierung nicht<br />
im Vordergrund, Mehrinvestitionen amortisierten sich gegenüber den<br />
Energieein sparungen bei den bisher verfügbaren Geräten nicht innerhalb<br />
der erwarteten zwei Jahre. Um dieses Paradigma zu überwinden, sind<br />
sowohl kostengünstige Energie effizienztechnologien notwendig als auch<br />
belastbare Untersuchungen zur erreichbaren Energieeinsparung.<br />
Prof. Dr. Holger Borcherding ist fachlicher<br />
Leiter Bereich Innovation bei Lenze in Hameln<br />
Lösungen erarbeiten, die einen wesentlichen<br />
Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz<br />
in der Intralogistik leisten – das hat<br />
sich ein auf Initiative von Lenze entstandenes<br />
Forschungskonsortium zur Aufgabe gemacht.<br />
Neben Lenze gehören die Unternehmensgruppe<br />
Weidmüller, das Fraunhofer IOSB-<br />
INA und die Hochschule Ostwestfalen Lippe<br />
mit dem Institut Industrial IT (InIT) sowie<br />
das Labor Leistungselektronik und elektrische<br />
Antriebe (LLA) zu diesem Zusammenschluss.<br />
Durch das Forschungsprojekt „Intelligente<br />
Antriebs- und Steuerungstechnik für<br />
energieeffiziente Intralogistik“ (Itsowl-IASI)<br />
soll es künftig möglich sein, für jede antriebstechnische<br />
Anwendung in einem Intralogistiksystem,<br />
wie z. B. einem Warenlager, aus<br />
einer Varianz technischer Lösungen diejenige<br />
zu bestimmen, die bei festgelegten Kosten<br />
vorab nachweisbar die geringste elektrische<br />
Energie verbraucht. Das definierte Projektziel<br />
des Innovationsprojektes lautete, in einem<br />
Referenz-Intralogistiksystem mindestens<br />
15 % elektrische Energie einzusparen,<br />
ohne dabei die Lebenszykluskosten zu erhöhen.<br />
Das Projekt Itsowl-IASI ist eines der<br />
Innovationsprojekte im Spitzencluster It`s<br />
OWL und startete im letzten Quartal 2012.<br />
Systembaukasten des Projekts<br />
Das Projekt Itsowl-IASI hat einen Systembaukasten<br />
erarbeitet, der aus folgenden<br />
Hauptkomponenten besteht:<br />
n hocheffiziente sowie leistungsoptimierte<br />
Motoren<br />
n Antriebsumrichter mit energieoptimaler<br />
Maximum-Power-Per-Ampere (MPPA)<br />
Regelung<br />
n modulare Netzrückspeisung für generatorische<br />
Energie<br />
n geberlose Positionsregelungen von Permanentmagnet-<br />
sowie Reluktanz-Synchronmotoren<br />
n Energiemonitoring durch vernetzte echtzeitfähige<br />
Leistungsmesser<br />
n Netzwerkkomponenten für Energiedatenerfassung<br />
eines Energiemanagements<br />
n modellbasierte energieeffiziente Bewegungssteuerung<br />
für die Optimierung von<br />
Bewegungsprofilen in Echtzeit<br />
Der Beitrag der einzelnen Komponenten<br />
des Systembaukastens zum Einsparen von<br />
Energie im Vergleich zum aktuellen Stand<br />
der Technik liegt bei bis zu 30 %. So lassen<br />
sich z. B. mit PMSM bzw. Synchronreluktanzmotoren<br />
aus dem Systembaukasten<br />
zwischen 10 % und 30 % elektrische Energie<br />
gegenüber IE2-/IE3-Asynchronmotoren
ELEKTROMOTOREN<br />
01 Hauptkomponenten<br />
des<br />
energieeffizienten<br />
Systembaukastens<br />
02 Der itsowl-IASI Demonstrator belegt die Energieeinsparungen des Systembaukastens<br />
„Komponenten des IASI-<br />
Baukastens sind kompatibel<br />
zu marktüblichen Lösungen“<br />
Prof. Dr. Holger Borcherding<br />
einsparen. Der tatsächliche Wert hängt von<br />
der Baugröße der Motoren und insbesondere<br />
von der Anwendung ab. Bei der Netzrückspeisung<br />
ist generatorische Energie<br />
notwendig. Fehlt diese, ist keine Energieeinsparung<br />
möglich. Bei Hubanwendungen<br />
können jedoch in vielen Fällen 30 % der<br />
Energie durch Netzrückspeisung wieder genutzt<br />
werden.<br />
Geberlose MPPA-Regelungen für Synchronmotoren<br />
sind besonders bei dynamischen<br />
Anwendungen vorteilhaft, in denen<br />
Standardantriebe mit Asynchronmaschinen<br />
wegen der Maschinenzeitkonstanten mit zu<br />
hohem Blindstrom betrieben werden müssen.<br />
Dort sind Energieeinsparungen bis zu<br />
20 % möglich. Die energieeffiziente Bewegungssteuerung<br />
beruht auf Verlustkennlinien<br />
feldern der jeweiligen Förderer. Die<br />
Kennlinienfelder können vorab ermittelt<br />
oder im Betrieb geschätzt werden. Ein<br />
Mehr größenoptimierer berechnet dann vor<br />
Beginn eines Bewegungszyklus das energieoptimalste<br />
Bewegungsprofil und stellt es<br />
der SPS zur Verfügung. Im Vergleich zu Trapez-Bewegungsprofilen<br />
lassen bis zu 15 %<br />
zusätzlich einsparen. Das Energie-Management<br />
ist eine weitere Maßnahme, durch die<br />
sich der Anlagen-Energieverbrauch verringert.<br />
Durch Beobachtung des Verbrauchsverhaltens<br />
und gezielte Einflussnahme im<br />
Zeitbereich können zusätzlich bis zu 15 %<br />
eingespart werden.<br />
Viele Funktionen, wie das Energie-Monitoring,<br />
sind prinzipiell mit wenig Aufwand<br />
nachrüstbar, so dass auch ein Retro-Fit sinnvoll<br />
möglich ist. Die meisten Hauptfunktionen<br />
wie z. B. die geberlosen Regelungen<br />
können kostengünstig mit Standard-<br />
Antriebsumrichtern umgesetzt werden. Die<br />
Mehrkosten der Motoren sind auch eher<br />
gering, da Konstruktionsteile von Standard-<br />
Asynchronmotoren verwendet werden<br />
können. Daher ist zu erwarten, dass die<br />
Amortisationszeiten unter der bisherigen<br />
„Schmerzgrenze“ von zwei Jahren liegen<br />
werden. Die Energieeinsparung des Systembaukastens<br />
belegt ein Demonstrator, in<br />
dem die meisten Hauptfunktionen im Vergleich<br />
zu aktueller Technik gezeigt werden.<br />
Er besteht aus mehreren horizontalen Bandförderern<br />
sowie zwei Hubwerken, Standard-<br />
Antrieben für den Vergleich sowie Permanentmagnet-Synchronmotoren<br />
(PMSM) mit<br />
geberloser Regelung aus dem Baukasten.<br />
Für alle Antriebe werden die Energie verbräuche<br />
in Echtzeit gemessen und in der<br />
Visualisierung zur Anzeige gebracht. Als<br />
Lasten werden drei 25 kg schwere Metallblöcke<br />
verwendet und damit die Belastung<br />
durch Behälter simuliert. Der direkte Vergleich<br />
des Energieverbrauchs Alt-Neu zeigt,<br />
dass die Horizontalachsen 20 % und die<br />
Hubachsen 40 % weniger Energie benötigen.<br />
Bei den Hubachsen entfallen jeweils<br />
die Hälfte der Energieeinsparung auf die<br />
Motoren und die Netzrückspeisung.<br />
Mehr als erwartet<br />
Das Projekt Itsowl-IASI hat als Projektziel<br />
definiert, in einem Referenz-Intralogistiksystem<br />
mindestens 15 % elektrische Energie<br />
einzusparen, ohne die Lebenszykluskosten<br />
zu erhöhen. Die bisherigen Messergebnisse<br />
der Energieeffizienzmotoren und -regelungen<br />
zeigen eine etwa doppelt so hohe Energieeinsparung.<br />
Für die Restlaufzeit des Projektes<br />
ist geplant, die Energieeinsparung<br />
weiterer Hauptfunktionen zu ermitteln. Es<br />
ist zu erwarten, dass 40 bis 50 % Energieeinsparung<br />
durch den Systembaukasten<br />
darstellbar sind.<br />
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt<br />
wird mit Mitteln des Bundesministeriums<br />
für Bildung und Forschung (BMBF)<br />
im Rahmen des Spitzenclusters „Intelligente<br />
Technische Systeme Ostwestfalenlippe (It´s<br />
OWL)“ gefördert und vom Projektträger<br />
Karlsruhe (PTKA) betreut.<br />
www.lenze.com<br />
www.its-owl.de<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 35
ELEKTROMOTOREN<br />
Hydraulik hat<br />
ausgedient<br />
Elektrische Verstellantriebe bringen Vorteile bei Logistik-Lösung<br />
Christian Renner<br />
Wie kommen die Produktionsbauteile am schnellsten an den<br />
Fertigungspunkt, an dem sie gebraucht werden?<br />
Um diese Frage zu beantworten, muss man nicht nur über die<br />
Prozessabläufe nachdenken, sondern die passende Hardware, bzw. die<br />
richtigen Hilfsmittel. Wenn es um den Transport von Bauteilen geht,<br />
sind elektrische Transportfahrzeuge nicht mehr wegzudenken.<br />
Christian Renner ist verantwortlich für die<br />
Öffentlichkeitsarbeit bei LINAK in Nidda<br />
Die bayerische Firma Pefra AG bietet<br />
nicht nur die passenden Fahrzeuge<br />
und die entsprechenden Anhänger, sondern<br />
löst gemeinsam mit ihren Kunden die<br />
logis tischen Aufgaben, die sich innerhalb<br />
einer Produk tion stellen. Als kleiner, aber<br />
hoch speziali sierter Anbieter geht das Unternehmen<br />
aus Eching oftmals neue und<br />
bislang unbekannte Wege. Ein Beispiel<br />
dafür ist die Entwicklung eines neuen Routenzuges,<br />
bei dem die hydraulische Hebetechnik<br />
durch elektrische Verstellsysteme<br />
der Firma Linak ersetzt wurde. „Normalerweise<br />
werden hydraulische Systeme für<br />
das Anheben der einzelnen Trolleys verwendet.<br />
Wir haben uns jedoch für eine<br />
elektrische Lösung entschieden“, erläutert<br />
Martin Gärth, verantwortlich bei Pefra für<br />
den Bereich Vertrieb und Marketing. Aus<br />
diesem Grund firmiert das neue Produkt<br />
nicht unter der Bezeichnung Routen zug,<br />
sondern Elektro-Train.<br />
Vorteile bei elektrischer Lösung<br />
Die Konstrukteure des Unternehmens Pefra<br />
sahen viele Vorteile bei der elektrischen<br />
01 Der Routenzug des<br />
Unternehmes Pefra<br />
02 Günther Rappl, Salesmanager bei Linak,<br />
prüft den Einbau der elektrischen Antriebe<br />
36 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Vollständig<br />
überarbeitet!<br />
Verstel lung gegenüber einer hydraulischen<br />
Lösung:<br />
n Präzise Steuerung: Eine elektronische<br />
Steuerung mit TR-EM-Modul sorgt für<br />
perfekten Parallellauf der beiden Verstell<br />
antriebe und des gesamten Elektro-<br />
Train<br />
n Einfache Bedienung: Von der Zugmaschine<br />
aus kann der Fahrer die einzelnen<br />
Wägen – ein Zug kann insgesamt sechs<br />
Wägen aufnehmen – an- und abkuppeln<br />
und die Hebevorrichtung bedienen<br />
n Witterungsbeständig/Wartungsarm: Es<br />
kann zu keiner Leckage von Hydraulikschläuchen<br />
durch Witterung/Veraltung<br />
kommen. Elektroverbindungen<br />
sind sicher und dauerhaft geschützt<br />
n Leiser Betrieb: Ein weiterer Vorteil sind<br />
die geringen Betriebsgeräusche, die der<br />
Elektro-Train verursacht. Auch hier gibt<br />
es bei einem Hydrauliksystem mit Kompressor<br />
Nachteile für den Kunden<br />
„Hydraulische Systeme eignen sich nur<br />
bedingt für so eine hohe Individualität in<br />
Konstruktion und Bedienbarkeit“, so Martin<br />
Gärth. Der von Pefra entwickelte Elektro-Train<br />
entspricht exakt den Anforderungen<br />
von zahlreichen Unternehmen:<br />
n Individuelle Maße: Länge der einzelnen<br />
Anhänger, Wendekreis und die Maße<br />
der zu transportierenden Trolleys waren<br />
vorgegeben. Jeder der vierradgelenkten<br />
Anhänger muss einen Trolley aufnehmen<br />
können, der bis zu 600 kg schwer<br />
ist<br />
n Hohe Transportgeschwindigkeit: Ein<br />
Trolley, der eigene Räder hat, darf nur<br />
mit einer Geschwindigkeit von 5 km/h<br />
bewegt werden. Der Routenzug kommt<br />
jedoch auf eine Geschwindigkeit von bis<br />
zu 15 km/h. Aus diesem Grund muss der<br />
Trolley etwas angehoben werden, damit<br />
das Fahrwerk genügend Bodenfreiheit<br />
hat. Der Trolley wird in den Anhänger<br />
geschoben und mit Hilfe von zwei Linak<br />
Verstellantrieben LA36 angehoben<br />
Nutzen beim Kunden<br />
Da der Routenzug sich sowohl innen als<br />
auch im Freien bewegen soll, müssen alle<br />
Komponenten wetterfest sein. Die elektrischen<br />
Verstellantriebe bieten hierfür die<br />
besten Voraussetzungen. Weder Kälte<br />
noch Nässe beeinflussen den Betrieb der<br />
Bauteile. Auch das Reinigen mit einem<br />
Hochdruckreiniger macht den Antrieben<br />
nichts aus. Sie erreichen die Schutzklassen<br />
IP66 dynamisch und IP69K statisch. Für<br />
Martin Gärth sprechen viele Dinge für den<br />
elektrischen Verstellantrieb. „Für uns als<br />
Hersteller gibt es zwar einen Aufwand der<br />
Steuerungs-Programmierung, aber dafür<br />
hat unser Kunde den Nutzen einer besonders<br />
einfachen Bedienung“. Pefra beliefert<br />
große Industriekonzerne. Besonders die<br />
Automobilindustrie setzt für ihre logistischen<br />
Abläufe innerhalb der Produktion<br />
auf diese Lösungen. Martin Gärth ist überzeugt,<br />
dass der neue Elek tro-Train seine<br />
Vorteile gegenüber anderen Lösungen<br />
ausspielen kann und dass elek trische Verstellsysteme<br />
gerade bei Routenzügen eine<br />
große Zukunft haben.<br />
www.linak.de<br />
Die Berechnung und<br />
Gestaltung von Wälzlagern<br />
erreicht eine neue Ära<br />
Wälzlagerpraxis<br />
Das Standardwerk für<br />
Konstrukteure und Studenten<br />
in der 4. Auflage.<br />
Wälzlagerpraxis jetzt bestellen unter<br />
shop.engineering-news.net
ELEKTROMOTOREN<br />
Synchronmotoren mit<br />
höherer Leistungsdichte<br />
Mit acht zusätzlichen Synchronmotoren hat Engel seine<br />
Baureihe HBR erweitert. Damit stehen nun 14 kompakte<br />
Hochleistungsantriebe mit Nennleistungen bis 6 410 W und<br />
Spitzendrehmomenten<br />
bis 69 Nm<br />
zur Verfügung. Die<br />
neuen Motortypen<br />
HBR 37, HBR 48 und<br />
HBR 63 mit den<br />
Flanschmaßen 80,<br />
100 und 120 mm<br />
sind Drehstrom-<br />
Synchronmotoren<br />
mit permanentem<br />
Magnetfeld und<br />
bürstenlosem<br />
Hohlwellen-Resolver, die sich mit Planetengetriebe,<br />
Haltebremse und Fremdbelüftung kombinieren lassen.<br />
Entsprechend ihrer Nennleistungen reichen die Systemlängen<br />
der Motoren von 144 bis 358 mm. Bei den Spitzendrehzahlen<br />
decken sie eine Spanne von 4 500 bis 5 500 min -1 ab. Die<br />
neuen Motoren eignen sich vor allem für Anwendungen, die<br />
eine hohe Leistungsdichte bei schlanker Bauform erfordern,<br />
z. B. für verbindungstechnische Verfahren wie Pressen,<br />
Clinchen und Nieten oder schnell taktende und präzise<br />
Positionieraufgaben in der Automatisierung und<br />
Montagetechnik.<br />
www.engelantriebe.de<br />
Dezentraler Servoantrieb mit<br />
minimalem Bauraumanspruch<br />
Der dezentrale Kompakt-Servoantrieb Ecompact 34 light von<br />
Jenaer Antriebstechnik vereint Antriebskomponenten wie Motor,<br />
Encoder und Controller in einem Gerät. Er kann sowohl für die<br />
Drehmoment-, Kraft-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung,<br />
also auch für Punkt zu Punkt oder die Bahninterpolation<br />
eingesetzt werden. Aufgrund des kurzen Gehäusedesigns ist der<br />
Antrieb für Retrofitting, flexible Automatisierungskonzepte und<br />
Maschinenarchitektur, die min. Bauraum verlangen, geeignet.<br />
Zudem wird der Installationsaufwand dank der direkten Montage<br />
an der Maschine reduziert und der Platzbedarf im Schaltschrank<br />
entfällt. Der Servokompaktantrieb wird mit Steckverbindern für<br />
den Schnell-Leiteranschluss betriebsfertig ausgeliefert. Die<br />
Basiskonfiguration kann durch die Parametriersoftware Ecostudio<br />
an die Applikation angepasst werden. Die Baureihe deckt max.<br />
Drehmomente von 3,5 bis 11,6 Nm ab und arbeitet mit einer<br />
Versorgungsspannung von 24 bis 60 V DC.<br />
www.jat-gmbh.de<br />
10 mm Motor mit<br />
erhöhtem Drehmoment<br />
Das Unternehmen Faulhaber hat die Serie 1024…SR von metallbürstenkommutierten<br />
Motoren mit einem Durchmesser von<br />
10 mm eingeführt. In Kombination mit einem Getriebe erzielen<br />
sie ein Abtriebsdrehmoment von 300 mNm. Mit seinem guten<br />
Drehmoment-/Drehzahl-Verhältnis meistert der Motor<br />
unterschiedliche Lasten<br />
bei reduzierten Drehzahlschwankungen<br />
und sorgt so<br />
für einen ruhigen Gleichlauf.<br />
Die Verbesserung der Motoren<br />
in Bezug auf Leistung und<br />
Drehmoment basiert auf einer<br />
Neugestaltung nahezu aller<br />
Motorelemente. Diese umfasst<br />
z. B. eine neue Spule, ein neues<br />
Kommutierungssystem und<br />
einen neuen Magneten. Daraus<br />
ergibt sich ein breiterer Drehzahlbereich unter Last, ein Dauerdrehmoment<br />
von 1,5 mNm bei 7 500 min -1 und eine Abgabeleistung<br />
von über 3 W. Die Spannung kann zwischen 6 und 12 V gewählt<br />
werden. Der Motor ist bei kleinen Abmessungen und geringem<br />
Gewicht eine gute Wahl für alle tragbaren Geräte. Er ist auch mit<br />
einem zweiten Wellenende, in einer Vakuum-Ausführung und mit<br />
erweitertem Temperaturbereich (-30 bis +125 °C) erhältlich.<br />
www.faulhaber.com<br />
Motor mit besonders schlankem Wellendurchmesser<br />
reist von Berlin nach Kairo<br />
Das Unternehmen<br />
Menzel Elektromotoren<br />
aus Berlin lieferte einen<br />
maßlich und elektrisch<br />
identischen Ersatz für<br />
den ausgefallenen<br />
Schleifringläufermotor<br />
eines in Kairo ansässigen<br />
Unternehmens. Der<br />
Anbieter von Elektromotoren-Sonderausführungen<br />
ersetzte einen alten Siemensmotor, der als Antrieb für<br />
einen Crusher fungierte, durch ein kompatibles neues Exemplar.<br />
Menzel konstruierte den Motor dafür mit einem für die benötigte<br />
Baugröße und 6 000 kg Gesamtgewicht schlanken Wellendurchmesser<br />
von nur 127 mm. Auch setzte man den Wunsch um, den<br />
6-poligen Motor mit 932 kW Leistung, 6 300 V Nennspannung und<br />
einer Drehzahl von 989 min -1 wieder mit den gleichen Arten von<br />
Klemmenkästen an den gleichen Positionen zu versehen. Zudem<br />
wurde der Antrieb mit einer zum Originalmotor baugleichen<br />
Schwingungsüberwachung mit zwei Sensoren ausgestattet. Der<br />
ägyptische Betreiber erhielt außerdem noch Ersatzteile für den<br />
neuen Motor, darunter Kohlebürsten, Schleifringkörper und<br />
Bürstenhalter.<br />
www.menzel-elektromotoren.com<br />
38 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
®<br />
Kompakt, stark, zuverlässig.<br />
Egal, was kommt.<br />
Die Optimax-Getriebebaureihe mit hoher<br />
Überlastfähigkeit und langer Lebensdauer.<br />
Unser Getriebe hält, was es verspricht. Und hält. Und hält.<br />
– Kompakte Baureihe mit hohem Wirkungsgrad<br />
– Abtriebsdrehmoment bis 27 Nm<br />
– Zweifach kugelgelagerte Antriebswelle<br />
– Optimale Zuverlässigkeit und Lebensdauer<br />
Mehr Informationen für Ihre Anwendung: ebmpapst.com/optimax
ELEKTROMOTOREN<br />
Ultrakompakte Servoantriebe<br />
Die ultrakompakten Servoantriebe der neuen Parker Servo Drive-<br />
Serie von Parker Hannifin sind als Stand-Alone-Gerät PSD-S oder<br />
als Mehrachs-Servosystem PSD-M erhältlich. Die Mehrachs-Module<br />
sind dabei als Ein-, Zwei- oder Drei-Achsversionen in einem<br />
gemeinsamen Gehäuse lieferbar. Sie finden Anwendung in der<br />
Lebensmittel- und Verpackungsindustrie, im Bereich Materialumformung<br />
und Kunststoffverarbeitung oder in Maschinen für<br />
die Textil- und Papierindustrie. Die für Europa, Asien sowie Nordund<br />
Südamerika entwickelten Antriebe bilden zusammen mit der<br />
neuen Steuerungsplattform PAC die Basis eines Systembaukastens.<br />
Die Kommunikation erfolgt über einen Ethercat-Real-Time-Feldbus.<br />
Die Servoantriebe sind mit einem Ausgangsstrom<br />
von 2 bis 30 A lieferbar. Der Achsenaustausch<br />
wird durch eine integrierte<br />
SD-Speicherkarte erleichtert. Beim<br />
Mehrachs-System sorgt der<br />
gemeinsame DC-Bus für den<br />
Energieaustausch zwischen<br />
den Antrieben.<br />
www.parker.com<br />
Dezentraler Stellantrieb<br />
mit EtherCAT<br />
Die dezentralen Antriebe aus der<br />
Encotrive-Baureihe von TR-Electronic<br />
unterstützen jetzt auch die Schnittstelle<br />
EtherCAT. Die Kommunikation nutzt die<br />
Standards des CANopen DSP 402 für die<br />
Übertragung der Parameter, die im EtherCAT-<br />
Protokoll eingebettet werden. Mit dem spezifizierten<br />
Protokoll CANopen over EtherCAT (CoE) wird die Nutzung<br />
des Antriebsprofils von CANopen über EtherCAT ermöglicht. Das<br />
SDO-Protokoll wird direkt übernommen, sodass bestehende<br />
CANopen-Stacks ohne Änderung verwendet werden können. Die<br />
Prozessdaten werden in Prozessdatenobjekten (PDO) organisiert,<br />
die mit den Mitteln von EtherCAT übertragen werden. Eine<br />
8-Byte-Beschränkung besteht nicht mehr. Alle CANopen-Profile -<br />
und damit auch das Antriebsprofil (DS 402) - sind vollständig<br />
nutzbar.<br />
www.tr-electronic.de<br />
Servomotorenbaureihe bis<br />
15 kW erweitert<br />
Das Unternehmen Heidrive baut seine Servomotorenbaureihe<br />
Heimotion Premium um eine weitere Motorgröße aus. Die<br />
Servoreihe wird durch einen zusätzlichen Motorschnitt HMP19<br />
mit Quadratmaßen 190 mm nach oben erweitert. Mit dieser<br />
Baugröße stößt das Unternehmen in einen neuen Leistungsbereich<br />
bis 15 kW vor. Der Motor unterteilt sich in vier Leistungsstufen<br />
und wird mit Drehzahlen von bis zu 3 000 min -1 verfügbar sein. Bei<br />
diesem Typ wird ebenfalls die gesamte Vielfalt der Geber-Systeme<br />
des HMP-Baukastens vom Resolver bis zum Hiperface-Multiturngeber<br />
umgesetzt. Zudem können neue Geberschnittstellen wie<br />
Endat 2.2 Geber der Firma Heidenhain der Baugröße 13 realisiert<br />
werden. Damit werden Auflösungen von bis zu 25 bit erreicht.<br />
Wie schon bei den restlichen Baugrößen steht auch hier eine<br />
Bremsvariante mit einen statischen Bremsmoment von bis zu<br />
115 Nm zur Verfügung. Zur Übertragung der Motorsignale wird<br />
wie bisher ein M23-Stecker verwendet. Wegen der höheren Strombelastbarkeit<br />
wird als Leistungsstecker ein M40-Steckverbinder<br />
im Standard eingesetzt.<br />
www.heidrive.de<br />
Servomotoren mit besonders<br />
hoher Laufruhe<br />
Die jüngste Baureihe der ruhig laufenden Servomotoren der<br />
Serie SM aus dem Hause Siei-Areg basiert auf der Segment-<br />
Technologie. Die Motoren weisen eine niedrige Drehmomentwelligkeit<br />
auf und eignen sich damit für Aufgaben, bei denen eine<br />
hohe Präzision gefragt ist, so<br />
z. B. als Antrieb des Warenabzugs<br />
von Webmaschinen.<br />
Hier verhindert ein sehr gleichmäßiger<br />
Lauf die Entstehung<br />
von Unregelmäßigkeiten im<br />
Webmuster. Doch auch bei<br />
Einsätzen mit hohen Anforderungen<br />
an die Positioniergenauigkeit<br />
und Dynamik<br />
arbeiten die Motoren genau und bieten sich daher für den Antrieb<br />
von Verpackungs-maschinen bis zu Dreh-, Schleif- und Fräsanwendungen<br />
an. Die Servomotoren sind in Varianten von 4 bis<br />
24 Nm erhältlich. Die Schutzart IP64 und die robuste Konstruktion<br />
ermöglichen auch den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen.<br />
Die als Baukastensystem konzipierten Motoren<br />
lassen sich leicht an spezifische Anforderungen anpassen. So<br />
stehen verschiedene Bremsen, Geber sowie Anschlussstecker zur<br />
Verfügung.<br />
www.sieiareg.de<br />
40 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong><br />
PWB-encoder.indd 1 15.02.<strong>2016</strong> 09:23:26
Geräuschlose Piezo-Antriebe<br />
Die neue Standardlinie Ultrasonic Drive Technology (UDT) von Attocube<br />
kombiniert Piezoantriebssysteme mit Ultraschalltechnologie. Die Nano-Antriebe<br />
verfahren schnell und geräuschlos mit Frequenzen im Ultraschallbereich.<br />
Kreuzrollenführungen und integrierte optoelektronische Encoder ermöglichen<br />
den Motoren eine präzise Positionierung sehr hoher Lasten auch über lange<br />
Stellwege. Der UDT6050 ist der erste „Off-the-Shelf“-Positionierer mit der neuen<br />
Antriebstechnologie. Bei einem kompakten Bauraum von 60 × 50 × 11,5 mm<br />
erreicht er eine Maximalgeschwindigkeit von mehr als 30 mm/s und verschiebt<br />
Lasten von bis zu 15 kg mit einer dynamischen Kraft von 5 N unter Standardbedingungen.<br />
Das System eignet sich für<br />
anspruchsvolle Applikationen in den<br />
Bereichen Optik, Photonik, Mikroskopie<br />
und anderen Anwendungen, die eine<br />
hochpräzise Positionierung von<br />
Systemkomponenten erfordern.<br />
www.attocube.com<br />
Reibungsloser Antrieb zum High-End-Positionieren<br />
Einen bürstenlosen Motor, Geber, Servoantrieb und Motion Controller in einem<br />
Gerät bieten die Motoren der iMOT17-Reihe von Technosoft. Die Baureihe mit<br />
einer Größe von 42 mm verfügt über 0,1 bis 0,3 Nm in einem Paket von 64 bis<br />
98 mm. Die Motoren enthalten einen Singleturn-Absolutdrehgeber mit 4 096<br />
Impulsen pro Umdrehung, was eine feldorientierte Regelung und einen reibungslosen,<br />
leisen und wiederholbaren Antrieb für High-End-Positionieranwendungen<br />
ermöglicht. Nur die Stromversorgung und die Kommunikationssignale benötigen<br />
eine Kabelführung. Für ausziehbare Stecker oder M8- und M12-Rundstecker<br />
stehen sowohl die Motion-Sprache TMLCAN<br />
als auch die CiA DS402 CAN-offenen<br />
Kommunikationsprotokolle zur Verfügung.<br />
Ethercat mit CoE-Implementierung soll<br />
Anfang <strong>2016</strong> dazukommen. Mit<br />
ergänzenden Getrieben sind die<br />
Motoren für den Langzeitbetrieb<br />
in Fabrik- oder<br />
industriellen Automatisierungs -<br />
systemen sowie für Medizintechnik-<br />
und Laborgeräte ausgelegt.<br />
Ganz groß,<br />
wenn’s eng wird:<br />
der neue RFD-4000<br />
Präzise Winkelmessung auf<br />
engstem Raum:<br />
Der neue RFD-4000 ist die<br />
Sensorlösung, wo Platz knapp<br />
und Budgets klein sind.<br />
Unsere mehr als 65-jährige<br />
Erfahrung sorgt für starke<br />
Leistung bis ins Detail:<br />
• 7mm flacher Sensor<br />
• hochwertige Ausführung<br />
• magnetisch, absolut<br />
• misst berührungslos<br />
• ein- und mehrkanalig<br />
• robust, IP69k<br />
• Messbereich bis 360°<br />
• einfache Montage<br />
• Kennlinien nach Wunsch<br />
Datenblatt-Download<br />
www.technosoftmotion.com<br />
Temporäre Überbelastung kein Problem<br />
Ein Kompaktantrieb auf Basis eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Abgabeleistungen<br />
über 1 kW ist der BG 95 CI aus dem Hause Dunkermotoren. Mit der<br />
integrierten Steuer- und Leistungselektronik kann er dauerhaft 1 100 W mechanische<br />
Leistung abgeben. Seine integrierte CANopen-Schnittstelle ist DS402-kompatibel<br />
und akzeptiert Quickstart-Befehle. Die Erwärmung der Wicklung und der Halbleiter<br />
werden im Voraus berechnet, wodurch der Antrieb zeitweise weit über die<br />
Dauerleistung überlastet werden kann. Durch robusten Aufbau und Spannungen<br />
von 24 bis 60 VDC ist der Komapktantrieb sowohl für Batterieapplikationen als<br />
auch als Ersatz für Hydraulik-versorgte Applikationen geeignet. Mit platzsparendem<br />
und klimafestem Design eignet er sich für autonome<br />
Shuttles, Industrie automation, Solarapplikationen,<br />
Türapplikationen, Medizintechnik oder den<br />
Sondermaschinenbau. Erhältlich in den<br />
Baulängen BG 95 × 40 und BG 95 × 80, rundet<br />
er das Baukastenkonzept des Herstellers<br />
leistungsmäßig nach oben ab.<br />
www.dunkermotoren.de<br />
www.novotechnik.de
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Nach Norden abwärts und<br />
dann immer geradeaus<br />
Retrofit der Antriebstechnik im<br />
Schiffshebewerk mit modifizierten Standardkomponenten<br />
Randolf Bieritz, Christian Holze<br />
Nach über 35 Jahren Betrieb<br />
wurde im Schiffshebewerk<br />
Lüneburg in Scharnebeck die<br />
Antriebstechnik erneuert.<br />
SEW-Eurodrive lieferte hierfür<br />
Motoren und Industrie getriebe<br />
aus seinem fein abgestuften<br />
Produktsortiment. Die Besonderheit:<br />
Es handelt sich um Standardgetriebe,<br />
die für diesen Einsatz<br />
konstruktiv angepasst wurden.<br />
Randolf Bieritz leitet das Drive Technology<br />
Center Nord von SEW-Eurodrive in Hannover<br />
Christian Holze ist Innendiensttechniker<br />
Industriegetriebe im Drive Technology Center<br />
Nord von SEW-Eurodrive in Hannover<br />
Der 115 km lange Elbe-Seitenkanal verbindet<br />
die Elbe bei Hamburg mit dem<br />
Mittellandkanal bei Wolfsburg. Gut 40 km<br />
südöstlich von Hamburg verläuft er durch<br />
Scharnebeck, eine 3 000-Einwohner-Gemeinde<br />
im Landkreis Lüneburg. Die Wasserstraße<br />
überwindet insgesamt einen Höhenunterschied<br />
von 61 m: 23 m, überbrückt<br />
eine Schleuse bei Uelzen und 38 m das<br />
Schiffshebewerk Lüneburg. Zur Bauzeit ist<br />
es als größtes Doppel-Senkrecht-Schiffshebewerk<br />
der Welt erstellt worden. Es kostete<br />
152 Mio. DM und wurde nach achtjähriger<br />
Bauzeit 1976, für die Schifffahrt<br />
freigegeben. Betreiber ist das Wasser- und<br />
Schifffahrtsamt Uelzen, eine Unterbehörde<br />
des Bundesministeriums für Verkehr und<br />
digitale Infrastruktur.<br />
Niveausteigerung mit Power<br />
Das Schiffshebewerk Lüneburg ist ein Doppel-Senkrecht-Schiffshebewerk.<br />
Es hat zwei<br />
nebeneinander liegende Durchfahrten, in<br />
denen sich unabhängig voneinander zwei<br />
Tröge auf und ab bewegen. Sie haben eine<br />
nutzbare Länge von 100 m und eine nutzbare<br />
Breite von 12 m sowie eine Wassertiefe von<br />
3,50 m. Die Tröge hängen jeweils an 240<br />
Stahlseilen, die über Seilscheiben laufen.<br />
Jede einzelne hat einen Durchmesser von<br />
3,40 m und wiegt 4 t. Anders ausgedrückt:<br />
Jede Scheibe ist doppelt so groß wie ein<br />
Mensch und schwerer als 50 Personen. Ein<br />
einzelnes Seil ist 54 mm dick, 54 m lang und<br />
wiegt 800 kg.<br />
Die Tröge heben Tonnage im wahrsten<br />
Sinne des Wortes, denn die Gesamtmasse<br />
der beweglichen Teile des Troges einschließlich<br />
des Wassers beträgt 12 000 t − so viel wie<br />
14 komplette ICE-Züge mit je 16 Wagen.<br />
Davon wiegt allein der mit Wasser gefüllte<br />
Trog 6 000 t, das Gewicht der Gegengewichte<br />
beträgt ebenfalls 6 000 t. Weil das Eigengewicht<br />
der mit Wasser gefüllten Tröge durch<br />
Gegengewichte ausgeglichen wird, reicht<br />
hierfür die vergleichsweise geringe Antriebsleistung<br />
von 4 x 50 kW aus, die durch<br />
Drehstrommo toren erzeugt wird. Aus Sicherheitsgründen<br />
ist jedoch eine Antriebsleistung<br />
von 4 x 160 kW installiert.<br />
Volle Ladung auf und ab<br />
Die Fahrzeiten eines Trogs beim Heben bzw.<br />
Senken dauern jeweils etwa drei Minuten.<br />
Das entspricht bei 38 m Höhenunterschied<br />
etwa 12 bis 13 m/min, wobei langsamer angefahren<br />
und angehalten wird. Die Gesamttransferdauer<br />
− einschließlich der Ein- und<br />
Ausfahrt − beträgt ca. 20 min pro Schiff.<br />
Die Tröge werden durch ein vorderes und<br />
hinteres Sektionaltor verschlossen. Jedes dieser<br />
Hubtore wird mit dem Haltungstor, das<br />
den Schifffahrtskanal abschließt, durch zwei<br />
im Antrieb gekoppelte Gliederketten gehoben,<br />
die links und rechts des Tors an einem<br />
Maschinenhaus entlang laufen. Vor dem Verfahren<br />
des Troges lösen sich beide Tore, so<br />
dass der Trog für sich allein steht und verfahren<br />
werden kann. Jeder Trog wird zwischen<br />
vier Türmen geführt, die in ihrem oberen Teil<br />
die Seilscheibenhallen beherbergen.<br />
Auf der höhergelegenen Südseite des<br />
Schiffshebewerks befinden sich vor den Türmen<br />
insgesamt vier rote Maschinenhäuser,<br />
sogenannte Pylone. Diese beherbergen die<br />
Antriebstechnik der Tore des Schiffshebewerks.<br />
Zwischen den Trögen, mit Blick auf die<br />
Vorlandbrücke im Süden, liegt der Steuerstand.<br />
Hier laufen sämtliche Informationen<br />
zusammen, Kamerabilder und Messwerte.<br />
42 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Jungbrunnen für das Hebewerk<br />
Zur Gewährleistung der Anlagensicherheit<br />
und -verfügbarkeit musste nach über 35<br />
Jahren Betrieb eine Grundinstandsetzung<br />
des Schiffshebewerks vorgenommen werden.<br />
Das Bauwerk wurde überprüft sowie<br />
Bauteile, Gebäudetechnik und Teile der Antriebstechnik<br />
erneuert. Damit der Schiffsverkehr<br />
während der Retrofitmaßnahmen<br />
weiterlaufen konnte, erneuerte man zunächst<br />
nur die Ostseite des Hebewerks. Im<br />
Zuge dieses zweijährigen Retrofits sollten<br />
auch das Drehmoment und die Leistung<br />
der Antriebe für die Tore der Tröge erhöht<br />
werden. Statt der bisher installierten Leistung<br />
von 55 kW sollten die neuen Motoren<br />
75 kW aufbringen. Auch das Nenndrehmoment<br />
des Getriebes wurde von bislang<br />
80 kNm auf 130 kNm erhöht.<br />
Ein Besichtigungstermin vor Ort ergab,<br />
dass die Industriegetriebe von SEW-Eurodrive<br />
recht genau in die vorgegebene Spitzenhöhe<br />
passen. Das Bruchsaler Unternehmen<br />
hat auch Zwischengrößen in seinem<br />
Produktsortiment, was nicht bei allen Anbietern<br />
der Fall ist. Dieses Alleinstellungsmerkmal<br />
ist ein wichtiger Wettbewerbsvorteil.<br />
Das letztlich umgesetzte Antriebskonzept<br />
wurde durch das Drive Technology Center<br />
(DTC) Hannover erstellt, ebenso die Zusammenstellung<br />
der Komponenten.<br />
Kraft der zwei Getriebe<br />
Die elektromechanische Antriebstechnik<br />
der Tore stammt vom Anfang der 70er Jahre.<br />
Sie besteht aus einem Drehstrom-Asynchronmotor<br />
mit Bremsgerät und einem<br />
Industriegetriebe. Es ist über eine mechanische<br />
Verbindung mit einer zweiten, am<br />
Tor gegenüberliegenden Motor-/Industriegetriebeeinheit<br />
gekoppelt. Beide Motoren<br />
werden über einen gemeinsamen<br />
Umrichter (500 V, 0…50 Hz) mit Spannung<br />
versorgt. Durch die variable Frequenz<br />
kann ein sanftes Beschleunigen und Abbremsen<br />
des Torantriebes gewährleistet<br />
werden. Als Reserve für Notsituationen<br />
wurde ein elektrischer Hilfsantrieb eingebaut.<br />
Zusätzlich ist ein Notbetrieb per<br />
Handrad vorgesehen.<br />
Als Hauptantrieb wird neu ein 75-kW-<br />
Drehstrommotor DVE280 S4 von SEW-Eurodrive<br />
eingesetzt. Über eine Kupplung ist er<br />
mit dem Industriegetriebe X4KS230 verbun-<br />
01 Die Tröge hängen jeweils an<br />
240 Stahlseilen, die über Seilscheiben laufen<br />
02 Durch ein vorderes und hinteres<br />
Sektionaltor werden die Tröge verschlossen<br />
den. Es hat drei Stirnradstufen und eine<br />
Kegelradeingangsstufe. Eine Vorgabe des<br />
Auftraggebers war, dass die ursprüngliche<br />
Grundstruktur des Systems erhalten bleibt.<br />
Die mechanische Verkettung der beiden<br />
Torantriebe war bereits bei der alten Ausführung<br />
vorhanden und sollte so beibehalten<br />
werden. Um diese Forderung zu erfüllen,<br />
musste aus dem Hauptgetriebe eine mechanische<br />
Verbindung zum zweiten Hauptgetriebe<br />
geschaffen werden, das sich auf<br />
der anderen Seite des Schleusentors befindet.<br />
Basierend auf einem Standard-Industriegetriebe<br />
der Baureihe X4 fertigte das<br />
Bruchsaler Unternehmen hierfür eine Mo-
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
03 Der Hauptmotor überträgt über das<br />
Industrie getriebe das Drehmoment auf die<br />
Rollenkette, die das Hubtor bewegt<br />
03<br />
04 Hilfsmotor, Verteilergetriebe und<br />
Gleichlaufwelle (oben), darunter das<br />
Industriegetriebe und die Bremseinrichtung (v. l.)<br />
05 Die bisherige Antriebstechnik stammt<br />
vom Anfang der 70er Jahre<br />
04 05<br />
difizierung an. Nach der ersten Getriebestufe<br />
wird eine zweite Abtriebswelle aus<br />
dem Getriebe herausgeführt. Hierzu mussten<br />
lediglich die Welle dieser Getriebestufe<br />
verändert und der Lagerdeckel ausgetauscht<br />
werden. Diese Welle führt zu einem<br />
Verteilergetriebe. Hierbei handelt es sich<br />
um ein Kegelradgetriebe, das die Drehbewegung<br />
der Eingangswelle über einen<br />
Kegelradsatz auf zwei gegenüberliegende<br />
Ausgangswellen mit gleicher Drehzahl<br />
verteilt. Eine Ausgangswelle stellt über eine<br />
Gleichlaufwelle die mechanische Dauerverbindung<br />
zum zweiten Antriebssystem<br />
her. An die zweite Ausgangswelle des Verteilergetriebes,<br />
ist über eine Schaltkupplung<br />
der Hilfsantrieb angeschlossen. Im<br />
Normalbetrieb ist er ausgekuppelt, im Notfall<br />
kann auch er das Tor heben. Dabei<br />
arbeitet er mit deutlich kleinerer Leistung<br />
als der Hauptantrieb und läuft etwa nur mit<br />
einem Zehntel von dessen Drehzahl. Der<br />
Hilfsantrieb ist ein SEW-Standard-Drehstromasynchronmotor<br />
K127 DRE180 M4<br />
mit einem zweiten Motorwellenende. Hierauf<br />
kann das Handrad für den Notbetrieb<br />
aufgesetzt werden.<br />
Von der Abtriebswelle des Industriegetriebes<br />
wird das Drehmoment über ein Ritzel<br />
auf eine Dreifach-Rollenkette übertragen,<br />
die das Hubtor bewegt. Auf der anderen Seite<br />
des Tores ist die gleiche Antriebskonstruktion<br />
vorhanden. Beide Industriegetriebe sind −<br />
wie bereits erwähnt − über eine Gleichlaufwelle<br />
mechanisch synchronisiert, die<br />
über das Tor hinweg verläuft. Sie stellt<br />
sicher, dass das Tor gerade hoch und runter<br />
fährt. Zusätzlich wurden Sensoren zur<br />
Funktionsüberwachung vorgesehen. Sie<br />
kontrollieren z. B. die korrekte Funktion der<br />
Bremse. Für die elektrische Höhenüberwachung<br />
gibt es auf der einen Seite des<br />
Tores einen Absolutwertgeber.<br />
Zuverlässigkeit ist Standard<br />
Zum Einbau des neuen Antriebspakets<br />
mussten die Pylonhäuser abgeschnitten<br />
und anschließend die neuen Maschinenhäuser<br />
aufgesetzt werden. Zudem bekamen<br />
sie eine neue Dämmung, um extreme Temperaturen<br />
im Sommer und im Winter besser<br />
zu beherrschen. Die Grundinstandsetzung<br />
des Osttroges erfolgte von Juni 2010 bis Mai<br />
2012. Mit der installierten Antriebseinheit<br />
erhielt der Kunde ein weitgehend standardisiertes<br />
Antriebspaket, das über Jahre zuverlässig<br />
arbeiten wird und für das auch in<br />
einem eventuellen Servicefall schnell und<br />
unproblematisch Ersatzteile zur Verfügung<br />
stehen werden. Ab <strong>2016</strong> sollen die Reftrofitmaßnahmen<br />
für den Westtrog erfolgen.<br />
www.sew-eurodrive.de<br />
Schiffshebewerk<br />
im Bild<br />
Video<br />
Einen Slideshow-Podcast über das<br />
Schiffshebewerk finden Sie unter<br />
https://youtu.be/lXq00B1Gjcs<br />
44 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Präzisionsgetriebe zum Greifen,<br />
Zentrieren und Schließen<br />
Die belastbaren Zahnstangengetriebe<br />
Lifgo 5 von Leantechnik sind ausgestattet<br />
mit einer Zahnstange, die<br />
4-fach-rollengeführt ist. Die Variante<br />
Lifgo doppel mit zwei Zahnstangen,<br />
die sich in entgegengesetzter<br />
Richtung bewegen, eignet sich<br />
besonders für Greif-, Zentrier- und<br />
Schließbewegungen. Der Antrieb der<br />
beiden Zahnstangen erfolgt per Servo-,<br />
Drehstrom-, Pneumatik- oder Hydraulikantriebe, über das Ritzel<br />
im Getriebeinneren. Die Zahnstange wird fest montiert oder das<br />
Getriebe bei weiterhin frei beweglicher Zahnstange fixiert. Selbst<br />
bei enormen Kräften ermöglichen die Getriebe eine Positioniergenauigkeit<br />
bis ± 0,01 mm. Zum Einsatz kommen sie z. B. in der<br />
Lifgo-Portalanlage. Bei dieser Kombination aus Palletierer und<br />
Zuführeinrichtung helfen sie bei der Entnahme von Rohteilen<br />
und der Positionierung auf einem Laufband. In einem anderen<br />
Fall arbeitet das Getriebe als Antriebsmodul in einer Greifervorrichtung<br />
für Bauteile von LKW-Anhängern.<br />
www.leantechnik.com<br />
Überlastfähige Planetengetriebe<br />
aus dem Baukasten<br />
Für den oberen Leistungsbereich bis 600 W bietet das Baukastensystem<br />
von ebm-papst mit dem Optimax 63 ein stark überlastfähiges<br />
Planetengetriebe mit hohem Wirkungsgrad. Es eignet sich<br />
sowohl für den Dauereinsatz als auch für kurzzeitige Spitzenbelastungen.<br />
Das Getriebe mit Schutzart IP40 (optional IP54) ist<br />
mit 67,5 mm Länge und 78,5 mm Durchmesser recht kompakt.<br />
Die Einsatzbereiche reichen so von Pumpenantrieben über Hebeund<br />
Verstell- oder Sortiervorrichtungen bis hin zu dynamischen<br />
Drehkreuzen. Durch eine optimierte Fettschmierung erreicht<br />
man über einen Temperaturbereich von -30 bis +40 °C einen<br />
Wirkungsgrad von 90 % pro Getriebestufe. Das verlängert bei<br />
batteriebetriebenen mobilen<br />
Geräten die Betriebszeiten, zudem<br />
sinken gleichzeitig das Betriebsgeräusch<br />
und der Verschleiß. An<br />
der 40 mm langen Abtriebswelle<br />
können axial wie radial bis zu 500 N<br />
Last anliegen – so können auch<br />
Riemenantriebe mit Vorspannung<br />
aufgesetzt werden.<br />
www.ebmpapst.com<br />
Kompakte Zykloidgetriebe für Werkzeugmaschinen<br />
Die Vigo Drive Getriebeköpfe der RH-N-Serie von Nabtesco basieren auf den leichten und kompakten RV-N-Getrieben in zykloider<br />
Bauform. Mit einem modularen Design mit definierten Schnittstellen lassen sie sich unkompliziert in den Antriebsstrang integrieren.<br />
Antriebsritzel und ein Motorflansch sind für alle gängigen Motortypen in den Getriebekopf integriert. Die vorgeschmierten Komponenten<br />
eignen sich für Werkzeugmaschinen, wo sie entweder mit Wellen- oder mit Gehäuserotation zum Einsatz<br />
kommen können. Die Zykloidgetriebe der RF-P-Serie werden für Armachsen von Delta- und Scara-Robotern,<br />
im Radantrieb fahrerloser Transportsysteme oder in Werkzeugmaschinen eingesetzt. Diese Exzentergetriebe<br />
realisieren Abtriebsgeschwindigkeiten bis 200 min -1 . In der Werkzeugmaschine eignen sie sich besonders<br />
für den Einsatz in automatischen Werkzeugwechslern – speziell in den Ausführungen mit einer Kette, bei<br />
denen die Drehzahl deutlich erhöht werden kann.<br />
www.nabtesco.de<br />
Wir fertigen Stirnräder mit<br />
Innen- und Außenverzahnung,<br />
Zyklo-Palloid-Spiralkegelräder<br />
sowie Hirth-Stirnverzahnungen<br />
als eine der wenigen in<br />
einem Haus. Individuell nach<br />
Kundenwunsch!<br />
Einmalig.<br />
Wir produzieren alle<br />
gängigen Verzahnungsarten –<br />
in Premiumqualität.<br />
Vielseitig.<br />
Hagmann Zahnradfabrik GmbH Tel.: +49 (0) 71 64 / 94 30-0 Fax: -31<br />
www.hagmann.de info@hagmann.de
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Getriebebau – Next Generation<br />
Einfluss der Getriebegehäusesteifigkeit auf die Verzahnungs-Laufeigenschaften – Teil 1<br />
Jürg Langhart, Ioannis Zotos<br />
Die Entwicklung im Getriebebau geht in die Richtung leichterer Strukturen<br />
und höherer Leistungsdichte, was dazu führt, dass höhere Kräfte auf<br />
weichere Getriebe gehäuse einwirken. Die Annahme von einem unendlich<br />
steifen Gehäuse kann nicht mehr angewandt werden. Auf der anderen<br />
Seite ist eine Finite-Elemente-Analyse (FEA) mittlerweile ein<br />
Standardwerkzeug in der Gehäusekonstruktion. Ein logischer Schritt ist es<br />
somit, die FEA-Ergebnisse nahtlos in die Getriebeentwicklung zu<br />
integrieren. Wie das funktioniert, erfahren Sie in Teil 1 der Artikelserie.<br />
Dipl. Ing. Jürg Langhart ist tätig im Vertrieb in<br />
der KISSsoft AG in Bubikon, Schweiz<br />
Dr. Ing. Ioannis Zotos ist Entwickler in der<br />
KISSsoft AG in Bubikon, Schweiz<br />
46 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Die Integration der Ergebnisse wird unter<br />
Verwendung einer FEA-Steifigkeitsmatrix<br />
des Gehäuses erreicht, mit Knoten an den<br />
Positionen der Lager, die mit dem Gehäuse<br />
verbunden sind. Die Integration der Gehäusesteifigkeit<br />
in die Getriebeberechnung<br />
führt schließlich zur genaueren Vorhersage<br />
der Schief stellung der Verzahnungen. Dies<br />
führt zu einer realistischeren Kontaktanalyse<br />
bei der Berechnung der Zahnradpaare<br />
und damit zu einer optimalen Auslegung<br />
der Zahnräder.<br />
Motivation und<br />
prinzipieller Ablauf<br />
Ein zentraler Punkt in der Verzahnungsoptimierung<br />
ist die möglichst realitätsgetreue<br />
und korrekte Ermittlung der Schiefstellungen<br />
der Zahnräder. Diese werden grundsätzlich<br />
über die Biegelinien der Wellen berechnet,<br />
welche wiederum an den Lagerungen mit<br />
dem Gehäuse verbunden sind. Die Gehäuse<br />
deformation wird über eine reduzierte<br />
Stei fig keitsmatrix des Gehäuses, oder der<br />
Gehäuse struktur, ermittelt.<br />
An einem einfachen Beispiel aus dem<br />
Industriegetriebebau kann der Ablauf gut<br />
erläutert werden. Ein 2-stufiges Stirnradgetriebe<br />
besitzt drei Wellen, welche mit je<br />
einem Wälzlager an jeder Seite gelagert<br />
sind. Diese sechs Lagerstellen werden als<br />
Masterknoten im FE-Modell des Gehäuses<br />
definiert und daraus die Steifigkeitsmatrix<br />
extrahiert. Die Matrix wird in der Getrie beberechnungs<br />
software eingelesen. Anschließend<br />
werden die Gehäusedeformationen<br />
aufgrund der Lagerkräfte und Momente<br />
berechnet und iterativ die Lagerversatze in<br />
axialer und radialer Richtung ermittelt, einschließlich<br />
der Lagerverkippungen, und in<br />
die Wellenberechnung übertragen. Diese<br />
Resultate werden wiederum in der Verzahnungsberechnung<br />
verwendet, für die Bestimmung<br />
des Breitenlastfaktors nach ISO 6336-1,<br />
Anhang E [1]. Gleichzeitig können die<br />
Verzahnungslaufeigenschaften mit Kontaktanalyse<br />
geprüft und die Verzahnungs modifikationen<br />
festgelegt werden [2].<br />
Details der Steifigkeitsmatrix<br />
Die Steifigkeitsmatrix beschreibt das Nachgiebigkeitsverhalten<br />
des Gehäuses oder der<br />
Gehäusestruktur und „reduziert“ dieses auf<br />
die Lagerstellen, weshalb sie auch die „reduzierte<br />
Steifigkeitsmatrix“ genannt wird. Die<br />
Matrix enthält somit die Informationen für<br />
alle Masterknoten – oder auf das Getriebe<br />
bezogen gesprochen – der Lagerstellen, um<br />
wieviel sich diese bezüglich der einzelnen<br />
Freiheitsgrade der drei Verschiebungen<br />
und drei Rotationen verschieben. Eine Steifigkeitsmatrix<br />
für das Referenzgetriebe mit<br />
sechs Lagerstellen enthält somit 36 Zeilen<br />
und Spalten. Für den Getriebebau ist natürlich<br />
der Freiheitsgrad für die Rotation der<br />
Wellenachse nicht maßgebend und wird<br />
somit in der Berechnung nicht betrachtet.<br />
Bei der Definition des Gehäuses, insbesondere<br />
bei mehreren Gehäuseteilen, im FE-<br />
Modell bestehen mehrere Möglichkeiten.<br />
So können z. B. die Kontakte zwischen den<br />
Gehäuseteilen fest verbunden werden, was<br />
zu einem linearen Verhalten der Nachgiebigkeit<br />
der Gehäusestruktur führt. In Realität<br />
sind die Gehäuseteile häufig mit einander<br />
verschraubt, was ein nichtlineares Verhalten<br />
ergibt und somit das Nachgiebigkeitsverhalten<br />
der Struktur verändert.<br />
Wenn dieses Verhalten in der Steifigkeitsmatrix<br />
berücksichtigen werden soll, müssen<br />
demnach die Kontakte zwischen den Gehäuseteilen<br />
entsprechend als Schrauben ver -<br />
bindungen und mit Reibungen modelliert<br />
werden. Ein nichtlinearer Aufbau der Gehäusestruktur<br />
in FE erhöht zwar einerseits die<br />
Genauigkeit des Nachgiebigkeitsverhaltens,<br />
es ist aber andererseits bei der Extrahierung<br />
der Steifigkeitsmatrix zu beachten, bei welchem<br />
Betriebspunkt die Matrix erstellt wird.<br />
Die Steifigkeitsmatrix wird aus einer statischen<br />
Kondensation erhalten und kann<br />
s owohl symmetrisch als auch asymmetrisch<br />
aufgebaut sein, d. h., dass bei Aufbringen der<br />
Kraft die gleiche Nachgiebigkeit erzielt wird<br />
wie beim Aufbringen der Verschiebung. In<br />
der Praxis ist eine symmetrische und lineare<br />
Steifigkeitsmatrix meistens ausreichend, es<br />
gibt aber Fälle, in welchen beispielsweise die<br />
Verschraubung der Gehäuseteile berücksichtigt<br />
werden muss.<br />
Für die weitere Verwendung der Steifigkeitsmatrix<br />
in der Getriebeberechnung müssen<br />
in der Steifigkeitsmatrix zusätzlich die<br />
Informationen der verwendeten Einheiten<br />
SI, MKS, usw. und der Positionen der Masterknoten<br />
enthalten sein.<br />
Berechnung der<br />
Gehäuseverformung<br />
Für die statische Analyse wird in Kisssys,<br />
dem Systemprogramm von Kisssoft [3], die<br />
Gehäuseverformung an den Lagerstellen<br />
aufgrund der Lagerkräfte und -momente<br />
ermittelt, welche mit der invertierten Steifig<br />
keitsmatrix multipliziert werden. Die Berechnung<br />
kann nicht explizit gelöst werden,<br />
da die neuen Positionen und Schiefstellungen<br />
der Lageraussenringe Rückwirkungen auf<br />
die Lagerkräfte innerhalb der einzelnen<br />
Wellen haben. So ergeben beispielsweise<br />
02 Versatz der Lageraussenringe in der Wellenberechnung (links) und Auslenkung der<br />
Welle (rechts)<br />
01 Statische Berechnung der Gehäusedeformationen aufgrund der Lagerkräfte<br />
und Momente<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 47
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
03 Referenzgetriebe mit Radialkraft an<br />
der Welle 1 (links) und<br />
Verschiebung der Lager aufgrund<br />
Gehäusedeformation (rechts)<br />
FEM results<br />
ux (mm) uy (mm) uz (mm) rx (rad) rz (rad)<br />
-0.08305 -0.04553 -0.07528 0.00004 -0.00009<br />
-0.08077 -0.06556 0.04728 0.00003 0.00000<br />
-0.08025 -0.05278 0.12511 0.00001 0.00010<br />
-0.09250 0.09825 -0.07294 -0.00006 -0.00003<br />
-0.09079 0.06274 0.04544 -0.00003 -0.00014<br />
-0.08978 0.01906 0.12293 -0.00001 -0.0014<br />
Kisssys results<br />
ux (mm) uy (mm) uz (mm) rx (rad) rz (rad)<br />
-0.08305 -0.04553 -0.07528 0.00004 -0.00009<br />
-0.08077 -0.06556 0.04728 0.00003 0.00000<br />
-0.08025 -0.05278 0.12511 0.00001 0.00010<br />
-0.09250 0.09825 -0.07294 -0.00006 -0.00003<br />
-0.09079 0.06274 0.04544 -0.00003 -0.00014<br />
-0.08978 0.01906 0.12293 -0.00001 -0.00014<br />
Percentage difference (ref. FEM)<br />
ux (mm) uy (mm) uz (mm) rx (rad) rz (rad)<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 % 0.00 %<br />
Vergleich der Verschiebungen zwischen FEM und Kisssys<br />
die axialen Verschiebungen veränderte Lagervorspannungen und<br />
somit eine neue Verteilung der Kräfte und Momente in der Wellen-<br />
Lagerberechnung.<br />
Auch führt der Effekt der gegenseitigen Kumulierung der Verschiebung<br />
und Verkippungen aller Lager untereinander zu veränderten<br />
Lagerpositionen. Das wiederum bewirkt eine unterschiedliche Gehäusereaktionskraft,<br />
welche in die Lagerberechnung einfließt. In<br />
Kisssys wird die Iteration solange durchgeführt, bis die Differenzen<br />
der Kräfte und Momente zwischen Lagerberechnung und Gehäusereaktionen<br />
kleiner als 0.001 % im Vergleich zum vorherigen Berechnungsschritt<br />
sind (Bild 01).<br />
Die Werte werden anschließend in die Kisssoft Wellenberechnung<br />
übertragen (Bild 02). Gleichzeitig kann auch in der Wellenberechnung<br />
die Auslenkung der Welle geprüft werden.<br />
Verifikation der Berechnung<br />
Die Verifikation der Gehäuseverformung erfolgte einerseits über<br />
einen Vergleich der Verschiebungen, welche sich in Kisssys aus der<br />
importierten Steifigkeitsmatrix ergeben und den Verschiebungen<br />
aus der FE Berechnung, in Zusammenarbeit mit CADFEM (Suisse)<br />
AG [4]. Dazu wurden die resultierenden (iterierten) Lagerkräfte<br />
und -momente aus der Getriebeberechnung exportiert und in das<br />
FE Modell übertragen, wo anschließend die Verschiebungen und<br />
Verkippungen an den Lagerstellen berechnet wurden. Die Verifikation<br />
am zwei-stufigen Referenzgetriebe zeigte eine gute Übereinstimmung<br />
zwischen FE-Berechnung und Kisssys.<br />
Eine weitere, eher anwendungsbezogene Überprüfung bestand<br />
darin, in der Getriebeberechnungssoftware an der Welle 1 eine Radial<br />
kraft aufzubringen, welche über das Lager 1 abgestützt wird und<br />
somit auf das Gehäuse wirkt (Bild 03, links). Da die Steifigkeitsmatrix<br />
eine „Vernetzung“ der Lagerstellen beinhaltet, ist zu erwarten,<br />
dass sich auch die anderen Lager 2 und 3 verschieben. Am zweistufigen<br />
Referenz getriebe konnte das sehr gut aufgezeigt und bestätigt<br />
werden (Bild 03, rechts).<br />
Natürlich sollten die Deformationen auch am Prüfstand gemessen<br />
und die Berechnung somit direkt verifiziert werden können. In der<br />
Praxis ist die Messung mit Messuhren leider häufig nicht umsetzbar.<br />
Eine Alternative dazu stellt das optische Messen dar, was in einem<br />
48 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Kundenprojekt erfolgreich angewandt wurde. Das<br />
Verfahren und einige Resultate werden im Abschnitt‚<br />
Messung der Gehäuseverformungen vorgestellt.<br />
Anwendung aus der Luftfahrt<br />
Eine typische Anwendung für den Einfluss der Gehäusesteifigkeit<br />
sind leichtbauoptimierte Getriebe<br />
aus der Luftfahrt. Als Beispiel dazu soll nachfolgend<br />
ein Rotormastgetriebe eines Heli kopters der<br />
Firma Marenco Swisshelicopter AG aus dem<br />
schweizerischen Pfäffikon [5] gezeigt werden. Dieses<br />
mehrstufige Getriebe besteht aus einer Eingangsstufe<br />
mit einer Kegelradverzahnung und<br />
nachfolgend vier Stufenplaneten, welche die äußere<br />
Rotormastwelle antreiben (Bild 04). Die innere<br />
Rotormastwelle ist mit Axialschub und<br />
Biegung belastet, was im Extremfall zu hohen<br />
Deformationen führt. Aus Gründen der Geheimhaltung<br />
dürfen hier nur beispielhafte Daten gezeigt<br />
werden.<br />
Das Modell wurde so aufgebaut, dass die vier<br />
Stufenplaneten einzeln modelliert sind und somit<br />
die Zahneingriffe von Sonnenrad zu den Planeten,<br />
sowie auch von den Planeten zum Hohlrad,<br />
einzeln berechnet werden und auch mit der Kontaktanalyse<br />
separat untersucht werden können.<br />
Ebenso kann die Kegelradstufe mittels der Kontaktanalyse<br />
bewertet werden.<br />
Die Wälzlager sind mit der approximierten in neren<br />
Geometrie gerechnet und somit die Lagersteifigkeit<br />
berücksichtigt. Die Wellen werden mit dem<br />
Balkenmodell nach Timoshenko gerechnet. Die<br />
Radkörper sind als Vollkörper berücksichtigt,<br />
welche ebenfalls eine Nachgiebigkeit nach der<br />
Timoshenko-Balkentheorie zulassen. Eine Nachgiebigkeit<br />
der Radkörper aufgrund der individuellen<br />
Radkörpergeometrie ist hier nicht berücksichtigt.<br />
Die Steifigkeitsmatrix wurde mit Ansys erstellt<br />
und in Kisssys eingelesen (Bild 05, links). Zur<br />
besseren Visualisierung wurde auch das Gehäuse<br />
als Drahtmodell eingelesen. Die Masterknoten<br />
können wahlweise angezeigt werden, um eine optische<br />
Überprüfung zu ermöglichen. Nachfolgend wurde das Koordinatensystem<br />
der Steifigkeitsmatrix (und des Gehäuses) über<br />
drei Punkte mit dem Koordinatensystem von Kisssys ausgerichtet.<br />
Das Getriebe wird an der Ritzelwelle mit einer Drehzahl von rund<br />
6 300 min -1 und einem Drehmoment von knapp 1 000 Nm belastet.<br />
Für die Simulation der externen Rotorlasten werden ein Biegemoment<br />
von rund 2 700 Nm und eine axiale Schublast von rund<br />
25 kN aufgebracht. Dies sind beispielhafte Werte und entsprechen<br />
einem Standardbelastungsfall, wie er im Vorwärtsflug vorkommen<br />
kann. Die Berechnung der Nachgiebigkeiten der Rotorwellen ergibt<br />
eine Durchbiegung von beachtlichen 1,3 mm am oberen Rotorende<br />
der Welle. Die Verformungen können direkt in Kisssys überhöht<br />
angezeigt und somit der Einfluss der Verformung qualitativ abgeschätzt<br />
werden (Bild 05, rechts).<br />
www.kisssoft.ch<br />
04 Anwendung im Helikoptergetriebe und Kinematik mit Leistungsverzweigung<br />
über vier Stufenplaneten<br />
05 Getriebe mit Gehäuse (links) und Deformationen aufgrund externen<br />
Rotorlasten (rechts)<br />
Literaturverzeichnis<br />
[1] ISO 6336, Teil 1, 2006. Tragfähigkeitsberechnung von Stirnrädern – Allgemeine<br />
Faktoren.<br />
[2] Kissling, U.; Flankenlinienkorrekturen – eine Fallstudie; Vortrag DMK 2013,<br />
Dresden, 3. und 4. Dezember 2013<br />
[3] www.kisssoft.ch, KISSsoft Berechnungsprogramme für den Maschinenbau<br />
[4] www.cadfem.ch, Firma CADFEM (Suisse) AG, CH-Aadorf<br />
[5] www.marenco-swisshelicopter.ch, Firma Marenco Swisshelicopter AG,<br />
CH-Pfäffikon<br />
Den 2. Teil dieses Artikels finden Sie in der nächsten<br />
Ausgabe der antriebstechnik<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 49
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
Getriebemotorenprogramm<br />
von 50 bis 600 Nm<br />
Das Unternehmen WEG stellt sein<br />
neues Getriebemotorenprogramm<br />
WG20 vor. Dieses umfasst<br />
Stirnrad-, Flach- und Kegelstirnradgetriebe<br />
mit robusten Aluminiumdruckgussgehäusen<br />
für Nennmomente von 50<br />
bis 600 Nm. Die Getriebemotoren, erhältlich in den Energieeffizienzklassen<br />
IE2 und IE3, verfügen über marktübliche Anschlussmaße,<br />
sodass eine einfache Austauschbarkeit gegeben ist. Dank<br />
der Standard-Anschlussmaße lassen sich die Getriebemotoren<br />
sowohl in neu entwickelte als auch in bestehende Anlagen<br />
einsetzen. Der modulare Getriebeanbaumotor erleichtert zusätzlich<br />
die Austauschbarkeit, da er dank motorinterner Spannungsumschaltung<br />
nahezu alle Spannungen abdeckt. Außerdem sind<br />
die Getriebemotoren besonders effizient, weil sie in einem großen<br />
Untersetzungsbereich zweistufig ausgeführt sind und nur geringe<br />
Verlustenergie erzeugen. Die hohe Verarbeitungs- und Verzahnungsqualität<br />
sorgt für eine geräusch- und verlustarme Leistungsübertragung<br />
bei maximaler Laufruhe und erhöhter Lebensdauer.<br />
www.weg.net<br />
Wartungsfreie<br />
Präzisions-Schrittschaltgetriebe<br />
Das Unternehmen Destaco hat eine neue Serie von Schrittschaltgetrieben<br />
eingeführt. Die Camco HDE- und MDE-Serie ist vor allem<br />
geeignet für den Dauereinsatz in Anlagen der Automobilindustrie<br />
und in Verpackungsmaschinen. Die Getriebe bieten einen wartungsfreien<br />
Betrieb von bis zu fünf Jahren. Hohe Nenndrehmomente<br />
von 8 350 bis 27 500 Nm ermöglichen hohe Zuladungen bei großer<br />
dynamischer Belastung. Die Getriebe sind mit SEW- und Nord-<br />
Antriebspaketen lieferbar. Sie verfügen über eine große mittige<br />
Öffnung zur Durchführung von Kabeln und Leitungen in das<br />
Zentrum des Drehtellers oder zur Positionierung von zusätzlichen<br />
Vorrichtungselementen. Die dynamische Axialbelastung beträgt<br />
3 200 bis 14 445 kg. Die Schrittschaltgetriebe der HDE-Serie haben<br />
ein Flexmontage-Gehäuse, das sich an Höhen- und Breitenanforderungen<br />
der Fertigungslinie anpassen lässt. Die<br />
Serie ist sowohl mit Drehstrom-Bremsmotoren<br />
als auch mit Servo-Antriebspaketen erhältlich.<br />
Die MDE-Serie hat eine geringe Bauhöhe<br />
und bietet durch Schnellzugriff vor Ort<br />
auswechselbare Laufrollen.<br />
www.destaco.com<br />
Motor-Getriebe-Einheiten individuell konfigurieren<br />
Mit den voll skalierbaren Servoaktuatoren premo von Wittenstein<br />
können abgestufte Motoren und Getriebe zu individuellen<br />
Einheiten konfiguriert werden. Die Linien base line, advanced<br />
line und high line können durch mehrere Optionen individuell<br />
aufgewertet werden. Mit verschiedenen Getriebeabtrieben<br />
und Gebervarianten sorgt der Baukasten<br />
für hohe mechanische und elektrische Flexibilität.<br />
Kurze Baulängen vereinfachen die Integration<br />
bei engen Montagesituationen, z. B. bei<br />
Robotern, Handlingsautomaten, Werkzeugmaschinen<br />
oder Abfüll- und Verpackungslinien.<br />
Zusammen mit einer Zwischenkreisspannung von 750 VDC<br />
ergibt sich ein zusätzlicher Performancegewinn. Für eine<br />
energieeffiziente Auslegung sorgen fein abgestufte Planetengetriebe<br />
mit einem Wirkungsgrad bis 97 %, kombiniert<br />
mit Servomotoren bis 92 % Wirkungsgrad. Die<br />
digitalen Geber mit Endat 2.2-, Drive-Cliqbzw.<br />
Hiperface DSL-Protokoll sind sicherheitstechnisch<br />
für Applikationen bis SIL2<br />
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50 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Alu-Spindeln machen<br />
Gewindetriebe leichter<br />
Das Unternehmen Igus hat<br />
seine tribologisch optimierten<br />
Gewindemuttern mit hartanodisierten<br />
Aluminiumspindeln<br />
kombiniert. In den<br />
Dryspin-Gewindetrieben<br />
haben die Spindeln eine<br />
asymmetrische Geometrie<br />
für eine erhöhte Gebrauchsdauer.<br />
Bei Spindeldurchmessern von 6 bis 20 mm ist ein geräuschund<br />
vibrationsarmer Einsatz auch in engen Bauräumen möglich.<br />
Die Gewindetriebe mit Aluminiumspindeln sind dreimal leichter<br />
als Spindeln aus Edelstahl und weisen zudem geringe Reibwerte<br />
auf. Durch ihre Geometrie und optimierte Flankenwinkel kann ihr<br />
Wirkungsgrad weiter erhöht werden. Mit Muttern aus schmierfreien<br />
Hochleistungskunststoffen ist die Spindel wartungsfrei.<br />
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von Altra Industrial Motion, hat seine<br />
Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) und aseptischen<br />
Antriebe zusammengeführt und einen Getriebemotor aus Edelstahl<br />
entwickelt. Neben der Effizienzklasse IE4 Super Premium Efficiency<br />
zeichnet er sich durch eine hohe Festigkeit und Beständigkeit seines<br />
Werkstoffes aus. Vor allem unter Teillastbedingungen sind Motoren<br />
der PMSM-Bauart effizienter als Induktionsmotoren und erreichen<br />
sehr hohe Wirkungsgrade im Nennbetrieb. Im Vergleich zu<br />
herkömmlichen IE2-Asynchronmotoren sind mit Motoren der<br />
PMSM-Bauart Energieeinsparungen von mehr als 40 % möglich.<br />
Zudem sind die geneigten Oberflächen so gestaltet, dass Schmutzablagerungen<br />
vorgebeugt und das Ablaufen von Reinigungsmitteln<br />
und Wasser gefördert werden. Die Motoren kommen ohne Lüfter<br />
und Kühlrippen aus und sind hierdurch zuverlässig dicht.<br />
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Schwerlastbereich erweitert Bonfiglioli seine<br />
Fahrantriebsproduktpalette. Das Getriebe ist<br />
vor allem für Landmaschinen konzipiert,<br />
wobei ein Drehmoment bis 30 000 Nm sichergestellt<br />
und eine gute Stabilität der Hauptlager benötigt wird.<br />
Zusätzlich zur serienmäßigen Parkbremse verfügt es über eine<br />
alternative Betriebsbremse. Der 610X leistet ein maximales<br />
Drehmoment von bis zu 40 000 Nm und ist in zwei Konfigurationen<br />
verfügbar: Einmal der 610X für Einzelradantriebe mit einem<br />
Standard-Kegelrollenlager mit Lifetime-Gleitringdichtung und<br />
zum anderen als 610XH mit Kegelrollenlager für den Schwerlastbereich<br />
für Zwillingsräder mit bis zu 780 mm Reihenweite.<br />
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gedrehte Präzisionszahnräder ab Modul 0.5, als auch ein<br />
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Wenn’s zu dynamisch wird<br />
Freilaufkupplungen schützen Hubwerksgetriebe von STS-Kranen vor Überlastung<br />
Christoph Wagener<br />
An modernen Containerkranen kommt es häufig zu Problemen mit<br />
der Dauerfestigkeit der Hubwerksgetriebe. Durch den Einbau von<br />
Freilaufkupplungen kann dieser Problematik jedoch entgegengetreten<br />
werden. Lesen Sie hier, wie eine neue Serie von Kupplungen die<br />
Hubwerksgetriebe der Ship to Shore (STS)-Krane wirksam vor<br />
Schädigungen durch Überlast schützt.<br />
Christoph Wagener ist Product Manager<br />
bei M.A.T. Malmedie Antriebstechnik GmbH<br />
in Solingen<br />
Für die Auslegung der Hubwerksgetriebe<br />
werden norm. die Beschleunigungs- und<br />
Leistungsdaten der entsprechenden Hubwerke<br />
verwendet. Weil jedoch hohe Bremssicherheiten<br />
von den Betreibern gefordert<br />
werden, sind die Bremsleistungen meist<br />
stark überdimensioniert. Im normalen Betriebsfall<br />
haben die mechanischen Bremsen<br />
nur eine Haltefunktion zu übernehmen<br />
und die Überdimensionierung wirkt sich in<br />
so einem Fall nicht negativ aus. Wenn am<br />
Hubwerk jedoch aufgrund von Überdrehzahlen<br />
oder sonstigen Steuerungsfehlern<br />
Emergency-Stopps (E-Stopps) während des<br />
Senkvorgangs ausgeführt werden müssen,<br />
wirkt sich die Überdimensionierung der<br />
mechanischen Bremsen aufgrund der kurzen<br />
Verzögerungszeiten nachteilig auf die<br />
Lebensdauer der Getriebe aus.<br />
Konstruktionsbedingt fallen zuerst die<br />
Sicherheitsbremsen an der Bordscheibe der<br />
Seiltrommeln ein. Aufgrund der rotierenden<br />
Massen der Motoren, der Kupplung und der<br />
Getriebe kommt es im Getriebe dann zu einem<br />
Flankenwechsel. Die Summe der Flanken-und<br />
Axialspiele bewirkt anschließend<br />
eine freilaufende Winkelbewegung, bis die<br />
Gegenflanken der Verzahnung einen Mo-<br />
52 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
ment aufbauen können. Dies hat<br />
zur Folge, dass die Schwungmassen<br />
mit Wucht stoßartig in die Gegenflanken<br />
einschlagen können. Dieser<br />
Lastfall beeinflusst die Lebensdauer<br />
von Getriebe und Lagern erheblich.<br />
Weil es sich um Schrägverzahnungen<br />
handelt werden die Wälzlager zus. stoß artig<br />
axial in Gegenrichtung belastet. Um die<br />
Über lastung des Hubwerkgetriebes bei einem<br />
Lastfall E-Stop im Senksinn entscheidend<br />
zu beeinflussen, müssen die Schwungmassen<br />
der schnell laufenden Getriebeseite<br />
weggeschaltet werden.<br />
An einem Hubwerksgetriebe gibt es aufgrund<br />
der zu hebenden Lasten nur eine<br />
Kraftrichtung. Für Heben und Senken sind<br />
aber unterschiedliche Drehrichtungen notwendig.<br />
Beim Senken ist Drehrichtung und<br />
Kraftrichtung gegensätzlich, der Motor verhindert<br />
hier den freien Fall der Last. Die<br />
neue Freilaufkupplungs-Reihe ISC-Coupling<br />
von Malmedie überträgt ein Drehmoment<br />
Sicherheitskupplungs-Reihe<br />
ISC-Coupling von Malmedie<br />
überträgt ein Drehmoment<br />
nur einer Richtung<br />
nur einer Richtung und dreht in der anderen<br />
Richtung frei. Somit wird das schädliche,<br />
stoßartige Drehmoment im Lastfall E-Stop<br />
im Senksinn nicht übertragen. Im Getriebe<br />
laufen lediglich die verbleibenden Schwungmaßen<br />
der Getriebewellen und – bei Anordnung<br />
des Freilaufs auf der Motorwelle – die<br />
Schwungmassen der Kupplung mit Bremsscheibe<br />
auf. Hierdurch wird die Belastung<br />
des Getriebes erheblich gesenkt.<br />
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Immer in Bewegung<br />
Torsionssteife Kupplungen für Drehmomentansprüche bis zu 1 000 kNm<br />
Jörg Melnicky<br />
Hohe universelle Verlagerungen<br />
können in den unterschiedlichsten<br />
Anwendungen auftreten. Meist<br />
handelt es sich hierbei um<br />
funk tionale Verlagerungen oder<br />
Versätze, beispielsweise bedingt<br />
durch Bearbeitungsvorgänge bei<br />
Material bearbeitungen oder<br />
Medien- u. Stoffumwandlungen in<br />
der Verfahrenstechnik. Eine<br />
spezielle Kupplungsreihe bietet<br />
jetzt einen hohen universellen<br />
Verlagerungsausgleich bei<br />
kompakten Abmessungen.<br />
B<br />
eispiele von derartigen eingangs ge nannt<br />
en Anwendungen sind Verstellbewegungen<br />
bei Blechbearbeitungen, Finish arbeiten<br />
bei veredelten und beschichteten technischen<br />
Gläsern oder Misch- und Rühr vorgänge<br />
in chemischen Reaktionsprozessen.<br />
Für eine Wellenkupplung bedeutet das, dass<br />
sie entsprechend eine hohe Ausgleichskapazität<br />
in radialer, axialer und winkliger<br />
Richtung ermöglichen muss. Für solche Anwendungsfälle<br />
entwickelte der niedersächsische<br />
Kupplungsspezialist Schmidt-Kupplung<br />
die Baureihe Omniflex. Kupplun gen<br />
dieser Baureihe bieten eine hohe universelle<br />
Verlagerungskapazität in Verbin dung mit<br />
einer kompakten Bauform. Die Erklärung<br />
dieser Symbiose liegt in der Kine matik des<br />
Kupplungssystems. Dieses beruht auf einem<br />
Parallellenkersystem. Die Übertragung der<br />
Drehbewegung und des Drehmomentes<br />
geschieht bei diesem Kupplungsprinzip<br />
Jörg Melnicky ist Marketingleiter bei der<br />
Schmidt-Kupplung GmbH in Wolfenbüttel<br />
mithilfe zweier um 90 ° versetzt angeordneter<br />
paralleler Lenkerpaare. Sie verbinden die<br />
An- bzw. Abtriebseite mit der Mittelscheibe.<br />
In den Kupplungsgliedern arbeiten spezielle<br />
Gelenklager.<br />
Anwendungsspezifische<br />
Auslegung<br />
14 Leistungsklassen decken einen Bereich an<br />
Nenndrehmomenten von 150 Nm - 1 000 kNm<br />
bei einem Außendurchmesserbereich von<br />
80-1 500 mm ab. Abhängig von der Leistungsklasse<br />
verfügen die drehsteifen Kupplungen<br />
über eine parallele Versatzkapazität von bis<br />
zu 100 mm, bieten Winkelbeugungen von bis<br />
zu 3 ° bzw. axiale Verlagerungen von bis zu<br />
40 mm.<br />
Allgemein findet die exakte Auslegung<br />
und Gestaltung einer Kupplung aus der<br />
Serie Omniflex individuell statt. Das heißt<br />
hinsichtlich Leistungsdaten und Abmessungen<br />
dem Anforderungsprofil des Anwenders<br />
folgend. So werden Leistungsdaten, zum<br />
Beispiel die Versatzkapazitäten und Drehmomentansprüche<br />
sowie mögliche Abmessungen<br />
der torsionssteifen Kupplung, bei<br />
der Auslegung individuell berücksichtigt.<br />
Auch die Wahl der jeweiligen Lagerpaarung<br />
bei den Gelenklagern wird entsprechend den<br />
technischen Anforderungen abgestimmt.<br />
Für robuste Anwendungen und harten<br />
Taktbetrieb wird z. B. die Kombination Stahl<br />
auf Stahl gewählt. Vor allem bei umformtechnischen<br />
Anlagen ist diese Kombination<br />
eine passende Wahl, denn bei diesem Vorgang<br />
werden die urgeformten Metalle durch<br />
stanzen, pressen oder walzen in eine gezielte<br />
Formänderung gebracht. Demgegenüber<br />
verlangen z. B. Anwendungen in der Verfahrenstechnik<br />
nach wartungsfreien Lagern –<br />
diese ergeben sich durch die Lagerpaarung<br />
von Stahl auf PTFE-Gewebe.<br />
Auch bei der Wellenanabindung werden<br />
kundenspezifische Kriterien berücksichtigt.<br />
Wellenanschlussformen können Flansch -<br />
verionen mit applikationsspezifischem Verschraubungsteilkreis,<br />
Klemmnaben mit zusätzlichem<br />
Formschluss wie Vielkeilprofil<br />
oder bei Anwendungen mit häufigen Drehmomentspitzen<br />
und Stoßmomenten auch<br />
Spannnaben sein.<br />
54 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
Die Kupplungskinematik ermöglicht einen<br />
hohen universellen Verlagerungsausgleich<br />
Kupplungen ermöglichen Anforderungen<br />
im Materialprüfstand<br />
Werkstoffe von Bauteilen werden häufig auf<br />
Prüfständen hinsichtlich mechanischen<br />
Belastbarkeit untersucht. Die Beanspruchungs<br />
arten können dabei abhängig vom<br />
Bauteil unterschiedlich sein. So können<br />
Bauteile auf Zug- und Biegebelastungen,<br />
auf entgegen gesetzte Verschiebungen, auf<br />
Torsionsbeanspruchungen oder auf alle<br />
drei erwähnten Belastungen zusammen<br />
geprüft werden. Beim letztgenannten Verfahren<br />
spricht man von einer s. g. Mixed-<br />
Mode-Beanspruchung. Hierbei werden die<br />
Bauteile meist durch mehrachsige äußere<br />
Belastungen beansprucht.<br />
In einem dieser Materialprüfstände wird<br />
der jeweilige Prüfling durch Belastungen im<br />
Mixed-Mode-Verfahren geprüft. Zur Verbindung<br />
der Pulserzylinder mit dem Prüfling<br />
mussten die Kupplungen gemäß der<br />
kom binierten Belastungsart eine entsprechend<br />
hohe universelle Verlagerungskapazität<br />
ermöglichen, um Auswirkungen der<br />
Prüflingsverformung auf den Belastungsprozess<br />
auszuschließen. Aber nicht nur die<br />
Anforderung hinsichtlich der universellen<br />
Verlagerung war hoch. Robustheit und eine<br />
hohe Torsions steifigkeit waren zusätzliche<br />
Voraussetzungen, die die Kupplungen erfüllen<br />
mussten. Aufgrund der benötigten<br />
Verformungskräfte lagen die Drehmomentanforderungen<br />
an die Kupplungen bei nominal<br />
6 000 Nm.<br />
Zusätzlich zu einer kompakten Bauform<br />
aufgrund der Einbaubedingungen wurde<br />
eine reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung<br />
gewünscht. Für dieses Anforderungsprofil<br />
konzipierte Schmidt-Kupplung die Omniflex<br />
in Baugröße RGF 16.32/2. Die Kupplungen<br />
mit einem Außendurchmesser von 325<br />
mm besitzen mit einer Nennlänge von 267<br />
mm kompakte Abmessungen. Trotz dieser<br />
Kompaktheit ermöglichen die Kupplungen<br />
eine hohe universelle Verlagerungskapazität<br />
von angular bis zu 3 °, radial von bis zu<br />
20 bzw. axial von bis zu 6 mm.<br />
Bei der Wahl der Lagerpaarung bei den<br />
Gelenklagern wurde den hohen Beanspruchungen<br />
entsprechend die Kombination<br />
Stahl auf Stahl gewählt. Gemäß der Forderung<br />
des Anwenders nach einer reibschlüssigen<br />
Wellenanbindung sind die Omniflex<br />
in Spannnabenausführung ausgeführt.<br />
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Hydraulische Bremszylinder für<br />
homogene Spannung in der<br />
Radproduktion<br />
Robert Timmerberg<br />
Falsch gespannte Speichen bei<br />
Fahrradrädern können dazu führen,<br />
dass sich die Felgen verziehen. Um dies zu<br />
vermeiden, sind stets gleich bleibende Werte<br />
beim Spannen gefragt.<br />
In Laufrad-Richtmaschinen von<br />
Holland Mechanics BV<br />
stellen hydraulische Bremszylinder<br />
von ACE dies sicher und sorgen<br />
so für einen reibungslosen<br />
Produktionsablauf.<br />
K<br />
aum ein Unternehmen ist so spezialisiert<br />
darauf, Laufräder für unterschiedliche<br />
Fahrradtypen zu produzieren wie das Unternehmen<br />
Holland Mechanics BV aus dem niederländischen<br />
Noord-Holland. Das Angebot<br />
reicht dabei von Einstiegslösungen bis hin zu<br />
High-end-Maschinen, wobei das Prozedere<br />
bei den Laufrad-Richtmaschinen -unabhängig<br />
vom Fahrradtyp- immer ähnlich ist: Die<br />
Maschine prüft zunächst die Höhen- und<br />
Seitentoleranz der Felge. Anschließend ermittelt<br />
ein Computerprogramm, mit welcher<br />
Kraft jede einzelne der bis zu 36 Speichen<br />
vorgespannt werden muss. Die Werte variieren<br />
dabei erheblich. Die Unterschiede zwischen<br />
den einzelnen Speichen liegen bei<br />
Standardfelgen zwischen ± 30 kg und ± 5 kg<br />
bei Topmodellen. Je unterschiedlicher die<br />
Speichenspannung, desto höher die Wahrscheinlichkeit,<br />
dass sich eine Felge vorzeitig<br />
verzieht. Daher sind die Konstrukteure rund<br />
um Jasper Wessels aus der Forschungs- und<br />
Entwicklungsabteilung der Holland Mechanics<br />
BV bestrebt, die Toleranzen der Spannungen<br />
an ihren Laufrad-Richtmaschinen<br />
so homogen wie möglich zu halten. Zudem<br />
Robert Timmerberg M. A. ist Fachjournalist im<br />
DFJV und Geschäftsführer bei plus2 GmbH in<br />
Düsseldorf<br />
sollen die Kraftunterschiede zwischen den<br />
einzelnen Speichen so gering wie möglich<br />
sein. Zum Vergleich: Bei Standardstadträdern<br />
und erlaubten Toleranzen von<br />
± 0,4 mm der Felge muss die Maschine ca.<br />
40 Kontrollhandlungen durchführen. Hightech-Maschinen<br />
absolvieren hingegen bis<br />
zu 100 Bewegungs abläufe, um sicherzustellen,<br />
dass das Rad den Qualitätskriterien<br />
entspricht.<br />
Gummipuffer ade<br />
Bis vor kurzem war eine Felgenabweichung<br />
von ± 0,4 mm noch Standard. In diesen<br />
Fällen wurden Gummipuffer eingesetzt, um<br />
die Bewegungsabläufe in der Maschine zu<br />
beruhigen und so die Überprüfung zügig abzuschließen.<br />
Allerdings sorgen die Gummipuffer<br />
aufgrund ihrer Materialeigenschaften<br />
für einen Rückprall. Als erste Kunden ihre<br />
Anforderungen an die Laufrad-Richtmaschinen<br />
von Holland Mechanics BV steigerten<br />
und nur noch Toleranzen von ± 0,3 mm zuließen,<br />
schlossen sich die Konstrukteure mit<br />
Rob Bakker von Doedijns BV kurz. Dieser<br />
Zulieferer von Maschinenelementen und<br />
gleichzeitig einer der Vertriebspartner der<br />
ACE Stoßdämpfer in den Benelux-Staaten<br />
berät und beliefert das Unternehmen seit<br />
vielen Jahren mit Komponenten. Dem Team<br />
war klar, dass eine Umstellung auf Bremszylinder<br />
zahlreiche Vorteile mit sich bringen<br />
würde. Denn ohne Rückpralleffekt der<br />
Gummipuffer kann schneller und besser<br />
produziert werden, weil besser kontrollierte<br />
Bewegungen das präzise Greifen der Speichen<br />
begünstigen und die Ausfallquote<br />
durch Fehlgriffe senken.<br />
Produktionstempo erhöht<br />
Hydraulische Bremszylinder ähneln von der<br />
Form und vom Aufbau her Industriegasfedern.<br />
Dass ACE diese Maschinenelemente<br />
auch in kompakter Bauform anbietet, war<br />
hinsichtlich der Integration in die Laufrad-<br />
Richtmaschinen ein entscheidender Faktor<br />
für die Konstrukteure von Holland Mechanics.<br />
Eine schnellere Maschine sollte nicht<br />
mehr Platz benötigen. Und die gesteigerte<br />
Effizienz durfte nicht durch Kosten von z. B.<br />
größeren anderen Bauteilen oder gar mehr<br />
Bedarf für die Stellflächen negativ belastet<br />
werden. Neben der Baugröße sorgte auch<br />
die Vielzahl der DIN-genormten Anschlussteile<br />
im Zubehörportfolio von ACE für eine<br />
schnelle Integration. Die Aus legung in den<br />
Niederlanden stand unter dem Motto: So<br />
viel wie nötig, so wenig wie möglich. Um<br />
die Verfahrgeschwindigkeit zu regulieren,<br />
stellten sich Bremszylinder des Typs HB-<br />
56 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
01 Laufrad-Richtmaschine der Holland<br />
Mechanics BV<br />
02 Die geöffnete Laufrad-Richtmaschine während Tests<br />
in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung<br />
12-20-EE-P als richtige Wahl heraus. Sie<br />
können in beiden Richtungen den Gleichlauf<br />
regeln und als Ausgleichs element für<br />
die hin- und herschwenkenden Massen<br />
dienen. Mit Durchmessern von nur 12 mm,<br />
aber Hublängen von 20 mm sind diese<br />
Maschinenelemente in der Lage, Zugund<br />
Druckkräfte von 180 N auf zubringen.<br />
Wie bei allen Typen dieser Familie reichen<br />
die zulässigen Temperaturbereiche von -20<br />
bis zu 80 °C, sodass sie in fast allen Umgebungen<br />
einsetzbar sind. Neben dem Regulieren<br />
der Verfahr geschwindigkeiten können<br />
solche Maschinenelemente auch schlagartiges<br />
Einfahren von Geräten verhindern. Um<br />
dies auch in anderen Fällen sicherzustellen,<br />
liefert ACE auf Bestellung auch Sonderlängen,<br />
-hübe und –dichtungen.<br />
Toleranzwerte gesenkt<br />
Bei Holland Mechanics wurde schon mit<br />
den Standardmodellen der Wunsch nach<br />
einem Toleranzbereich der Felgen von<br />
± 0,3 mm unterboten. Durch die Verbesserung<br />
des Antriebs der Richtwerkzeuge,<br />
durch die Inte gration weiterer Präzisionsbauteile<br />
und das Hinzufügen der ACE<br />
Bremszylinder vom Typ HB-12-20-EE-P<br />
bewegen sich die Toleranzwerte nun bei<br />
± 0,1 mm. In der Fahrradfelgenbranche<br />
stellt dies einen signifikanten Unterschied<br />
dar. Gleiches gilt für die Steigerung der<br />
Produktions geschwindigkeit um 10 %, seitdem<br />
die oben genannten Maßnahmen getroffen<br />
worden sind. Außerdem berichten<br />
die niederländischen Radexperten davon,<br />
dass es gelungen ist, die vormaligen Ausfälle<br />
während der Bewegungsabläufe so gut wie<br />
vollständig zu verhindern, da die Greifer<br />
seltener neben die Speichen schnappen als<br />
zuvor. Beschleunigte Produktion bei weniger<br />
Ausfall, das ist eine Rechnung, die nicht nur<br />
bei Laufrad-Richtmaschinen aufgeht, sondern<br />
bei den Anwendern auch für Zufriedenheit<br />
sorgt.<br />
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antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 57
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
Kupplungen sorgen für exakte<br />
Messergebnisse<br />
Drehmoment-Messflansche sind die Herzstücke moderner<br />
Prüfstände. Selbst bei Hochleistungs- und Highspeed-Anwendungen<br />
liefern sie exakte und zuverlässige Daten. Dabei ist das Messergebnis<br />
aber immer nur so gut wie die eingesetzte Wellenausgleichskupplung.<br />
Denn Wellenkupplungen sind ein entscheidendes<br />
Bauteil, um die auf den Messflansch wirkenden<br />
Störgrößen zu minimieren. So treten in fast allen Anwendungen<br />
Wellenversätze zwischen An- und Abtriebsseite auf. Das<br />
Unternehmen Mayr Antriebstechnik bietet daher Ausgleichskupplungen,<br />
die speziell auf die Anforderungen moderner<br />
Messflansche zugeschnitten sind. Die<br />
Lamellenpaketkupplungen vom Typ<br />
Roba-DS übertragen das Drehmoment<br />
spielfrei und drehsteif und gleichen<br />
radialen, axialen und winkligen Wellenversatz<br />
aus. Sie sorgen damit nicht nur<br />
für präzise Messergebnisse, sondern<br />
schützen auch die im Wellenstrang<br />
verbauten Lager vor unerwünschten<br />
Belastungen. Die Nennmomente der Kupplungen<br />
sind ohne jegliche Einschränkung nutzbar. Die robusten<br />
Kupplungen sind kompakt und leistungsdicht und zeichnen sich<br />
neben ihrer hohen Laufruhe und der geringen Massenträgheit<br />
durch eine hohe Wuchtgüte aus. So decken die Standard-<br />
Bauformen der Roba-DS-Kupplung je nach Baugröße einen<br />
Drehzahlbereich von 8 000 bis 18 000 min -1 ab und sind auf eine<br />
Wuchtgüte von G 2,5 (Bezugsdrehzahl 3 000 min -1 ) gewuchtet. Bei<br />
der High-Speed-Bauform, bei der die Einzelteile mit hoher<br />
Genauigkeit (Qualität IT5) und eingeengter Rund- und Planlauftoleranz<br />
gefertigt werden, sind Drehzahlen bis 30 000 min -1<br />
zulässig. Die Wuchtqualität der Kupplung ist hier G 2,5 bei einer<br />
Bezugsdrehzahl von 5 000 min -1 . Verschiedene Kupplungsbauformen<br />
und flexible Kombinationsmöglichkeiten ermöglichen die<br />
Integration von Messflanschen in nahezu jede Prüfstands- und<br />
Antriebskonstellation.<br />
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Rostfreie Freiläufe für höhere<br />
Drehmomente<br />
Erweiterte Einsatzbereiche für Freiläufe in Nahrungs- und<br />
Verpackungsmaschinen oder in der Marinetechnik ermöglicht die<br />
Baureihe FBS von Ringspann.<br />
Für sie wurde ein rostfreier Stahl<br />
spezifiziert, mit dem auch hohe<br />
Drehmomente übertragen<br />
werden können. Die Komplettfreiläufe<br />
leisten maximale<br />
Drehmomente bis 10 000 Nm.<br />
Sie sind beständig gegen<br />
Korrosion und Säuren, auch z. B.<br />
gegen Salpetersäure. Sie sind<br />
fett- oder ölgeschmiert erhältlich,<br />
auch mit lebensmittelverträglichen Schmierstoffen. Optional<br />
können sie mit lebensmittelgeeigneten oder anderen individuellen<br />
Dichtringen ausgestattet werden.<br />
www.ringspann.de<br />
Distanzen effizient überbrücken<br />
Das Unternehmen Jakob Antriebstechnik fertigt u. a. Servokupplungen<br />
zur Überbrückung langer Distanzen von bis zu 6 m. Diese<br />
Distanzkupplungen, auch Zwischenachsen oder Gelenkwellen<br />
genannt, können große Abstände ohne Zwischenlager überbrücken.<br />
Die Distanzkupplungen von Jakob decken Drehmomentbereiche<br />
von 20 bis 3 200 Nm ab und sind für Wellenzapfen von 9 bis 85 mm<br />
ausführbar. Die WDS-Reihe des Unternehmens kann als Synchron-,<br />
Gelenk- oder Verbindungswelle eingesetzt werden und bietet die<br />
gleichen Vorzüge wie klassische Metallbalgkupplungen: eine<br />
hohe Torsionssteife und geringe Rückstellkräfte beim Ausgleich<br />
von Versätzen. Im Maschinen- und Anlagenbau werden Distanzkupplungen<br />
häufig für hohe Drehzahlen benötigt.<br />
www.jakobantriebstechnik.de<br />
HF/Schaltkupplung<br />
-Standard SAE Anschluss<br />
-Fernsteuerung<br />
-Öl-und luftbetätigt<br />
- Eigene Verschleißkompensation<br />
- Kompaktes Design für Schwer<br />
lastanwendungen<br />
-Hohe Drehmomentkapazität<br />
-Öl-/Luftaggregat erhältlich<br />
-Bis zu 1350 kW Leistung<br />
STELLADRIVE<br />
Dabei handelt es sich um ein<br />
innovatives Bauteil für den Einbau<br />
zwischen Antriebsmaschine und<br />
Getriebe. Es kann direkt and das<br />
SAE- Gehäuse und das Schwungrad<br />
angebaut werden, mit<br />
integrierter elastischer Kupplung<br />
für Drehschwingungsdämpfung.<br />
-Bis zu 1380 kW Leistung<br />
KPT-hydrodynamische Kupplung<br />
- Regelantrieb mit variabler Füllung<br />
-Anfahrkupplung und on/off PTO<br />
-Standard SAE Anschluß<br />
- Reihen-oder Riemenscheibenantrieb<br />
-Fernsteuerung<br />
-Explosionsschutz auf Anfrage<br />
- Mit integrierter elastischer Kupplung<br />
-Mit integrierter Ölförderpumpe<br />
-Bis z<br />
s u 350 e s u g zu 1700 kW Leistung<br />
TRANSFLUID GERMANY GMBH -48529 Nordhorn -Ph. +49 5921-7288808<br />
Fax +49 5921-7288809 -tfgermany@transfluid.it -www.transfluid.eu
Spielfreie und TÜV-geprüfte<br />
Sicherheitskupplungen<br />
Drehmomentbegrenzbare und TÜV-geprüfte Sicherheitskupplungen<br />
bietet R+W mit seinen klassischen (SK/ES), Leichtbau- (SL) und<br />
Industrie-Baureihen (ST). Die spiel- sowie wartungsfreien<br />
Kupplungen sorgen im Überlastfall für die Trennung von An- und<br />
Abtrieb im Millisekundenbereich und vermindern so Applikationsschäden<br />
und Maschinenstillstandszeiten. Die federvorgespannten<br />
Kugel-Rast-Kupplungen sind u. a. für eine direkte oder indirekte<br />
Anbindung – mit Klemmnaben, Klemmkonus oder Passfederverbindung<br />
– sowie in torsionssteifer und in schwingungsdämpfenden<br />
Versionen erhältlich. Je nach Baureihe kann dabei<br />
zwischen verschiedenen Funktionssystemen<br />
ausgewählt werden: winkelsynchron/<br />
durchrastend, gesperrt oder als Freischaltausführung.<br />
Je nach Modell sind die Sicherheitskupplungen<br />
standardmäßig von 0,1 bis<br />
165 000 Nm erhältlich. Sowohl höhere<br />
Drehmomente als auch Sonderausführungen<br />
sind auf Anfrage möglich.<br />
NEU<br />
<strong>2016</strong><br />
THE BIG GREEN BOOK<br />
www.rw-kupplungen.de<br />
Kupplungen für den Hygienebereich<br />
Rostfreie Kupplungen für hygienesensible Anwendungen in<br />
Branchen wie Lebensmittel, Pharma, Medizin und Chemie bietet<br />
Enemac mit den Typen ECR und EWC. Die Sicherheitskupplung<br />
ECR dient der Drehmomentbegrenzung in Zahnriemen- und<br />
Kettenantrieben von Abfüll- und Reinigungsanlagen oder<br />
Verpackungsmaschinen. Es gibt sie in fünf Baugrößen mit<br />
Einstellbereichen von 15 bis 240 Nm. Die Wellenkupplung EWC<br />
sorgt für eine spielfreie, kraftschlüssige, montagefreundliche<br />
Welle-Welleverbindung mit hoher Torsionssteife bei Temperaturen<br />
zwischen -50 und +350 °C. Sie ist in zehn Baugrößen mit Nennmomenten<br />
von 5 bis 1 300 Nm erhältlich.<br />
www.enemac.de<br />
Nichtschaltbare, einstellbare<br />
Wellenkupplung<br />
Im Gegensatz zu üblichen drehelastischen Wellenkupplungen<br />
ermöglicht die Tschan TNR durch individuelle Einstellbarkeit<br />
einen sanfteren Anlauf und ein drehschwingungsoptimiertes<br />
Laufverhalten von Antriebssträngen. Die neuartige, nichtschaltbare<br />
Kupplung aus dem Hause Ringfeder Power Transmission ist<br />
nicht nur ideal für Kompressoren, Pumpen, Generatoren und<br />
Brecher geeignet, sondern darüber hinaus auch auf allen Gebieten<br />
der Energiegewinnung mit Verbrennungsmotoren einsetzbar –<br />
bspw. für Notstromaggregate oder mobile Stromerzeuger. Die<br />
Besonderheit der Neuentwicklung ist, dass die Kennwerte der<br />
Kupplung bei gleichbleibenden äußeren Abmessungen in einer<br />
großen Bandbreite verändert werden können. Durch die<br />
räumliche Trennung und<br />
die damit verbundene<br />
Reihenschaltung elastischer<br />
Puffer wird die Kupplung<br />
„einstellbar“.<br />
www.ringfeder.com<br />
grünes licht<br />
für alles, was<br />
sie vorhaben.<br />
Bestellen Sie den neuen Katalog<br />
mit 30.000 Normelementen. Neu<br />
im Sortiment: Spannsätze, Motorpositioniertische<br />
und vieles mehr!<br />
Online anfordern unter<br />
www.norelem.com oder<br />
telefonisch unter 07145 206-41<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 59<br />
norelem.indd 1 26.02.<strong>2016</strong> 14:59:46
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
Freischaltende und spielfreie<br />
Sicherheitskupplungen<br />
Mit der freischaltenden Variante der<br />
Securmax Servo ergänzt Orbit Antriebstechnik<br />
das Spektrum an spielfreien<br />
Sicherheitskupplungen. Die Drehmomentbegrenzer<br />
besitzen eine degressive<br />
Tellerfederanordnung für einen<br />
unmittelbaren Drehmomentabfall. Es<br />
erfolgt ein sofortiges Trennen von Anund<br />
Abtrieb im Überlastfall. Dabei kann<br />
die gespeicherte Rotationsenergie frei auslaufen, die freischaltende<br />
Sicherheitskupplung bleibt ausgerastet. Die Drehmomentübertragung<br />
setzt ein, wenn die Kupplung per Hand oder mittels<br />
Vorrichtung manuell wieder eingerastet wird. Die freischaltenden<br />
Sicherheitskupplungen eignen sich für Anwendungen mit hohen<br />
Drehzahlen und in Applikationen mit großen Massenträgheitsmomenten.<br />
Das Programm der spielfreien Drehmomentbegrenzer<br />
steht für einstellbare Drehmomentbereiche bis 1 200 Nm zur<br />
Verfügung.<br />
www.orbit-antriebstechnik.de<br />
Zangenbremsen in individuellen und<br />
Standardausführungen<br />
Das Unternehmen Twiflex<br />
bietet eine breite Palette von<br />
Zangenbremsen für die<br />
Industrie an. Die Flexibilität<br />
des Sortiments ermöglicht es,<br />
schnell die optimale Lösung<br />
für jede Anwendung zu<br />
entwickeln. Die Bremsen<br />
kommen im Bergbau, der<br />
Schifffahrt und Offshore-<br />
Anlagen sowie der Öl- und<br />
Gasförderung, der Metallverarbeitung<br />
und erneuerbaren<br />
Energien zum Einsatz. Erhältlich sind Standardausführungen,<br />
die kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert<br />
werden, und maßgeschneiderte Lösungen für die spezifischen<br />
Anforderungen. Jedes Twiflex-Produkt ist das Ergebnis eines<br />
Entwicklungsprozesses, der seinen Ursprung bei den Anforderungen<br />
eines Einzelkunden oder eines ganzen Industriezweigs hat.<br />
So bietet die Förderbandbremse VBS sämtliche Vorzüge des breiten<br />
Spektrums der modularen Bauweise: Auslegung für zwei Millionen<br />
Zyklen, einfacher Belagwechsel und „Parked-off“-Funktion für die<br />
Wartung – all das in einem kompakten, federbetätigten Produkt.<br />
www.twiflex.com/de<br />
Optimaler Rundlauf in<br />
dynamischen Antrieben<br />
Wo weit auseinanderliegende Achsen synchronisiert werden<br />
müssen, können die spielfreien Distanzkupplungen von KBK<br />
überbrücken. Sie gleichen Wellenversatz und Schwingungen in<br />
dynamischen Anwendungen aus. Die Baureihen DRB und DRE<br />
haben ein bis zu 3 m langes Präzisionsrohr aus leichtem Aluminium<br />
mit hoher Steifigkeit. Es<br />
verbindet die Wellen ohne<br />
Zwischenlagerung und<br />
gewährleistet eine hohe<br />
Rundlaufgenauigkeit in<br />
Antrieben in Bereichen von<br />
4,5 bis 500 bzw. 12,5 bis<br />
525 Nm. Die Kupplungen<br />
mit Außendurchmessern<br />
von 30 bis 122 mm sind für Wellendurchmesser von 4 bis 65 mm<br />
ausgelegt. Die DRB-Kupplungen bestehen aus einem Zwischenrohr<br />
mit Bälgen aus Edelstahl an beiden Enden. Diese gleichen einen<br />
lateralen, axialen und angularen Wellenversatz bei geringen<br />
Rückstellkräften aus. Mit dem Typ DRE geschieht die Übertragung<br />
des Drehmoments spielfrei durch beidseitige Elastomersterne aus<br />
Polyurethan. Die Zahnkränze sind in verschiedenen Shorehärten<br />
erhältlich.<br />
www.kbk-antriebstechnik.de<br />
Montagefreundliche Kupplung für<br />
dieselgetriebene Pumpenantriebe<br />
Eine Kupplung für dieselgetriebene Kompressoroder<br />
Pumpenantriebe sollte vor allem eines<br />
sein: montagefreundlich. Diese Anforderung<br />
erfüllt die Centax-K aus dem Hause Centa.<br />
Die drehweiche Kupplung basiert auf einem<br />
hochdrehelastischen und radial beweglichen<br />
Gummielement, das abtriebsseitig einen<br />
anvulkanisierten, glasfaserverstärkten<br />
Kunststoffflansch mit integrierter Nabe<br />
aufweist. Diese Ausführung sorgt zusammen<br />
mit der axialen Steckbarkeit der Kupplung für eine<br />
hohe Montagefreundlichkeit. Mit ihren drehweichen<br />
Eigenschaften dämpft die Kupplung Drehschwingungen sowie<br />
Stöße und gleicht betriebsbedingte axiale und radiale Verlagerungen<br />
aus. Das Gummielement steht in verschiedenen Ausführungen<br />
zur Verfügung. Damit lässt sich die Drehelastizität der<br />
Kupplung variabel auf den jeweiligen Einsatzfall abstimmen.<br />
Derzeit deckt die Baureihe einen Drehmomentbereich von 400 bis<br />
800 Nm ab.<br />
www.centa.de<br />
Starre Kupplungen Torqmax<br />
Ob in pharmazeutischen Anlagen mit kleinsten Wellen von 3 mm oder für rohe Kräfte in<br />
der Umformtechnik – wir haben die passende Verbindung!<br />
Zielsicher zum passenden Produkt<br />
Ausgleichskupplungen<br />
Starre Kupplungen<br />
Klemmringe<br />
Sicherheitskupplungen<br />
Linear- und Getriebetechnik<br />
www.orbit-antriebstechnik.de
KUPPLUNGEN UND BREMSEN<br />
Schleifring mit integriertem Diagnosesystem<br />
Das ADSR-System von LTN Servotechnik ermöglicht eine vorausschauende Wartungsstrategie,<br />
denn das im Schleifring-Gehäuse integrierte Diagnosesystem überwacht<br />
Schlüsselfunktionen eines Schleifrings und prognostiziert mögliche Fehlfunktionen<br />
frühzeitig. Wird ein Fehler erkannt, bekommt die Anlagensteuerung ein Alarmsignal.<br />
So erhält der Anlagenbetreiber z. B. bei laufendem Betrieb Informationen über Vibrationen,<br />
Spannungs- und Strompegel, Anzahl der Umdrehungen sowie optional die<br />
interne/externe Luftfeuchte und Temperatur. Durch laufende Analyse der Betriebsdaten<br />
ist eine Prognose der voraussichtlich verbleibenden Lebensdauer des Schleifrings<br />
in Zeiteinheiten und in Umdrehungen möglich. Die erfassten Informationen und Warnmeldungen werden nicht nur elektrisch<br />
via Signalkabel weitergegeben, sondern direkt vor Ort am Schleifring durch eine LED visualisiert. Zudem werden der aktuelle Status<br />
der Informationen und eine Alarmhistorie über Netzwerkschnittstellen auch browserbasiert zur Verfügung gestellt. Die Verbindung<br />
des Monitoringssystems an die Schleifringeinheit erfolgt mit Scada über eine OPC-UA-Schnittstelle.<br />
www.ltn.de<br />
Mit nur einer<br />
Schraube montiert<br />
In Kooperation mit dem<br />
schwedischen Unternehmen<br />
ETP hat KTR eine spielfreie<br />
Servokupplung mit integriertem<br />
Spannsystem entwickelt. Die<br />
spielfreie und hochpräzise<br />
Servokupplung ist vollständig<br />
aus Stahl gefertigt und eignet<br />
sich für den Einsatz in hochtourigen<br />
Antrieben. Das<br />
Spannsystem dieser neuen<br />
Kupplungsvariante besteht aus<br />
einer doppelwandigen,<br />
gehärteten Stahlhülse, die mit<br />
einem Druckmedium gefüllt ist.<br />
Im Flanschteil befinden sich<br />
eine Schraube und ein Kolben<br />
mit einer Dichtung für den<br />
Druckaufbau. Die Schraube wird<br />
radial angezogen, axial wird kein<br />
Platz für Montagewerkzeuge<br />
benötigt. Hierbei dehnt sich die<br />
Hülse aus und erzeugt eine<br />
gleichmäßige Flächenpressung<br />
gegen Welle und Nabe. Dieses<br />
„Ein-Schrauben-Prinzip“<br />
ermöglicht eine schnelle<br />
Montage und sorgt für die<br />
stufenlose und präzise Positionierung<br />
der Kupplung.<br />
www.ktr.com
Gefahrlos bedienen<br />
Klemmen sorgen für mehr Sicherheit in Fräsmaschinen<br />
Bernd Rachor<br />
Klemmen für Linearführungen spielen beim Thema Maschinen sicherheit<br />
eine große Rolle. Vor allem, wenn hochfeste Stähle bearbeitet werden.<br />
Zum Schutz von Mensch und Maschine setzt Aquamid in einer<br />
Fasen- Fräsmaschine nicht nur pneumatische Klemmen ein, sondern<br />
auch Faltenbälge.<br />
Z<br />
uverlässige Klemmen für Linearführungen<br />
und robuste Faltenbälge zum Schutz<br />
von Mensch und Maschine vor umherfliegenden<br />
Spänen und Schmutz sind vor allem<br />
beim Einsatz handgeführter Fräsmaschinen<br />
wichtig. Hema Maschinen- und Apparateschutz<br />
aus Seligenstadt ist der einzige Anbieter<br />
auf dem deutschen Markt, der diese<br />
Komponenten als maßgeschneiderte Komplettlösung<br />
anbietet. Davon profitierte die<br />
Firma Aquamid bei ihrer ersten selbst konstruierten<br />
Fasen-Fräsmaschine.<br />
Bernd Rachor ist Produktmanager für den<br />
Bereich Linclamp bei der Hema Maschinenund<br />
Apparateschutz GmbH aus Seligenstadt<br />
Klemmen für die neue Maschine<br />
1997 wurde Aquamid von Peter Schmid in<br />
Bexbach gegründet. Anfangs lag die Kernkompetenz<br />
allein im Wasserstrahlschneiden.<br />
Nach fünf Jahren wurde der Betrieb um einen<br />
Hallenanbau, eine Laserschneideanlage<br />
und eine Bandschleifanlage zum Verrunden<br />
und Entgraten der Schneidkanten erweitert.<br />
Da von Kundenseite immer öfter komplette<br />
Fertigteile inkl. Schweißnahtvorbereitungen<br />
angefragt wurden, entschloss sich Firmeninhaber<br />
Schmid dazu, eine Fasen-Fräsmaschine<br />
anzuschaffen. Doch keine handgeführte<br />
Maschine zur Kantenbearbeitung auf<br />
dem Markt genügte seinen Ansprüchen.<br />
Schließlich entstand die Idee, erstmals eine<br />
eigene Fräsmaschine zu entwickeln: die<br />
Simple-Hand. „Ein wichtiger Punkt bei der<br />
Entwicklung einer handgeführten Maschine<br />
war für mich die gefahrlose Bedienung“,<br />
erklärt Peter Schmid. Besonders überzeugt<br />
haben den gelernten Maschinenbauer die<br />
Schutzsysteme von Hema. „Die Vertriebsmitarbeiter<br />
wissen, wovon sie sprechen und<br />
haben mich optimal beraten“, erzählt Schmid.<br />
„Deshalb habe ich mich für die pneumatischen<br />
Klemmen der Baureihe Linclamp zur<br />
sicheren Achsenklemmung entschieden<br />
sowie für Jalousie- und Kasten-Faltenbälge,<br />
um das Verletzungsrisiko für den Bediener<br />
durch umherfliegende Späne zu minimieren“,<br />
so Schmid weiter.<br />
Die Simple-Hand eignet sich für den Einsatz<br />
in Baumaschinen-, Maschinen- und<br />
Anlagen-, Schwermaschinen- und Schiffs-<br />
62 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
LINEARTECHNIK<br />
01<br />
02<br />
01 Aquamid setzt in der Fasen-Fräsmaschine Simple-Hand die<br />
pneumatischen Klemmen Linclamp S und SA von Hema ein<br />
03<br />
02 Hema bietet Klemmen und Faltenbälge als<br />
maßgeschneiderte Komplettlösung an<br />
03 Die Werkstücke können mit der Simple-Hand schnell,<br />
sicher und energieeffizient bearbeitet werden<br />
bau sowie für Fräs-, Schweißfach- oder<br />
Brennschneidbetriebe, vor allem wenn es<br />
ein hohes Aufkommen an Schweißnahtvorbereitungen<br />
gibt. „Das Bearbeiten von<br />
Edelstahl, Stahl, Hardox und hochfesten<br />
Stählen sowie Aluminium lässt sich mit der<br />
Simple-Hand besonders schnell, sicher und<br />
energieeffi zient umsetzen“, so Schmid.<br />
Einfach gefräst<br />
Die Simple-Hand verfügt über ein Touch-<br />
Display zur Dateneingabe für die Steuerung<br />
der NC-getriebenen Z-Achse. Der Anwender<br />
gibt die Höhe zwischen Arbeitsplatte und<br />
Oberkante des Werkstücks, die Schnittgeschwindigkeit<br />
je nach Materialgüte, sowie<br />
die gewünschte Fasentiefe ein. Die Drehzahl<br />
des Fräsers wird dadurch automatisch errechnet.<br />
Die Maschine kann so in Sekundenschnelle<br />
von einer Fasentiefe auf eine andere<br />
umgestellt werden. Mit einer Sprungtaste<br />
kann dieselbe Fase beliebig oft wiederholt<br />
werden. Die X- und Y-Achsen werden von<br />
Hand bedient. Dabei kann jederzeit ein<br />
Wippschalter betätigt werden, um die Achsen<br />
mit den pneumatischen Klemmen der<br />
Baureihe Linclamp von Hema zu klemmen<br />
und zu lösen.<br />
Für gefahrloses Arbeiten<br />
Jeder Betreiber muss seine Anlage gemäß<br />
der Maschinenrichtlinie absichern. Die Simple-Hand<br />
hat diesen Grad an Sicherheit erst<br />
durch die verbauten Hema-Produkte erreicht.<br />
Für Klemmungen mit Druckluft bietet<br />
Hema mit der Linclamp-Baureihe Klemmen<br />
an, die für alle gängigen Linearführungen<br />
und bearbeiteten Flächen erhältlich sind<br />
und für ein sicheres und schnelles Klemmen<br />
beziehungsweise Bremsen sorgen. „Wir haben<br />
lange nach einem passenden System<br />
gesucht und Hema hat uns überzeugt: Die<br />
Klemmsys teme der Linclamp-Baureihe mit<br />
Brems backen aus Stahl brauchen nicht viel<br />
Platz, bieten extrem hohe Haltekräfte und<br />
sind unkompliziert in der Anwendung“, sagt<br />
Schmid. Die Linclamp S öffnet mit Druck<br />
und ist einmal an der Y-Achse verbaut. Die<br />
aktiv klem menden Linclamp SA schließt mit<br />
Druck und klemmt an zwei Positionen die<br />
X-Achse bei einem Betriebsdruck von bis<br />
zu 6 bar. Bei der längeren X-Achse hat sich<br />
Aquamid nachträglich für ein zweites<br />
Klemm system entschieden, um eine höhere<br />
Steifigkeit zu erreichen. „Dass wir die zweite<br />
Klemme außerplanmäßig so schnell bekommen<br />
konnten, spricht für Hema“, sagt<br />
Schmid. Zudem mussten die Klemmen auf<br />
Kun denwunsch mehr Spielraum aufweisen,<br />
als die Originalsysteme. Denn die Bremsbacken<br />
dürfen die Leiste im geöffneten<br />
Zustand nicht berühren, da die Achsen von<br />
Hand bewegt werden und ein Schleifen<br />
störend wäre. „Auch diese zusätz liche Anforderung<br />
hat Hema mit Bravour gemeistert“,<br />
lobt Schmid.<br />
Faltenbälge nach Maß<br />
Neben dem Bediener müssen auch Maschinenteile,<br />
wie die Führungen der Z-Achse<br />
oder die Kugelgewindespindel während des<br />
Betriebs geschützt werden. Deswegen hat<br />
Aquamid an den Seiten der Simple-Hand<br />
zwei Kasten-Faltenbälge von Hema verbaut<br />
und im Hintergrund einen Jalousie-Faltenbalg<br />
als Schutzwand vor umherfliegenden<br />
Spänen. Dieser kann zur Reinigung einfach<br />
von Hand hochgeschoben werden. Darüber<br />
hinaus ist der Kunststoff hitzebeständig<br />
und nimmt keinen Schaden durch den<br />
schnellen Flug heißer Späne. Für Faltenbälge<br />
steht ein umfassendes Materialangebot<br />
an hochqualitativen Spezialgeweben zur<br />
Verfügung. Diese werden auf einer CNC-<br />
Maschine maßgenau plissiert und zugeschnitten.<br />
Intelligente Verbindungstechniken<br />
sichern dann den dauerhaften Verbund<br />
der Teile.<br />
Bei Aquamid steht die Kundenzufriedenheit<br />
an erster Stelle. „Wir halten, was wir versprechen<br />
und das erwarten wir auch von unseren<br />
Komponentenliefe ranten“, sagt Peter<br />
Schmid. Ihn überzeugte vor allem die absolute<br />
Termin- und Liefertreue des Experten<br />
für Maschinenschutzsysteme. „Selbst bei<br />
Sonderwünschen kam man uns sehr entgegen.<br />
Von daher würden wir jederzeit gerne<br />
wieder mit Hema zusammenarbeiten.“<br />
www.hema-group.com<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 63
LINEARTECHNIK<br />
Kleine verdrehsichere Linearaktuatoren<br />
Für bauraumintensive Anwendungen bietet das Unternehmen<br />
Koco Motion kleine Captive-Linearaktuatoren mit integrierter<br />
Verdrehsicherung an. Im<br />
Flanschmaß Nema 8 eignen sie<br />
sich zum direkten Einbau als<br />
elektrischer Verstellzylinder. Die<br />
Trapezspindeln bieten Spindelsteigungen<br />
von 0,3 bis 8 mm pro<br />
Umdrehung mit Vorschubkräften<br />
bis 40 N. Ein maximaler Verstellweg<br />
ist bis 10 mm möglich, wenn<br />
dieser durch einen Endanschlag<br />
begrenzt ist. Die Captive-Antriebe<br />
ermöglichen den rein elektrischen<br />
Antrieb. Durch die Schrittauflösung der Motoren von<br />
200 Vollschritten pro Umdrehung können mit entsprechenden<br />
Mikroschritt-Steuerungen Auflösungen des Verfahrweges im<br />
Mikrometer-Bereich erzielt werden. Anwendungen finden sich u. a.<br />
in der Automobilindustrie, in der Feinmechanik, z. B. feinfühlige<br />
Verstellungen für die Optik, oder in der Medizintechnik, z. B. für<br />
die Pipettierung. Bald soll es die Motoren auch für die Nema-Größen<br />
11, 14, 17, 23 und 34 geben.<br />
www.kocomotion.de<br />
Einbaufertige Komplett-Linearachsen<br />
Die Komplett-Linearachsen Ecomplete aus dem Hause Jenaer<br />
Antriebstechnik bestehen aus einer aufeinander abgestimmten<br />
Achsmechanik, Motor und Servoverstärker. Alle Achsen sind<br />
abgedeckt und eigensteif. Kugelschienenführungen bilden die<br />
Basis für hohe Genauigkeiten. Die Spindel ist mit einem Kugelgewindetrieb<br />
der Toleranzklasse ISO7 ausgestattet und die<br />
Spindelsteigungen können zwischen 5 und 16 mm gewählt<br />
werden. Zudem sind die Spindelachsen in mehreren Baugrößen<br />
für Vorschubkräfte von bis zu 3 500 N und Verfahrwege zwischen<br />
100 und 2 500 mm ausgelegt. Die Zahnriemenachsen bieten<br />
Vorschubkräfte bis 300 N und Hübe zwischen 100 und 6 000 mm.<br />
Die Aktuatoren weisen Maximalkräfte bis zu 200 N und Hübe<br />
zwischen 50 und 300 mm auf. Durch den Einsatz encoderkommutierter<br />
Synchronmotoren der Baureihe Ecostep sind die<br />
Ecomplete-Achsen für die Bewegung kleiner Massen mit einer<br />
hohen Dynamik und kurzen Anregelzeiten geeignet. Als Servoverstärker<br />
kann der Ecovario 114<br />
oder die Einplatinenlösung<br />
ECOMinidual verbaut werden.<br />
Beide Servoverstärkertypen<br />
können eine oder zwei Achsen<br />
ansteuern.<br />
www.jat-gmbh.de<br />
Teleskopschienen mit optimierten Anschlägen<br />
Das Unternehmen Rollon hat sein Angebot an Teleskopschienen durch Modelle mit optimierten<br />
Anschlägen ergänzt. Neben den Standard-DSS-Teleskopen und der synchronisierten Version gibt es<br />
nun auch DSS-Teleskope mit verstärkten Endanschlägen mit einem Dämpfungselement. Das sorgt<br />
für geringere Betriebsgeräusche und eine höhere Widerstandsfähigkeit am Hubende. Auch der<br />
kompakte Teleskop-Vollauszug DE hat die stärkeren und gedämpften Endstopper erhalten. Die<br />
Vollauszüge der Produktreihe DS bestehen aus zwei Führungsschienen, die in Kombination mit<br />
einem S-förmigen Zwischenelement den Vollhub realisieren. Bei der Teleskopschiene DSS 43 Syn<br />
werden die feste und die bewegliche Führungsschiene über ein Verzahnungssystem synchronisiert.<br />
Dadurch ist eine kontrollierte und gleichmäßige Bewegung aller beweglichen Elemente möglich.<br />
www.rollon.de<br />
Festgefahren in<br />
alter Technik?<br />
info@uhing.com<br />
Halle 11<br />
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neue Möglichkeiten<br />
www.aufglatterwelle.de<br />
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64 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Kurzhub-Linearantrieb für bis zu 500 N<br />
Der neue elektrisch betriebene Linearantrieb von Ketterer ist kompakt und schnell.<br />
Bei einer Länge von 63 mm beträgt der Hub 40 mm, welche er in weniger als 100 ms<br />
zurücklegt. Die Standardausführung bietet Schubkräfte bis 500 N. Mit einer<br />
Reduzierung der Geschwindigkeit lassen sich auch höhere Kräfte realisieren. Der<br />
Antrieb eignet sich besonders für den Einsatz in<br />
der Automatisierungs- und Fördertechnik, wo<br />
Pneumatikzylinder bislang weit verbreitet sind.<br />
Anders als sie braucht der Kurzhub-Linearantrieb<br />
keine Dichtungs- und Drosselungstechnik, um<br />
gleichförmige Kolbengeschwindigkeiten zu<br />
erreichen. Geschwindigkeit und Kraft, mit der<br />
sich der Kolben bewegt, lassen sich präzise<br />
einstellen. Der Wirkungsgrad der verwendeten<br />
Energie ist höher als bei Pneumatik. Ein weiterer Vorteil des Antriebs ist die<br />
Technik, bei der die Rotationsbewegung des Motors durch eine glatte Welle in<br />
eine Linearbewegung umgesetzt wird. Das ermöglicht eine gute Abdichtung der<br />
Welle gegen den Motor.<br />
www.ketterer.de<br />
Servoantrieb bis 480 VAC für Linearmotoren<br />
Mit nur 1,1 kg Gewicht liefert der Servoregler Gold Oboe von Elmo Motion Control<br />
bis zu 5 700 W Nennleistung mit einer Regenerationsfähigkeit von 3 000 W. Mit<br />
Nennströmen bis 10 A und Versorgungsspannungen bis 480 V AC erreicht der<br />
Nano-Servoantrieb eine neue Dimension. Die Kommunikation erfolgt über<br />
EtherCAT- oder CANopen-Schnittstellen in Echtzeit und erlaubt somit einen<br />
problemlosen Mehrachsbetrieb. Der Servoregler entspricht darüber hinaus allen<br />
internationalen Standards in Bezug auf EMV und funktionale Sicherheit (STO).<br />
Geeignet ist der Regler für typische Anforderungen von<br />
Linearmotoren wie geschmeidige, genaue Abläufe mit<br />
kraftvollem Vorschub, kombiniert mit schnellen, dabei<br />
aber stabilen Beschleunigungs- und Abbremsbewegungen.<br />
Der Gold Oboe-Antrieb weist eine hohe Genauigkeit im<br />
Stromregler bei hohen Strömen und einen Dynamikbereich<br />
von 1/2 000 auf. Dabei bietet er eine schnelle Rückmeldung,<br />
eine große Bandbreite und einen Positionsregelkreis mit<br />
Abtastraten von 100 µs bei 480 VAC.<br />
www.elmomc.com<br />
Kugelumlaufsystem mit automatischer<br />
Schmiereinheit<br />
Das neue Kugelumlaufsystem HLG von Hepco Motion löst die Vorgängerversion<br />
LBG ab und ermöglicht Lastaufnahmen bis 180 kN sowie Geschwindigkeiten über<br />
1,5 m/s. Zudem weist es einen geräusch- und reibungsarmen Lauf auf. Eine<br />
besondere Funktion stellt die automatische Schmiereinheit dar. Durch spezielle<br />
Schmierkanäle und Schmierstoffbehälter kann der Laufwagen permanent mit<br />
Schmierstoff versorgt werden, aber auch eine Verbindung zur Zentralschmierung<br />
ist realisierbar. Zusätzlich bieten Dichtungen einen wirkungsvollen Schutz gegen<br />
Verunreinigungen. Abgerundet wird das System durch Klemmelemente, die das<br />
Feststellen der Laufwagen bei Handverstellung ermöglichen. Erhältlich ist das<br />
Kugelumlaufsystem in Schienengrößen von 5 bis 55 mm, mit Laufwagen in<br />
Flansch- bzw. Kompaktbauweise und langer bzw. kurzer Ausführung. Dies bietet<br />
eine hohe Flexibilität für zahlreiche<br />
Anwendungsanforderungen und<br />
Automatisierungsaufgaben.<br />
www.hepcomotion.com<br />
KUGELGEWINDETRIEBE<br />
Wir bewegen.<br />
Hannover 25. – 29. April <strong>2016</strong><br />
HANNOVER MESSE<br />
Halle 16 Stand E04<br />
www.hiwin.de<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 65<br />
HIWIN.indd 1 02.03.<strong>2016</strong> 11:44:37
LINEARTECHNIK<br />
Schmierfreie Linearführung für höhere<br />
Präzision beim Gleiten<br />
Schmutz, Kleberückstände oder Schlamm können den Lauf von<br />
Linearführungen beeinflussen. Um dem entgegenzuwirken, hat<br />
Igus die Drylin T-Linearführung als Heavy Duty-Version entwickelt.<br />
Sie ist auch mit einstellbarem Spiel erhältlich, um noch höhere<br />
Präzision bei Verstellungen selbst in schwierigen Umgebungen zu<br />
erreichen. Der Heavy Duty-Führungsschlitten TW-12-20 kann<br />
stufenlos im Lagerspiel verstellt werden. Da die Kunststoff-Gleitelemente<br />
aus dem selbstschmierenden Werkstoff Iglidur J<br />
unverlierbar im Schlitten integriert sind, kann dieser zur Montage<br />
von der Schiene abgezogen und wieder aufgeschoben werden.<br />
Darüber hinaus ist die Linearführung reibungs- und verschleißarm.<br />
Auch können sich keine Partikel am Schlitten festsetzen und den<br />
Lauf behindern, da auf jegliches Schmiermittel verzichtet werden<br />
kann. Sowohl die Schiene aus hartanodisiertem Aluminium als<br />
auch der Schlitten aus<br />
eloxiertem Aluminium mit<br />
Edelstahlabdeckung sind<br />
korrosionsbeständig. Zudem<br />
sorgt der Schlitten für eine<br />
leichte und robuste Linearführung.<br />
Sie ist stoßunempfindlich<br />
und kann Lasten bis 740 kg<br />
aufnehmen.<br />
www.igus.de<br />
Elektrozylinder für<br />
Schwerlastanwendungen<br />
Mit dem Schwerlastzylinder SLZ 63<br />
erweitert RK Rose+Krieger sein Produktportfolio<br />
um einen weiteren Elektrozylinder<br />
für hohe Druck- und Zuglasten.<br />
Er besitzt aufgrund des parallelen<br />
Anbaus des Motors ein ideales Einbau-<br />
Hub-Verhältnis. Seine max. Hublänge<br />
beträgt 1 000 mm, auf Wunsch sind auch<br />
bis zu 1 500 mm Hub möglich. Dank<br />
Nuten im Außenprofil und Anschlussmaßen nach DIN ISO 15552<br />
lässt sich der SLZ 63 in die unterschiedlichsten Anwendungen<br />
integrieren. Er erlaubt sowohl die Adaption von Standardzubehör<br />
der Baugröße 63 als auch die Kombination mit spezifischen<br />
Komponenten. Das Antriebskonzept des Linearantriebs ist frei<br />
wählbar. Je nach Applikation können Schritt-, Dreh- oder<br />
Servomotoren verwendet werden. Das Motorgehäuse kann je<br />
nach Einbausituation optional in 90 °-Schritten gedreht werden.<br />
In der Fastline-Variante mit Kugelgewindetrieb erreicht der<br />
Schwerlastzylinder eine Verfahrgeschwindigkeit bis 1 250 mm/s.<br />
Die Powerline-Version mit Kugelgewindetrieb und die Powerline-<br />
Ausführung mit Trapezgewindetrieb sind mit Druck- und<br />
Zugkräften bis 10 000 N bzw. 15 000 N belastbar.<br />
www.rk-rose-krieger.com<br />
Zahnriemen- und Spindelachsen mit<br />
hoher Leistungsdichte<br />
Linearachsen der Firma Hiwin ermöglichen eine zeitlich und<br />
örtlich exakte und schnelle Positionierung. Je nach Anwendung<br />
stehen unterschiedliche Linearachsen zur Verfügung: Riemenachsen<br />
für hohe Verfahrgeschwindigkeiten und lange Verfahrwege,<br />
Spindelachsen bei erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit<br />
und Linearmotorachsen für höchste Anforderungen an Dynamik,<br />
Genauigkeit und Gleichlauf bei gleichzeitig minimalem<br />
Wartungsaufwand. Jetzt bietet das Unternehmen mit seinen<br />
neuen Positioniermodulen der Serien HM-S und HM-B seinen<br />
Anwendern erstmals Spindel- und Zahnriemenachsen, bei denen<br />
alle Kernkomponenten aus einem Hause stammen. Es mussten<br />
keine Standard-Katalogbauteile zu einer Achse zusammengefügt<br />
werden, denn als Hersteller aller wichtigen<br />
Komponenten konnten die Ingenieure die<br />
Bauteile direkt auf den Verwendungszweck<br />
hin entwickeln. Das Ergebnis sind<br />
Achsen mit einer hohen<br />
Leistungsdichte in einem neuen<br />
Design.<br />
www.hiwin.de<br />
Kompakte Lineartische für Präzision bei<br />
hohen Einsatzzyklen<br />
Das Unternehmen Physik Instrumente (PI) bringt eine neue<br />
Linearversteller-Serie mit wahlweise DC-Motor oder Schrittmotor<br />
auf den Markt. Die L-509 zeichnen sich durch ein kompaktes<br />
Design und eine Belastbarkeit bis 100 N aus. Die Lineartische sind<br />
für Stellwege von 26, 52 und 102 mm erhältlich. Mit Kreuzrollenführungen<br />
und Kugelumlaufspindel eignen sie sich für<br />
Anwendungen in Industrie und Forschung mit hohen Zyklenzahlen<br />
bei Geschwindigkeiten bis 20 mm/s. Das Grundprofil aus<br />
entspanntem Aluminium sorgt für hohe Stabilität. Ein hochauflösender<br />
integrierter Rotationsencoder übernimmt die Positionsmessung<br />
der Versionen mit DC-Getriebemotor. Versteller mit<br />
Schrittmotor sind optional mit einem hochauflösenden Linearencoder<br />
erhältlich. Angesteuert über den SMC Hydra Controller<br />
erreichen sie eine wiederholbare kleinste Schrittweiten von<br />
0,01 µm. Für die einachsige Ansteuerung eignen sich die Mercury<br />
Motion Controller C-863 für<br />
DC-Motoren und C-663 für<br />
Schrittmotoren. Eine DC-Motor-<br />
Steuerung von bis zu vier Achsen<br />
ist mit dem C-884 möglich.<br />
www.pi.de<br />
www.pmbearings.de • +49 (0)170-99 53 167<br />
Präzisions-Führungssysteme<br />
105261_Advertentie PMB-Bearings.indd 1PM Bearings GmbH.indd 1 15.06.2015 12-06-15 10:40:34 10:37<br />
66 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Inline-Stellantrieb auch von Hand<br />
einfahrbar<br />
Einen besonders kleinen Linearstellantrieb, der bei Bedarf<br />
auch von Hand einzufahren ist, hat Warner Linear in<br />
Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Rampen für<br />
Rollstuhltransporter entwickelt. Der sehr schmale I-Track-<br />
Stellantrieb hat eine lösbare Kupplung und lässt sich bei<br />
abgekoppeltem Motor mit einem Kraftaufwand von<br />
weniger als 3 kg einfahren. Bei unterbrochener Stromversorgung<br />
kann die Spindel des Antriebs freigegeben<br />
werden, d. h. bei einem Ausfall der Stromversorgung kann<br />
die Rampe schnell und mit min. Kraftaufwand von Hand<br />
eingefahren werden. Außerdem ist er mit einem Überlastschutz<br />
für den Motor ausgestattet, falls die Rampe blockiert.<br />
Der Stellantrieb ist auch für andere Anwendungen geeignet,<br />
bei denen es trotz knappen Einbauplatzes auf hohe<br />
Zuverlässigkeit ankommt. Schon die Standardausführung<br />
ist besonders stark abgedichtet, besteht aus korrosionsbeständigen<br />
Komponenten und ist bis 90 kg belastbar.<br />
www.warnerlinear.com<br />
Sensoren mit GMR-Technologie für T-Nut-Zylinder<br />
Der magnetische Zylindersensor MZT7 mit GMR-Technologie von<br />
Sick detektiert zuverlässig die Kolbenstellung in pneumatischen<br />
Antrieben. Der Sensor lässt sich direkt in alle Zylinder mit gängigen<br />
T-Nuten montieren – Adapter, die den Einsatz auf weiteren<br />
Zylindertypen ermöglichen, sind ebenfalls bei dem Unternehmen<br />
erhältlich. Charakteristisch für den Sensor ist das einfache<br />
Montageprinzip: Sensor in die Nut einsetzen und mit einer Viertelumdrehung<br />
sicher auf dem Zylinder fixieren. Der magnetische<br />
Zylindersensor findet immer festen Halt: Bei Direktmontage in der<br />
T-Nut kompensiert sein universelles Gehäusedesign die diversen<br />
Nutabmessungen verschiedenster Zylinderhersteller. Und für<br />
Zylinder ohne T-Nut – z. B. für Rund-, Zugstangen- und Profilstangenzylinder<br />
– steht ein Zubehörprogramm an Befestigungsadaptern zur Auswahl. Zu den Einsatzgebieten<br />
des Sensors zählen die Fabrikautomation, Montage- und Handling-Maschinen, Verpackungsmaschinen<br />
und die Elektronikfertigung.<br />
www.sick.de<br />
Elektrohubzylinder mit hoher Positioniergenauigkeit<br />
Die Elektrohubzylinder der PC-Serie von Rodriguez sind in drei Ausführungen erhältlich. Sie sind<br />
jeweils mit Kugelgewindetrieben ausgerüstet und bieten eine hohe Wiederholbarkeit und Positioniergenauigkeit<br />
sowie einen leichtgängigen und geräuscharmen Betrieb. Aufgrund der seitlichen Belastbarkeit,<br />
der hohen Leistungsdichte und der<br />
Schutzart IP 65 sind die Lösungen auch für<br />
hohe Lasten und anspruchsvolle Betriebsumgebungen,<br />
z. B. in der Bauwirtschaft,<br />
geeignet. Wer hydraulische und pneumatische<br />
Systeme durch elektrische Elektrohubzylinder<br />
ersetzt, profitiert somit von einer<br />
verbesserten Maschinenleistung. Nicht<br />
zuletzt wird auch die Umwelt geschont,<br />
denn Leckagen und der daraus folgende<br />
Austritt von Hydraulikflüssigkeiten können<br />
bei den elektrischen Komponenten gar<br />
nicht erst auftreten.<br />
www.rodriguez.de
BAUMA <strong>2016</strong> I MESSE<br />
Anwendungsoptimierte Wälzlager<br />
für Baumaschinen<br />
Das Unternehmen Koyo Deutschland,<br />
Vertriebsgesellschaft des japanischen<br />
Wälzlagerherstellers JTEKT Corporation,<br />
stellt Wälzlager vor, die für die besonderen<br />
Anforderungen in Baumaschinen<br />
optimiert wurden. Durch Kegelrollenlager<br />
mit optimierten Profilierungen der<br />
Kontaktgeometrie kann erfahrungsgemäß<br />
im Feld eine mehr als 3-fach höhere<br />
Lagerlebensdauer erreicht werden. Der<br />
Einsatz von hochreinen Stahlsorten für alle Wälzlagerbauarten ist<br />
inzwischen konzernweit als Standard umgesetzt; die dadurch<br />
erreichte Tragzahlerhöhung um 25 % gegenüber der DIN-ISO 281<br />
(entspricht einer doppelten Lebensdauer) wurde inzwischen von<br />
einer unabhängigen internationalen Klassifikationsgesellschaft<br />
zertifiziert.<br />
www.koyo.de<br />
Explosionsgeschützte Trommelmotoren<br />
für den Untertagebergbau<br />
Das Unternehmen Rulmeca<br />
präsentiert seine neuen explosionsgeschützten<br />
Trommelmotoren,<br />
die speziell für den<br />
Untertagebergbau entwickelt<br />
wurden. Gemeinsam mit dem<br />
IBExU Institut für Sicherheitstechnik<br />
und gemäß der Atex EU-Richtlinie 94/9/EC wurden diese<br />
Erzeugnisse entwickelt, erprobt und zertifiziert. Die Wahrung der<br />
grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen wird<br />
durch die Einhaltung der EN 60079-0:2012 und EN 600<br />
60079-1:2007 gewährleistet. Der Leistungsbereich reicht von<br />
55 bis 132 kW in einem Spannungsbereich von 400 bis 1 200 V.<br />
Der Rollendurchmesser beträgt dabei 800 mm und der Drehzahlbereich<br />
wurde für Geschwindigkeiten von 1.0 bis 4.5 m/sec<br />
entwickelt.<br />
www.rulmeca.com<br />
Geprüfte Resistenz gegen Umwelteinflüsse<br />
Das Unternehmen Wachendorff Automation entwickelt und fertigt in<br />
Deutschland u. a. industrie- und automotivrobuste Drehimpulsgeber<br />
(inkremental und absolut). Entwicklungsbegleitende Bauarttests<br />
sichern den Einsatz in vielen Industriezweigen und mobilen Arbeitsmaschinen<br />
selbst unter rauen und wechselhaften Umgebungsbedingungen.<br />
Mehr als 1 500 anwendungsspezifische Lösungen<br />
des Herstellers werden weltweit in Serie eingesetzt. Auf der<br />
Bauma <strong>2016</strong> präsentiert Wachendorff Drehgeber und<br />
Lösungen für die Ermittlung von Winkel, Weg, Drehzahl,<br />
Länge und Position. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf den<br />
Sensoren mit den Protokollen CANopen, SAE J1939, RS485.<br />
www.wachendorff-automation.de<br />
E I N L A D U N G<br />
Mittwoch, 13. April <strong>2016</strong><br />
8:00 bis 16:00 Uhr<br />
Jahrhunderthalle<br />
Pfaffenwiese 301<br />
65929 Frankfurt am Main<br />
Messtechnik Steuerungstechnik Regeltechnik Prozessleitsysteme Automatisierung<br />
Führende Fachfirmen der Branche präsentieren ihre Geräte und Systeme und zeigen neue Trends im<br />
Bereich der Automatisierung auf. Die Messe wendet sich an Fachleute und Entscheidungsträger die in ihren<br />
Unternehmen für die Automatisierung verantwortlich sind.<br />
Der Eintritt zur Messe und die Teilnahme an den Fachvorträgen ist für die Besucher kostenlos.<br />
MEORGA GmbH<br />
Sportplatzstraße 27<br />
66809 Nalbach<br />
Tel. 06838 / 8960035<br />
Fax 06838 / 983292<br />
www.meorga.de<br />
info@meorga.de<br />
Meorga.indd 1 11.02.<strong>2016</strong> 11:53:36<br />
68 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
Messsystem für die Hubmessung in<br />
Hydraulikzylindern<br />
Das Messsystem SGH10 von Siko verfolgt einen anderen Ansatz<br />
als Messsysteme auf magnetostriktiver, induktiver oder<br />
hallbasierter Technologie. So wird zur Erfassung des Hubs<br />
eine Seilzugmechanik eingesetzt, welche im Zylinder verbaut<br />
ist. Das Seil der Seilzugmechanik wird in den Kolbenkopf<br />
eingehängt. Fährt der Zylinder aus, wird das auf einer<br />
Seiltrommel aufgewickelte Seil ausgezogen. Die hierdurch<br />
entstehende Rotation wird von der Sensorelektronik<br />
berührungslos erfasst und in einen linearen Weg umgerechnet.<br />
Somit ist eine genaue und absolute Positionserfassung des<br />
Zylinders möglich. Die zur Erkennung der Rotation eingesetzten<br />
Magnete werden durch die druckfeste Grundplatte des SGH10<br />
von der Elektronik abgetastet. Zudem ist bei dem Hubmesssystem<br />
lediglich ein kleines Gewinde im Kolben notwendig,<br />
um das Seil einzuhängen. Das System kann auch in Teleskopzylindern<br />
zum Einsatz kommen. Somit bietet es Konstrukteuren<br />
neue Möglichkeiten bei der Entwicklung zukunftsweisender<br />
Assistenzsystemen und Zusatzfunktionen in mobilen<br />
Maschinen.<br />
www.siko.de<br />
Drehverbindungen für große<br />
Dimensionen<br />
Drehverbindungen von Rodriguez eignen sich für Baumaschinen,<br />
bei denen große Lagerdurchmesser erforderlich sind. Sie nehmen<br />
radiale, axiale und Kippmomentbelastungen mit einer Lagerstelle<br />
sicher auf. So lassen sich Lagerungen mit Radial- und Axiallager-<br />
Kombinationen häufig in nur einer Lagerstelle realisieren, was<br />
Höheres Anfahr-<br />
Drehmoment für<br />
mehr Zugkraft<br />
Mit dem Radialkolbenmotor<br />
MCR-T der Baugröße zehn<br />
erweitert das Unternehmen<br />
Bosch Rexroth seine Bandbreite<br />
an Direktantrieben für<br />
Kompakt-Raupenlader und<br />
andere Kettenfahrzeuge nach<br />
oben. Die neu konstruierte<br />
Einheit ist ca. 20 % kürzer als<br />
marktübliche Radialkolbenmotoren<br />
und bietet ein um<br />
10 % höheres Anfahr-Drehmoment<br />
für mehr Zugkraft.<br />
Für eine bessere Effizienz auf<br />
längeren Strecken ermöglichen<br />
die MCR-T-Einheiten<br />
auch bei sehr niedrigen<br />
Drehzahlen des Verbrennungsmotors<br />
hohe Fahrgeschwindigkeiten.<br />
Durch die kompakten<br />
Baumaße fügt sich der Motor<br />
komplett in die Spurbreite des<br />
Wir bieten Ihnen:<br />
• Getriebe<br />
• Sonderlösungen<br />
• Knowhow und<br />
• hohe Qualität<br />
wie Sie es bereits von uns seit<br />
über 50 Jahren gewohnt sind.<br />
den Aufwand für eine Anschlusskonstruktion und den Einbau der<br />
Lager verringert. Die Drehverbindungen sind sowohl in kleinen<br />
als auch in besonders großen Lagerdurchmessern erhältlich. Dazu<br />
liefert der Hersteller auch Zahnkränze und kundenangepasste<br />
Lösungen. Die Großwälzlager mit einem Außendurchmesser bis<br />
6 100 mm eignen sich für schwierige Umgebungsbedingungen,<br />
besonders hohe Lastverhältnisse, spezielle Dreheigenschaften<br />
und hohe Anforderungen an die Gebrauchsdauer. Regulär<br />
verfügbar sind Großwälzlager mit Innen- oder Außenverzahnung<br />
bis Modul 30, geschliffene Verzahnungen, Zahnriemen und<br />
weitere Sonderverzahnungen sind auf Anfrage erhältlich.<br />
www.rodriguez.de<br />
Kettenantriebs kompakter<br />
Lader ein. Dazu war eine<br />
Verkürzung der Baulänge um<br />
ein Fünftel notwendig,<br />
weshalb die Entwickler die<br />
ausfallsichere Lamellen-<br />
Haltebremse in das Motorgehäuse<br />
integriert haben. Der<br />
hohe mechanische Wirkungsgrad<br />
der neuen Baureihe zeigt<br />
sich auch bei dem um 10 %<br />
verbesserten Startdrehmoment.<br />
Darüber hinaus<br />
kann der MCR-T durch eine<br />
verbesserte Lastverteilung<br />
höhere Radialkräfte<br />
aufnehmen. Die optimierte<br />
Position der Triebwelle<br />
ermöglicht zudem den Einsatz<br />
eines einfacheren Ritzels im<br />
Vergleich zu herkömmlichen<br />
Radialkolbenmotoren.<br />
Größere, durch Gehäuseöl<br />
gespülte Lager erreichen eine<br />
um bis zu 30 % höhere<br />
Lebensdauer.<br />
www.boschrexroth.de<br />
Rögelberg-Kegelstirnradgetriebe<br />
für Schneefräsen.<br />
Wir stellen aus! 11. - 17. April <strong>2016</strong>:<br />
BAUMA in München<br />
Halle A4 • Stand-Nr. 112<br />
Rögelberg Getriebe<br />
GmbH & Co. KG<br />
Am Rögelberg 10<br />
D-49716 Meppen<br />
Telefon: +49 (0) 59 32 /5 07-0<br />
Telefax: +49 (0) 59 32 /5 07-101<br />
info@roegelberg-getriebe.de<br />
www.roegelberg-getriebe.de<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 69<br />
Rögelberg.indd 1 08.03.<strong>2016</strong> 13:32:40
BAUMA <strong>2016</strong> I MESSE<br />
Wartungsfreie Gleitlager für<br />
Baumaschinen<br />
Zu den selbstschmierenden Gleitlagern für Baumaschinen von<br />
Oiles zählen z. B. die Bronze-Gleitlager 500SP5, die Sinterlayer-<br />
Stahllager 2 000 und die geräuschdämmenden Gleit- und Distanzscheiben<br />
aus Spezial-Polyamid vom Typ 83-30. Die Bronzelager<br />
Hohe Sicherheit durch berührungslose<br />
Schaltpunktauslösung<br />
Der Volumenstrom-Detektor der Typenreihe FD von Bucher<br />
Hydraulics detektiert einen festgelegten Volumenstrom für<br />
unterschiedliche Überwachungsfunktionen und hilft, die Sicherheitsanforderungen<br />
nach EN ISO 13849 zu erfüllen. Typischerweise<br />
kommt der Detektor in Anwendungen zum Einsatz, bei<br />
denen mehrere parallele Verbraucher gemeinsam von einer<br />
Druckquelle versorgt werden. Der Detektor zeichnet sich durch<br />
eine zuverlässige Schaltpunktauslösung auch bei unterschiedlichen<br />
Temperaturen sowie Wartungsfreiheit und eine lange<br />
Lebensdauer aus. Hysterese und Druckverluste<br />
sind dabei gering. Der Betriebsdruck beträgt<br />
420 bar, die Schaltpunktauslösung erfolgt<br />
berührungslos, was die Sicherheit für<br />
Personal und Güter erhöht.<br />
www.bucherhydraulics.com<br />
Lager mit höherer Zuverlässigkeit<br />
gibt es als Buchsen, Flanschbuchsen, Platten und Scheiben. Sie<br />
verfügen über integrierte Festschmierstoff-Reservoirs und eignen<br />
sich für rotative und oszillierende Low-Speed-Anwendungen mit<br />
hohen Druckbelastungen. Die Sinterlayer-Stahllager sind im<br />
dynamischen Trockenbetrieb etwas geringer mechanisch belastbar,<br />
dafür aber für höhere Geschwindigkeiten geeignet. Sie haben eine<br />
hochverschleißfeste Gleitschicht aus Sintermetall, in dessen<br />
feinporiges Gefüge ein Festschmierstoff und ein unter Vakuum<br />
appliziertes Öl eingelagert sind. Die Gleit- und Distanzscheiben<br />
sind im Spritzguss gefertigte Polyamidlager. Sie verfügen über<br />
eingebettete Füllstoffe, z. B. PTFE. Verschließfest sind sie auch in<br />
aggressiven Umgebungen.<br />
www.oiles.de<br />
Das „Encompass Field Performance Programme“ von SKF soll bei<br />
der Entscheidung helfen, welche Lager sich für bestimmte Anwendungen<br />
und Umgebungen eignen. Wichtigster Bestandteil ist das<br />
Generalized Bearing Life Model: Es differenziert zwischen Oberflächen-<br />
und Ermüdungsschäden für mehr Informationen über die<br />
Lebensdauer von Lagern und berücksichtigt Schlüsselparameter zur<br />
Leistungsverbesserung. Das Explorer-Pendelrollenlager kann durch<br />
die Optimierung von Oberflächenbeschaffenheit und Wärmebehandlung<br />
auch in verschmutzten oder unzureichend geschmierten<br />
Umgebungen eine doppelt so lange Gebrauchsdauer erreichen wie<br />
die SKF Explorer-Lager. Die Explorer Stahl/Stahl-Gleitlager weisen<br />
eine 50 % höhere dynamische Tragzahl auf und sind sogar in<br />
Anwendungen mit mäßiger Verunreinigung langlebiger als<br />
regelmäßig nachgeschmierte konventionelle Lager.<br />
www.skf.de<br />
Neues Gehäuse-Design<br />
erleichtert Montage<br />
Die Gehäuseeinheiten der Revolvo Quick-Fit-Serie aus dem Hause<br />
Timken erleichtern den Einbau bei Anwendungen mit begrenztem<br />
Zugang. Die Zylinderrollenlager-Gehäuseeinheit ist gewinkelt geteilt<br />
und kann so bei der Montage unter der Welle durchgeschoben<br />
werden. Das reduziert die Montagezeiten deutlich, in manchen<br />
Fällen kann die Montage sogar von nur einer Person ausgeführt<br />
werden. Für eine schnelle Sichtprüfung zur Kontrolle oder bei der<br />
Wartung lassen sich die Lagerträgerdeckel und Gehäusehälften<br />
einfach abnehmen. Sieben verschiedene konzentrische Dichtungsvarianten<br />
erlauben darüber hinaus hohe Anlagenleistungen unter<br />
unterschied lichen Anwendungsbedingungen – auch in sehr rauen<br />
Umgebungen. Alle Serien der bis auf die Welle geteilten<br />
Gehäuseeinheiten ermöglichen die Montage<br />
um die Welle herum, ohne dass ein Zugang zu<br />
den Wellen-Enden benötigt wird. Zum<br />
Einsatz kommen die Einheiten z. B. in<br />
Lüftern, Förderbändern, Brechern<br />
oder Schiffsantriebswellen.<br />
www.timken.com<br />
Cloud-Lösung für die Baubranche<br />
Das Unternehmen Sensor-<br />
Technik Wiedemann (STW)<br />
präsentiert seine STW-Cloud<br />
für die Baubranche. Neben<br />
Lösungen für die Automatisierung<br />
mit Displays,<br />
Steuerungen, Messtechnik<br />
und für die Elektrifizierung, die auch E-Mobility bei Baumaschinen<br />
adressiert, bietet STW für die Verbindung von Maschine zu<br />
Maschine und in die Cloud On-Board-Module. Die TC3G erfasst<br />
relevante Daten über CANbus, WLAN oder Bluetooth 4.0, speichert<br />
diese, versieht sie mit Zeit- und Positionsstempel, kann sie vorverarbeiten<br />
und sicher in die Cloud schicken. Die Parametrisierung<br />
der aufzuzeichnenden Signale erfolgt dynamisch, skalierbar und<br />
stets anpassbar durch eine in der Cloud integrierte Web-Applikation.<br />
Die Konfiguration kann sowohl online als auch offline erfolgen.<br />
Sind die Daten in der Datenbank des Cloud-Servers gespeichert,<br />
ermöglicht die Cloud die Auswertung, Darstellung und Zugriffsverwaltung<br />
oder die Weiterleitung sowie die horizontale und<br />
vertikale Integration in Prozesslandschaften und -abläufe.<br />
www.sensor-technik.de<br />
70 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
NACHGEFRAGT<br />
I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
Was bedeutet Vernetzung für<br />
die Antriebstechnik?<br />
„Was neu ist, ist die inzwischen sehr hohe Intelligenz und Eigenständigkeit vernetzter Antriebssysteme. Sie<br />
macht es möglich, im Netz nun überall verfügbare Daten auch dezentral komplex zu verarbeiten. Der Antrieb<br />
kann zum Beispiel autark in einem Anlagensegment reagieren, indem er Ablaufsteuerungen ausführt, mit<br />
Lagerückführung höchst präzise positioniert, Prozessgrößen ausregelt und sogar Störungen selbstständig<br />
beseitigt. Dezentrale Frequenzumrichter mit integrierter SPS erlauben generell eine besonders effiziente<br />
Umsetzung von Technologiefunktionen und Diagnostik, sie arbeiten sehr schnell und ermöglichen einfachere,<br />
kostengünstigere Anlagendesigns. Es gibt außerdem auch ohne Daten zum Beispiel von externer Sensorik völlig<br />
neue Möglichkeiten: Funktionen wie Condition Monitoring und Predictive Maintenance lassen sich in einem<br />
modernen Frequenzumrichter oft durch Software umsetzen – Komponenten wie Temperaturfühler oder<br />
Ölsensoren braucht man dafür nicht mehr unbedingt.“<br />
Dr. Omar Sadi,<br />
Geschäftsführer Technik, Nord Drivesystems, Bargteheide<br />
„Bei der Vernetzung in der Antriebstechnik sehe ich unter anderem<br />
zwei Ansätze für die Überwachung und Analyse: Über eine<br />
standardisierte, gesicherte Verbindung wie z. B. OPC UA kann direkt<br />
auf Zustandsdaten des Antriebs zugegriffen werden. Das könnte z. B.<br />
genutzt werden, um über eine Auswertung des Drehmomentes den<br />
Fertigungsprozess zu überwachen. Vorteil ist, dass mit OPC UA<br />
gesichert Daten übertragen werden können, ohne dass alle Schichten<br />
der Automatisierungspyramide davon betroffen sind. Dementsprechend<br />
müssen keine weiteren Interfaces berücksichtigt werden, was<br />
die Kommunikation stark vereinfacht. Andererseits können über<br />
entsprechende Schnittstellen antriebsinterne Messwerte kontinuierlich<br />
in der Cloud gespeichert werden, so wie z. B. ein Speicheroszilloskop<br />
zunächst alle Signale abtastet und zwischenspeichert. Erst mit dem Erreichen<br />
einer Triggerbedingung wird von dem Oszilloskop ein Verlauf – der oft schon vor<br />
dem Triggerzeitpunkt einsetzt – dargestellt. Übertragen auf die in der Cloud<br />
gespeicherten Daten können dadurch für die Auswertung sogar erst nachträglich<br />
Triggerbedingungen formuliert werden, was nicht nur in der Antriebstechnik<br />
völlig neue Analysemöglichkeiten erlaubt.“<br />
Prof. Dr. Jens Onno Krah,<br />
Entwicklung und Produktmanagement Antriebstechnik,<br />
Beckhoff Automation, Verl<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 71
Schon alles<br />
vernetzt<br />
Komplettpaket für Handlingeinheiten<br />
bietet Maschinenbauern<br />
wirtschaftliche Lösung<br />
Frank Kästner, Susanne Aufmuth<br />
Kartons, Flaschen, Kunststoffteile,<br />
Lebensmittel – unzählige Produkte<br />
müssen in modernen Produktionsanlagen<br />
zum Weitertransport in<br />
Paletten und Behälter gestapelt<br />
werden. Am einfachsten geht das<br />
automatisiert. Ist aber nun in<br />
einer bestehenden Anlage kein<br />
auto matisches Handling integriert,<br />
ist dies auch kein Problem.<br />
B<br />
aumüller hat es sich mit seinem Komplettpaket<br />
für Handlingsysteme zum<br />
Ziel gesetzt, eine optionale und nachrüstbare<br />
Vorrichtung für Kunststoffmaschinen,<br />
Verpackungsmaschinen, die Lebensmittelherstellung<br />
und die Intralogistik zu ermöglichen.<br />
Das Bestücken mit Halbzeugen und<br />
die Entnahme von Produkten geht mit dem<br />
3-Achs-Handlingsystem schnell und einfach.<br />
Besonderer Vorteil: die intuitive Visualisierung<br />
bei der die Entwickler von Anfang<br />
an alle Nutzergruppen vom Programmierer<br />
bis zum Maschinenführer berücksichtigt<br />
haben. Damit ist die Bedienung und Parametrierung<br />
selbst für Nicht-Techniker kein<br />
Problem.<br />
Alles aus einer Hand<br />
Das Komplettpaket des Nürnberger Automatisierungsspezialisten<br />
besteht aus der<br />
Steuerungshardware sowie der kompletten<br />
Software und Visualisierung, Servoumrichtern<br />
und Servomotoren. Mit der umfangreichen<br />
Softwarebibliothek bekommt der<br />
Maschinenbauer eine Handlingeinheit mit<br />
zahlreichen Funktionen nur durch Parametrieren/geringstem<br />
Aufwand. Das komplette<br />
System kann er entweder bereits bei der Entwicklung<br />
in die Maschine integrieren, oder<br />
aber einfach nachrüsten. Dabei hat er die<br />
Wahl, das System über die übergeordnete<br />
Maschinensteuerung oder als komplett autarke<br />
Einheit zu betreiben. Dies wird durch die<br />
genormte digitale Euromap 67 Schnittstelle<br />
möglich, über die die Handlingeinheit mit<br />
der Produktionsmaschine verbunden werden<br />
kann. Nachfolger der Euromap 67 wird die<br />
Euromap 77 sein, die als Schnittstelle alle<br />
Voraussetzung für Industrie 4.0 bietet.<br />
Die Hauptsteuerung der Anlage kann dann<br />
über einen Netzwerkanschluss auf die Visualisierung<br />
der Einheit zugreifen. So kann der<br />
Bediener das Handling bequem am Hauptterminal<br />
bedienen. Da bei allen Funktionalitäten<br />
die üblichen Programmiernormen<br />
berücksichtigt wurden, spielt es dabei außerdem<br />
keine Rolle, von welchem Hersteller die<br />
übergeordnete Steuerung ist. Eine digitale<br />
Schnittstelle ermöglicht dazu noch die Kommunikation<br />
mit externen Teilnehmern. So<br />
erfährt z. B. das Förderband, wann die Palette<br />
voll ist und weitertransportiert werden muss.<br />
Wo außerdem kein Platz im Schaltschrank<br />
mehr ist, oder auf einen Schaltschrank komplett<br />
verzichtet werden soll, kann das Handlingsystem<br />
mit den dezentralen Antrieben<br />
b maXX 2 500 ausgestattet werden.<br />
sagt Entwickler Frank Kästner. „Aus Erfahrung<br />
wissen wir, dass nicht nur erfahrenes<br />
Technikpersonal mit unserer Visualisierung<br />
zurechtkommen muss. Maschinenführer<br />
haben in einigen Fällen keine technische<br />
Ausbildung und müssen sich nur mit einer<br />
kurzen Einweisung zufriedengeben.“ Darum<br />
nahmen die Baumüller-Entwickler das Wort<br />
Visualisierung mal ganz genau und haben<br />
die Bedienwege in klarem und optisch ansprechendem<br />
Design visuell abgebildet.<br />
Dadurch geht das Bedienen und Parametrieren<br />
auf dem Touch-Display ohne lästiges<br />
Suchen und langwierige Einarbeitung ganz<br />
einfach von der Hand. Und weil heute auch<br />
alles mobil gehen muss, kann der Anwender<br />
die Maschine auch auf seinem Tablet oder<br />
Smartphone bedienen. Das wurde durch die<br />
Programmierung im webfähigen HTML-<br />
Frank Kästner ist Applikationsingenieur bei der<br />
der Baumüller Nürnberg GmbH in Nürnberg<br />
Susanne Aufmuth ist Pressesprecherin bei der<br />
Baumüller Nürnberg GmbH in Nürnberg<br />
Visualisierung mal wörtlich<br />
Das Beste am neuen Komplettsystem ist die<br />
Visualisierung. „Wir haben uns hier in die<br />
verschiedenen Anwender hineinversetzt“<br />
01 Die gesamte Software für eine<br />
Handlingeinheit wird mit Bibliotheksbausteinen<br />
realisiert<br />
72 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
SPECIAL I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
02 Im Schrittketteneditor werden Schrittketten geladen und<br />
die jeweiligen Schritte einzeln bearbeitet<br />
03 Im Handmodus werden manuell Zielpositionen im<br />
3-D-Raum gezielt angefahren<br />
Code und den vorinstallierten SCADA-Server<br />
im Touchdisplay möglich. Um Rüstzeit zu<br />
sparen, kann an einem Display die Anlage gesteuert<br />
werden, während an einem anderen<br />
die nächste Schrittkette bereits vorbereitet<br />
wird. Weil die Handlingeinheit möglichst<br />
flexibel einsetzbar sein soll, haben sich die<br />
Entwickler außerdem entschieden, dass die<br />
Sequenzen des Handlings direkt in der Visualisierung<br />
und ohne Eingriff in die Maschinensoftware<br />
eingegeben werden. Damit eignet<br />
sich das System zur Erweiterung jeder<br />
beliebigen Maschine.<br />
Innerhalb der Visualisierung stehen vier<br />
verschiedene Nutzergruppen zur Verfügung,<br />
die über spezifische Zugriffsrechte verfügen.<br />
Der Betreiber kann seine Mitarbeiter somit<br />
je nach Kompetenz und Berechtigung den<br />
verschiedenen Benutzergruppen „Bediener“,<br />
„Produktionsleiter“, „Service“ und „Administrator“<br />
zuteilen.<br />
Optimale Wege<br />
Mit der übersichtlichen Visualisierung fallen<br />
die Eingabe des Greiferwegs und die<br />
Fest legung von Toleranz- und Sperrbereichen<br />
ganz leicht. Auf der mehrsprachigen<br />
Benutzer oberfläche kann der Anwender individuelle<br />
Schrittketten erstellen und so die<br />
Entnahmeposition, den Weg und die Ablageposition<br />
festlegen. Die Bewegungen werden<br />
hier mit Coordinated Motion Bausteinen<br />
realisiert, was ein freies Verfahren aller drei<br />
Achsen im Raum sowie ein Verketten von<br />
Bewegungen ermöglicht. So werden ruckfreie,<br />
kontinuierliche Bewegungsabläufe<br />
möglich, die hohe Geschwindigkeiten zulassen<br />
und die Mechanik schonen. Außerdem<br />
können durch die freie Programmierung im<br />
Raum die optimalen Wege ohne Verzögerungen<br />
und Umwege gefahren werden. Um möglichst<br />
viel Zeit zu sparen, findet der Anwender<br />
im Werkzeugkasten häufige Aktionen, wie<br />
z. B. „Schritt löschen“, „Leer-Schritt einfügen“,<br />
„Schrittbereich kopieren“, etc., die er direkt<br />
aufrufen kann. Neue Schrittketten kann er<br />
sogar während des laufenden Betriebs erstellen,<br />
so gibt es bei Umstellungen auch<br />
keine Verzögerungen in der Produktion. Die<br />
einzelnen Schritte in einer Schrittkette können<br />
von einem Watchdog beobachtet werden,<br />
so dass die Schrittkette bei einem Fehler<br />
sofort stoppt und eine Fehlermeldung gegeben<br />
wird.<br />
Der Gegencheck<br />
Nach Erstellung der Schrittkette prüft das<br />
System in einem automatischen Check die<br />
Konsistenz der Eingabedaten z. B. bezüglich<br />
Reihenfolge oder Geschwindigkeit. Die<br />
fertigen Schrittketten kann der Anwender<br />
dann in einem Filesystem speichern, das<br />
auch Templates enthält. Diese Templates<br />
erleichtern besonders am Anfang den Einstieg<br />
in die Programmierung. Außerdem<br />
kann ein Sperrbereich definiert werden,<br />
spezielle Softwarebausteine für Kollissionsschutz<br />
verhindern dann, dass der Sperrbereich<br />
im Verfahrweg des Greifers liegt.<br />
Damit die Einheit auch wirklich flexibel<br />
in vielen Bereichen eingesetzt werden<br />
kann, hat der Anwender die Möglichkeit,<br />
die Maße des Greifers individuell festzulegen.<br />
So kann der Greifer genutzt werden,<br />
der sich für die Applikation am besten eignet.<br />
Positionen können dann sowohl über<br />
x/y/z-Koordinaten angegeben werden als<br />
auch über eine bereits voreingestellte Auswahl.<br />
Außerdem können die drei Achsen<br />
einzeln verfahren werden, so dass Positionen<br />
einfach angefahren und dann fixiert<br />
werden können. Dank der Palettierfunktion<br />
im Schrittketteneditor müssen pro Palettentyp<br />
nur die Start-Position und dann einfach<br />
die Rasterung und die Maße der Palette eingegeben<br />
werden. Das System errechnet dann<br />
selbständig die übrigen Ablagepositionen.<br />
Besonders praktisch: Paletten können unabhängig<br />
von Schrittketten parametriert<br />
werden, so kann der Betreiber problemlos<br />
verschiedene Paletten für einen Ablauf verwenden.<br />
Der Name der Palette gibt dem System<br />
die Information, welche Ablageposition<br />
angefahren werden muss. Sogar schräg stehende<br />
Paletten können einwandfrei und<br />
ohne großen Aufwand beladen werden. Es<br />
muss nur die Neigung angegeben werden,<br />
das System passt die Ablagepositionen dann<br />
selbständig an.<br />
Fehler aufspüren<br />
Und taucht doch mal ein Problem auf, dann<br />
verfügt das Handlingsystem über eine praktische<br />
Alarmverwaltung und Diagnose. Über<br />
eine Analyse des EtherCAT-Systems und der<br />
digitalen I/O-Signale können automatisiert<br />
Zustände, wie z. B. Leitungsbrüche, Fehler<br />
im Antrieb oder auch einfach nur die Aktualität<br />
der Firmware ermittelt werden. Damit<br />
werden Serviceeingriffe deutlich beschleunigt<br />
und Kosten gespart. Zu Test und Diagnosezwecken<br />
kann die Handlingeinheit<br />
außerdem im Einzelschrittbetrieb gefahren<br />
werden.<br />
Ein intuitives System<br />
Mit dem Komplettpaket für Handlingeinheiten<br />
bietet Baumüller dem Maschinenbauer<br />
eine zeitsparende und wirtschaftliche Lösung<br />
zur Integration in neue und Bestandsmaschinen.<br />
Vom Motor bis zur Visualisierung<br />
deckt das Paket alles ab. Der Anwender<br />
erhält ein System, mit dem er die Effizienz<br />
seiner Produktion steigern kann. Durch die<br />
Softwarebibliotheken und die besonders<br />
nutzerfreundliche Visualisierung brauchen<br />
Maschinenbauer kein Programmier-Knowhow<br />
und Anwender kein tiefgreifendes Verständnis<br />
der Technik. Dadurch, dass schon<br />
bei der Entwicklung an alle Nutzergruppen<br />
gedacht wurde, ist ein intuitives System mit<br />
automatischen Diagnose- und Kontrollfunktionalitäten<br />
entstanden, das Zeit und<br />
Geld bei der Inbetriebnahme, bei der Bedienung<br />
und im Servicefall spart.<br />
www.baumueller.de<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 73
VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK I SPECIAL<br />
Flexibilität durch Kommunikation<br />
Performante Servoregler bilden wichtigen Baustein im Vernetzungskonzept<br />
Andreas Kling<br />
Die immer kürzeren Innovationszyklen<br />
innerhalb der Produktionstechnik<br />
lassen Ingenieure nach<br />
innovativen Lösungen suchen. Der<br />
sicher wichtigste Wandel baut auf<br />
der zunehmenden Durchdringung<br />
von Fabriken durch das Internet<br />
auf. Dies bringt einerseits wichtige<br />
Kostenvorteile, es können aber<br />
auch Funktionen realisiert werden,<br />
die ohne Vernetzung nicht<br />
denkbar sind.<br />
Dipl.-Ing. Andreas Kling ist Produktmanager<br />
Control Systems bei der LTI Motion GmbH<br />
in Lahnau<br />
Produktionsmaschinen haben immer etwas<br />
mit Maschinensteuerung und Bewegung<br />
zu tun. Bewegung innerhalb von Maschinen<br />
kann auf vielfältige Weise erzeugt werden –<br />
von pneumatischen oder hydraulischen<br />
Systemen, aber auch von elektrischer Antriebstechnik.<br />
In vielen Fällen bietet die<br />
elektrische Antriebstechnik nicht nur eine<br />
leicht an die Produktionsprozesse anpassbare,<br />
sondern auch eine wirtschaftliche und<br />
energie effiziente Lösung.<br />
Die Automations- und Antriebslösung bilden<br />
heute in Maschinen eine stark verzahn te<br />
Einheit, die maßgeblich am Nutzen für den<br />
Betreiber beteiligt ist. Die fortschreitende<br />
Vernetzung durch Internettechnologien bildet<br />
heute die Grundlage, um durch alle Ebenen<br />
der Vernetzung, bis zu einem beliebigen<br />
Aktor innerhalb einer Produktions maschine,<br />
durchzugreifen. Auch moderne elektrische<br />
Antriebssysteme spielen hier eine entscheidende<br />
Rolle. Flexibilität, Qualität und Effizienz<br />
von Produktionsabläufen lassen sich<br />
immens steigern, wenn die in Produktionsmaschinen<br />
eingesetzte Antriebs lösung in<br />
der Lage ist, nicht nur ihre Hauptaufgabe,<br />
die präzise Regelung von Bewegungen<br />
zu beherrschen, sondern auch mit überlagerten<br />
Systemen einfach und flexibel zu<br />
kommunizieren.<br />
Antriebe im Griff<br />
Die Vernetzung und das optimierte Zusammenspiel<br />
aller Komponenten auf Maschinenebene<br />
ermöglicht, dass Produktum stellungen<br />
automatisiert und schnell über eine<br />
Leitebene gesteuert durchgeführt werden<br />
können. Standardisierte Ethernet-Kommunikation<br />
bildet auf dieser Prozessebene die<br />
Basis. Über den Status jedes einzelnen Antriebs<br />
reglers und anstehende Warnungen<br />
durch Überschreitung konfigurierbarer<br />
Schwel len wird die übergeordnete Maschinensteuerung<br />
sofort informiert und kann<br />
somit den Betrieb und die Ausnutzung der<br />
Maschine optimal steuern.<br />
Antriebe unterstützen viele unterschiedliche<br />
Ethernet-basierte Schnittstellen oder<br />
Pro tokolle, z. B. Sercos, Profinet und Ether-<br />
CAT. Die angebotenen Sensor/Aktor-Netzwerksysteme<br />
weisen sehr unterschiedliche<br />
Merkmale auf und sind in der Regel untereinander<br />
nicht kompatibel. Für die Auswahl<br />
des Vernetzungskonzeptes gibt es unterschiedliche<br />
Gründe und oft legt die Entscheidung<br />
des Maschinenbauers für eine<br />
bestimm te Steuerungsmarke auch zwingend<br />
das zu verwendende Bussystem fest.<br />
Unabhängig davon bieten moderne Antriebssysteme,<br />
wie die performante Servo-<br />
74 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
SPECIAL I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
System One CM<br />
und Visualisierungslösung<br />
regler-Baureihe Servo One von LTI Motion<br />
immer eine Ethernet-gestützte Kommunikationsmöglichkeit<br />
zum standardisierten<br />
Zugriff auf die Geräteinformationen und<br />
-funktionen. Standard-Ethernet-Kommunikation<br />
zur Konfiguration, Überwachung,<br />
Diagnose und Fernwartung wird durch fast<br />
alle Ethernet-basierten Feldbussysteme<br />
getunnelt. Dies bietet den Vorteil, dass einmal<br />
verfügbare Geräteinformationen unabhängig<br />
vom Feldbussystem einer überlagerten<br />
Liniensteuerung oder in einem<br />
Fernwartungssystem verwendet werden<br />
können.<br />
Kommunikation ohne Grenzen<br />
Auch in der Systemkomponente Antriebsregler<br />
reicht es heute nicht mehr aus, nur<br />
die zur Übertragung der Ansteuersignale<br />
notwendigen Schnittstellen und Funktionen<br />
zu unterstützen. Die Einbindung in Ethernet-<br />
basierte Kommunikationsnetz werke<br />
vereinfacht die Handhabung für den Maschinenbauer<br />
und steigert die Flexibi lität<br />
des Maschinenbetreibers. Mit der Baureihe<br />
Servo One bietet LTI Motion eine Antriebslösung,<br />
die diese Voraussetzungen erfüllt.<br />
Neben dem standardisierten Kommunikationszugang<br />
ist es natürlich auch noch erforderlich,<br />
die Daten in Form von einzelnen<br />
Parametern oder von ganzen Datensätzen<br />
für Konfiguration, Diagnose und Support in<br />
einem Format anzubieten, welches ebenfalls<br />
etablierten Standards entspricht. Als<br />
zukunftsweisendes Antriebssystem bieten<br />
die Multiachsregler der Servo One-Baureihe<br />
dazu Excel-basierte File-Formate und nicht,<br />
wie früher üblich, kryptische hersteller spezifische<br />
Daten. Damit müssen diese nicht<br />
erst manuell in ein lesbares Format konvertiert<br />
werden, sondern können von der übergeordneten<br />
Maschinensteuerung direkt<br />
weiterverarbeitet werden.<br />
Blick in die Maschine<br />
Innerhalb der intelligenten Fabrik gibt es<br />
natürlich nicht nur den Top-Down-Informationsfluss<br />
zur Produktionssteuerung. Durch<br />
eine kontinuierliche Diagnose innerhalb<br />
einer Maschine oder Fertigungszelle hat<br />
der Betreiber die Möglichkeit, anbahnende<br />
Probleme frühzeitig zu erkennen und Maßnahmen<br />
einzuleiten. Flexibilität muss auch<br />
hier gegeben sein. Sollte es doch einmal zu<br />
einem Ausfall einer Komponente der Maschinenautomatisierungslösung<br />
kommen,<br />
spart eine durchdachte Servicestrategie Zeit<br />
und Geld. Neben einer detaillierten Diagnose<br />
zur Ortung der defekten Komponente<br />
spielt die Unterstützung beim Austausch<br />
eine wichtige Rolle, da die schnelle Verfügbarkeit<br />
der Produktionseinheit gewährleistet<br />
werden muss. Eine zentrale Datenhaltung<br />
innerhalb der Fertigungszelle kürzt die<br />
Zeit zum Austausch, z. B. eines Antriebsreglers<br />
immens ab. Moderne Systeme benötigen<br />
dazu keinen speziell ausgebildeten<br />
Servicetechniker. Der Antriebsregler bietet<br />
dazu noch weitergehende Diagnoseinformation<br />
zum angeschlossenen Motor und<br />
Gebersystem und hilft dadurch, die genaue<br />
Ursache zu diagnostizieren.<br />
Integrierte Systeme<br />
Eine Kombination aus Maschinensteuerung<br />
und Antriebseinheiten optimiert nicht<br />
nur Inbetriebnahme- und Servicezeiten,<br />
sondern unterstützt auch noch automatisch<br />
eine komfortable Datenanbindung innerhalb<br />
der intelligenten Fabrik.<br />
Integration ist auch im Hinblick auf die<br />
Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen<br />
ein wichtiger Punkt. Marktstudien zeigen,<br />
dass Maschinen lösungen im Mittel circa<br />
sechs Antriebsachsen in einem typischen<br />
Leistungsbereich von 0,5 bis 7,5 kW benötigen.<br />
Ausgehend von dieser Information ist<br />
die optimale Lösung für eine Produktionsmaschine<br />
ein Mehrachssystem. Je weniger<br />
Platz eine Maschine oder Produktionseinheit<br />
benötigt, desto wirtschaftlicher ist die<br />
Gesamtanlage für den Betreiber. Das Multiachs-Automatisierungssystem<br />
System One<br />
bietet eine der kompaktesten Lösungen für<br />
die Steuerungs- und Antriebstechnik.<br />
Neben der Platzersparnis, der Energieeffizienz<br />
und der Möglichkeit, seine Automatisierungslösung<br />
in das Vernetzungssystem<br />
des Betreibers integrieren zu können, sind<br />
jedoch auch Normen wie die Maschinenrichtlinie<br />
für den Maschinenhersteller nicht<br />
zu umgehen. Ein immer wichtiger werdender<br />
Aspekt ist die Sicherheitstechnik. Maschinenbediener<br />
und auch die Maschine<br />
selbst müssen immer besser vor Schaden<br />
bewahrt werden. Das Aussperren des Bedieners<br />
aus Fertigungszellen durch Schutzzäune<br />
steht nicht nur im Gegensatz zum<br />
Platzbedarf einer Maschine, sondern reduziert<br />
auch noch die geforderte Flexibilität<br />
im Produktionsprozess.<br />
Integrierte funktionale Sicherheit mit Bewegungsüberwachung<br />
sollte deshalb heute<br />
in Automatisierungskonzepten für Maschinenbauer<br />
nicht mehr fehlen. Sichere Maschinenlösungen<br />
setzen sich zukünftig<br />
auch nicht mehr nur aus geschlossenen<br />
Systemen zusammen. Durch die Standardisierung<br />
von sicheren Feldbusprotokollen ist<br />
auch in diesem sensiblen Bereich der Datenaustausch<br />
über Ethernet-Kommunikationswege<br />
möglich. Eine Standardisierung<br />
hat sich dabei bis jetzt nicht durchgesetzt.<br />
Dies bietet noch Potential für die Systemund<br />
Integrationsfähigkeit der beteiligten<br />
Komponentenhersteller.<br />
Antriebstechnik aus dem Blickwinkel<br />
der Entwicklungen zu Industrie 4.0 integriert<br />
sich immer tiefer in Systemlösungen<br />
zur Maschinenautomation und unterstützt<br />
damit Maschinenhersteller in der<br />
Umsetzung der Maschinenrichtlinie und<br />
die Einbindung in Vernetzungskonzepte.<br />
Anspruchsvolle Regelungstechnik, kompakte<br />
Bauweise und integrierte sichere<br />
Bewegungsüberwachung erlauben den<br />
Einsatz in anspruchsvollen Produktionsmaschinen<br />
– Antrieb 4.0 durch sichere<br />
Maschinenlösungen mit dem Antriebssystem<br />
Servo One.<br />
Bilder: iStock, LTI Motion<br />
www.lti-motion.com<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 75
VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK I SPECIAL<br />
Schaltschrank ade!<br />
Schaltschranklose Antriebstechnik steigert die Produktivität entlang des kompletten Wertstroms<br />
Thomas Fey<br />
Maschinen schnell auf neue Produkte umstellen, Fertigungs linien<br />
nachträglich erweitern, Aufstellfläche reduzieren – diese und weitere<br />
Kundenwünsche haben Bosch Rexroth zur Entwicklung schaltschrankloser<br />
Antriebstechnik bewegt. Die aktuelle Generation von Indradrive Mi<br />
reflektiert auch die künftigen Anforderungen von Maschinenbauern<br />
und Endanwendern.<br />
Intelligente Servoantriebe sind aus modernen<br />
Maschinen nicht weg zu denken. Die<br />
Vorteile liegen auf der Hand: Sie übernehmen<br />
per Knopfdruck Formatumstellungen<br />
oder Änderungen im Bewegungsprofil und<br />
verkürzen so Umrüstzeiten. Die Kehrseite<br />
der Medaille: immer größere Schaltschränke<br />
nehmen immer mehr „unproduktiven“ Platz<br />
in Anspruch. Gleichzeitig wird in nahezu<br />
allen Branchen der Ruf nach modularen<br />
Antriebskonzepten laut, mit deren Hilfe sich<br />
die Produktlebenszyklen verkürzen und bestehende<br />
Fertigungslinien flexibel an neue<br />
Aufgabenstellungen anpassen lassen.<br />
Fünf Anforderungen an<br />
die Zukunft<br />
Thomas Fey ist Leiter Produktmanagement<br />
Elektrische Motoren und Antriebe bei Bosch<br />
Rexroth AG in Lohr am Main<br />
Daraus ergaben sich für die Bosch Rexroth<br />
Ingenieure folgende fünf Kernanforderungen<br />
für die Entwicklung schaltschrankloser<br />
Antriebstechnik. An diesen orientierten Sie
SPECIAL I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
sich auf dem Weg zur aktuellen Generation<br />
Indradrive Mi. Die erste offenbart sich bei<br />
einem Blick auf die konventionelle Antriebstechnik:<br />
Motor und Regelgerät sind dabei<br />
voneinander getrennt, von jedem Motor führen<br />
je ein Leistungs- und ein Geberkabel in<br />
den Schaltschrank. Logische Devise: weniger<br />
Kabel, weniger Schaltschrank.<br />
Weniger Platz, mehr Flexibilität<br />
Die Vorteile der Servotechnik können auch<br />
bei bis zu 90 % reduziertem Verkabelungsaufwand<br />
genutzt werden. Dazu sind die<br />
dezentralen Antriebe bei Indradrive Mi lediglich<br />
über ein gemeinsames Hybridkabel<br />
für Leistung und Kommunikation verbunden.<br />
Bis zu 30 Servoantriebe lassen sich so<br />
an einem bis zu 200 m langen Kabelstrang<br />
zu einem Antriebsverbund kombinieren.<br />
Der erste Antrieb ist über das Hybridkabel<br />
direkt an die Leistungsversorgung und<br />
Steuerung angeschlossen. Darüber hinaus<br />
können Maschinenbauer Sensoren, E/As<br />
und Feldbuskomponenten direkt mit den<br />
dezentralen Antrieben verbinden, ohne<br />
ein zusätzliches Feldbuskabel in der Maschine<br />
dafür zu verlegen.<br />
Auch die bislang im Schaltschrank platzierten<br />
Komponenten der Netzanschaltung<br />
und Stromversorgung lassen sich jetzt – in<br />
IP65 ausgeführt – in der Maschine installieren.<br />
Das Netzmodul inklusive Filter, Drossel<br />
und Schütz wird direkt an das Netz angeschlossen.<br />
Für die Versorgung und Ansteuerelektronik<br />
ist ein rückspeisefähiges Versorgungsmodul<br />
zuständig, das neben der<br />
Ansteuerelektronik auch Bremswiderstand<br />
und -transistor integriert. So kann der Endanwender<br />
bei Bedarf komplett auf den<br />
Schaltschrank verzichten und wertvollen<br />
Platz auf der Fläche gewinnen.<br />
Modularität in der Elektronik<br />
Die zweite Anforderung an die schaltschranklose<br />
Antriebstechnik folgt dem Trend zur<br />
Modularisierung. Weil der Maschinenbauer<br />
die Antriebsmodule noch im eigenen Werk<br />
vormontieren und in Betrieb nehmen kann,<br />
lassen sich nachträglich erstellte Stationen<br />
zügig in vorhandene Fertigungslinien einfügen.<br />
Vor Ort beim Endkunden ist lediglich<br />
noch die Stromversorgung und Verbindung<br />
mit der übergeordneten Steuerung<br />
her zustellen. Sind die Antriebe zudem bereits<br />
parametriert, verringert die schnellere<br />
In betriebnahme auch die aus dem Umbau<br />
resultierenden Maschinenstillstandzeiten.<br />
01 Mit schaltschrankloser Antriebstechnik lässt sich neben dem Schaltschrankvolumen<br />
inklusive Kühlung auch der Verkabelungsaufwand um bis zu 90 % reduzieren<br />
Um die Module ferner ohne Zusatzaufwand<br />
in die Automationslandschaft des Endanwenders<br />
einbinden zu können, hat das Unternehmen<br />
Bosch Rexroth seine Lösung mit<br />
einer Multi-Ethernet-Schnittstelle versehen,<br />
die alle gängigen Ethernet-Protokolle unterstützt,<br />
darunter Sercos, Profinet, EtherNet/IP,<br />
EtherCAT und Powerlink. Für die Instandhaltung<br />
bedeutet das somit weniger Varianten<br />
und Lagerhaltung.<br />
Normgerechte Sicherheit<br />
Die Maschinensicherheit darf natürlich gegenüber<br />
konventionellen Ansätzen nicht<br />
zurückstehen, soll aber im Idealfall die Verfügbarkeit<br />
erhöhen. Am Ende lässt sich die<br />
Maschinenrichtlinie mit dem dezentralen<br />
Antriebskonzept von Bosch Rexroth als<br />
Grundlage für die Modularisierung recht<br />
einfach umsetzen. Neben zertifizierten<br />
Sicherheitsfunktionen innerhalb von Indradrive<br />
Mi sorgt dafür auch das Hybridkabel,<br />
welches alle Sicherheitssignale ohne zusätzliche<br />
Verdrahtung mitüberträgt. Damit<br />
entfällt zugleich eine weitere Fehlerquelle.<br />
Besonders interessant ist die einfache<br />
Umsetzung von Sicherheitszonen mit mehreren<br />
Antrieben an einem Antriebsstrang.<br />
Für Safe Torque Off wird der erste Antrieb<br />
einer Sicherheitszone so verdrahtet, dass<br />
er die Sicherheitssignale verarbeitet. Um<br />
weitere Antriebe zu einer Sicherheitszone<br />
hinzuzufügen, reicht es, dort einen Safety-<br />
Teilnehmer-Stecker einzusetzen. Das ist in<br />
der Inbetriebnahme extrem einfach und<br />
im Betrieb transparent. Diese Lösung verkürzt<br />
die Zeit für den Wiederanlauf nach<br />
einem manuellen Eingriff und erhöht damit<br />
die Verfügbarkeit der Maschine.<br />
Energie effizient nutzen<br />
Sie steht häufig ganz vorn im Lastenheft: die<br />
Energieeffizienz. Über ihren Beitrag zum<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 77
VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK I SPECIAL<br />
02 Kompakt und platzsparend, leistungsstark und<br />
wirtschaftlich: Mit diesen Attributen beschreibt Bosch<br />
Rexroth die neueste Generation der schaltschranklosen<br />
Antriebstechnik Indradrive Mi<br />
Klimaschutz hinaus beeinflusst sie maßgeblich<br />
die Lebenszykluskosten. Schaltschranklose<br />
Antriebe können diesbezüglich mit<br />
einer systembedingten energetischen<br />
Kopplung punkten. Weil über das Hybridkabel<br />
ein Energieaustausch zwischen den<br />
Antrieben möglich ist, kann beispielsweise<br />
die Bremsenergie eines verzögernden<br />
Antriebs einem beschleunigenden zur<br />
Verfügung stehen und überschüssige<br />
Energie ins Netz zurückgespeist werden.<br />
In der Folge kann sich dadurch der Stromverbrauch<br />
halbieren. Zusätzlich entfallen<br />
die Verlustleistung im Schaltschrank sowie<br />
der Energiebedarf für eine eventuelle<br />
Schaltschrankkühlung.<br />
Bereit zur Vernetzung<br />
Die letzte und zunehmend entscheidende<br />
Anforderung liegt in der Fähigkeit zur Vernetzung<br />
mit der Unternehmens-IT im Sinne<br />
von Industrie 4.0. Eine wesentliche Voraussetzung<br />
dafür erfüllen die dezentralen Antriebe<br />
bereits, da sie autonom nach den<br />
Vorgaben übergeordneter Ebenen agieren.<br />
Die Multi-Ethernet-Schnittstelle sorgt für<br />
die zur horizontalen und vertikalen Vernetzung<br />
nötige Kommunikationsfähigkeit.<br />
Darüber hinaus hat Bosch Rexroth als erster<br />
Antriebs- und Steuerungshersteller die<br />
Brücke von der Antriebstechnik zur IT-Welt<br />
geschlagen – ergänzend zu den Möglichkei<br />
ten der SPS-basierten Automatisierung nach<br />
IEC 61131-3 und PLCopen sowie der OPC<br />
UA-Technologie.<br />
Für den bedarfsgerechten Zugriff auf alle<br />
Antriebsparameter mittels hochsprachenbasierter<br />
Anwendungen hat Bosch Rexroth<br />
die zum übergeordneten Lösungsportfolio<br />
Open Core Engineering gehörende Schnittstellentechnologie<br />
Open Core Interface direkt<br />
auf der Antriebsebene verankert. Mithilfe<br />
von Open Core Interface for Drives<br />
können Endanwender beispielsweise den<br />
Energieverbrauch über Makros gängiger<br />
Tabellenkalkulationsprogramme auslesen<br />
und auswerten. Um die Inbetriebnahme,<br />
Parametrierung und Diagnose der Antriebe<br />
zu vereinfachen haben über Open Core<br />
Engineering selbst programmierte Apps für<br />
handelsübliche Smartphones und Tablet-<br />
PCs den Weg in die Maschinenbaupraxis<br />
gefunden.<br />
03 Die schaltschranklose Antriebstechnik erlaubt eine flexible Integration von<br />
Sicherheitstechnik in das Gesamtsystem<br />
Schaltschranklos ist<br />
zukunftssicher<br />
Mit seiner schaltschranklosen Antriebstechnik<br />
erfüllt Bosch Rexroth die wesentlichen<br />
Zukunftsanforderungen hinsichtlich Platzbedarf<br />
und Modularisierung, Sicherheit,<br />
Energieeffizienz sowie vertikaler und horizontaler<br />
Vernetzung. Besonders zukunftsträchtig<br />
erscheinen dabei die integrierte<br />
Intelligenz und die passende Schnittstellentechnologie<br />
zur Umsetzung von Industrie 4.0<br />
Anwendungen, die derzeit gleichsam bei<br />
Maschinenbauern und Endanwendern ganz<br />
oben auf der Agenda stehen.<br />
www.boschrexroth.de<br />
78 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
SPECIAL I VERNETZTE ANTRIEBSTECHNIK<br />
„Echtzeitkommunikation<br />
vereinfachen“<br />
Ist eine durchgängige Vernetzung mit OPC UA möglich?<br />
Der Anwenderwunsch nach einer firmenübergreifenden Vernetzung<br />
und einem durchgängigen Datenzugriff auf die Geräte der Feldebene<br />
wird u. a. durch die heterogene Buslandschaft in der Automation und<br />
fehlende, busübergreifende Standards erschwert. Wie es einfacher<br />
geht weiß Peter Lutz, Geschäftsführer von Sercos International.<br />
Immer mehr Hersteller verwenden bereits<br />
Industrial-Ethernet-Lösungen. Doch<br />
auch wenn die technischen Vorteile auf<br />
der Hand liegen, machen sie funktionierende<br />
Systeme auf Basis der traditionellen<br />
Feldbusse nicht automatisch obsolet.<br />
Darüber hinaus gibt es eine ganze Reihe<br />
konkurrierender Kommunikationsprotokolle,<br />
die zwar auf Ethernet basieren, aber<br />
in Bezug auf das Kommunikationsprotokoll<br />
und die eingesetzten Geräteprofile<br />
nicht kompatibel sind. Hinzu kommt, dass<br />
die meisten Kommunikationsprotokolle in<br />
einer gemeinsamen Netzwerk-Infrastruktur<br />
nicht koexistieren können, ohne dass die<br />
Performance und Echtzeitcharakteristik<br />
negativ beeinflusst wird.<br />
Mit der OPC Unified Architecture<br />
(OPC UA) Technologie etabliert sich nun<br />
ein universeller Kommunikationsstandard,<br />
der es erlaubt, Systeme von der Unternehmensebene<br />
bis hin zur Steuerungsoder<br />
Feldebene miteinander zu vernetzen.<br />
OPC UA kann nicht nur auf beliebigen<br />
Plattformen mit verschiedenen Program-<br />
miersprachen in Geräte integriert werden,<br />
sondern es können auch beliebig komplexe<br />
Systeme vollständig mit dem OPC UA-<br />
Informationsmodell beschrieben werden.<br />
Doch obwohl OPC UA faktisch ein Kommunikationsstandard<br />
ist, der sich von der<br />
Unternehmens-Ebene bis hinab zur Feldebene<br />
erstreckt, gibt es zwei wesentliche<br />
Einschränkungen: Zum einen kann OPC UA<br />
bestehende Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme<br />
nur dort ersetzen, wo keine<br />
hohen zeitlichen und deterministischen<br />
Anforderungen an die Kommunikation<br />
bestehen. Zum anderen legt OPC UA nur<br />
fest, wie Daten beschrieben und ausgetauscht<br />
werden. Die eigentliche Bedeutung<br />
der Daten (Semantik) ist nicht festgelegt.<br />
Aus den vorhergenannten Gründen ergibt<br />
sich ein vielversprechender Ansatz daraus,<br />
die von den Feldbussen und Echtzeit-<br />
Ethernet-Systemen definierten Profile und<br />
Dienste auf OPC UA abzubilden. Damit<br />
stehen Prozess- und Gerätedaten einheitlich<br />
und herstellerübergreifend nicht nur lokal<br />
über die verschiedenen Feldbussysteme,<br />
sondern auch über eine beliebige übergeordnete<br />
Netzwerkinfrastruktur via OPC UA<br />
zur Verfügung.<br />
Dass OPC UA sogar zum Informationsaustausch<br />
mit einzelnen Feldgeräten genutzt<br />
werden kann, ohne auf Echtzeit und<br />
schnelle Datenübertragung verzichten zu<br />
müssen, beweist die Multiprotokolleigenschaft<br />
des Sercos Übertragungsverfahrens.<br />
Denn damit ist es möglich, OPC UA parallel<br />
zur Sercos-Echtzeitkommunikation zu<br />
übertragen. Ein OPC-Server kann somit<br />
direkt in ein Sercos Feldgerät (Antrieb,<br />
E/A-Station oder Sensor) integriert werden.<br />
Das OPC-Protokoll wird direkt zu dem<br />
jeweiligen Sercos Slave-Gerät durchgeroutet,<br />
ohne die Sercos-Echtzeitcharakteristik<br />
zu beeinträchtigen. Die Kommunikationsfähigkeit<br />
zwischen einem OPC-Client und<br />
einem OPC-UA-Server bleibt aufgrund des<br />
Sercos-Übertragungsverfahrens auch bei<br />
deaktivierter Sercos-Kommunikation<br />
vollkommen erhalten.<br />
www.sercos.de<br />
Antriebstechnik für die vernetzte, hochflexible Anlagenautomatisierung<br />
Unter dem Label „Nord 4.0 Ready“ stellt Nord Drivesystems ein skalierbares Angebot von Antriebssystemen sowie Software bereit. Die<br />
elektrische Antriebstechnik deckt die volle Aufgabenbandbreite ab – vom einfachen Stellantrieb bis zu komplexen vernetzten Systemen.<br />
Die wartungsarme, dezentrale Antriebselektronik ist für Synchron- und Asynchronmotoren bis 22 kW verfügbar. Mit ihren leistungsfähigen<br />
Prozessoren und der integrierten SPS können die Frequenzumrichter komplexe<br />
Abläufe ausführen, autark auf Prozessbedingungen reagieren und selbst Störungen<br />
beheben. Die Umrichter-SPS verarbeitet die Daten angeschlossener Sensoren sowie<br />
Aktoren und übermittelt Antriebs- und Anwendungsdaten in hoher Qualität an den<br />
Leitstand sowie an andere vernetzte Komponenten. Antriebe können für bestimmte<br />
Aufgaben Verbünde bilden und sich z. B. für Drehzahl- oder Lagegleichlauf synchronisieren.<br />
Typische Funktionen wie die Motion-Control-Module der PLCopen sind als<br />
Parametersätze hinterlegt und können bei der Applikationsentwicklung übernommen<br />
werden.<br />
www.nord.com<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 79
PM-Synchronmaschine – hohe<br />
Energieeffizienz auch in Ex-Bereichen?<br />
01 Irreversible Abnahme<br />
der magnetischen Flussdichte<br />
in Abhängigkeit von der<br />
Lagerungstemperatur<br />
Christian Lehrmann, Nijan Yogal<br />
Der permanentmagneterregte Synchronmotor wird<br />
aufgrund der gegenüber der Asynchronmaschine<br />
höheren Energieeffizienz und der besseren<br />
Regel barkeit zukünftig im Bereich der industriellen<br />
Antriebstechnik eine immer weitere Verbreitung<br />
finden. Vorteilhaft wirkt sich hier auch der Aspekt aus,<br />
dass die PM-Synchronmaschine besonders im<br />
Teil lastbereich einen signifikant höheren<br />
Wirkungsgrad als eine Asynchronmaschine gleicher<br />
Bemessungsleistung aufweist.<br />
N<br />
eben den Vorteilen durch die höhere Energieeffizienz kommen<br />
auch Vorteile durch einen im Vergleich zur Asynchronmaschine<br />
geringeren Maschinenstrom bei gleicher abgegebener mechanischer<br />
Leistung hinzu. Dieses gestattet oftmals die Auswahl eines „kleineren“<br />
und günstigeren Frequenzumrichters. Häufig kann die Motorbaugröße<br />
auch eine Baugrößenstufe „kleiner“ ausgewählt werden<br />
als bei Verwendung einer Asynchronmaschine, welches auch eine<br />
Platzersparnis bedeutet und bedingt durch das geringere Massenträgheitsmoment<br />
des Rotors zu zusätzlichen Effizienzsteigerungen<br />
speziell bei hochdynamischen Antrieben führt.<br />
Die permanentmagneterregte Synchronmaschine zeichnet sich<br />
weiterhin dadurch aus, dass der Rotor der Maschine im Bemessungs-<br />
Dr.-Ing. Christian Lehrmann ist Mitarbeiter für Explosionsgeschützte<br />
elektrische Antriebssysteme bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt<br />
(PTB) in Braunschweig<br />
Nijan Yogal ist Mitarbeiter für Explosionsgeschützte elektrische Antriebssysteme<br />
bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig<br />
betrieb mit statorfrequenzsynchroner Drehzahl keine von Strömen<br />
mit Grundschwingungsfequenz durchflossenen Teile enthält und<br />
somit auch nicht zu der gesamten Grundschwingungsmaschinenverlustleistung<br />
beiträgt. Die Wärme- und Verlustquellen sind bei diesem<br />
Maschinentyp überwiegend im Stator lokalisiert, was sich zum<br />
einen positiv auf die Kühlungseigenschaften oberflächengekühlter<br />
Maschinen auswirkt, zum anderen auch einen sicheren Motorschutz<br />
über Temperatursensoren in der Statorwicklung ermöglicht.<br />
Der sicheren Begrenzung der Maschinentemperatur kommt bei<br />
explosionsgeschützten Antrieben eine essentielle Bedeutung zu,<br />
insbesondere in der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“. Aber auch<br />
in der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ muss die Oberflächen<br />
temperatur des Gehäuses sicher auf einen Wert unterhalb<br />
der Zündtemperatur möglicherweise in der Umgebung auftretender<br />
Gase begrenzt sein. [1] und [2]<br />
Zur weiteren Untersuchung dieser Fragestellung wurden daher<br />
an PM-Synchronmaschinen verschiedener Bemessungsleistungen<br />
im Bemessungsbetrieb und im Überlastfall Erwärmungsmessungen<br />
durchgeführt, deren Ergebnisse und Bedeutung für den sicheren<br />
Betrieb im Folgenden vorgestellt werden sollen:<br />
Betrachtungen zum Explosionsschutz<br />
Um bei einem Motor der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ die<br />
Entstehung wirksamer Zündquellen auszuschließen, müssen, wie<br />
bei der Asynchronmaschine auch, die Temperaturen in Stator und<br />
Rotor [1] und [2] im Normalbetrieb und im Störungsfall bis zum<br />
Abschalten der Motorschutzeinrichtung betrachtet werden. Eine<br />
weitere Temperaturgrenze stellen dabei auch die maximalen Einsatztemperaturen<br />
der Wicklungsisolation, des Klemmenbrettes<br />
und aller am Gehäuse eingesetzten Elastomerdichtungen dar. Bei<br />
staubexplosionsgeschützten Maschinen (Kategorien 2-D und 3-D)<br />
ist hierbei anstelle der Rotortemperatur die Oberflächentemperatur<br />
des Gehäuses ein begrenzender Faktor. [3]<br />
Neben der IP-Schutzart des Gehäuses, der Ausführung der Wicklung<br />
und den auftretenden Erwärmungen müssen bei der PM-<br />
Synchronmaschine im Gegensatz zur Asynchronmaschine auch die<br />
Rotormagnete einer Betrachtung unterzogen werden. Insbesondere<br />
80 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
ELEKTROMOTOREN<br />
kommt hierbei bei an der Oberfläche montierten Magneten der<br />
über die gesamte Maschinenlebensdauer sicheren Befestigung eine<br />
entscheidende Bedeutung zu. Würde sich ein Magnet während des<br />
Betriebes lösen und dann im Luftspalt der Maschine zerrieben werden,<br />
wäre eine wirksame Zündquelle durch mechanische Reibund<br />
Schlagfunken nicht mehr auszuschließen.<br />
Eigenschaften der Rotormagnete<br />
Neben der mechanischen Befestigung muss aber auch eine thermische<br />
Überlastung des Magnetmaterials auch im Störungsfall verhindert<br />
werden. Hierdurch kommt es ab einer materialabhängigen<br />
Temperaturgrenze zu einer irreversiblen Entmagnetisierung, d. h.<br />
zu einer Abnahme der Koerzitivfeldstärke des Magneten. Bei der<br />
Auslegung der Maschine sind hierbei auch die durch den Umrichterbetrieb<br />
verursachten Oberschwingungsverluste im Magnetmaterial<br />
zu berücksichtigen, wobei diese Thematik ausführlich in den Literaturstellen<br />
[4] und [5] beschrieben wird und hier daher nicht mehr<br />
im Detail aufgegriffen wird.<br />
Nun kann für das maximale Drehmoment (Kippmoment) der<br />
PM-Synchronmaschine in erster Näherung allgemein geschrieben<br />
werden:<br />
M kipp<br />
=k ∙ Φ ∙ Î Stator<br />
Wobei hier der Wert k eine maschinenspezifische Konstante ist und<br />
Φ für den durch die Permanentmagnete hervorgerufenen magnetischen<br />
Fluss steht.<br />
Aus diesem Zusammenhang lässt sich ableiten, dass bei einer<br />
Entmagnetisierung der Rotormagnete, also einer Verringerung des<br />
magnetischen Flusses, zum Aufbringen eines konstanten Drehmomentes<br />
ein höherer Maschinenstrom notwendig wird. Dieses<br />
führt dann über die ohmschen Statorwicklungsverluste wiederum<br />
zu einer noch höheren Erwärmung welche die Entmagnetisierung<br />
weiter beschleunigen würde.<br />
Zwar sollte ein korrekt ausgelegter Maschinenschutz diesen Störungsfall<br />
erkennen und die Entstehung einer Zündquelle vermeiden,<br />
der Motor wäre aber unbrauchbar geworden und der Rotor<br />
müsste ausgetauscht oder, wenn möglich, durch den Hersteller<br />
wieder aufmagnetisiert werden, um die ursprünglichen Maschineneigenschaften<br />
wieder herzustellen.<br />
Zum sicheren Betrieb der Maschine in explosionsgefährdeten<br />
Bereichen müssen neben den Zündquellen „heiße Oberfläche“<br />
und „elektrische Entladungen“ auch die Zündquelle „mechanische<br />
Reib- und Schlagfunken“ betrachtet werden, so dass für die Prüfung<br />
und Zertifizierung derartiger Maschinen gemäß Richtlinie<br />
4/9/EG zusätzlich auch die folgenden Punkte betrachtet werden<br />
müssen:<br />
n die sichere Befestigung der Magnete auf bzw. im Rotor,<br />
n das Korrosionsverhalten der Magnete / nötige Korrosionsschutzmaßnahmen<br />
und<br />
n die Einsatztemperaturgrenze, bis zu der mit keiner irreversiblen<br />
Änderung der magnetischen Eigenschaften zu rechnen ist<br />
Diese Fragestellungen wurden im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium<br />
geförderten Programms namens Innovation<br />
mit Normen und Standards (INS) in einem Forschungsprojekt zusammen<br />
mit den Herstellern VEM Motors GmbH, Wernigerode<br />
und Bauer Gear Motor GmbH, Esslingen sowie dem Institut für<br />
elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen der Technischen<br />
Universität Braunschweig wissenschaftlich untersucht. Hierbei lag<br />
einer der Schwerpunkte auf der Temperaturbeständigkeit und der<br />
Korrosionseigenschaften der NdFeB – Magneten lagen, einem sehr<br />
häufig in PM-Synchronmaschinen eingesetztem Magnetmaterial.<br />
Um die bei atmosphärischen Bedingungen sehr langsam ablaufenden<br />
Korrosionsprozesse zu beschleunigen, wurden die Magnetproben<br />
in einem Klimaschrank bei einer Temperatur von 90 °C<br />
und 90 % relativer Luftfeuchte für insgesamt 21 Tage gelagert. Vor<br />
der Lagerung, nach 7 Tagen und am Ende nach 21 Tagen wurden<br />
die Magnete aus der Prüfkammer entnommen und der Zustand<br />
der Magnete (Oberfläche und magnetische Eigenschaften) mit<br />
den Referenzwerten vor der Lagerung verglichen. Die magnetischen<br />
Eigenschaften wurden im Rahmen der Messunsicherheit<br />
nicht durch die Korrosion in Folge der Klimalagerung beeinflusst,<br />
Tabelle 1.<br />
Die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften<br />
wurde ebenfalls in einem Klimaschrank untersucht, hierbei jedoch<br />
ohne Luftbefeuchtung. Die Magnetproben wurden hierbei insgesamt<br />
für 14 Tage bei 95 °C, 115 °C, 130 °C oder 150 °C gelagert. Zu<br />
Beginn der Lagerung, nach 7 Tagen und nach 14 Tagen wurden die<br />
magnetischen Eigenschaften der Proben mittels Helmholtz-Spulen<br />
gemessen. Bezogen auf die magnetischen Flussdichten der Proben<br />
vor der Lagerung ist gemäß Bild 01 ab einer Temperatur von 130 °C<br />
eine signifikanten irreversiblen Reduzierung der magnetischen<br />
Flussdichte zu beobachten.<br />
Zusammenfassend betrachtet scheint bei dem hier untersuchten<br />
Magnetmaterial die während der Klimalagerung aufgetretene,<br />
deutlich sichtbare Korrosion der Magnete noch keinen sichtbaren<br />
Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften zu haben. Es konnte<br />
jedoch beobachtet werden, dass bereits bei einer Temperatur von<br />
130 °C eine irreversible Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften<br />
auftritt. Für die Auslegung und den Betrieb der Maschine<br />
folgt daraus, dass diese Grenze für die Temperatur an den Magneten<br />
nicht überschritten werden darf.<br />
Bewertung der Zündquelle „heiße Oberfläche“<br />
Bei den bisher durchgeführten Messungen bestätigte sich erwartungsgemäß,<br />
dass bei der permanentmagneterregten Synchronmaschine<br />
der weit überwiegende Anteil der Maschinenverluste in<br />
den Stromwärmeverlusten der Statorwicklung begründet ist, der<br />
Rest setzt sich aus Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverlusten<br />
im magnetischen Kreis des Stators zusammen.<br />
Die ohmschen Verluste der Statorwicklung lassen sich dabei über<br />
den Statorwicklungswiderstand und den Statorstrom einfach berechnen<br />
und können zusammen mit den Verlusten des magnetischen<br />
Kreises über die Wärmeübergangswiderstände innerhalb<br />
02 Gegenüberstellung<br />
der Verlustaufteilung der<br />
Asynchronmaschine (links)<br />
und der PM-Synchronmaschine<br />
(rechts)<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 81
03 Präparation des Rotors zur Temperaturmessung, Messstellen<br />
„Rotoroberfläche“ (links) und „Magnet“<br />
der Maschine und zur Umgebung zur Abschätzung der Maschinentemperatur<br />
während des Betriebes herangezogen werden.<br />
Bei der Auswertung der an Maschinen unterschiedlicher Bemessungsleistung<br />
sowohl in der PTB als auch bei einem Hersteller von<br />
PM – Synchronmaschinen durchgeführten Messungen ergaben<br />
sich für die Statorwicklungstemperatur, die Rotortemperatur und<br />
die Gehäusetemperatur sehr ähnliche Verläufe in Abhängigkeit der<br />
Drehzahl und des Belastungsdrehmomentes, die für die Maschinen<br />
„A“ und „B“ exemplarisch in den Bildern 04 und 05 sowie zum<br />
Vergleich für die Asynchronmaschine in Bild 06 dargestellt sind.<br />
Die Temperaturmessung am Rotor erfolgte dabei über an der Rotoroberfläche<br />
und in einer Magnettasche eingebrachte Thermoelemente,<br />
die durch die hohl gebohrte Motorwelle nach außen geführt<br />
worden sind (Bild 03). Nach dem Abschalten der Maschine wurden<br />
die Thermoelemente mit einem Schreiber verbunden und die Abkühlkurve<br />
zur Extrapolation auf den Abschaltzeitpunkt aufgezeichnet.<br />
Es wurde der höhere Messwert des Thermoelementes an der<br />
Gehäuseoberfläche ausgewertet.<br />
Die Maschinen A und B sind bis auf die Tatsache, dass die Maschine<br />
B allein über Konvektion ohne Lüfter gekühlt wird und für<br />
eine kleinere Bemessungsleistung ausgelegt ist, identisch. Wegen<br />
der alleinigen Kühlung durch freie Konvektion ist der in Bild 05 für<br />
diese Maschine dargestellte thermische Widerstand zur Umgebung<br />
deutlich größer als bei der Maschine A.<br />
Bei der Maschine B wurde wegen des identischen Aufbaus zu<br />
Maschine A und der Tatsache, dass bei allen untersuchten PM-Synchronmaschinen<br />
mit „vergrabenen“ Magneten die Rotortemperatur<br />
immer unterhalb der Statortemperatur lag, auch auf die aufwändige<br />
Präparation des Rotors zur Temperaturmessung verzichtet.<br />
Vor der<br />
Lagerung<br />
Foto Φ / Vs B / T % B<br />
0,00904 1,16699 100<br />
Nach 7 Tagen 0,00901 1,16312 99,67<br />
Nach 21 Tagen 0,00902 1,16441 99,78<br />
Tabelle 1: Ergebnis der Korrosionsversuche an NDFeB – Magneten, [6]<br />
Drehmoment 6,5 8,0 9,55 9,55 9,55 Nm<br />
Leistung 0,1 0,42 1,0 3,0 3,6 kW<br />
Spannung * 28 63 114 296 358 V<br />
Strom 5,2 5,9 7,0 7,0 7,0 A<br />
Frequenz 5 16,66 33,33 100 120 Hz<br />
Drehzahl 150 500 1000 3000 3600 min -1<br />
Betriebsart S 1<br />
Thermische<br />
Klasse<br />
155 (F)<br />
* Grundschwingungsspannung<br />
Tabelle 2: Angaben im Datenblatt für die Maschine A<br />
Bei der Maschine C handelt es sich um eine Asynchronmaschine,<br />
die hier zu Vergleichszwecken ebenfalls untersucht wurde.<br />
Bei der in Bild 06 dargestellten Auswertung für Maschine C fällt<br />
sofort auf, dass hier die Temperatur des Läufers oberhalb der Frequenz<br />
5 Hz, bei der die Maschine mit stark reduziertem Dremoment<br />
betrieben wurde, im Gegensatz zur PM-Synchronmaschine<br />
am höchsten liegt. Das ist ein eindeutiges Indiz für die bei der<br />
Asynchronmaschine auch erwartete, im Rotor entstehende belastungsabhängige<br />
Verlustleistung.<br />
Des Weiteren konnte bei den Untersuchungen gezeigt werden,<br />
dass bei Einhaltung der vom Hersteller des Motors festgelegten<br />
Bemessungsdaten weder im Stator noch im Rotor der Maschine<br />
mit unzulässigen, den Explosionsschutz in Frage stellenden Erwärmungen<br />
zu rechnen ist und auch der hier angenommene<br />
Störungsfall (Überlastung des Motors) über den Kaltleiter sicher<br />
erkannt und der Motor problemlos zu schützen ist.<br />
Schutzkonzept für PM-Synchronmaschinen<br />
Aufgrund der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen erwies<br />
sich das bereits in [7] im Detail beschriebene Schutzkonzept für<br />
die explosionsgeschützte, umrichtergespeiste Asynchronmaschine<br />
auch für die umrichtergespeiste permanentmagneterregte Synchronmaschine<br />
als geeignet und wurde bei den bereits erstellten<br />
EG-Baumusterprüfbescheinigungen angewandt.<br />
Den Kern des Konzeptes stellt dabei die drehzahlvariable Strombegrenzung<br />
des Umrichters dar, wodurch der bei eigenbelüfteten<br />
Maschinen mit der Drehzahl abnehmenden Kühlung Rechnung<br />
getragen wird. Aufgrund der Wärmekapazitäten der Maschine sind<br />
kurzzeitige Überlastungen möglich, bei den hier betrachteten Maschinen<br />
wird der 1,5-fache Maschinenstrom für maximal eine Minute<br />
zugelassen. Besteht die Überlastung länger, erfolgt durch den<br />
Umrichter eine Abschaltung des Antriebes. Überströme zwischen<br />
dem 1,05-fachen Bemessungsstrom und dem 1,49-fachen Bemessungsstrom<br />
werden über das I²t – Verhältnis länger zugelassen.<br />
In Tabelle 2 sind beispielhaft für die Maschine „A“ die für den<br />
sicheren Betrieb einzuhaltenden Parameter zusammengestellt. Die<br />
Angaben sind dem Datenblatt zur EG-Baumusterprüfbescheinigung<br />
für diese Maschine entnommen. Zusammengefasst kann die<br />
am Frequenzmrichter einzustellende drehzahlvariable Strombegrenzung<br />
in einem einfachen Diagramm dargestellt werden, welches<br />
auch im Datenblatt der Maschine enthalten ist, Bild 07.<br />
Zusätzlich zur Stromüberwachung über den Umrichter ist zur<br />
Zeit zusätzlich noch eine Temperaturüberwachung der Maschine<br />
z. B. mit in den Statorwicklungssträngen eingebetteten Kaltleiterfühlern<br />
zusammen mit einem gemäß Richtlinie 94/9/EG funktionsgeprüftem<br />
Auswertegerät erforderlich.<br />
Ein weiterer positiver Aspekt der direkten Temperaturüberwachung<br />
ist auch das Erkennen eines Ausfalls der Kühlung, z. B.<br />
durch verstopfte Lüftungsöffnungen.<br />
Die Forderung nach der zusätzlichen Temperaturüberwachung<br />
ist darin begründet, da die Stromüberwachungsfunktion des Umrichters<br />
im Regelfall nicht funktionsgeprüft im Sinne der Richtlinie<br />
4/9/EG ist und eine Zertifizierung insbesondere auch bei späteren<br />
Softwareänderungen durch den Umrichterhersteller einen<br />
sehr hohen Aufwand bedeuten würde. [8]<br />
Wegen der fehlenden Zertifizierung muss bei der Fehlerfallbetrachtung<br />
für die Gerätekategorie 2G (Einsetzbar in den Zonen 1<br />
und 2, gasexplosionsgefährdete Bereiche) sowie 2D (Einsetzbar in<br />
den Zonen 21 und 22, staubexplosionsgefährdete Bereiche) die<br />
Stromüberwachung des Umrichters als nicht vorhanden angesehen<br />
werden und der Motor neben dem Betrieb mit Bemessungsdaten<br />
auch bis zum Ansprechen der Kaltleiter mit Überlast betrieben<br />
werden. Praktisch wird für diesen Versuch die Stromgrenze des Umrichters<br />
auf einen Wert deutlich über dem Bemessungsstrom eingestellt,<br />
der während des Überlastversuches sicher nicht erreicht wird.<br />
Nach dem Ansprechen der Kaltleiter ist dann zu überprüfen, dass<br />
kein der äußeren explosionsfähigen Atmosphäre zugängliches Ma<br />
82 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
ELEKTROMOTOREN<br />
04 Ergebnisse des Motors bei Maschine „A“ 06 Ergebnisse des Motors bei der Asynchronmaschine „C“<br />
05 Ergebnisse des Motors bei der allein über freie Konvektion<br />
gekühlten Maschine „B“<br />
schinenteil die später bescheinigte Temperaturklasse überschreitet.<br />
Für den Staubexplosionsschutz darf kein Gehäuseteil sowie die Welle<br />
die maximal zulässige Oberflächentemperatur überschreiten. Eine<br />
weitere Bedingung ist, dass die zulässigen Temperaturgrenzen der<br />
Statorwicklungsisolation sowie der Dichtungen und sonstiger vorhandener<br />
Isolierstoffteile, z. B. das Klemmenbrett, nicht überschritten<br />
werden. Im Rotor darf es hierbei selbstverständlich auch nicht zu<br />
einer thermischen Schädigung der Magnete kommen.<br />
Der Frequenzumrichter der Maschine wird im Datenblatt nicht<br />
explizit über den Typ festgeschrieben, sondern über die zu erfüllende<br />
Mindestfunktionalität beschrieben. Neben der frequenzvariablen<br />
Stromüberwachung gehören dazu z. B. noch eine Anlaufüberwachung,<br />
wodurch bei dem hier betrachteten Motor eine Abschaltung<br />
erfolgt, wenn die im Datenblatt angegebene Mindestdrehzahl nicht<br />
innerhalb einer ebenfalls angegebenen maximalen Zeitspanne erreicht<br />
wird. Weiterhin muss in diesem Beispiel eine sofortige Abschaltung<br />
bei Überschreiten des 1,5-fachen Motorbemessungsstromes<br />
erfolgen. Dieser starke Stromanstieg spricht für eine massive Überlastung<br />
oder gar für ein Blockieren des Antriebs. Bei einem Versagen der<br />
Umrichterstromüberwachung würde auch dieser Störungsfall über<br />
den Kaltleiter zusammen mit dem nach Richtlinie 94/9/EG zertifiziertem<br />
Auslösegerät erkannt werden.<br />
Zusammenfassung und Ausblick<br />
Auch die sehr energieeffiziente umrichtergespeiste permanentmagneterregte<br />
Synchronmaschine eignet sich in der Zündschutzart „Erhöhte<br />
Sicherheit“ für den sicheren Betrieb in explosionsgefährdeten<br />
Bereichen, wenn die in diesem Beitrag aufgezeigten Randbedingungen<br />
beachtet werden und der Antrieb korrekt ausgelegt worden ist.<br />
Zukünftig ist geplant, auch die direkt am Netz betreibbare „Line Start<br />
PMSM“ sowie die Reluktanzmaschine in die Betrachtungen mit einzubeziehen<br />
und ein entsprechendes Schutzkonzept zu entwickeln.<br />
Die auch direkt am Netz betreibbare PM-Synchronmaschine<br />
unterscheidet sich von den hier betrachteten Maschinen durch das<br />
Vorhandensein des für den Netzanlauf benötigten Rotorkäfigs, in<br />
dem beim asynchronen Lauf (Schlupf s ungleich 0) hohe Verluste<br />
07 Maximal zulässiges Drehmoment für Maschine A in Abhängigkeit<br />
der Drehzahl<br />
entstehen können und auch im Synchronismus die im Rotorkäfig induzierten<br />
Oberschwingungsströme betrachtet werden müssen, wenn<br />
die Maschine am Frequenzumrichter betrieben wird.<br />
Gleiches gilt für einige Bauformen der PM-Synchronmaschine mit<br />
aufgeklebten Rotormagneten, wobei während der Fertigung nach<br />
dem Abdrehen des ursprünglichen Asynchronmaschinen läufers ein<br />
Teil des Käfigs bestehen bleibt.<br />
Bei diesen Maschinenausführungen und auch der Line Start PMSM<br />
muss z. B. der Fehlerfall „asynchroner Lauf“ zusätzlich betrachtet<br />
werden, da hierbei wie bei der Asynchronmaschine auch hohe Stromwärmeverluste<br />
im Rotor auftreten können, die eventuell die Ursache<br />
für unzulässige Temperaturen sind.<br />
Weiterhin ist für die Zukunft zusammen mit Industriepartnern die<br />
Entwicklung eines nach Richtlinie 94/9/EG zertifizierbaren Motorschutzgerätes<br />
für Umrichterbetrieb geplant, welches den Einbau von<br />
Temperatursensoren in die Maschine optional werden lassen würde.<br />
Foto 03: Bauer Gear Motor GmbH<br />
Literaturverzeichnis:<br />
[1] DIN EN 60079-0: 2014, Beuth-Verlag, Berlin<br />
[2] DIN EN 60079-7: 2007, Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 7: Geräteschutz<br />
durch erhöhte Sicherheit „e“, Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 0: Betriebsmittel<br />
– Allgemeine Anforderungen, Beuth-Verlag, Berlin<br />
[3] DIN EN 60079-31: 2014, Explosionsgefährdete Bereiche – Teil 31: Geräte-<br />
Staubexplosionsschutz durch Gehäuse „t“, Beuth-Verlag Berlin<br />
[4] M.Weber, C.Bode, C. Lehrmann: „Betrachtung permanentmagneterregter<br />
Synchronmaschinen unter Explosionsschutzaspekten“, 13. BAM-PTB-Kolloquium,<br />
Braunschweig, 18.-19. Juni 2013<br />
[5] C. Bode, H. May und W.-R. Canders: „Optimized reduction of parasitic eddy<br />
current losses in high speed permanent magnet motors based on 2-D and 3-D<br />
field calculations,“ XV International Symposium on Electromagnetic Fields in<br />
Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering, Funchal, 2011.<br />
[6] N. Yogal, C. Lehrmann: „Study of Magnetic Properties on the Corrosion<br />
Behavior and Influence of Temperature in Permanent Magnet (Nd-Fe-B) used in<br />
PMSM”, XII International Conference on Electric Machines and Drive Systems<br />
November 13-14 2014, Kyoto, Japan<br />
[7] C. Lehrmann: „Über ein Zulassungsverfahren für explosionsgeschützte,<br />
umrichtergespeiste Käfigläufer der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“;<br />
Dissertation Leibniz-Universität Hannover, Shaker-Verlag Aachen 2006<br />
[8] C. Lehrmann: „Umrichtergespeiste Antriebe für den Ex-Bereich“, Bulletin<br />
Electrosuisse, Band 100 (2009), Heft 2, S. 29-33<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 83
Örtlich konzentrierte Mehrmotorenantriebssysteme<br />
– Ein Lösungsansatz für<br />
ganzheitlich modulare Antriebssysteme<br />
Uwe Brückner, Malte Strop, Detmar Zimmer<br />
Elektromechanische Antriebssysteme sind häufig<br />
kundenindividuelle Lösungen. Antriebstechnikhersteller<br />
benötigen daher Konzepte und Methoden,<br />
um diese kostenoptimal trotz einer hohen externen<br />
Variantenvielfalt herzustellen. Mehrmotorenantriebssysteme<br />
stellen einen möglichen Lösungsansatz dar. Ihr Einsatz erfordert<br />
allerdings während der Konzeptions- und Betriebsphase die<br />
Berücksichtigung und gezielte Nutzung der systeminhärenten<br />
Freiheitsgrade, um die Kundenanforderungen hinsichtlich hoher<br />
Energieeffizienz und geringer Lebenszykluskosten zu erfüllen.<br />
01 01 Entwurfskonzept eines<br />
Mehrmotorenantriebs systems (MMDS)<br />
A<br />
ntriebstechnikhersteller agieren in einem schwierigen Marktumfeld.<br />
Auf der einen Seite treten durch eine zunehmende<br />
Globalisierung und die Öffnung lokaler Märkte zusehends neue<br />
Marktteilnehmer auf. Auf der anderen Seite fordern Kunden häufig<br />
Individuallösungen, um ihrerseits Alleinstellungsmerkmale zu<br />
generieren und somit ihre Marktposition sichern zu können. Darüber<br />
hinaus besteht kundenseitig die Erwartung, verstärkt vollständige<br />
System-oder Integrationslösungen anstelle einzelner Komponenten<br />
von Antriebstechnikherstellern beziehen zu können. Diese<br />
Situation spiegelt zwei Top-Trends der Antriebstechnik wieder<br />
und stellt in diesem Umfeld agierende Unternehmen vor große<br />
Herausforderungen [Dec15].<br />
Die erste Herausforderung betrifft die Unternehmensstruktur und<br />
das Produktportfolio. Gegenwärtig sind rund 81 % der in der Branche<br />
tätigen Unternehmen Komponentenhersteller [Dec15]. Es ist daher<br />
erforderlich, das Produktportfolio zu erweitern oder zu restrukturieren,<br />
um zukünftig als Systemanbieter auftreten zu können.<br />
Eine weitere Herausforderung stellt die Vereinbarung der beiden<br />
grundsätzlich gegenläufigen Ziele einer hohen Variantenvielfalt in<br />
der Kundenwahrnehmung (externe Variantenvielfalt) und gleichzeitig<br />
minimaler Komplexitätskosten dar. Es müssen daher Konzepte<br />
Uwe Brückner, M.Sc. und Malte Strop, M.Sc. sind Wissenschaftliche<br />
Mitarbeiter am Lehrstuhl für Konstruktions- und Antriebstechnik (KAt)<br />
der Universität Paderborn<br />
Prof. Dr.-Ing. Detmar Zimmer ist Inhaber des Lehrstuhls für Konstruktionsund<br />
Antriebstechnik (KAt) der Universität Paderborn<br />
erarbeitet werden, die das Auffinden eines optimalen Kompromisses<br />
erlauben.<br />
Die deutschen Antriebstechnikhersteller sind sich dieser Problemstellung<br />
bewusst. Laut der Studie [Dec15] sieht die Brache jedoch<br />
große Hürden in dem Aufbau des notwendigen Know-Hows für Systemlösungen<br />
und in der Anpassung bereits bestehender (Standard-)<br />
Lösungen. Ein möglicher Lösungsansatz zur Bewältigung der Herausforderungen<br />
ist die Modularisierung des Produktport folios.<br />
Durch diese Maßnahme können kundenindividuelle Lösungen auf<br />
Basis einer hohen externen Variantenvielfalt realisiert werden.<br />
Gleichzeitig können Komplexitätskosten durch eine Reduktion der<br />
im anbietenden Unternehmen zu organisierenden Variantenvielfalt<br />
(interne Variantenvielfalt) minimiert werden [Ble11; Sch15; SLM13].<br />
Gegenwärtig sind elektromechanische Antriebssysteme häufig<br />
als Einzelmotorantriebssysteme (engl. Single-Motor Drive Systems<br />
– SMDS) bestehend aus einem Motor, zugehöriger Leistungselektronik<br />
und einem Getriebe konzipiert. Wird der Modularitätsgedanke<br />
konsequent verfolgt, um kundenindividuelle Lösungen zu<br />
realisieren und dem Wunsch nach hoher Effizienz und geringen<br />
Lebenszykluskosten Rechnung zu tragen, so kann dies zu Mehrmotorenantriebssystemen<br />
(engl. Multi-Motor Drive Systems – MMDS)<br />
führen. Sie stellen einen konkreten Lösungsansatz dar, um den<br />
zuvor beschriebenen Herausforderungen zu begegnen. Ihr Einsatz<br />
erfordert aufgrund der systeminhärenten Freiheitsgrade allerdings<br />
ein Umdenken während der Konzeptions- und Betriebsphase.<br />
In diesem und zwei nachfolgenden Beiträgen werden MMDS, ihre<br />
inhärenten Freiheitsgrade und konkrete Ansätze zu deren gezielter<br />
Nutzung vorgestellt. MMDS stellen eines der Hauptforschungsfelder<br />
des Lehrstuhls für Konstruktions- und Antriebstechnik (KAt) der<br />
Universität Paderborn dar. Die vorgestellten Informationen reprä-<br />
84 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
MEHRMOTORENANTRIEBSSYSTEME<br />
sentieren sowohl die Ergebnisse mehrjähriger Forschungsaktivitäten<br />
als auch einen Überblick über den aktuellen Stand und zukünftige<br />
Ziele der Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet.<br />
Aufbau und Struktur<br />
von Mehrmotorenantriebssystemen<br />
Mehrmotorenantriebssysteme sind definiert als die Kombination<br />
von zwei oder mehr Motoren, die gemeinsam einen Arbeitsprozess<br />
antreiben und sich aufgrund ihrer Verkopplung in ihrem Betriebsverhalten<br />
gegenseitig beeinflussen [SHZ14]. Sofern vorhanden, zählen<br />
alle elektrischen, elektronischen und mechanischen Elemente,<br />
die am Leistungsfluss von dem elektrischen Versorgungsnetz bis zu<br />
dem Arbeitsprozess beteiligt sind, zu dem MMDS (Bild 02).<br />
Das Gesamtsystem kann in die folgenden fünf Bereiche untergliedert<br />
werden:<br />
n Das elektrische Versorgungsnetz stellt die Energiequelle – und im<br />
Falle eines rückspeisefähigen Systems ebenfalls die Energiesenke<br />
– des MMDS dar.<br />
n Der Bereich der Elektronik umfasst alle Elemente, die die von<br />
dem elektrischen Versorgungsnetz bereitgestellte Energie transformieren<br />
sowie die Komponenten der Datenverarbeitung und<br />
der Regelung. Es können sowohl Einzelumrichter für jeden Motor<br />
als auch modulare Frequenzumrichterbaureihen aus getrennten<br />
Gleichrichter- und Wechselrichtermodulen verwendet werden.<br />
Die Datenverarbeitung und die Regelung werden durch eine SPS,<br />
eine Soft-SPS, ein übergeordnetes Computersystem oder eine<br />
Kombination dieser Komponenten übernommen.<br />
n Die Motoren können elektrische Maschinen beliebiger Bauweise<br />
und beliebiger Leistungsklasse sein. Innerhalb eines MMDS können<br />
unterschiedliche Maschinenbauweisen und Leistungsklassen<br />
miteinander kombiniert werden.<br />
n Das mechanische Übertragungsglied verkoppelt die Motoren des<br />
MMDS miteinander. Dabei ist zu beachten, dass dieses nicht<br />
zwangsläufig als Getriebe ausgeführt sein muss.<br />
n Der Arbeitsprozess wird von dem MMDS angetrieben. Im allgemeinen<br />
Fall wird es sich um einen leistungsvariablen Arbeitsprozess<br />
handeln, bei dem während der Prozesszeit sowohl Drehmoment als<br />
auch Drehzahl variieren.<br />
In Abhängigkeit des mechanischen Übertragungsgliedes lassen<br />
sich die drei Verkopplungsarten<br />
n mechanisch starre Kopplung,<br />
n mechanisch elastische Kopplung und<br />
n technologische Kopplung<br />
unterscheiden [SHZ14; JBM06]. Eine mechanisch starre Kopplung<br />
liegt vor, wenn eine Approximation der gegenseitigen Beeinflussung<br />
der Motoren durch ein reines Proportionalverhalten möglich<br />
ist. Bei einer mechanisch elastischen Kopplung hingegen muss die<br />
gegenseitige Beeinflussung der Motoren durch ein ausgeprägtes<br />
PT n<br />
-Verhalten (Proportionalverhalten mit Verzögerungsanteil n-ter<br />
Ordnung) berücksichtigt werden. Eine technologische Kopplung<br />
wiederum liegt dann vor, wenn keine direkte mechanische Beeinflussung<br />
der Motoren stattfindet, sondern eine Kopplung auf informationeller<br />
Ebene existiert, wie sie z. B. bei Gelenkarmrobotern mit<br />
einem Motor je Bewegungsachse auftritt.<br />
Aufgrund dieser Definition gibt es viele unterschiedliche Ausprägungen<br />
von MMDS, die für verschiedenste Arbeitsprozesse geeignet<br />
sind. Häufig wird das mechanische Übertragungsglied ein Summa-<br />
02 Schematische Struktur eines allgemeinen MMDS<br />
tionsgetriebe sein, womit eine mechanisch starre Kopplung der<br />
Motoren vorliegt. Weiterhin werden für viele industrielle Arbeitsprozesse<br />
vornehmlich Asynchronmaschinen verwendet werden.<br />
Dieser Antriebssystemaufbau wird den Großteil der industriellen<br />
Anwendungen abdecken. Daher liegt der Fokus dieser Beitragsreihe<br />
auf derartigen Systemen.<br />
Systeminhärente Freiheitsgrade<br />
Aufgrund ihrer Struktur besitzen MMDS gegenüber SMDS erweiterte<br />
systeminhärente Freiheitsgrade, die sowohl während der<br />
Konzeptionsphase als auch während des Betriebs berücksichtigt<br />
werden müssen. Die Freiheitsgrade in der Konzeptionsphase betreffen<br />
hauptsächlich die Auswahl der zu verwendenden Komponenten.<br />
Das folgende Gedankenexperiment soll diese Freiheitsgrade<br />
veranschaulichen.<br />
Plant ein Antriebstechnikhersteller eine neue Antriebssystembaureihe<br />
mit den Nennleistungen 1 x P n<br />
und 2 x P n<br />
, so sieht das<br />
konventionelle Vorgehen für die Konzeption einer SMDS-Baureihe<br />
die Auswahl von zwei Motoren entsprechender Nennleistungen,<br />
die Auswahl der motorspezifischen Leistungselektronik und die<br />
Konzeption von zwei Getrieben vor.<br />
Wird dieselbe Baureihe hingegen unter Berücksichtigung eines<br />
MMDS-Konzeptes geplant, so werden während der Konzeptionsphase<br />
ein Motor der Nennleistung 1 x P n<br />
und ein entsprechender<br />
Frequenzumrichter ausgewählt. Zusätzlich wird ein Getriebe konzipiert,<br />
welches in zwei Varianten – mit einer oder mit zwei Eingangswellen<br />
– gefertigt werden kann (Bild 03). Die Eingangswellen<br />
und die Ausgangswelle sind dabei für beide Getriebevarianten<br />
identisch. Über das gesamte Produktportfolio hinweg muss durch<br />
eine geeignet gewählte Stufung der Baureihen sichergestellt werden,<br />
dass modularitätsbedingte Überdimensionierungen mechanischer<br />
Bauteile in möglichst geringem Umfang auftreten.<br />
Beide Ansätze sind in der Lage, die geforderte externe Variantenvielfalt<br />
bereitzustellen. Es ist allerdings ersichtlich, dass bei Verwendung<br />
des MMDS-Konzeptes eine geringere interne Variantenvielfalt<br />
und ein höherer Gleichteilegrad innerhalb der Baureihe entstehen.<br />
Hieraus resultieren für den Antriebstechnikhersteller Kostenvorteile<br />
n im Einkauf aufgrund von Skaleneffekten,<br />
n in der Produktion und Logistik aufgrund von bekannten und<br />
standardisiert handhabbaren Komponenten,<br />
n im Vertrieb durch eine gesteigerte Konfigurationsfähigkeit der<br />
Produkte und eine erhöhte Liefertreue<br />
n sowie in der internen Organisation der Leistungserstellung durch<br />
ein vereinfachtes Produktdatenmanagement.<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 85
Auf der Kundenseite entstehen Vorteile aufgrund eines vereinfachten<br />
Ersatzteilmanagements und folglich durch eine gesteigerte<br />
Verfügbarkeit des Antriebssystems.<br />
Die Auswirkungen dieser Freiheitsgrade der Konzeptionsphase<br />
sind nur schwer allgemein zu quantifizieren und werden in der<br />
Praxis von unterschiedlichsten Faktoren abhängen. So werden<br />
beispielsweise bestehende Geschäftsbeziehungen sowie vorhandene<br />
Erfahrungen mit bestimmten Technologien einen Einfluss<br />
auf die Zusammenstellung der MMDS-Komponenten haben. Eine<br />
quantitative Aussage über die Auswirkungen auf die Kostenstruktur<br />
eines Antriebstechnikherstellers lässt sich nur anhand eines<br />
konkreten Anwendungsfalls treffen. Aus diesem Grund soll das<br />
obige Gedankenexperiment ausschließlich die Grundidee dieser<br />
Freiheitsgrade verdeutlichen. Im Folgenden wird der Fokus auf<br />
den Freiheitsgraden der Betriebsphase liegen.<br />
Während der Auslegung eines konventionellen SMDS wird durch<br />
die Berücksichtigung von Überlastfaktoren und Lastannahmen<br />
sichergestellt, dass das Antriebssystem das maximal zu erwartende<br />
Drehmoment oder die maximal zu erwartende Prozessleistung<br />
sicher generieren kann. Zusätzlich wird über Lastkollektive, thermisch-äquivalente<br />
und schädigungsäquivalente Drehmomente abgesichert,<br />
dass weder Getriebe noch Motor über ihre Grenzen hinaus<br />
belastet werden. Wird ein derartig ausgelegtes SMDS eingesetzt, so<br />
kann jeder sich während des leistungsvariablen Arbeitsprozesses<br />
einstellende Arbeitspunkt sicher realisiert werden.<br />
Wird für denselben Arbeitsprozess unter Berücksichtigung derselben<br />
Überlastfaktoren, Lastannahmen und äquivalenten Drehmomente<br />
ein MMDS ausgelegt, so ist ebenfalls sichergestellt, dass jeder<br />
Arbeitspunkt realisiert werden kann. Im Gegensatz zu einem SMDS<br />
muss in diesem Fall jedoch berücksichtigt werden, dass die Antriebsleistung<br />
des MMDS die Summe mindestens zweier Motorleistungen<br />
ist. Aufgrund dieser, aus der Struktur eines MMDS resultierenden<br />
Situation, liegt keine eindeutige Zuordnung mehr zwischen Arbeitsprozess-Arbeitspunkt<br />
und Motor-Arbeitspunkt vor (Bild 04).<br />
Der dargestellte Arbeitsprozess erfordert ein Drehmoment von<br />
50 Nm bei einer Drehzahl von 150 l/min. Aus Sicht des gesamten<br />
MMDS entspricht dieser Arbeitspunkt dem am Getriebe abtriebsseitig<br />
auftretenden Arbeitspunkt. Durch das Getriebe wird dieser<br />
auf den antriebsseitigen Arbeitspunkt mit 5 Nm Drehmoment und<br />
einer Drehzahl von 1 500 1/min transformiert. Für ein SMDS würde<br />
dieser Arbeitspunkt dem Motorarbeitspunkt entsprechen. Das<br />
MMDS besitzt jedoch zwei Motoren, sodass keine eindeutige Zuordnung<br />
zwischen dem Arbeitspunkt und den Motorarbeitspunkten<br />
besteht. Stattdessen liegt eine Lösungsmenge von Motorarbeitspunkten<br />
vor, die alle den Arbeitsprozess sicher erfüllen, solange für<br />
das betrachtete Beispiel die Nebenbedingung<br />
erfüllt ist. Somit liegt für diese Art von Antriebssystemen ein bei<br />
SMDS unbekannter Freiheitsgrad vor, der als Drehmomentverteilung<br />
bezeichnet wird.<br />
Eine weitere Fragestellung ergibt sich, sobald für die Realisierung<br />
des aktuell vorliegenden Arbeitspunktes nicht alle MMDS-<br />
Motoren benötigt werden. Der antriebsseitige Arbeitspunkt kann<br />
sowohl durch die alleinige Verwendung von Motor 1 (T 1<br />
= 8 Nm;<br />
Nenndrehmoment) als auch durch die alleinige Verwendung von<br />
Motor 2 (T 2<br />
= 5 Nm; Nenndrehmoment) realisiert werden. Die<br />
kombinierte Nutzung beider Motoren ist nicht zwingend erforderlich.<br />
Soll nur ein Motor genutzt werden, so kann der jeweils nicht<br />
benötigte Motor elektrisch abgeschaltet werden. Bei Verwendung<br />
von Asynchronmaschinen sind dabei unter der elektrischen Abschaltung<br />
die vollständige Entmagnetisierung des Motors sowie<br />
gegebenenfalls die Deaktivierung des dem Motor zugeordneten<br />
Wechselrichtermoduls zu verstehen. Durch diese Maßnahme können<br />
im Motor entstehende Verluste vermieden und die Auslastung<br />
der noch aktiv am Leistungsfluss beteiligten Komponenten erhöht<br />
werden. Sobald der Leistungs- bzw. der Drehmomentbedarf des<br />
Arbeitsprozesses wieder ansteigt, kann der zuvor abgeschaltete<br />
Motor erneut zugeschaltet werden. Diese Eigenschaft eines MMDS<br />
stellt einen weiteren Freiheitsgrad dar; die sogenannte elektrische<br />
Rekonfigurierbarkeit (Bild 05). Sie erlaubt die zur Verfügung gestellte<br />
Nennleistung dem zeitlichen Verlauf der Arbeitsprozessanforderungen<br />
anzupassen.<br />
Wann immer einer der Motoren eines MMDS elektrisch temporär<br />
abgeschaltet wird, wechselt er von einem treibenden in einen getriebenen<br />
Zustand und stellt in dem Antriebssystem somit eine passive<br />
Massenträgheit dar. Diese Situation kann erwünscht sein, sofern<br />
durch das Mitschleppen der Massenträgheit prozessbedingte Drehmomentstöße<br />
in dem Antriebssystem reduziert werden können<br />
oder der Rotor des Motors als kinetischer Energiespeicher genutzt<br />
werden soll. Die Situation kann allerdings auch unerwünscht sein,<br />
da der Rotor und der gesamte mechanische Antriebsstrang von der<br />
Motorwelle bis zu der Verzahnung mit dem Getriebesammelrad<br />
weiterhin mitlaufen und somit Verluste erzeugen, jedoch nicht zum<br />
Leistungsfluss beitragen. Durch eine geeignete Getriebekonstruktion<br />
oder die Verwendung schaltbarer Maschinenelemente kann in diesem<br />
Fall eine Entkopplung des mechanischen Teils des Antriebsstrangs<br />
von den am Leistungsfluss aktiv beteiligten Komponenten<br />
des Antriebssystems realisiert werden. Diese Eigenschaft eines<br />
MMDS stellt den dritten Freiheitsgrad dar; die sogenannte mechanische<br />
Rekonfigurierbarkeit (Bild 05).<br />
Die während des Betriebs eines MMDS relevanten Freiheitsgrade<br />
n der Drehmomentverteilung<br />
n der elektrischen Rekonfigurierbarkeit und<br />
n der mechanischen Rekonfigurierbarkeit<br />
stellen eine Erweiterung der Nutzungsmöglichkeiten eines<br />
MMDS gegenüber einem SMDS dar. Sie ermöglichen es, das Betriebsverhalten<br />
eines MMDS gezielt einzustellen. Ziel der Forschungsaktivitäten<br />
am KAt ist es, sich hieraus ergebende Anwendungspotentiale<br />
nutzbar zu machen und Anwendungsgrenzen zu<br />
identifizieren. Obwohl MMDS seit langem bekannt sind und vielfach<br />
industriell genutzt werden, werden die beschriebenen Freiheitsgrade<br />
während des Betriebs in der Regel nicht genutzt. Bisherige<br />
Forschungsarbeiten konzentrierten sich vor allem auf die<br />
Synchronisation der Motordrehmomente oder die Gleichlaufregelung<br />
der Motoren [JBM06; Jos14; Odn15]. Es sind nur vereinzelte<br />
Ansätze bekannt, die die beschriebenen Freiheitsgrade einzeln<br />
oder in Kombination nutzen [Ber15; BTS15; TLH14]. Industrielle<br />
Anwendungen, in denen Asynchronmaschinen und eine Kombination<br />
von asymmetrischer Drehmomentverteilung, elektrischer<br />
und mechanischer Rekonfigurierbarkeit zum Einsatz kommen,<br />
sind allgemein nicht bekannt.<br />
Vorteile durch eine gezielte Nutzung der systeminhärenten<br />
Freiheitsgrade<br />
Durch eine gezielte Nutzung der inhärenten Freiheitsgrade bieten<br />
MMDS einen großen Spielraum, um das Betriebsverhalten optimal an<br />
die Anforderungen des Anwenders anzupassen. Das Optimum wird<br />
dabei durch die Einhaltung eines Optimalitätskriteriums bestimmt,<br />
dass durch den Anwender selbst definiert werden muss. Beispielsweise<br />
bieten MMDS die Möglichkeit, einzelne Antriebsstränge – von dem<br />
Einspeise-Gleichrichtermodul bis zu der Verzahnung des Getriebesammelrads<br />
– gezielt auszulasten und somit die Lebensdauer des Antriebssystems<br />
positiv zu beeinflussen. Eine andere Möglichkeit besteht<br />
in der Abbildung kalter, warmer oder heißer Redundanzen und der<br />
damit verbundenen Steigerung der Ausfallsicherheit.<br />
86 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
MEHRMOTORENANTRIEBSSYSTEME<br />
Das am häufigsten geforderte Optimalitätskriterium wird jedoch<br />
die Kombination aus hoher Energieeffizienz und geringen Lebenszykluskosten<br />
sein. Geringe Lebenszykluskosten können bereits<br />
durch die gezielte Freiheitsgradnutzung in der Konzeptionsphase<br />
begünstigt werden. Durch eine entsprechend strukturierte MMDS-<br />
Baureihe mit einem hohen Gleichteilegrad kann sichergestellt<br />
werden, dass ein Antriebssystem kundenseitig minimale Kosten<br />
im Ersatzteilmanagement bei gleichzeitig maximaler Verfügbarkeit<br />
erzielt. Darüber hinaus können durch viele Gleichteile über alle<br />
Varianten der Baureihe hinweg Arbeitsschritte in der Montage und<br />
Inbetriebnahme vereinfacht und standardisiert werden.<br />
Die gezielte Nutzung der Freiheitsgrade während des Betriebs<br />
des MMDS kann darüber hinaus zu geringen Lebenszykluskosten<br />
beitragen. Insbesondere lässt sich durch die drei Freiheitsgrade<br />
Drehmomentverteilung, elektrische und mechanische Rekonfigurierbarkeit<br />
die Energieeffizienz beeinflussen.<br />
Der Wirkungsgrad jeder Komponente eines Antriebssystems und<br />
folglich der Wirkungsgrad des Gesamtsystems ist eine Funktion des<br />
Arbeitspunktes und der Komponentenauslastung. Den größten<br />
Einfluss auf die Energieeffizienz des Gesamtsystems werden die<br />
Wirkungsgrade der Motoren haben, welche sich teilweise signifikant<br />
in Abhängigkeit der Maschinenauslastung ändern können<br />
[Fis06]. Während bei einem SMDS die Motorauslastung direkt mit<br />
dem Arbeitsprozess-Arbeitspunkt verkoppelt ist, ist dieser Zusammenhang<br />
bei einem MMDS weitestgehend aufgebrochen. Durch<br />
eine gezielte asymmetrische Verteilung des Arbeitsprozessdrehmoments<br />
auf die unterschiedlichen Motoren kann für jeden Arbeitspunkt<br />
das unter den gegebenen Randbedingungen erreichbare<br />
globale Optimum des Gesamtsystemwirkungsgrads eingestellt<br />
werden. Darüber hinaus können einzelne Motoren temporär elektrisch<br />
abgeschaltet und Antriebsstränge temporär mechanisch<br />
entkoppelt werden, sofern der leistungsvariable Arbeitsprozess<br />
dies erlaubt. Durch diese Maßnahmen lassen sich weitere Verluste<br />
vermeiden und der Gesamtsystemwirkungsgrad positiv beeinflussen.<br />
Zu prüfen ist in diesem Kontext, ob durch die modularitätsbedingte<br />
Reduktion der Motorbaugröße oder durch die modularitätsbedingte<br />
Überdimensionierung mechanischer Komponenten<br />
Effizienzeinbußen gegenüber einer speziell auf den konkreten<br />
Anwendungsfall ausgelegten Individuallösung auftreten und ob<br />
diese durch Modularitätsvorteile kompensiert oder überkompensiert<br />
werden können.<br />
Die Betrachtung zeigt, dass die Freiheitsgrade eines MMDS<br />
von der Konzeptions- bis zu der Betriebsphase genutzt werden<br />
können, um einen erweiterten Anwendernutzen zu generieren.<br />
Insbesondere während des Betriebs können die Freiheitsgrade<br />
gezielt eingesetzt werden, um ein Maximum der Energieeffizienz<br />
zu erzielen. Im Umkehrschluss zeigt sie jedoch auch, dass wenn<br />
durch eine geeignete Nutzung ein Maximum erreicht werden<br />
kann, kann durch eine falsche Nutzung oder eine Nichtberücksichtigung<br />
der Freiheitsgrade ein Minimum und somit ein un erwünschtes<br />
Betriebsverhalten erzielt werden. Mit welchen Methoden eine gezielte<br />
Nutzung der Freiheitsgrade im Betrieb realisiert und unerwünschte<br />
Betriebszustände vermieden werden können, wird in den zwei<br />
nachfolgenden Beiträgen dieser Reihe anhand einer detaillierten<br />
Betrachtung der einzelnen Freiheitsgrade erläutert. Für diesen ersten<br />
Beitrag soll die allgemeine Formulierung des Grundgedankens der<br />
Freiheitsgradnutzung ausreichen.<br />
Anforderungen an<br />
ein Mehrmotorenantriebssystem<br />
Die vorausgegangenen Überlegungen haben gezeigt, dass ein<br />
MMDS über mehr Freiheitsgrade verfügt als ein herkömmliches<br />
SMDS und dass diese gezielt genutzt werden müssen, um unerwünschte<br />
Betriebszustände zu vermeiden und einen zusätzlichen<br />
03 Gegenüberstellung der internen und der externen Variantenvielfalt<br />
bei Verwendung eines SMDS- und eines MMDS-Konzeptes<br />
04 Visualisierung des Freiheitsgrads der Drehmomentverteilung<br />
05 Unterscheidung der elektrischen und der mechanischen<br />
Rekonfigurierbarkeit<br />
Anwendernutzen zu generieren. Diese Eigenschaft führt allerdings<br />
zu einer gesteigerten Komplexität des Antriebssystems, welche sowohl<br />
Auswirkungen auf die Konzeptionsphase als auch auf die Betriebsphase<br />
hat.<br />
Die Komplexität während der Konzeptionsphase ist maßgeblich<br />
dadurch bestimmt, dass auf konsistente Schnittstellen zwischen<br />
den MMDS-Komponenten geachtet und die Stufung einer Baureihe<br />
oder eines Baukastens geeignet festgelegt werden muss. Die Beherrschung<br />
dieser Komplexität ist Aufgabe des Antriebstechnikherstellers.<br />
Die Lösung der Aufgabe ist abhängig von dem Marktumfeld, den<br />
Zielkunden und -märkten, bestehenden Geschäftsbeziehungen und<br />
bereits erlangten Erfahrungen mit bestimmten Technologien. Ein<br />
allgemeingültiger Lösungsweg, der für alle Antriebstechnikhersteller<br />
anwendbar ist lässt sich daher nur sehr schwer und auf abstrakte<br />
Weise formulieren. Die folgenden Betrachtungen beschränken sich<br />
daher auf die Betriebsphase eines MMDS.<br />
Die Komplexität während der Betriebsphase resultiert aus den unterschiedlichen<br />
Möglichkeiten, die verfügbaren Freiheitsgrade miteinander<br />
zu kombinieren. Kombinationen, die zu unerwünschten<br />
Betriebszuständen führen, sind dabei zu vermeiden. Diese Aufgabe<br />
muss von dem Antriebstechnikhersteller und dem Kunden gemein-<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 87
06 Normierter Drehmoment- und Drehzahlverlauf eines<br />
exemplarischen Kautschukmischprozesses<br />
sam gelöst werden. Es ist sicherzustellen, dass durch eine geeignete<br />
Konstruktion die MMDS-Freiheitsgrade gewinnbringend genutzt<br />
werden können und die Handhabung der Freiheitsgrade während<br />
der Betriebsphase durch geeignete Werkzeuge unterstützt wird. Aufgabe<br />
des Kunden ist es, die Arbeitsprozesse so detailliert wie möglich<br />
zu kennen und hieraus Optimalitätskriterien abzuleiten, sodass mit<br />
Hilfe der Werkzeuge Betriebsstrategien für das MMDS ermittelt<br />
werden können. In den beiden nachfolgenden Beiträgen dieser<br />
Reihe werden Ansätze aufgezeigt, mit denen eine geeignete Konstruktion<br />
eines MMDS und die Betriebsstrategien zur gezielten Nutzung<br />
der Freiheitsgrade realisiert werden können. Unabhängig von<br />
diesen Methoden lassen sich allerdings allgemeine Anforderungen<br />
an die Betriebsphase eines MMDS formulieren, die für alle MMDS<br />
Gültigkeit besitzen und erfüllt sein müssen, wenn diese Antriebssysteme<br />
eine Marktakzeptanz erreichen sollen.<br />
n Anwendungskomfort<br />
Antriebssysteme werden von ihren Anwendern als Werkzeuge zur<br />
Leistungserstellung betrachtet und sollen möglichst einfach<br />
anzuwenden sein. Konventionelle SMDS erfüllen durch eine<br />
langjährige Entwicklung diesen Anspruch. Nach der Inbetriebnahme<br />
– welche heute bereits teilautomatisiert ist – reicht die Sollwertvorgabe<br />
oder das Einschalten des Antriebssystems aus, um dieses zu<br />
nutzen. MMDS müssen mit diesem Stand der Technik konkurrieren<br />
und mindestens denselben Anwendungskomfort bieten. Aufgrund<br />
der gesteigerten Komplexität durch die zusätzlichen Freiheitsgrade<br />
würden sie ohne Hilfsmittel während der Betriebsphase jedoch<br />
einen Mehraufwand erzeugen, da der Anwender die Freiheitsgrade<br />
permanent koordinieren müsste. Um diesen Mehraufwand zu<br />
vermeiden, muss die Freiheitsgradnutzung während der Betriebsphase<br />
soweit wie möglich automatisiert werden. Eine Erweiterung<br />
dieser Anforderung kann sogar die autonome Nutzung der Freiheitsgrade<br />
durch das Antriebssystem selbst sein.<br />
n Einhaltung bekannter und üblicher Schnittstellen<br />
MMDS müssen konventionelle SMDS in bestehenden Anwendungen<br />
substituieren können oder zumindest bei der Konzeption neuer<br />
Antriebssysteme als Alternative zu SMDS in Betracht gezogen<br />
werden. Folglich müssen von SMDS bekannte und übliche Werte in<br />
den geometrischen Schnittstellen, den Abmessungen und dem<br />
Gewicht eingehalten werden.<br />
Anwendungsbeispiel: Der Kautschukmischprozess<br />
Die detaillierte Betrachtung der einzelnen Freiheitsgrade sowie die<br />
Formulierung der Ansätze zur gezielten Nutzung dieser in den beiden<br />
nachfolgenden Beiträgen wird anhand des durchgängigen Anwendungsbeispiels<br />
des Kautschukmischprozesses in einem Kautschukinnenmischer<br />
betrachtet.<br />
Kautschukinnenmischer werden für die Produktion von Reifen<br />
oder technischen Gummiwaren eingesetzt und besitzen je nach<br />
Ausführung Antriebsleistungen im Bereich von einigen 100 kW bis<br />
zu 7 MW. Das Antriebssystem treibt die in der Mischkammer befindlichen<br />
und gegenläufig rotierenden Knetwellen an. Mit diesen<br />
wird Rohkautschuk mit Synthesekautschuk und Additiven vermischt,<br />
um eine Kautschukmischung mit homogenen Produkteigenschaften<br />
und somit ein Halbzeug für die nachfolgenden Produktionsschritte<br />
herzustellen [Hof01; Sch98]. Der Mischprozess<br />
findet in unterschiedlichen Phasen statt, die beispielsweise durch<br />
das Aufbrechen des Rohmaterials oder durch eine gezielte Temperaturführung<br />
gekennzeichnet sind. Aufgrund der Prozessführung<br />
und der chemischen Reaktionen innerhalb des Mischgutes zeigt<br />
der Prozess sowohl eine variierende Drehzahl als auch ein stark<br />
variierendes Drehmoment. Bild 06 zeigt anhand einer exemplarischen<br />
Messreihe den normierten Drehmoment- und Drehzahlverlauf<br />
eines typischen Mischprozesses.<br />
Da der Mischprozess als Batchprozess (diskontinuierliche, sukzessive<br />
Verarbeitung einzelner Materialchargen begrenzten Gewichts)<br />
durchgeführt wird, werden innerhalb einer Massenproduktion mehrere<br />
Mischungen gleicher Rezeptur hintereinander durchgeführt.<br />
Hierdurch ist in nachgeschalteten Produktionsschritten ein kontinuierlicher<br />
Materialfluss gewährleistet.<br />
Dieses Anwendungsbeispiel ist aus mehreren Gründen geeignet,<br />
um die gezielte Nutzung der MMDS-Freiheitsgrade während der<br />
Betriebsphase zu erläutern. Auf der einen Seite handelt es sich um<br />
einen leistungsvariablen Arbeitsprozess, bei dem sowohl Drehzahl<br />
als auch Drehmoment während der Prozesszeit stark variieren<br />
(Bild 06). Somit muss das MMDS während der Prozesszeit mehrfach<br />
alle Freiheitsgrade nutzen, um die zur Verfügung gestellte Antriebsleistung<br />
dem Arbeitsprozess nachzuführen. Auf der anderen<br />
Seite führt das diskontinuierliche Batchverarbeitungsverfahren in<br />
Kombination mit den chemischen Reaktionen während des Mischvorgangs<br />
zu ähnlich reproduzierbaren, nicht aber zu identisch<br />
reproduzierbaren Drehmoment- und Drehzahlverläufen. Ähnlich<br />
reproduzierbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der prinzipielle<br />
Verlauf von Drehzahl- und Drehmoment zwischen unterschiedlichen<br />
Mischungen gleicher Rezeptur erhalten bleibt. Jedoch<br />
variieren die Zeitpunkte, zu denen Drehmomentmaxima und<br />
Drehmomentminima auftreten oder der Übergang von einer in die<br />
nächste Prozessphase stattfindet. Aus diesem Grund liegt ein nicht<br />
deterministischer Arbeitsprozess vor, für den die Freiheitsgradnutzung<br />
nicht an einem deterministischen Zeitraster festgelegt<br />
werden kann. Dieses Anwendungsbeispiel repräsentiert folglich<br />
einen sehr allgemeinen und komplexen Anwendungsfall. Verfahren<br />
und Ansätze, die für dieses Anwendungsbeispiel die Einhaltung<br />
der zuvor definierten allgemeinen Anforderungen an ein MMDS<br />
ermöglichen, lassen sich daher auf eine Vielzahl anderer Arbeitsprozesse<br />
übertragen.<br />
Ausblick auf nachfolgende Beiträge<br />
Damit die Freiheitsgrade während der Betriebsphase gewinnbringend<br />
genutzt und die allgemeinen Anforderungen an MMDS eingehalten<br />
werden können, müssen einerseits durch eine geeignet<br />
ausgelegte Konstruktion des mechanischen Aufbaus ein hoher<br />
Getriebewirkungsgrad und die Möglichkeit der mechanischen<br />
Rekonfigurierbarkeit sichergestellt werden. Andererseits muss mittels<br />
einer intelligenten Betriebsstrategie gewährleistet werden, dass<br />
die Freiheitsgrade derart koordiniert und genutzt werden, dass ein<br />
unsicherer oder unerwünschter Betriebszustand vermieden und<br />
ein Optimum bezüglich der Anwenderdefinition erreicht wird.<br />
In dem zweiten Beitrag dieser Reihe wird die Optimierung der<br />
Baustruktur von MMDS-Sammelgetrieben vorgestellt. Anhand<br />
88 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
MEHRMOTORENANTRIEBSSYSTEME<br />
einer auf Simulationen und Prüfstandmessungen basierenden<br />
Analyse der Getriebeverluste werden Ansätze aufgezeigt, mit deren<br />
Hilfe die Gesamtverluste eines MMDS-Getriebes gegenüber denen<br />
eines konventionellen SMDS-Getriebes gleicher Nennleistung<br />
reduziert werden können. Mit Hilfe der Optimierung der Getriebestruktur<br />
kann eine Kraftkompensation erzielt und die Abmessungen<br />
der verbauten Maschinenelemente reduziert werden. Weiterhin<br />
wird als Lösungsansatz zur mechanischen Rekonfigurierbarkeit<br />
die Gestaltung eines Schieberadgetriebes erörtert, welches eine<br />
mechanische Entkopplung bereits ab der Sammelradverzahnung<br />
ermöglicht (Bild 07).<br />
Der dritte Beitrag der Reihe wird sich mit der intelligenten Betriebsstrategie<br />
für MMDS beschäftigen. Mittels eines mathematischen<br />
Optimierungsverfahrens, das auf die Motordaten und Informationen<br />
über die Struktur des MMDS zugreift, wird die Einhaltung der Optimalitätsforderung<br />
des Anwenders sichergestellt. Dieser Ansatz wird<br />
an der Beispielforderung nach einem maximalen Antriebssystemwirkungsgrad<br />
dargestellt. Weiterhin werden ein Lösungs ansatz für die<br />
Struktur einer intelligenten Betriebsstrategie und die in dieser Struktur<br />
verwendeten Methoden und Algorithmen vorgestellt, die es dem<br />
System ermöglichen sollen, alle Freiheits grade auch für nicht deterministische<br />
Arbeitsprozesse autonom zu nutzen. Zu diesem Zweck<br />
wird die Integration eines neuronalen Netzes und eines entsprechenden<br />
Trainingsalgorithmus in die Betriebsstrategie vorgestellt. Das<br />
System soll somit durch die Nutzung aktueller Messwerte des<br />
Betriebszustandes und des Arbeitsprozesses zu einem lernfähigen<br />
System erweitert werden (Bild 08).<br />
Zusammenfassung<br />
In diesem Beitrag wurden die Grundlagen zu MMDS als ganzheitlich<br />
modulare Antriebssysteme vorgestellt. Sie besitzen gegenüber<br />
konventionellen SMDS erweiterte, systeminhärente Freiheitsgrade<br />
sowohl in der Konzeptions- als auch in der Betriebsphase. Es hat<br />
sich gezeigt, dass durch den Einsatz von MMDS-Konzepten Vorteile<br />
von der Produktion eines Antriebssystems bis hin zur Anwendung<br />
entstehen können. So können Antriebstechnikhersteller insbesondere<br />
von den Freiheitsgraden in der Konzeptionsphase profitieren,<br />
während sich die größten Vorteile für Maschinenbauer und Endanwender<br />
durch die Freiheitsgrade in der Betriebsphase erzielen<br />
lassen. Aufgrund ihres Einflusses auf unterschiedliche Unternehmensbereiche<br />
muss die Beurteilung dieser Antriebssysteme allerdings<br />
in einem größeren Kontext stattfinden, als von konventionellen<br />
SMDS bekannt. Ziel der Forschungsarbeiten des KAt auf<br />
dem Gebiet der MMDS ist es, die Potentiale dieser modularen<br />
Antriebssysteme nutzbar zu machen, aber auch Restriktionen<br />
und Anwendungsgrenzen zu identifizieren.<br />
Foto 06: Continental Reifen Deutschland GmbH Korbach<br />
Literaturverzeichnis:<br />
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Multi-machine Multi-converter Systems with felxible coupling. Proceeding of the<br />
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for control allocation in electromechanical coupled systems. Proceeding of the<br />
28th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering. Halifax,<br />
Canada : IEEE, 3. - 6.5.2015. ISBN: 9781479958290<br />
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Handlungsansätze für mehr Wachstum und Profitabilität. Frankfurt am<br />
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sites/mck_files/files/antriebstechnik_detailanalyse_deutscher_maschinenbau.pdf<br />
(29.09.2015)<br />
07 Beitrag 2 – Optimierung der Baustruktur eines<br />
MMDS-Sammeltriebes<br />
08 Beitrag 3 – intelligente Betriebsstrategien für MMDS<br />
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Carl Hanser Verlag, 5.10.2006. ISBN: 3446406131<br />
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Ratingen : Dr. Gupta Verlag, 2001. ISBN: 3980359328<br />
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SPEEDAM 2006 International Symposium on Power Electronics, Electrical<br />
Drives, Automation and Motion. Taormina (Sicily) Italy : IEEE, 23. - 26.5.2010.<br />
ISBN: 1424401941<br />
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Systems 42. Mumbai : Tylor & Francis Group, 30.7.2014. ISSN: 1532-5008 print /<br />
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[Sch15] Schuh, G., et. al.: Leitfaden zur Baukastengestaltung - Ergebnisse des<br />
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(GiBWert). Frankfurt am Main : Vdma Verlag, 2015. ISBN: 3816306748<br />
[Sch98] Schnetger, J.: Kautschukverarbeitung. s.l. : Vogel Business Media, 1998.<br />
ISBN: 3802315774<br />
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For Multi-Motor Drive Systems. OPT-i International Conference on Engineering<br />
and Applied Science Optimization. Kos Island, Greece : M.G. Karlaftis, N.D.<br />
Lagaros, M. Papadrakakis (Eds), 4. - 6.6.2014. ISBN: 9789609999465<br />
[SLM13] Sedlmeier, et al.: Kostenwirkung der Modularisierung (KosMo)<br />
– Entwicklung eines Prognose- und Entscheidungsmodells für Martkt- und<br />
Kosteneffekte von Modularisierungskonzepten. Schriftenreihe Forschungshefte der<br />
FVA, Nr. 1081. Frankfurt : Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. - FVA, 2013.<br />
[TLH14] Tseng, S., et al.: Implementation of On-Line Maximum-Efficiency<br />
Control for a Dual-Motor Drive System. Proceedings IECON 2014 - 40th Annual<br />
Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Dallas, TX, U.S.A. : IEEE,<br />
30.10. - 1.11.2014. ISBN: 9781479940325 / ISSN: 1553-572X<br />
Danksagung<br />
Die in dieser Beitragsreihe verwendeten Arbeitsprozessdaten<br />
wurden mit freundlicher Unterstützung von der Continental Reifen<br />
Deutschland GmbH Korbach bereitgestellt.<br />
antriebstechnik 3/<strong>2016</strong> 89
VORSCHAU<br />
IM NÄCHSTEN HEFT: 4/<strong>2016</strong><br />
ERSCHEINUNGSTERMIN: 19. 04. <strong>2016</strong> • ANZEIGENSCHLUSS: 04. 04. <strong>2016</strong><br />
01<br />
02<br />
03<br />
04<br />
01 Die Hannover Messe <strong>2016</strong> steht im Zeichen der vernetzten<br />
Industrie. 5 000 Aussteller zeigen fünf Tage lang Technologien für die<br />
Fabriken der Gegenwart und Zukunft. Bei uns erfahren Sie schon früher,<br />
was es in Sachen Antriebstechnik Neues zu sehen gibt.<br />
02 Ein Antriebshersteller setzt in den eigenen Fertigungsstätten auf<br />
die Kraft, Funktionalität und Intelligenz der eigenen Produkte:<br />
Getriebemotoren und Antriebselektronik kommt in diversen Intralogistikanwendungen<br />
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im Internet:<br />
www.antriebstechnik.de<br />
als E-Paper:<br />
www.engineering-news.net<br />
Redaktion:<br />
d.schaar@vfmz.de<br />
MDA Technologies:<br />
www.en.engineering-news.net<br />
03 Mit einem Simulations-Software-Tool wurde nun herausgefunden,<br />
unter welchen Wetterbedingungen der Einsatz von Freifall-Rettungsbooten<br />
bei der Evakuierung einer Bohrplattform möglich ist. Im<br />
maßstabsgetreuen Modell kommt eine Linearachse zum Einsatz.<br />
04 Die beste Steuerung ist ohne ausführenden Aktuator hilflos. Ein neuer<br />
Kleinstmotor mit bis zu 750 W Wellenleistung soll jetzt neue Maßstäbe bei<br />
Leistungsdichte, Dynamik sowie Einsatzbandbreite setzen.<br />
(Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten)<br />
90 antriebstechnik 3/<strong>2016</strong>
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