antriebstechnik 11/2021
antriebstechnik 11/2021
antriebstechnik 11/2021
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19174<br />
<strong>11</strong><br />
November <strong>2021</strong><br />
€ 15,50<br />
Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.<br />
LINEARMOTOREN<br />
Komplettpaket für<br />
funktionale Sicherheit<br />
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Um den Klimawandel zu bekämpfen, müssen wir Energie effizienter nutzen. Das hat<br />
Vorteile, die weit über den Klimaschutz hinausgehen. Energieeffizienz trägt zu sauberer<br />
Luft und sauberem Wasser, aber auch zu einer besseren Gesundheit der Bevölkerung<br />
und zu wirtschaftlicher Entwicklung und Wachstum bei. So halten wir die Welt in Bewegung<br />
und sparen dabei jeden Tag Strom. Machen Sie mit und lassen Sie uns gemeinsam<br />
die Energieeffizienz erhöhen.<br />
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EDITORIAL<br />
UNHEIMLICH NAH<br />
Liebe Leserinnen, liebe Leser,<br />
neulich war ich auf einer Geburtstagsfeier. Sie fand im Freien<br />
statt, die Gäste waren (bis auf die Kinder) geimpft und auch<br />
sonst war alles coronakonform. Eine solche Feier fühlte sich<br />
gut an, aber die Nähe zu vielen Menschen war ungewohnt.<br />
Vor allem die Umarmungen, die zur Begrüßung schon wieder<br />
zelebriert wurden, waren für mich nicht selbstverständlich.<br />
Während der Pandemiezeiten war mein Unterbewusstsein<br />
auf Abstand trainiert worden.<br />
Nun steht mit der SPS eine große und wichtige Messe an, die<br />
ebenfalls coronakonform ist, aber ungewohnt enge Raumverhältnisse<br />
bereithalten wird. So sehr sich alle auf echten<br />
Kontakt mit Menschen und Geräten freuen, etwas unheimliche<br />
Gefühle werden uns beschleichen, zumindest zu Beginn<br />
der Messe. Es wird interessant, wie sich die Stimmung über<br />
die drei Tage verändern wird.<br />
Interessant sind aber auch die Produkte und Dienstleistungen,<br />
die auf der SPS in Nürnberg präsentiert werden. Der<br />
Fortschritt gegenüber der letzten Präsenz-Messe 2019 ist<br />
deutlich. Die Buzzwords sind immer noch Digitalisierung und<br />
Nachhaltigkeit, aber sie klingen jetzt noch lauter als je zuvor.<br />
Im Special dieser Ausgabe stellen wir einige spannende<br />
Innovationen vor.<br />
Ich wünsche Ihnen wie immer viel Spaß bei der Lektüre der<br />
<strong>antriebstechnik</strong>,<br />
Nürnberg, 23. - 25.<strong>11</strong>.<strong>2021</strong><br />
Halle 4, Stand 348<br />
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Ihr Miles Meier<br />
m.meier@vfmz.de<br />
WE CREATE MOTION
14<br />
EDITORIAL<br />
03 Unheimlich nah<br />
SOFTSTARTER<br />
06 Interview „Die Stimmung wird einzigartig“<br />
08 Menschen, Märkte, Unternehmen<br />
ELEKTRISCHE ANTRIEBSTECHNIK<br />
18<br />
ELEKTROMOTOREN<br />
10 TITEL Funktionale Sicherheit für industrielle<br />
Linearmotoren<br />
20 Hohes Drehmoment und geringer Geräuschpegel<br />
24 Neue Möglichkeiten mit PM-Motoren<br />
STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />
26 Robotik und Lineartechnik miteinander kombiniert<br />
MECHANISCHE ANTRIEBSTECHNIK<br />
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
14 Präzisionslager in der Bühnentechnik<br />
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
18 Preiswert, leise oder robust – Getriebeauswahl<br />
leicht gemacht<br />
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
30 Wirbelnuten erhöhen Gleitlagerleistung<br />
32 Stahlketten – für extreme Einsatzbedingungen<br />
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32<br />
TITELBILD<br />
NTI AG, Spreitenbach (CH)<br />
4 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND<br />
INNOVATIONEN<br />
36 Effiziente Elektromotoren für Klimaneutralität<br />
38 Von High Flexibility bis High Force<br />
40 Sichere und schnelle Prozesse für Cobots<br />
42 Sicherheitskarte erweitert antriebsintegrierte<br />
Safe-Motion-Lösung<br />
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
46 Rändelverbindung als alternative<br />
Welle-Nabe-Verbindung<br />
SERVICE<br />
51 Impressum<br />
more than motors<br />
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BEILAGE<br />
Diese Ausgabe enthält eine<br />
Beilage von Dunkermotoren<br />
GmbH, Bonndorf.<br />
MEIN TIPP<br />
Wussten Sie, dass mit Elektromotoren betriebene<br />
Systeme rund 70 % der industriellen Energie<br />
verbrauchen? Daher sollen verschiedene Effizienzvorschriften<br />
dafür sorgen, den Energieverbrauch<br />
zu reduzieren. Auf Seite 36 berichten wir<br />
über einen Motor, der international alle Effizienzregeln<br />
erfüllen soll. Dadurch ermöglicht er die<br />
gezielte Variantenreduzierung und bietet<br />
entscheidende Kostenvorteile, vor allem bei<br />
internationalen Projekten.<br />
Vanessa Weingärtner,<br />
Redakteurin, v.weingaertner@vfmz.de<br />
SPS Nürnberg<br />
23.–25. November <strong>2021</strong><br />
Halle 1, Stand 224<br />
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SOFTSTARTER<br />
INTERVIEW<br />
„DIE STIMMUNG WIRD EINZIGARTIG!“<br />
Sylke Schulz-Metzner,<br />
Vice President SPS bei Mesago,<br />
erwartet eine besondere<br />
Messe in Nürnberg<br />
Frau Schulz-Metzner, nach fast zwei Jahren sehnt<br />
sich die Branche nach persönlichen Begegnungen.<br />
Häufig wird der Wunsch nach einer „normalen“<br />
Messe geäußert. Inwiefern ist es eine normale<br />
Messe für Mesago?<br />
Die SPS <strong>2021</strong> findet vom 23. – 25. November in Nürnberg<br />
statt. Der Messeveranstalter Mesago veranstaltet die<br />
Messe in diesem Jahr zum ersten Mal in einem hybriden<br />
Format. Sylke Schulz-Metzner, Vice President SPS bei<br />
Mesago erklärt in einem Interview, was sich für die<br />
Messeaussteller und -teilnehmer durch die Corona-<br />
Pandemie verändert hat, welche technologischen Trends<br />
zu verzeichnen sind und was die Veranstaltung in diesem<br />
Jahr so besonders macht.<br />
Sylke Schulz-Metzner: Die SPS <strong>2021</strong> wird im Vergleich<br />
zu den Veranstaltungen vor Corona keine<br />
„normale“ Messe sein. Auch, wenn mit der 3G-plus-<br />
Regelung fast alle Auflagen wegfallen, hat sich durch<br />
fast zwei Jahre Pandemie das Mindset der Menschen<br />
verändert. Zu viel räumliche Nähe fühlt sich für viele<br />
immer noch unangenehm an. Das wird sich sicherlich<br />
auch auf der Messe widerspiegeln, wo die Menschen<br />
automatisch Abstände zueinander einhalten<br />
werden, auch wenn dies vor Ort nicht mehr vorgeschrieben<br />
ist. Wir als Veranstalter sehen unsere Aufgabe<br />
darin, die Rahmenbedingungen dafür zu schaffen,<br />
dass die SPS trotz zusätzlicher Auflagen ebenso<br />
erfolgreich für Aussteller und Besucher verlaufen<br />
kann wie in anderen Jahren. Schon jetzt sind hybride<br />
Messen wie die SPS <strong>2021</strong> das „New Normal“.<br />
6 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
Welche Besonderheiten hat sich der Messeveranstalter<br />
ausgedacht, um die Corona-Zeiten so schnell wie möglich<br />
vergessen zu machen?<br />
Sylke Schulz-Metzner: Die Corona-Zeiten vergessen zu<br />
machen ist nicht unser Ziel. Auch, wenn die letzten 20 Monate<br />
für uns als Messeveranstalter natürlich nicht einfach<br />
waren, hat die Pandemie selbst in unserer Branche Positives<br />
bewirkt und zum Beispiel die Digitalisierung vorangetrieben.<br />
Das sieht man beispielsweise an unserer digitalen<br />
Eventplattform „SPS on air“, die aus den rein digitalen Veranstaltungen<br />
der Pandemiezeit heraus entstanden ist und<br />
nun die Präsenzmesse bereichert. Mit der digitalen Plattform<br />
haben nun auch Interessierte, die nicht persönlich in<br />
Nürnberg dabei sein können, die Möglichkeit, die SPS live<br />
mitzuerleben. So ist aus einer schwierigen Lage nun doch<br />
noch etwas Wunderbares entstanden!<br />
Hat sich die Struktur der Aussteller verändert? Nutzen<br />
mehr kleine Unternehmen die Messe, da die großen<br />
besser mit der permanenten Online-Präsentation ihrer<br />
Produkte zurechtkommen? Oder hat die Zahl großer<br />
Unternehmen zugenommen?<br />
Sylke Schulz-Metzner: Diesbezüglich lässt sich kein nennenswerter<br />
Trend erkennen. Wie auch schon vor der Pandemie<br />
gibt es unter den Ausstellern der SPS führende internationale<br />
Großkonzerne ebenso wie regionale Mittelständler<br />
und innovative Start-ups. Dieser einzigartige Branchenüberblick<br />
zeichnet die Messe bereits seit vielen Jahren aus.<br />
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Welche technologischen Trends nehmen Sie als Messeveranstalter<br />
in diesem Jahr besonders wahr?<br />
Sylke Schulz-Metzner: Nach wie vor ist natürlich Digitalisierung<br />
in all ihren Spezialisierungen ein zentrales Thema<br />
in der Automation, das sich auf der Messe widerspiegelt. So<br />
gibt es in diesem Jahr beispielsweise im Rahmen der „SPS<br />
on air“ erstmals einen eigenen Themenblock zu „Use cases<br />
for AI“. Auch das Thema Nachhaltigkeit in der Produktion<br />
und die besondere Bedeutung von Innovationen aus der<br />
Automa tion zur Umsetzung dieser Aufgabe werden in einigen<br />
Vorträgen und Gesprächsrunden thematisiert.<br />
Digitale Angebote und Services sind auf Messen weniger<br />
gut darstellbar als handfeste Motoren und Getriebe.<br />
Welchen Rat haben Sie hier für Aussteller?<br />
Sylke Schulz-Metzner: Auch wir haben die Erfahrung<br />
gemacht, dass manche Themen sich durchaus sinnvoll digital<br />
präsentieren lassen, andere jedoch nicht. Es ist wichtig,<br />
den Mut zu haben, auch mal etwas Neues auszuprobieren,<br />
um schlussendlich für beides das richtige Maß zu finden.<br />
Warum dürfen wir gerade in diesem Jahr die SPS nicht<br />
verpassen?<br />
Sylke Schulz-Metzner: Weil es die erste Veranstaltung seit<br />
fast zwei Jahren ist, auf der sich die Branche wieder physisch<br />
trifft. Wir gehen davon aus, dass die SPS <strong>2021</strong> in ganz<br />
besonderem Maß von persönlichen Begegnungen und dem<br />
Erleben der Produkte mit allen Sinnen geprägt sein wird.<br />
Das ist es, was sich die Menschen im Moment wünschen<br />
und was die Stimmung auf der Messe in diesem Jahr einzigartig<br />
machen wird.<br />
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Automation PC<br />
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< Hochformat | Querformat<br />
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Fotos: Mesago<br />
www.sps.mesago.com
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Rollon, Hersteller von Linearführungen, Linearachsen und<br />
Mehrachssystemen, hat Intelligent Machine Solutions Inc. (iMS),<br />
einen US-amerikanischen Hersteller von Standard- und anwenderspezifischen<br />
lineare Baugruppen für die Automationsbranche,<br />
übernommen. Mit der Übernahme erweitert Rollon sein Produktprogramm<br />
von Linearachssystemen und Verfahrachsen für<br />
Roboter auf statische Lasten von über 45 000 kg sowie Roboternutzlasten<br />
bis 2 000 kg. „Die Übernahme von iMS baut auf<br />
unserem langjährigen Engineering Know-How auf und ermöglicht<br />
uns, im Bereich von linearen Schwerlastanwendungen<br />
unsere Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen und neue Umsätze zu<br />
realisieren,“ erklärt Rüdiger Knevels, CEO von Rollon. „Dieser<br />
Abschluss erweitert unser Produktprogramm und schafft für uns<br />
im wachsenden, ca. 600 Millionen EUR großen Segment für<br />
Roboterverfahreinheiten neue Möglichkeiten.“<br />
www.rollon.com<br />
VERTRAG VON UWE WAGNER BIS 2027<br />
VERLÄNGERT<br />
Der Aufsichtsrat der<br />
Schaeffler AG hat<br />
beschlossen, den<br />
Vertrag von Uwe<br />
Wagner (56),<br />
Vorstand Forschung<br />
und Entwicklung,<br />
vorzeitig um weitere<br />
fünf Jahre bis zum<br />
30. September 2027<br />
zu verlängern. Uwe Wagner ist bereits seit 1993 für die<br />
Schaeffler Gruppe in unterschiedlichen Funktionen<br />
tätig. Bevor er im Oktober 2019 zum Technologievorstand<br />
der Schaeffler Gruppe bestellt wurde, war der<br />
Maschinenbauingenieur Leiter Forschung und Entwicklung<br />
der Sparten Automotive und Industrie. Georg F. W.<br />
Schaeffler, Familiengesellschafter und Vorsitzender des<br />
Aufsichtsrats der Schaeffler AG, sagte: „Forschung und<br />
Entwicklung haben für die Schaeffler Gruppe als<br />
Technologieführer in ihren Märkten einen hohen<br />
Stellenwert. Herr Uwe Wagner genießt das volle<br />
Vertrauen des Aufsichtsrats und hat als Technologievorstand<br />
bereits wichtige Impulse im Hinblick auf Zukunftsthemen<br />
wie die Herstellung und Nutzung von Wasserstoff,<br />
neue Mobilitätskonzepte und nachhaltige Energieerzeugung<br />
gesetzt.“<br />
www.schaeffler.com<br />
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Funktionsumfang<br />
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von Sicherheitssignalen, nach<br />
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Signalbereitstellung via<br />
(Safety)-Feldbus oder I/O-Ports<br />
Nürnberg 23. - 25.<strong>11</strong>.<strong>2021</strong><br />
Halle 3 | Stand 376<br />
GWK HEISST JETZT TECHNOTRANS<br />
SOLUTIONS<br />
Die GWK Gesellschaft<br />
Wärme Kältetechnik<br />
heißt ab sofort Technotrans<br />
Solutions.<br />
Außerdem wird Anfang<br />
2022 auch Reisner<br />
Cooling Solutions in das<br />
Unternehmen aufgenommen.<br />
Beide stehen schon<br />
unter einheitlicher<br />
Leitung.<br />
Durch die Fusion soll ein<br />
Kompetenzzentrum für<br />
Kühl- und Temperiersysteme von -80 bis +400 °C für die<br />
Kunststoff-, Gummi- und metallverarbeitende Industrie<br />
entstehen. Die Standorte in Meinerzhagen und Holzwickede<br />
sowie die bekannten Ansprechpartner bleiben<br />
nach der Zusammenlegung erhalten. Neue Ansprechpartner<br />
kommen hinzu. Mit gemeinsam rund 100 Jahren<br />
Erfahrung im Thermomanagement sehe man eine<br />
umfassende Perspektive für dynamisches Wachstum,<br />
hieß es von Technotrans. Die GWK verzeichnete im<br />
vergangenen und laufenden Jahr ein starkes Wachstum<br />
und tätigte mehrere Erweiterungsinvestitionen am<br />
Standort Meinerzhagen. Der Zuschlag für zwei Großprojekte<br />
war dabei ebenfalls das Ergebnis der angestoßenen<br />
Maßnahmen im Rahmen der Konzernstrategie.<br />
www.technotrans.de<br />
8 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
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PHOENIX CONTACT E-MOBILIY ERÖFFNET<br />
NEUES WERK<br />
Am 7. Oktober <strong>2021</strong><br />
wurde der neue<br />
Produktionsstandort<br />
von Phoenix Contact<br />
E-Mobility im<br />
polnischen Wissenschaftspark<br />
Rzeszów-<br />
Dworzysko im Beisein<br />
des Bürgermeisters<br />
Konrad Fijołek<br />
offiziell eröffnet. „Die<br />
Erweiterung unserer<br />
Produktion an einem<br />
neuen Standort in<br />
Polen ist ein entscheidender Schritt im Hinblick auf die Entwicklungen<br />
der Elektromobilität“, unterstreicht Michael Heinemann, CEO von<br />
Phoenix Contact E-Mobility. Innerhalb von nur fünf Monaten ist das<br />
15 000 m² große Elektromobilitätswerk entstanden, bereits im Januar<br />
<strong>2021</strong> konnte die Produktion der AC-Ladekabel anlaufen. Der Spezialist<br />
für Elektromobilität ist Mieter, die Produktionshalle wurde vom<br />
Full-Service-Entwickler für Industrieimmobilien Panattoni nach den<br />
Vorgaben der Phoenix Contact-Tochtergesellschaft errichtet.<br />
www.phoenixcontact.com<br />
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LINEARMOTOREN<br />
TITEL<br />
Dipl.-Ing. Franz Joachim Roßmann,<br />
Technikjournalist aus Gauting bei München<br />
10 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
TITEL<br />
LINEARMOTOREN<br />
SICHERES ANTRIEBSSYSTEM IM STANDARDFORMAT<br />
FUNKTIONALE SICHERHEIT<br />
FÜR INDUSTRIELLE<br />
LINEARMOTOREN<br />
Bislang waren Maschinenbauer beim Einsatz dynamischer Linearmotoren<br />
hinsichtlich der Gewährleistung der funktionalen Sicherheit weitgehend auf<br />
sich selbst gestellt. Jetzt steht erstmals ein Komplettpaket zur Verfügung, das<br />
diesen Schritt für Anwender deutlich vereinfacht: Der Linearmotorhersteller<br />
LinMot hat Sicherheitsmerkmale und neue Zusatzfunktionen direkt in Motor<br />
und Regler integriert und dabei auf eine Baugleichheit zu bislang bestehenden<br />
Produkten geachtet. Damit können sowohl neue als auch schon existierende<br />
Maschinenkonzepte gleichermaßen von den zahlreichen Vorteilen einer<br />
integrierten Sicherheitstechnik profitieren.<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> <strong>11</strong>
LINEARMOTOREN<br />
TITEL<br />
01<br />
01 Neue Drives-Serie C1251 mit<br />
integrierten Funktionalen<br />
Sicherheitsfunktionen<br />
02 Sichere und „graue“ Antriebslösungen<br />
unterscheiden sich bei<br />
LinMot weder in der Bauform noch<br />
dem Platzbedarf<br />
03 Per Software wählbare<br />
Kommunikationsprofile und eine<br />
SD-Karte für die Datensicherung<br />
reduzieren Lager-, Logistik-,<br />
Ersatzteil- und Servicekosten<br />
Insbesondere Produzenten von Handhabungs- und Montagetechnik,<br />
Verpackungsmaschinen sowie Lösungen zur Laborautomation<br />
aber auch vieler anderer Produkte schätzen Linearmotoren<br />
wegen ihrer Flexibilität und Dynamik. Gleichzeitig<br />
stellen die beim Betrieb der Motoren auftretenden hohen Beschleunigungen<br />
und Kräfte aber auch eine potenzielle Gefahr für<br />
das Bedienpersonal und die Maschinen selbst dar. Solche Antriebe<br />
müssen daher wirksam abgeschirmt oder von Sicherheitstechnik<br />
überwacht und bei einem Notereignis von ihr in einen sicheren<br />
Zustand gebracht werden, um Risiken im laufenden Betrieb<br />
zu minimieren und den Anforderungen der aktuellen Maschinenrichtlinie<br />
Genüge zu tun.<br />
Die von Linearmotoren erreichbaren hohen Verfahr- und Beschleunigungswerte<br />
stellen die konventionelle Sicherheitstechnik<br />
jedoch in der Praxis vor kaum lösbare Herausforderungen. Zu<br />
den gängigsten und grundlegendsten Sicherheitsfunktionen gehört<br />
etwa das Trennen des Motors von der Stromversorgung (Safe<br />
Torque Off, STO). Je nach zu schaltender Leistung und verwendetem<br />
Relais differiert die dafür erforderliche Abschaltzeit. Sie liegt<br />
bei den im allgemeinen Maschinenbau verwendeten Motoren<br />
durchaus im Bereich von 20 bis 50 ms. Dies ist für Rotationsmotoren<br />
und die einfachsten STO-Funktionen, bei denen auf die Freigabe<br />
der Schutztür gewartet wird, im Normalfall ausreichend. Bei<br />
den dynamischeren Linearmotoren stellen diese langen Abschaltzeiten<br />
hinsichtlich der Safety jedoch ein Problem dar, da<br />
die Motoren bei den meisten funktionalen Sicherheitsfunktionen,<br />
wie Save Limited Speed, auch im sicheren Zustand bestromt<br />
sind und sie innerhalb von kürzester Zeit bereits hohe Verfahrgeschwindigkeiten<br />
entwickeln können. Es sind daher deutlich kürzere<br />
Reaktionszeiten erforderlich, um das geforderte Sicherheitsniveau<br />
zu erreichen. Dafür ist die Integration der erforderlichen<br />
Sicherheitsfunktion direkt in den Regler Voraussetzung. LinMot<br />
hat daher eine entsprechende integrierte Sicherheitslösung für<br />
seine Linearmotoren mit kleinstmöglichen Reaktionszeiten entwickelt<br />
und beim TÜV Nord zertifizieren lassen.<br />
ZERTIFIZIERTES SAFETY-GESAMTPAKET<br />
Ende des Jahres <strong>2021</strong> startet der Hersteller von industriellen Linearmotorsystemen<br />
mit der Markteinführung dieser neuen Servo-Drive-Serie<br />
C1251 mit integrierter Sicherheitstechnik. Zeitgleich<br />
bietet das Unternehmen die bekannten Linearmotoren der<br />
Serie P01 mit sicherem Gebersystem an. Zusammen bilden sie<br />
ein durchgängiges, zertifiziertes Gesamtpaket.<br />
Damit steht Anwendern von Linearmotoren erstmals ein sicheres<br />
Antriebssystem zur Verfügung, wie es im Bereich der Rotationsmotoren<br />
schon länger üblich ist. Zeiten, in denen sie Produkte<br />
unterschiedlicher Hersteller kombinieren und die funktionale<br />
Sicherheit in allen Aspekten selbst gewährleisten mussten, gehören<br />
damit der Vergangenheit an. Die damit verbundene Reduzierung<br />
des Zertifizierungsaufwands für den Anwender ist nicht zu<br />
unterschätzen. Schließlich ist nicht jede Kombination aus einem<br />
sicheren Antrieb und einem sicheren Regler per Definition im<br />
Zusammenwirken sicher und der entsprechende Nachweis ist<br />
diffizil und arbeitsaufwändig. Bei LinMot ist dagegen das System<br />
bestehend aus sicherem Regler und sicherem Motor (inkl. Encoder)<br />
von Haus aus zertifiziert.<br />
GLEICHE BAUFORM TROTZ INTEGRIERTER<br />
SICHERHEITSFUNKTIONEN<br />
Bei der Realisierung der neuen Produktfamilien hat LinMot auf<br />
langjährig bewährte Motoren- und Reglerhardware zurückgegriffen,<br />
um Anwendern bestmögliche Technik an die Hand zu geben<br />
02<br />
C1251<br />
03<br />
12 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
TITEL<br />
LINEARMOTOREN<br />
und die Integration in neue und bestehende Maschinenkonzepte<br />
zu erleichtern. So basiert die Drive-Serie C1251 auf der der Servo-<br />
Drive-Serie C1250 zugrundeliegenden Antriebstechnik. Daher ist<br />
es möglich, die für diese Regler entwickelten „grauen“, also nicht<br />
sicherheitsrelevanten Softwareteile, für die neue Drive-Familie<br />
unmittelbar zu übernehmen. Die „gelben“ Sicherheitsfunktionen<br />
können mit der entsprechend erweiterten Konfigurations-Software<br />
LinMot-Talk hinzugefügt werden. Die Bauform wurde unverändert<br />
übernommen, sodass ein Generationswechsel keine<br />
Modifikation der grundlegenden Mechanik von existierenden<br />
Maschinen nach sich zieht.<br />
Auch bei den Linearmotoren konnten die kompakte Bauform<br />
und die zulässigen Betriebsbedingungen trotz des erforderlichen<br />
zusätzlichen sicheren Gebersystems beibehalten werden, da Lin-<br />
Mot das bewährte LinMot-Gebersystem speziell für diese Motoren<br />
gemeinsam mit dem TÜV-Nord für die Sicherheitsanwendung<br />
fit gemacht hat. Damit können Maschinenbauer mit minimalem<br />
Zusatzaufwand nebeneinander Maschinen gleicher Bauform<br />
mit und ohne Sicherheitsfunktionen besonders<br />
kosteneffizient anbieten.<br />
NEUE MERKMALE<br />
Der Linearsystemhersteller hat bei der Weiterentwicklung der<br />
Drives zudem darauf geachtet, die Handhabung der Drives noch<br />
einmal deutlich zu vereinfachen.<br />
So ist es jetzt möglich, die verwendete Schnittstelle für die<br />
Kommunikation mit der Maschinensteuerung per Software zu<br />
definieren. Maschinenbauer müssen so für verschiedene Kundenkreise<br />
nicht mehr verschiedene Drives oder Kommunikationsmodule<br />
vorrätig halten. Pflichtenhefte, die die Verwendung<br />
unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle bzw. Maschinensteuerungen<br />
vorsehen, werden mit nur einem einzelnen Artikel<br />
realisiert. Ein Drive deckt standardmäßig alle gängigen Busse wie<br />
PROFINET, EtherCAT, Ethernet IP, sercos oder POWERLINK ab.<br />
Die sicherheitstechnische Einbindung der Drive-Motor-Kombination<br />
erfolgt über sichere Busverbindungen. Den Anfang macht<br />
LinMot mit PROFIsafe. Weitere sichere Profile wie Safety over<br />
EtherCAT, Open Safety und CIP-Safety sind in Arbeit und befinden<br />
sich bereits im Zertifizierungsprozess. Alternativ können bis zu<br />
zwei der integrierten Sicherheitsfunktionen von der Sicherheitssteuerung<br />
über sichere, digitale I/Os aufgerufen werden.<br />
Neben diesen zusätzlichen sicheren I/Os haben die LinMot-Ingenieure<br />
die Drives der Serie C1251 mit einem Flash-Card-Steckplatz<br />
ausgestattet. Auf der passenden SD-Card wird die Drive<br />
Konfiguration inkl. der Konfiguration für die Sicherheitsfunktionen<br />
abgelegt, die beim Einstecken der Karte von dem Drive geladen<br />
werden kann. Entsprechend einfach lässt sich die Antriebshardware<br />
bei Bedarf ohne Datenverlust tauschen bzw. lassen sich<br />
neue Drives mit der gewünschten Software bespielen: Einfach die<br />
Flash-Card mit dem gewünschten Datensatz in den Regler einsetzen.<br />
Beim nächsten Start können die Daten eingelesen werden.<br />
Der Anschluss eines Computers oder die Software LinMot-<br />
Talk werden für diesen Vorgang nicht benötigt, was Wartungsund<br />
Produktionsprozesse vereinfacht und beschleunigt. Auch die<br />
Validierung der Sicherheitskonfiguration kann durch die manuelle<br />
Eingabe der Checksumme über spezielle Drehschalter direkt<br />
am Drive ohne PC vor Ort erfolgen.<br />
SICHERHEIT DURCH EINKABELLÖSUNG<br />
Seit 1997 setzt LinMot bereits auf eine Einkabellösung für die Verbindung<br />
von Drive und Motor. Diesem bewährten Konzept folgt<br />
das Unternehmen auch bei seiner Sicherheitslösung. So ist das<br />
schon im Rahmen der Vorgängergenerationen verwendete Power-<br />
und Signalkabel Bestandteil des Sicherheitspaketes und es<br />
kann auf spezielle Kabel verzichtet werden. Der Anwender von<br />
LinMot-Motoren muss sich daher auch bei sicheren Antrieben<br />
nicht mit einem separaten Kabel für das Gebersignal und einem<br />
für die Leistung inklusive der erforderlichen Stecker auseinandersetzen.<br />
Entsprechend geringer fallen die aufzubringenden<br />
Kosten und der Aufwand für das Engineering, die Montage sowie<br />
die Lagerhaltung und Wartung aus. Zusätzliche positive Aspekte<br />
sind ein reduzierter Platzbedarf, weniger Fehlerquellen und damit<br />
eine höhere Anlagenverfügbarkeit.<br />
LinMot hat mit der integrierten Sicherheitslösung sein umfassendes<br />
Produktsortiment für lineare und rotative Bewegungen<br />
optimal erweitert. Anwender profitieren von einem Komplettpaket<br />
für die Implementierung linearer Bewegungen, das den Aufbau<br />
und die Zertifizierung sicherer Antriebssysteme deutlich beschleunigt.<br />
Zu den weiteren Vorteilen zählen kurze Reaktionszeiten,<br />
weniger Verschleiß durch Wegfall mechanischer Komponenten<br />
sowie ein geringerer Platzbedarf der Implementierung und<br />
nicht zuletzt eine höhere Ausfallsicherheit der Maschine. Die Integration<br />
der Sicherheitsfunktionen wirkt sich damit unmittelbar<br />
auf die Gesamtbetriebskosten einer Maschine aus. Im ersten<br />
Schritt hat LinMot dieses Konzept bei seinen Standardlinearmotoren<br />
umgesetzt. Schrittweise werden ab 2022 die restlichen Antriebe<br />
aus dem umfangreichen Produktprogramm wie Hub-<br />
Drehmotoren oder Linearmodule folgen.<br />
Fotos: Linmot<br />
www.linmot.com<br />
DIE IDEE<br />
„Mit der neuen Lösung von LinMot<br />
steht dem Anwender ein zertifiziertes<br />
sicheres Antriebsystem mit<br />
Funktionaler Sicherheit bestehend<br />
aus dynamischen Linearmotoren<br />
und Drives im kleinen und mittleren<br />
Leistungsbereich mit 24-72VDC<br />
Speisung und einer Spitzenkraft von<br />
bis zu 1 000N zur Verfügung. In den<br />
kommenden Monaten wird LinMot<br />
die Funktionale Sicherheit mit<br />
neuen Linearmotoren, Hubdrehmotoren,<br />
Linearmodulen und<br />
weiteren sicheren Bussystemen<br />
laufend ausbauen.“<br />
Ernst Blumer, Leiter Vertrieb bei<br />
NTI AG, LinMot&MagSpring,<br />
Spreitenbach (CH)<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 13
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
KUGELDREHVERBINDUNGEN UND DÜNNRINGLAGER<br />
PRÄZISIONSLAGER IN DER<br />
BÜHNENTECHNIK<br />
Die Bühnentechnik ist kein Anwendungsgebiet, das man<br />
automatisch mit hohen Anforderungen an technische Komponenten<br />
verbindet. Doch dieser Eindruck täuscht: Präzisionslager<br />
zum Beispiel müssen aufgrund der räumlichen Begrenzungen nicht nur<br />
kompakt, sondern auch präzise und zuverlässig sein – schließlich hat<br />
die Sicherheit der Stars höchste Priorität.<br />
Nicole Dahlen ist Geschäftsführerin Vertrieb, Marketing<br />
und Organisation bei Rodriguez in Eschweiler<br />
14 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
Die Ehrlich Brothers sind derzeit das bekannteste deutsche<br />
Zauberkünstler-Duo: Sie begeistern die Zuschauer<br />
mit aufwändigen Bühnenshows und ausgefeilten<br />
Illu sionstechniken. Egal ob sie auf der Bühne Eisenbahnschienen<br />
mit bloßen Händen verformen oder innerhalb<br />
von Sekunden Bäume sprießen lassen: Die Effekte sind immer<br />
spektakulär und für große Bühnen konzipiert.<br />
Zuständig für die technische Umsetzung ist Andreas Ehrlich,<br />
der für eine der Illusionen kurzfristig spezielle Dünnringlager<br />
benötigte – und bei Rodriguez fündig wurde: „Die Herausforderung<br />
war, dass wir die Lager innerhalb weniger Tagen benötigten“,<br />
erinnert er sich. „Rodriguez hat alles getan, um die Deadline zu<br />
halten, obwohl die Produkte nicht lagernd waren. Wir erhielten<br />
die benötigten Produkte dann auch tatsächlich sehr schnell.“<br />
ROBUSTE UND ZUVERLÄSSIGE LAGERTECHNIK<br />
Die Produkte des Herstellers Rodriguez kommen in einer Illusion<br />
der Ehrlich Brothers zum Einsatz, bei der es auf hohe Präzision<br />
und geringe Einbauhöhe ankommt. Aber auch sonst sind die<br />
äußeren Rahmbedingungen in diesem Fall anspruchsvoll –<br />
schließlich gehen die Dünnringlager mit auf Tour. „Unsere Illusionen<br />
werden jeden Tag auf- und wieder abgebaut. Insgesamt begleiten<br />
uns 21 LKWs der 40-Tonnen-Gewichtsklasse“, erläutert<br />
Andreas Ehrlich. „Der Transport unterliegt einem hohen Zeitdruck,<br />
worunter das Material gezwungenermaßen leidet.“<br />
Dazu kommt, dass die Touren der Ehrlich Brothers in den Wintermonaten<br />
stattfinden. Deshalb muss die verbaute Technik für<br />
Temperaturschwankungen von - 10 bis + 50 °C ausgelegt sein.<br />
Auch Kondensat spielt hier immer wieder eine Rolle. Trotzdem<br />
müssen die Illusionen immer zu 100 % funktionieren. „Ein Versagen<br />
genau in der einen Sekunde, in der 10 000 Zuschauer gespannt<br />
auf die Bühne blicken, wäre fatal“, betont Andreas Ehrlich.<br />
DÜNNRINGLAGER FÜR DIE PERFEKTE ILLUSION<br />
Die Kaydon-Dünnringlager von Rodriguez sind auch in dem<br />
Einsatzbereich der Bühnentechnik jenseits des Standards einsetzbar<br />
und weisen nur kleine Toleranzen und hohe Genauigkeit<br />
auf. Zudem halten sie hohen Belastungen stand und sind<br />
kompakt gebaut. In der Illusion der Ehrlich Brothers werden zwei<br />
unterschiedliche Typen von Reali-Slim Dünnringlagern verbaut:<br />
Vierpunktlager und Schrägkugellager. Letztere sind für niedrige<br />
Drehmomente und hohe Axialkräfte konzipiert und sorgen für<br />
hohe Präzision. Vierpunktlager hingegen können radiale, axiale<br />
und Momentenlasten gleichzeitig aufnehmen – dies wird durch<br />
eine spezielle Geometrie des Schliffs der inneren und äußeren<br />
Laufbahn erreicht.<br />
Diese Komponenten können somit in vielen Anwendungen<br />
zwei Lager ersetzen. Das macht sie vor allem zu einem Problemlöser<br />
in Anwendungen mit wenig Bauraum. Eine weitere Erleichterung<br />
für den Konstrukteur stellt die Verfügbarkeit von metrischen<br />
Dünnringlagern dar, für die man sich auch im Falle der<br />
vorliegenden Illusion entschied. Weil nicht mehr in metrische<br />
Maße umgerechnet werden muss, reduziert sich der Aufwand bei<br />
den Wälzlager-Berechnungen.<br />
KUGELDREHVERBINDUNGEN SETZTEN<br />
KYLIE MINOGUE IN SZENE<br />
01 In der Illusion der Ehrlich Brothers werden zwei unterschiedliche<br />
Typen von Dünnringlagern verbaut – Vierpunktlager und<br />
Schrägkugellager<br />
Rodriguez beliefert jedoch auch noch andere Bühnenbauer –<br />
z. B. den britischen Show-Ausstatter The Next Stage, der 2019<br />
kurzfristig mit der Fertigung von drei Bühnenelementen beauftragt<br />
worden war. Diese kamen bei der Show der australischen<br />
Popsängerin Kylie Minogue beim Glastonbury Festival zum Einsatz.<br />
Benötigt wurden in diesem Fall vier Kugeldrehverbindungen:<br />
Diese robusten Komponenten sorgten dafür, dass sich drei<br />
mannshohe glitzernde Prismen um die eigene Achse drehten und<br />
dabei die Sängerin zu Beginn der Show „enthüllten“.<br />
Da die Lieferzeit für die Prismen knapp bemessen war, orderte<br />
The Next Stage die vier benötigten Kugeldrehverbindungen beim<br />
COG SETZT ZEICHEN:<br />
Werkstoffkompetenz<br />
zum Quadrat.<br />
Präzisions-O-Ringe<br />
aus eigener Entwicklung und Fertigung.<br />
www.COG.de
WÄLZ- UND GLEITLAGER<br />
02 Ein renommierter Set-Designer aus Großbritannien<br />
verbaut die Kugeldrehverbindungen in der<br />
Bühnentechnik international bekannter Künstler<br />
DIE IDEE<br />
britischen Partner R.A. Rodriguez (UK). „Wir haben bereits andere große<br />
Bühnenprojekte mit Rodriguez-Kugeldrehverbindungen ausgerüstet und<br />
waren sehr zufrieden“, begründet Luke Johnson von The Next Stage die<br />
Entscheidung. Die Kugeldrehverbindungen für das Showprogramm von<br />
Kylie Minogue bestehen aus Edel- sowie Vergütungsstahl und wurden<br />
wartungsoptimiert gefettet und abgedichtet gefertigt. Die Veranstaltungsfirma<br />
war von den Prismen so überzeugt, dass sie diese für alle Bühnenshows<br />
von Kylie Minogue während ihrer UK-Tour 2019 nutzte.<br />
NEUE KONSTRUKTIONSANSÄTZE MÖGLICH<br />
Ein weiterer renommierter Set-Designer aus Großbritannien verbaut<br />
ebenfalls robuste Kugeldrehverbindungen aus Eschweiler in individuell<br />
gestalteten Scherenhebebühnen von international bekannten Künstlern.<br />
Es handelt sich um außenverzahnte Ausführungen mit einem Laufkreisdurchmesser<br />
von 1 155 mm. Sie sind mit einem Ritzelantrieb ausgestattet<br />
und erlauben es somit, die großen Scherenhebebühnen zu drehen. Ähnlich<br />
wie bei den Ehrlich Brothers begleiten auch diese Bühnen die einzelnen<br />
Künstler auf deren Touren, sie werden also von Auftrittsort zu Auftrittsort<br />
gebracht und immer wieder auf- und abgebaut.<br />
Öffentlichkeitswirksame Anwendungen wie diese sind bei Kugeldrehverbindungen<br />
nicht unbedingt an der Tagesordnung. Generell gilt jedoch,<br />
dass Konstrukteure dank neuer Konstruktionskonzepte und verbesserter<br />
Herstellungsverfahren mit den Kugeldrehverbindungen von Rodriguez völlig<br />
neue Ideen und Lösungsansätze entwickeln können. Die Komponenten<br />
sind einfach zu montieren und vor allem für hochpräzise Anwendungen<br />
geeignet – z. B. in der Luftfahrtindustrie oder im Sondermaschinenbau.<br />
Rodriguez liefert auch anwenderspezifische Kugeldrehverbindungen für<br />
spezielle Anwendungen oder entwickelt auf Basis der Standardkomponenten<br />
anwenderspezifische Systemlösungen (VAP).<br />
Fotos: Aufmacher und Einklinker Ehrlich Brothers, sonst. Rodriguez<br />
www.rodriguez.de<br />
„Die Bühnentechnik von Stars auf<br />
Tourneen muss hohe Anforderungen<br />
erfüllen: Einerseits bezüglich der<br />
Zuverlässigkeit, um eine größtmögliche<br />
Sicherheit der Künstler zu<br />
gewährleisten. Andererseits muss<br />
sie robust und langlebig sein, damit<br />
der tägliche Auf- und Abbau keine<br />
Auswirkungen auf die Funktionalität<br />
hat. Daher verwenden Bühnenbauer<br />
von Stars wie die Ehrlich<br />
Brothers und Kylie Minogue<br />
Kugeldrehver bindungen und<br />
Dünnringlager von Rodriguez aus<br />
Eschweiler. “<br />
Nicole Dahlen ist Geschäftsführerin<br />
Vertrieb, Marketing und Organisation<br />
bei Rodriguez in Eschweiler<br />
16 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
GEHÄUSELAGER SPART KOSTEN<br />
Ein RHP Self-Lube-Gehäuselager<br />
von NSK ist<br />
erfolgreich in einem<br />
Stahlwerk im Einsatz.<br />
Das Unternehmen spart<br />
dadurch Kosten in Höhe<br />
von rund 290 000 EUR<br />
im Jahr. Die RHP<br />
Self-Lube-Einheiten<br />
bestehen aus dem<br />
Lagereinsatz und dem<br />
Gehäuse. Beim Lager<br />
handelt es sich um ein abgedichtetes einreihiges<br />
Kugellager mit sphärischem Außendurchmesser und<br />
verbreitertem Innenring. Es ist in einem hochwertigen<br />
Flanschgehäuse aus einer stabilen einteiligen Konstruktion<br />
montiert. Der sphärische Sitz des Lagers gleicht jede<br />
anfängliche Fehlausrichtung bei der Montage aus. Zu den<br />
weiteren Eigenschaften der Lagereinheiten gehören die<br />
Verwendung von gehärtetem, hochwertigem Stahl für<br />
Innen- und Außenring, eine optimierte Innengeometrie,<br />
ein zweiteiliger, genieteter Käfig aus hochfestem<br />
Stahlblech, ein Hochleistungsfett und langlebige<br />
Silikondichtungen. Die HLT-Einsätze eignen sich für<br />
Betriebstemperaturen bis 180 °C. Die Lager sind grundsätzlich<br />
nachschmierbar.<br />
www.nsk.com<br />
PNEUMATISCHER LINEARSCHLITTEN FÜR<br />
KLEINE WERKSTÜCKE<br />
Neben der<br />
pneumatischen<br />
Mini-Lineareinheit<br />
LSM-3 bietet<br />
Friedemann<br />
Wagner mit LSM-4<br />
nun auch einen<br />
etwas größeren<br />
Mini-Schlitten an.<br />
Er dient zur<br />
pneumatischen<br />
Automation<br />
kleiner Werkstücke. Der größere Schlitten ist ebenso<br />
präzise und wiederholgenau (± 0,01 mm) wie sein<br />
kleiner Bruder. Er ist in den Hublängen 35 und 65 mm<br />
erhältlich. Die zu bewegende Last wird von zwei<br />
Führungswagen – abgedichteten Kugelumlaufführungen<br />
– geführt und getragen. Hohle, gehärtete Anschlagschrauben<br />
dienen gleichzeitig der Aufnahme des<br />
Sensors, was Platz spart. Mit diesen Schrauben kann der<br />
Hub von außen beiderseits um 14 mm verstellt und<br />
nach dessen Einstellung geklemmt werden. Im Anschlagsystem<br />
können optional auch die hydraulischen<br />
Dämpfer aufgenommen werden. Die Anschläge können<br />
auf beiden Seiten montiert werden. Dafür sind eine Nut<br />
und Gewindebohrungen vorhanden. Die empfohlene<br />
Nutzlast beträgt mit 1,2 kg etwa das Vierfache des<br />
Eigengewichts.<br />
www.friedemann-wagner.com<br />
| AT12-20G |<br />
: Schwebend,<br />
kontaktlos, intelligent!<br />
Freie 2D-Produktbewegung<br />
mit bis zu 6 Freiheitsgraden<br />
kg<br />
Schwebende<br />
Planarmover<br />
Skalierbare<br />
Nutzlast<br />
Individueller<br />
Produkttransport<br />
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Bewegung<br />
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XPlanar eröffnet neue Freiheitsgrade im Produkthandling:<br />
Frei schwebende Planarmover bewegen sich über individuell angeordneten<br />
Planarkacheln auf beliebig programmierbaren Fahrwegen.<br />
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Bearbeitung mit bis zu 6 Freiheitsgraden<br />
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Voll integriert in das leistungsfähige PC-basierte Beckhoff-Steuerungssystem<br />
(TwinCAT, PLC IEC 6<strong>11</strong>31, Motion, Measurement,<br />
Machine Learning, Vision, Communication, HMI)<br />
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Labor, Entertainment, …<br />
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GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
PLANETENGETRIEBE<br />
PREISWERT, LEISE ODER ROBUST –<br />
GETRIEBEAUSWAHL LEICHT GEMACHT<br />
In der Welt der Getriebe bieten<br />
Planetengetriebe den Vorteil, dass<br />
durch die Lastverteilung auf mehrere<br />
Planetenräder auch bei kompakter<br />
Bauweise hohe Drehmomente<br />
übertragen werden können. Mit<br />
entsprechender Erfahrung und<br />
ausgereifter Fertigungstechnik<br />
lassen sich Planetengetriebe zudem an<br />
unterschiedliche Anwendungsanforderungen<br />
anpassen: Sie können<br />
kostenoptimiert, besonders leise oder<br />
auch sehr robust ausgelegt werden.<br />
Die Einsatzbereiche von Planetengetrieben sind breit gefächert.<br />
In der Geräte-, Förder- und Medizintechnik sind<br />
sie ebenso zu finden wie in Schranken, Türantrieben, in<br />
E-Bikes oder in der Verpackungstechnik. Bei dieser Applikationsvielfalt<br />
ist es offensichtlich, dass unterschiedliche Planetengetriebe<br />
gebraucht werden, um die vielfältigen Anwendungsanforderungen<br />
zu erfüllen. Schließlich gibt es auch bei Planetengetrieben<br />
keine eierlegende Wollmilchsau. Der Antriebsspezialist<br />
ebm-papst hat deshalb gleich mehrere Baureihen im<br />
Programm, denn Anwender brauchen immer eine Lösung, die<br />
perfekt zur Applikation passt.<br />
Bei Planetengetrieben, die auf den Fertigungslinien in Lauf bei<br />
Nürnberg produziert werden, reicht die Spanne daher vom Planetengetriebe,<br />
das nach wirtschaftlichen Kriterien optimiert wurde,<br />
über drehmomentstarke oder besonders laufruhige Varianten bis<br />
hin zu sehr robusten Lösungen, die zudem eine hohe Überlastfähigkeit<br />
bieten. Dabei haben die unterschiedlichen Getriebeauslegungen<br />
eine grundlegende Gemeinsamkeit: Ihr modularer Aufbau<br />
sorgt für ungewöhnlich viele verschiedene Untersetzungen in<br />
engmaschigen Abstufungen. Die Untersetzungen sind harmonisch<br />
gestuft und vor allem im Bereich kleiner Abtriebsleistungen<br />
bewusst feiner aufgegliedert.<br />
Plus-Planetengetrieben gut beraten. Die Getriebe-Konstruktion<br />
nutzt den zur Verfügung stehenden Bauraum bestmöglich: Durch<br />
Einsatz einer radialen Verschraubung der einzelnen Gehäusekomponenten<br />
steht ein maximaler Nutzdurchmesser für die<br />
Hohlradverzahnung zur Verfügung. Lösungen mit axialer Verschraubung<br />
schränken dagegen den für die Verzahnung nutzbaren<br />
Bauraum ein, sodass nur verhältnismäßig kleine Hohlraddurchmesser<br />
möglich sind. Durch große Zahnbreiten in der Eingangsstufe<br />
und der Festigkeitssteigerung durch die Hohlradverzahnung<br />
aus gehärtetem Stahl in der Abtriebsstufe eignet sich<br />
PerformaxPlus besonders für hohe Drehmomente, wie sie in der<br />
Türtechnik und der Automatisierung gefragt sind. Gleichzeitig<br />
sorgt das Stahlgehäuse für Stoßfestigkeit. Mit der optional einsetzbaren<br />
Radiallaststufe HRL können außerdem extra hohe Radiallasten<br />
aufgefangen werden, z. B. bei Riemenvorspannung.<br />
Abhängig von der Abtriebsdrehzahl sind Radialkräfte bis zu<br />
2 000 N übertragbar.<br />
FÜR HOHES DREHMOMENT<br />
Anwender, die laufruhige, robuste Getriebelösungen für hohe<br />
Drehmomente suchen, sind beispielsweise mit den Performax-<br />
Hans-Georg Konnerth, Market Manager Industrial Drive Technologyund<br />
Fabian Port, Project Team Leader Industrial Drive Technology,<br />
beide ebm-papst St. Georgen GmbH & Co. KG<br />
Durch die Untersetzung von 17:1 bereits in der ersten Stufe<br />
ist es möglich auch dort ein einstufiges Getriebe einzusetzen,<br />
wo üblicherweise zwei Stufen erforderlich wären<br />
18 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN<br />
KOMPAKTE ALLROUNDER<br />
Auf der radial verschraubten Konstruktion basiert auch das für „einfachere“ Anwendungen<br />
ausgelegte Planetengetriebe Performax. Anwender, die eine effiziente, wirtschaftliche<br />
Getriebelösung z. B. für den Einsatz in Reha-Geräten oder der Fördertechnik suchen,<br />
sind damit gut beraten. Schrägverzahnte Kunststoffräder in der ersten Stufe sorgen<br />
für einen ruhigen Lauf, während das Zink-Druckguss-Hohlrad in der zweiten Stufe<br />
den Fertigungsprozess wirtschaftlich macht. Durch die Untersetzung von 17:1 bereits in<br />
der ersten Stufe ist es möglich auch dort ein einstufiges Getriebe einzusetzen, wo üblicherweise<br />
zwei Stufen erforderlich wären. Statt mit drei kommt dieses Getriebe bei Untersetzungen<br />
bis 204:1 mit nur zwei Stufen aus. In der Medizintechnik müssen Getriebe<br />
möglichst leise sein, etwa wenn sie nahe am Patienten arbeiten. Gefordert ist hier ein<br />
möglichst laufruhiger Betrieb. Die NoiselessPlus Getriebe sind in solchen Fällen eine<br />
gute Wahl. Ihr Aluminiumgehäuse und die präzise, geräuschoptimierte Schrägverzahnung<br />
der schwingungsdämpfenden Kunststoffräder in beiden Stufen reduziert die<br />
Schallabstrahlung deutlich. Das Geräuschverhalten ist auch unter extremen Betriebsbedingungen<br />
lastunabhängig und durch die doppelte Kugellagerung der Abtriebswelle<br />
mindern selbst hohe Radiallasten die Lebensdauer nicht. Die ein- oder zweistufigen<br />
Ausführungen bieten hohe Untersetzungsvielfalt von 4,33:1 bis 231:1. Dank der spanenden<br />
Fertigung der Gehäuse ist hohe Flexibilität bei der Kundenanbindung möglich.<br />
ROBUST UND LEISTUNGSSTARK<br />
Viele Anwendungen in der industriellen Automatisierung sowie der Intralogistik fordern<br />
kompakte, kraftvolle und gleichzeitig robuste Getriebe. Typische Beispiele sind<br />
Shuttle-Fahrzeuge oder Crossbelt-Förderer. Hier können die Optimax-Planetengetriebe<br />
punkten, die es in zwei Baugrößen gib. Die größere Variante bietet bei einem Einbau-Kantenmaß<br />
von 63 mm und einer Länge von 102 mm in der 2-stufigen Ausführung<br />
Spitzen-Drehmomente bis zu 150 Nm.<br />
Robustheit erreichen die Getriebe dadurch, dass alle Verzahnungsteile aus gehärtetem<br />
Stahl bestehen. Auch das Design spielt eine Rolle: Durch die Platzierung der vier<br />
axialen Befestigungsschrauben in die Ecken des Quadrates konnte ein großer Hohlraddurchmesser<br />
realisiert werden. Auch hohe Radiallasten, z. B. durch Zahnriemen oder<br />
Exzenter, sind unkritisch. Die Abtriebsstufe ist mit zwei großen Kugellagern sehr steif<br />
aufgebaut und bietet so im Nennbetrieb mit 500 N Radiallast eine wartungsfreie, berechnete<br />
Lebensdauer von bis zu 20 000 h. Die Getriebe lassen sich gut mit 63- und<br />
80-mm-Motoren kombinieren. Für die kleineren 42-mm-Motoren steht mit Optimax 42<br />
ebenfalls ein sehr robustes und überlastfestes ein- oder zweistufiges Planetengetriebe,<br />
standardmäßig in Schutzart IP54, zur Verfügung und rundet das Programm ab.<br />
Fotos: Ebm-Papst<br />
www.ebmpapst.com<br />
DIE IDEE<br />
„Die beschriebenen Planetengetriebe<br />
sind Teil des durchdachten modularen<br />
Antriebsystems von ebm-papst<br />
und können mit allen DC- und<br />
EC-Motoren kombiniert werden. Mit<br />
den modernen ECI-Motorenfamilien<br />
beispielsweise gibt es eine breite<br />
Auswahlpalette an dynamischen<br />
Motoren, Regelelektroniken,<br />
Getrieben, Brems- und Sensormodulen.<br />
Individuelle Antriebskomplettlösungen<br />
aus einer Hand mit<br />
aufeinander abgestimmten Komponenten<br />
sind dadurch einfach<br />
realisierbar und lassen sich z. B. im<br />
Online-Portal zusammenstellen.<br />
Insgesamt sind mehrere tausend<br />
Varianten möglich.“<br />
Fabian Port, Project Team Leader<br />
Industrial Drive Technology,<br />
ebm-papst St. Georgen<br />
GmbH & Co. KG<br />
PRECISION GEARS<br />
Seit über 50 Jahren führend in hochpräzisen Verzahnungen<br />
Zahnrädern und Verzahnten Wellen 100 – 2.000mm<br />
Alle Fertigungsschritte im Haus<br />
28.000 m² Produktionsfläche<br />
Eigene Härterei<br />
ZWP Zahnradwerk Pritzwalk GmbH<br />
Freyensteiner Chaussee 15<br />
D-16928 Pritzwalk<br />
www.zahnradwerk.com
ELEKTROMOTOREN<br />
BÜRSTENLOSE MOTOR-TREIBERKOMBINATION<br />
HOHES DREHMOMENT UND<br />
GERINGER GERÄUSCHPEGEL<br />
Das Unternehmen Oriental Motor hat mit der BLH-Serie eine kompakte<br />
bürstenlose Motor-Treiberkombination zum Betrieb an einer<br />
Gleichspannungsquelle entwickelt, die für verschiedenste Anwendungen<br />
geeignet ist. Jetzt wurden durch die Implementierung einer dedizierten<br />
Vektorregelung die Geschwindigkeitsnachführung und die<br />
Geräuschentwicklung verbessert.<br />
Goran Podgajski, Customer Service<br />
Center bei Oriental Motor (Europe)<br />
GmbH in Düsseldorf<br />
Die BLH-Motoren von Oriental Motor werden zunehmend<br />
in fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) und anderen<br />
Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Drehzahlregelung<br />
und leisen Betrieb erfordern. Aus diesem Grund<br />
hat das Unternehmen den neuen Treiber BLH2D für die BLH-<br />
Serie entwickelt. Er bietet bessere Performance, hohe Drehzahlstabilität<br />
bei hohem Drehmoment und geringe Geräuschentwicklung.<br />
Den BLH2D-Treiber gibt es für analoge Einstellung,<br />
digitale Einstellung und RS-485-Kommunikation.<br />
EIGENSCHAFTEN DER VERSCHIEDENEN<br />
AUSFÜHRUNGEN<br />
Bei der analogen Version ist wie beim Vorgängermodell für die<br />
Einstellung der Drehzahl nur eine analoge Einstellung mit Potentiometer<br />
oder externer DC-Spannung möglich, Strom-, I/O- und<br />
Motorzuleitung sind mit dem Vorgängermodell kompatibel. Die<br />
Abbrems- und Stoppbewegung ist jeweils freilaufend oder wahlweise<br />
rekuperierend konfigurierbar.<br />
In der neuen digitalen Version erfolgt die Einstellung der gewünschten<br />
Fahrprofile mit Hilfe der Parametriersoftware ME-<br />
XE02 via USB-Verbindung vom PC aus. Es stehen verschiedene<br />
Funktionen wie Drehzahl, Drehmomentbegrenzung, Beschleunigungs-<br />
und Verzögerungszeit zur Verfügung. Die Benutzerfreundlichkeit<br />
wurde durch zusätzliche Ein- und Ausgänge und<br />
stufenlose Drehzahlregelung mit PWM-Eingang (Pulsweitenmodulation)<br />
verbessert. Eine analoge Einstellung der Drehzahl ist<br />
aber weiterhin möglich.<br />
Die Ausführung mit RS-485-Kommunikation ist vor allem für<br />
Anwendungen gedacht, bei denen der Status des Antriebs ständig<br />
überwacht oder der Inbetriebnahmeaufwand geringgehalten<br />
werden soll. Diese Variante kann das Vorgängermodell problemlos<br />
ersetzen.<br />
VEKTORREGELUNG IM MOTORSTEUERSYSTEM<br />
Der neue BLH2D-Treiber regelt die Phasenströme durch eine<br />
Vektorregelung. Dadurch konnten eine Energierückspeisung und<br />
20 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
1.13.0??.2XX<br />
1.13.0??.4XX<br />
vorne<br />
41×61mm<br />
41×83mm<br />
hinten<br />
eine Drehmomentbegrenzungsfunktion realisiert werden. Das Motorantriebssystem<br />
wurde von der konventionellen Blockkommutierung zur Sinuskommutierung<br />
geändert. Bei diesem Regelungskonzept werden die dreiphasigen Größen<br />
des Motors in ein zweidimensionales Koordinatensystem überführt. Das<br />
Ergebnis ist nicht nur ein hocheffizienter Antrieb, es lässt sich auch der Motorstrom<br />
in Abhängigkeit von der Rotorposition regeln.<br />
Um die genaue Rotorposition zu erfassen, wurde eine Interpolationsfunktion<br />
implementiert, um mit den serienmäßigen Hall-Sensoren der BLH-Serie eine<br />
ausreichende Auflösung zu realisieren. Im Gegensatz zum Vorgängermodell<br />
kann der neue BLH2D-Treiber den Motor deshalb in allen vier Quadranten betreiben,<br />
so dass auch kontrolliertes Abbremsen möglich ist. Die Vorteile sind<br />
eine verbesserte Drehzahlregulierung während des Verzögerungsvorganges<br />
und eine verbesserte Drehzahlstabilität bei Laständerungen. Der BLH2D-<br />
Treiber verfügt außerdem über eine Drehmomentbegrenzungsfunktion und<br />
eine Lastfaktor-Anzeigefunktion zur Überwachung des erzeugten Drehmoments.<br />
Der errechnete Lastfaktor kann mit der Statusmonitor-Funktion der<br />
Parametriersoftware MEXE02 dargestellt und überprüft werden. Damit lassen<br />
sich Unregelmäßigkeiten in der Anwendung leicht erkennen und falls notwendig<br />
rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten (Predictive Maintenance).<br />
REGENERATIVES BREMSEN<br />
Wenn gebremst wird, arbeitet der Motor regenerativ als Generator. Ein typisches<br />
Schaltnetzteil ist nicht für eine Energierückspeisung ausgelegt und die<br />
rückgespeiste Leistung führt zu einer Erhöhung der Spannung außerhalb des<br />
spezifizierten Bereiches. Das kann zu einem Überspannungsalarm führen. Als<br />
Gegenmaßnahme ist der BLH2D-Treiber mit einer Funktion ausgestattet, die es<br />
dem Motor ermöglicht, regenerativen Strom unmittelbar wieder in Bewegungsenergie<br />
umzuwandeln, anstatt ihn an das Schaltnetzteil zurückzugeben. Um<br />
den neuen Treiber nicht größer als das Vorgängermodell werden zu lassen,<br />
nutzt der BLH2D mit digitaler Einstellung außerdem eine aktive Regelung zur<br />
Unterdrückung der Rückspeisespannung, bei der die regenerative Energie im<br />
Bedarfsfall unmittelbar wieder an den Motor zurückgeführt wird. So muss sie<br />
nicht über einen Widerstand in Wärme umgesetzt werden.<br />
Regenerativer Strom kann auch für Zwecke wie das Laden von Batterien verwendet<br />
werden. In solchen Fällen ist es notwendig, regenerative Energie in die<br />
Stromversorgung zurück zu speisen, ohne dass sie vom Treiber an den Motor<br />
zurückgeführt wird. Zum Handling der jeweiligen Betriebszustände ist im Hardware-Layout<br />
ein Feldeffekttransistor (FET) zur bedarfsweisen Unterbrechung<br />
der Spannungsversorgung integriert.<br />
iStock © Wenjie Dong<br />
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Modular<br />
Mechatronic<br />
Drive Solutions<br />
| Unzählige vordefinierte<br />
Varianten<br />
| Lösungen wie<br />
maßgeschneidert<br />
VERSCHIEDENE ABBREMSVORGÄNGE MÖGLICH<br />
SPS –<br />
Smart Production Solutions<br />
23.<strong>11</strong>. – 25.<strong>11</strong>.<strong>2021</strong><br />
Halle 1 | Stand 230<br />
Modulares System:<br />
| DC Motoren<br />
| Getriebe<br />
| Bremsen<br />
| Encoder<br />
Der Abbremsvorgang des Motors kann auf drei Arten erfolgen: unter vollständiger<br />
Verwendung von Regenerativstrom (Bremsbetrieb I, Energie wird nicht an<br />
die Stromversorgung zurückgespeist), ohne Verwendung von Regenerativstrom<br />
(Bremsbetrieb II, Energie wird freilaufend abgebaut und nicht zurückgespeist)<br />
oder unter vollständiger Rückführung von regenerativer Energie an die Stromversorgung,<br />
beispielsweise eine Batterie im Bremsbetrieb III.<br />
Der erste Abbremsvorgang ist eine Verzögerungsmethode für den sog. Bremsbetrieb<br />
I. Die während des Verzögerungsvorganges gespeicherte Energie wird<br />
durch die zuvor beschriebene Methode zur Unterdrückung des Spannungsanstiegs<br />
an den Motor rückgespeist, es wird keine regenerative Energie in das<br />
übergeordnete System zur Spannungsversorgung zurückgegeben. Diese Bremsmethode<br />
eignet sich z. B. bei Bandantrieben in Verbindung mit einem Schaltnetzteil.<br />
Bei Betrieb mit häufiger Rekuperation kann es jedoch zu einem starken<br />
Anstieg der Motortemperatur kommen.<br />
Der zweite Abbremsvorgang ist eine Verzögerungsmethode, um das Bremsmoment<br />
so zu steuern, dass keine Rückspeiseenergie erzeugt wird und der Verzögerungsvorgang<br />
ungeregelt ist. Die interne Spannung des Treibers wird nicht<br />
erhöht, da keine regenerative Energie umgewandelt wird. Diese Variante ist<br />
zum einen kompatibel mit dem Vorgängermodell, d. h. ältere Modelle können<br />
leicht ersetzt werden. Zudem eignet sich die Methode, wenn beim Stoppen kein<br />
Bremsmoment erzeugt werden soll.<br />
Bei der dritten auswählbaren Abbremsmethode wird die regenerative Energie<br />
vollständig in das übergeordnete System zur Spannungsversorgung rückgeführt.<br />
Bei der Verwendung von geeigneten Spannungsversorgungen wie beispielsweise<br />
einer Batterie, steigen Versorgungsspannung und interne Spannung unter VerbMotion<br />
Modular Mechatronic Drive Solutions<br />
www.buehlermotor.com
ELEKTROMOTOREN<br />
wendung der zuvor genannten Methode nicht an. Diese Methode<br />
eignet sich z. B. für Abwärtsfahrten eines fahrerlosen Transportfahrzeuges<br />
unter Beibehaltung der eingestellten Geschwindigkeit.<br />
MASSNAHMEN GEGEN HOHE<br />
EINSCHALTSTRÖME<br />
Die bürstenlosen<br />
DC-Motoren können<br />
mithilfe des neuen<br />
Treibers jetzt auch mit<br />
digitaler Einstellung<br />
und mit RS-485-Kommunikation<br />
betrieben<br />
werden<br />
Der neue BLH2D-Treiber ist mit einer Schaltung zur Unterdrückung<br />
von hohen Einschaltströmen ausgestattet, im Vergleich<br />
zum Vorgängermodell konnte der Einschaltstrom um 5 % reduziert<br />
werden. Für die Schaltung zur Unterdrückung hoher Ein-<br />
schaltströme ist ein FET verbaut. Der zwischen Gate und Source<br />
geschaltete Verzögerungskondensator wird allmählich aufgeladen,<br />
so dass die an den Elektrolytkondensator angelegte Spannung<br />
mit einer festgelegten Zeitkonstante kontrolliert steigt.<br />
Durch den Einsatz der Sinuskommutierung konnte bei dem<br />
neuen BLH2D-Treiber außerdem die Geräuschentwicklung reduziert<br />
werden. Er hat eine glattere Stromwellenform als das<br />
Vorgängermodell, das einen stark schwankenden Motorstrom<br />
aufweist. Dadurch werden Rotations- und Oberflächenschwingungen<br />
reduziert. Eine Tracking-Analyse der Motoroberflächenschwingung<br />
für radiale Schwingungen ergab für den<br />
BLH2D-Treiber einen deutlich niedrigeren hörbaren Pegel im<br />
Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz als beim Vorgänger, das<br />
heißt die Geräuschentwicklung fällt geringer aus.<br />
Messbare Verbesserungen ergaben sich auch hinsichtlich des<br />
begrenzten Betriebsbereichs. Beim 30 W-Motor konnte das Drehmoment<br />
um 15 %, beim 50 W-Motor um 20 % gesteigert werden,<br />
es steht somit ein größerer begrenzter Betriebsbereich zur Verfügung.<br />
Die Summe der beschriebenen Optimierungsmaßnahmen<br />
und die daraus resultierenden Eigenschaften zeigen, dass der<br />
neue BLH2D-Treiber für die bürstenlosen DC-Motoren der BLH-<br />
Serie von Oriental Motor deutliche Verbesserungen für Praxisanwendungen<br />
aller Art sowie mehr Komfort in der Bedienung und<br />
Parametrierung bietet.<br />
Fotos: Oriental Motor<br />
www.orientalmotor.de<br />
DIE IDEE<br />
www.spn-drive.de<br />
CUSTOM-MADE by SPN<br />
Für einzigartige Momente<br />
„Bei der Weiterentwicklung der<br />
Treiber für die bürstenlosen DC-<br />
Motoren der BLH-Serie hatten wir<br />
drei klare Entwicklungsziele:<br />
bessere Performance, hohe<br />
Drehzahl stabilität bei hohem<br />
Drehmoment und geringe Geräuschentwicklung.<br />
Diese Eigenschaften<br />
sind beispielsweise für den Einsatz<br />
in fahrerlosen Transportsystemen<br />
essenziell. Um die Vorteile für ein<br />
möglichst breites Anwendungsspektrum<br />
nutzbar zu machen, haben wir<br />
den BLH2D-Treiber wahlweise mit<br />
analoger oder digitaler Einstellung<br />
und mit serieller RS-485-Kommunikation<br />
ausgestattet.“<br />
Fordern Sie uns heraus! Wir haben die ideale Lösung<br />
für Ihre Anwendung – ob kleiner Bauraum, extreme<br />
Temperaturschwankungen, Gewicht oder besondere<br />
Einsatzgebiete. Unsere Antriebslösungen – zuverlässig,<br />
präzise und CUSTOM-MADE by SPN – sorgen für<br />
einzigartige Momente.<br />
Fritz-Hopf-Straße 1 ∙ 86720 Nördlingen ∙ Telefon: +49 9081 214-0<br />
Goran Podgajski, Customer Service,<br />
Oriental Motor (Europe) GmbH<br />
22 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
PRÄDESTINIERT FÜR HOCHGENAUE<br />
POSITIONIERAUFGABEN<br />
Das Unternehmen<br />
Kammerer präsentiert<br />
Kugelgewindetriebe,<br />
die eigens für<br />
den Einsatz in der<br />
Lebensmittel-,<br />
Pharma- und<br />
Verpackungsindustrie<br />
entwickelt<br />
wurden und einen<br />
Wirkungsgrad bis 98 % erreichen. Mit niedriger Antriebsleistung<br />
lassen sich so eine genaue Positionierung und größere<br />
Verfahrgeschwindigkeiten bei geringem Temperatureintrag<br />
erzielen. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades sind die<br />
Kugelgewindetriebe zudem nicht selbsthemmend, da eine<br />
geringe Reibung zwischen Mutter und Spindel besteht. In<br />
Verbindung mit Lebensmitteln oder pharmazeutischen<br />
Produkten kommen Keramikwälzkörper und korrosionsbeständige<br />
Materialien für Spindel und Mutter zum Einsatz,<br />
die sich durch Langlebigkeit auszeichnen und auch FDA-Vorgaben<br />
erfüllen. Neben Standardausführungen werden die<br />
Gewindetriebe meist individuell angepasst. Sie sind mit<br />
Einfach- oder Doppelmuttern, gekühlten und angetriebenen<br />
Muttern in Baugrößen von 4 mm bis 160 mm Durchmesser<br />
und bis zu einer Länge von 15 m Länge lieferbar.<br />
www.kammerer-gewinde.com<br />
ROSTFREIE METALLBALGKUPPLUNGEN<br />
Die Halbschalen-<br />
Metallbalgkupplung<br />
EWR aus<br />
Edelstahl von<br />
Enemac ist durch<br />
die Verwendung<br />
von A4 bzw. A2<br />
Edelstählen in<br />
anspruchsvollen<br />
Umgebungen und in sterilen oder gar säurehaltigen<br />
Anwendungen einsetzbar, sowie im Lebensmittel-<br />
und Medizinbereich. Die Kupplung ist vor<br />
allem geeignet für die Verwendung in schwer<br />
zugänglichen Anlagen, bei denen die Platzverhältnisse<br />
gering und die An- und Abtriebsaggregate<br />
starr bzw. in axialer Richtung nicht verschiebbar<br />
sind. Bei der Type EWR können die beiden unteren<br />
Nabenhälften zunächst demontiert und die<br />
Kupplung dann radial auf die Wellenenden<br />
aufgesetzt werden. Anschließend werden die losen<br />
Nabenhälften auf der gegenüberliegenden Seite<br />
der Welle angesetzt und mittels Edelstahl-Klemmschrauben<br />
verbunden. Die Demontage ist ebenfalls<br />
mit geringem Aufwand möglich und erfordert<br />
keine weiteren Hilfsmittel wie Abzieher oder<br />
sonstiges Werkzeug.<br />
www.enemac.de<br />
HOCHGENAUE ZAHNSTANGENANTRIEBE FÜR POSITIONIERSYSTEME<br />
Lifgo- und Lean-SL-Zahnstangengetriebe von Leantechnik eignen<br />
sich für Anwendungen, in denen präzise synchrone Positionieraufgaben<br />
ausgeführt werden. Mit ihnen können auch komplexe<br />
Lösungen konstruiert werden. Die Serie Lifgo ist für Einsatzgebiete<br />
entwickelt, in denen schwere Lasten präzise und synchron<br />
positioniert werden müssen. Ihre vierfache Rollenführung<br />
gewährleistet eine hohe Positioniergenauigkeit, die u. a. für den<br />
Betrieb von Handling-Systemen und Verpackungsanlagen<br />
erforderlich ist. Für einen geräuscharmen Lauf der Zahnstange<br />
gibt es die Variante Lifgo SVZ. Einfache synchrone Positionieraufgaben<br />
ohne Querkraftaufnahme lassen sich mit den Lean SL-Zahnstangengetrieben realisieren. Diese Zahnstangenhubgetriebe<br />
eignen sich für Anwendungen, bei denen eine Führung bereits vorhanden ist. Neben dem Standardmodell gibt es<br />
auch eine Variante für Greif- und Zentrierbewegungen. Für Anwendungen mit geringem Bauraum gibt es das Lean SL 5.m.<br />
www.leantechnik.com<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 23
ELEKTROMOTOREN<br />
ENERGIEEFFIZIENZ<br />
NEUE MÖGLICHKEITEN MIT<br />
PM-MOTOREN<br />
Neue Motoren bringen neue Möglichkeiten. Eine neue Motorreihe<br />
mit im Rotor integrieten Permanentmagnet soll Konstrukteure inspirieren.<br />
Das Unternehmen Merkes hat bereits in einigen<br />
Anwendungsbereichen gute Erfahrungen besonders hinsichtlich<br />
der Energieeffizienz der Motoren gemacht.<br />
Das Thema Energiesparen in der elektrischen Antriebstechnik<br />
begleitet Konstrukteure nun schon seit vielen<br />
Jahren. Zunächst in der Energieerzeugung mit effizienten<br />
Generatoren, dann in vielen Anwendungen nach der<br />
verpflichtenden Einführung von IE2 und IE3 Motoren. Demnächst<br />
durch die Einführung von IE4 Motoren und Systemwirkungsgraden<br />
für komplexe Systeme. Trotz all dieser Fortschritte<br />
ist das Einsparpotential immer noch enorm. Aber nicht nur das,<br />
durch die Einführung neuer Motorenkonzepte ergeben sich auch<br />
neue Möglichkeiten für den Konstrukteur. Hier sind unter Umständen<br />
Wettbewerbsvorteile zu entdecken. Nachfolgende Anwendungsbeispiele<br />
sollen Anregungen dazu liefern. Im Fokus ist<br />
dabei die Motorenreihe MPM der Merkes GmbH mit im Rotor integrierten<br />
Permanentmagneten (IPM).<br />
GROSSES DREHMOMENT, KLEINER BAURAUM<br />
Elektrische Verstellantriebe zur Formatverstellung an Fertigungsanlagen,<br />
Öffnen oder Verschließen von Klappen, Sperren oder<br />
auch viele Fahrantriebe werden dank IE4 Normung in der Bauform<br />
der Asynchronmaschine immer größer. Fällt die Wahl auf<br />
einen MPM Motor, dann sieht es anders aus. Der Motor ist deutlich<br />
kleiner. Ein Beispiel: Für die Verstellung wird ein Drehmoment<br />
von 30 Nm benötigt. Das schafft ein IE4 Asynchronmotor in<br />
Baugröße <strong>11</strong>2 ebenso wie der deutlich kleinere MPM Motor von<br />
Jörg Flesch, Technischer Leiter, Merkes GmbH, Solingen<br />
Merkes in Baugröße 80. Preislich liegt der deutlich kleinere Motor<br />
dann meist vorne, trotz der eingebauten Magnete.<br />
Ähnliches gilt für Antriebe, die aufgrund ihrer Applikation mit<br />
schnellen Drehzahlwechseln zu kämpfen haben und deshalb hohe<br />
Spitzendrehmomente bereitstellen müssen, auf der anderen<br />
Seite aber relativ geringes Nenndrehmoment benötigen. Das<br />
können Materialbearbeitungen sein wie Schleifen oder Drehen,<br />
Biegen oder Verformen. Hinzu kommt, dass IPM Motoren auch<br />
im unteren Drehzahlbereich nur geringfügig stärker erwärmen<br />
als im Nenndrehzahlbereich und es gibt keine Begrenzungen aufgrund<br />
des Kippmomentes.<br />
Eine andere Anwendung zeigt weitere Möglichkeiten der<br />
MPM-Motoren. Beim Einsatz der MPM-Motoren als Lüfterantrieb<br />
können beispielsweise in einer Baugröße Leistungen zwischen<br />
1 und 15 kW abgedeckt werden. Die Maschinenlänge verändert<br />
sich dann mit zunehmender Leistung zwischen den<br />
Baugrößen 90S und 90LL. Ein flexibles modulares Konzept, das<br />
auf einer gleichbleibenden mechanischen Konstruktion aufsetzt,<br />
spart enorm an Teilen in der Fertigung. Dieses Konzept lässt sich<br />
natürlich auch in andere Applikationen übernehmen.<br />
KOMBINATION MIT FREQUENZUMRICHTER<br />
In Anwendungen, in denen mit Lastsprüngen zu rechnen ist oder<br />
die ein hohes Drehmoment im Anlauf benötigen, wie Zerkleinerer<br />
jeder Art und Pumpen für zähflüssige Medien, macht der Einsatz<br />
einer Merkes MPM Maschine nicht nur aufgrund der Baugröße<br />
Sinn. Der Einsatz in Kombination mit einem modernen Frequenzumrichter<br />
ermöglicht es, in kürzester Zeit auf Regelabwei-<br />
24 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
ELEKTROMOTOREN<br />
chungen zu reagieren. So können Prozesse beschleunigt oder gar neue Prozesse<br />
möglich werden. Dabei werden unter Umständen sogar die Leitungsquerschnitte<br />
kleiner, wenn ein direkter Netzanlauf entfällt.<br />
Gerade bei Maschinen mit hoher Einschaltdauer ist es sinnvoll, über den Einsatz<br />
von MPM Motoren nachzudenken. Leider ist ein 1:1 Austausch oft nicht<br />
sinnvoll. Die MPM Motoren sind in gleicher Baugröße wie Normmotoren<br />
deutlich leistungsfähiger. Diese Leistung will dann auch bezahlt werden. Mechanische<br />
Anpassungen müssen gemacht, die kleinere Maschine eingebaut<br />
und angeschlossen werden. Da ist die Welle kleiner und auch der Klemmenkasten.<br />
Im Retrofit ist das oft schwierig.<br />
Bei neuen Konstruktionen sieht das schon wieder anders aus. Angefangen<br />
mit den richtigen Versorgungsleitungen zur und von der Elektronik und der<br />
Wahl des optimalen Frequenzumrichters. Klassisch im Schaltschrank oder an<br />
die Wand oder auf den Motor geschraubt? Reicht eine Vectorregelung oder benötige<br />
ich mehr für meine Anwendung? Schon diese Entscheidungen können<br />
das Maschinendesign nachhaltig verändern. Und beim Motor geht es dann<br />
weiter: Bleibe ich bei der Motorenauswahl bei den klassischen Drehzahlen<br />
n = 750/1000/1500/3000 min -1 oder finde ich eine auf die Anwendung abgestimmte<br />
Drehzahl? Wie kann ich kompaktere Motoren in mein Maschinenkonzept<br />
integrieren und die haben dabei auch mehr Leistung. Kann das überhaupt<br />
funktionieren? Ein gutes modulares Konzept entwickeln und danach in<br />
Serie bauen, das ist eine Herausforderung, die es zu bewältigen gilt. Das geht<br />
natürlich nur mit dem entsprechenden Personal und der Unterstützung der<br />
Unternehmens- oder Entwicklungsleitung.<br />
ENERGIESPAREN AN MEHREREN PUNKTEN<br />
Bei dem nachfolgenden Beispiel eines existierenden Abluftventilators mit ehemals<br />
angebautem 15 kW Motor hat es sich die Planung gelohnt. Der Motor war<br />
in Baugröße 160 L vorhanden und lief mit n = 2 895 min -1 direkt am 400 V<br />
3-Phasenetz. Der Wirkungsgradunterschied zum MPM <strong>11</strong>2M beträgt 6,5 % was<br />
eine Einsparung an elektrischer Leistung von über 7 000 kWh im Jahr beträgt,<br />
bei einer Laufzeit von 6 000 h im Jahr. Bei einer zu erwartenden Laufzeit von<br />
mindestens 10 Jahren macht das 70 000 kWh Einsparung. Hinzu kommt noch<br />
die Regelung der Drehzahl mit der nun angebauten Elektronik. Das ermöglicht<br />
sowohl eine höhere Drehzahl und damit verbunden mehr Volumenstrom, als<br />
auch eine Drehzahlabsenkung bei niedrigerem Bedarf. Im vorhandenen Fall<br />
wird die Drehzahl nun im Bereich zwischen 50 und 100 % temperaturabhängig<br />
geregelt. Der kleinere MPM Motor läuft dabei nach einer Anpassung der Riemenscheiben<br />
mit n = 3 500 min -1 und hat dabei noch 5 Nm Drehmomentreserve.<br />
Eine rundum gelungene Verbesserung und die zu erwartenden 100 000 kWh<br />
Einsparung an elektrischer Leistung (Wirkungsgradverbesserung + Einsparung<br />
durch die Drehzahlregelung) führen zu einer Amortisation der Investition<br />
schon nach ca. 2-3 Jahren!<br />
Fotos: Merkes GmbH<br />
www.merkes.de<br />
DIE IDEE<br />
MPM-Motoren sind bei<br />
gleicher Baugröße leistungsfähiger<br />
als Normmotoren<br />
„Die Synchron-Motortechnik im<br />
klassischen Norm-Motoren Gehäuse<br />
ist ideal für den drehzahlgeregelten<br />
Betrieb von Anwendungen mit<br />
hoher Einschaltdauer und/oder<br />
hohem Teillastanteil. Die Serie MPM<br />
reduziert die Typenanzahl, verringert<br />
das Gewicht und spart Energie.<br />
Das gibt Entwicklern neue Möglichkeiten<br />
an die Hand. Besonders in der<br />
Phase von Neukonstruktionen.“<br />
Jörg Flesch, Technischer Leiter<br />
Merkes GmbH, Solingen<br />
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Geringes Cogging. Hochdynamisch. Verschleißfrei.<br />
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www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 25
AUTOMATISIERUNG INDUSTRIELLER PROZESSE<br />
ROBOTIK UND LINEARTECHNIK<br />
MITEINANDER KOMBINIERT<br />
Sollen Prozesse automatisiert werden, ist Lineartechnik eine gute Option.<br />
Roboter schaffen die Möglichkeit, noch flexiblere Bewegungsabläufe<br />
zu automatisieren. Ein Anbieter von Systembaukästen für industrielle<br />
Anwendungen nutzt die intelligente Kombination von Robotik und Lineartechnik,<br />
um Einsparpotenziale voll auszuschöpfen und Prozesse effizienter zu gestalten.<br />
Uwe Schmitz ist Produktmanager Automation bei der item Industrietechnik GmbH in Solingen<br />
Lineartechnik kommt immer dann zum Einsatz, wenn es in<br />
Produktionsprozessen um schnelle und präzise Bewegungen<br />
entlang einer Strecke und hohe Positioniergenauigkeit<br />
geht oder große Lasten verschoben werden müssen. Zusätzlich<br />
übernehmen Roboter viele Aufgaben in Fertigungslinien und<br />
im Materialhandling. Sie sind frei beweglich sowie flexibel und<br />
daher ideal für unterschiedliche Tätigkeiten einsetzbar. Im Hinblick<br />
auf Robustheit, Schnelligkeit und Präzision kann jedoch die<br />
Lineartechnik punkten – und das bei einfacherer und kostengünstigerer<br />
Inbetriebnahme.<br />
DIE MÖGLICHKEITEN DER LINEARTECHNIK<br />
Die Lineartechnik ist aus der Prozessautomatisierung nicht mehr<br />
wegzudenken. Das Grundkonzept beruht auf verfahrbaren<br />
Schlitten, die entlang einer linearen Strecke auf einem Trägerprofil<br />
bewegt werden. Lineartechnik kann jedoch viel mehr. Durch<br />
die Kombination mehrerer Lineareinheiten lassen sich viele Projekte<br />
umsetzen, die mehrdimensionale Bewegungen auf einer<br />
Fläche oder frei im Raum beinhalten. Mit der Lineartechnik von<br />
Item lassen sich sowohl einachsige Lineareinheiten als auch<br />
2D Flächenportale und 3D Raumportale realisieren.<br />
Das Unternehmen Item bietet zahlreiche Komponenten an,<br />
mit denen verschiedene Automationsprozesse einfach und<br />
schnell durchgeführt werden können. Zusätzlich zu unterschiedlichen<br />
Linearführungen und Schlitten sowie Antrieben und Steuerungen<br />
gehören vorkonfigurierte Lineareinheiten und Komplettlösungen<br />
zum Portfolio des Unternehmens aus Solingen.<br />
Einachsige Lineareinheiten werden in der Produktion häufig<br />
dazu verwendet, Werkzeuge entlang einer Strecke zu bewegen,<br />
um z. B. Bohrungen oder Verschraubungen durchzuführen. Auch<br />
lassen sich schwere Lasten leicht mit einachsigen Lineareinheiten<br />
verschieben. Für komplexere Anwendungen sind synchronisierte<br />
Linearachsen das Mittel der Wahl. Die Synchronisation ermög-<br />
26 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />
licht eine Herstellung von mehrachsigen Systemen (Portale), um<br />
mehrdimensionale Anwendungen zu realisieren. In 2D-Portalen<br />
werden beispielsweise Druckköpfe, Düsen, Sensoren oder Scanner<br />
über eine Fläche geführt. Mithilfe von Kreuztischen lassen<br />
sich schwere Werkzeuge bewegen sowie Sortier- oder Abfüllvorgänge<br />
verrichten. Über Auslegerachsen können z. B. Materialund<br />
Belastungstests durchgeführt werden.<br />
Dreidimensionale Prozesse sind ebenfalls mit den Komponenten<br />
der Lineartechnik von Item realisierbar, wie das Stapeln,<br />
Palettieren oder unterschiedliche Sortieraufgaben. Ob einachsig,<br />
zwei- oder dreidimensional – mit Lösungen aus der Lineartechnik<br />
sind hohe Positioniergenauigkeiten und schnelle Bewegungen<br />
erreichbar. Weitere Vorteile sind die einfache Inbetriebnahme,<br />
hohe Lebensdauer, ein geringer Wartungsaufwand und niedrige<br />
Investitionskosten.<br />
ROBOTER – KOLLABORATIV UND<br />
NICHT KOLLABORATIV<br />
Automatisierte Prozesse sind mithilfe von Lineartechnik leicht<br />
zu realisieren, allerdings haben lineartechnische Systeme im<br />
Vergleich zu Robotern einen eingeschränkten Bewegungsspielraum.<br />
Bei Robotern unterscheidet man zwischen kollaborativen<br />
und nicht kollaborativen Anwendungen. Nicht kollaborative<br />
Roboter führen Arbeitsschritte komplett selbstständig durch. Sie<br />
bewegen sich frei im Raum und müssen deshalb auch mit<br />
Schutzeinhausungen versehen oder durch Zäune vom Arbeitsraum<br />
der Mitarbeiter getrennt werden. Diese nicht kollaborativen<br />
Roboter werden häufig für Schweißarbeiten eingesetzt oder<br />
im Produktionsprozess für sich wiederholende Aufgaben.<br />
Die Programmierung der Roboter ist zum Teil sehr kostenintensiv<br />
und zeitaufwändig. Kollaborative Roboter (Cobots) arbeiten<br />
mit dem Menschen zusammen. Dabei soll die Maschine den<br />
Mitarbeiter nicht ersetzen, sondern seine Fähigkeiten unterstützen<br />
und ihm belastende Tätigkeiten abnehmen. Um Verletzungen<br />
beim Mitarbeiter zu vermeiden, ist der Roboter mit Sensoren<br />
ausgestattet, die bei Berührung zum Abschalten führen. Schutzeinrichtungen<br />
und Zäune sind demnach nicht nötig.<br />
„Die Systeme sind momentan noch vielfach im Erprobungsstadium“,<br />
erklärt Uwe Schmitz, Produktmanager Maschinenautomation<br />
bei Item. „Roboter stoßen an ihre Grenzen, wo es um<br />
Mithilfe von<br />
Kreuz tischen lassen sich<br />
schwere Werkzeuge<br />
bewegen sowie<br />
Sortier- oder Abfüllvorgänge<br />
verrichten<br />
Feinheiten geht oder darum, die Passgenauigkeit von Bauteilen<br />
abzuschätzen sowie Toleranzen von Bauteilen zu berücksichtigen.“<br />
Beispielsweise prüft der Mitarbeiter bei Pressvorgängen in<br />
der Fertigung, ob die Bauteile passgenau übereinanderliegen.<br />
Der Cobot dagegen presst die Bauteile direkt zusammen. Er hat<br />
seine festgelegten Abläufe und kann Prozesse nicht kurzfristig<br />
beschleunigen. „In Zusammenarbeit mit den Cobots muss der<br />
Mensch noch häufig auf den Roboter warten“, so Schmitz. „Das<br />
ist ineffizient.“<br />
LINEARTECHNIK VS. ROBOTIK<br />
Roboter sind frei beweglich und dadurch flexibel einsetzbar. Sie<br />
können viele unterschiedliche Tätigkeiten durchführen, z. B.<br />
Werkzeuge selbstständig wechseln. Allerdings ist der Einsatz von<br />
Robotern mit hohen Investitionskosten verbunden. Aufgrund der<br />
notwendigen zahlreichen Motoren für die einzelnen Gelenke ist<br />
zudem ein erhöhter Wartungsaufwand nötig.<br />
HELAX – Herz und<br />
Muskel der<br />
Antriebstechnik<br />
Der neue hydraulisch-elektrische Linearantrieb HELAX setzt lineare<br />
Bewegungen im Leistungsbereich von 20-300 kW, präzise mit höchster<br />
Effizienz um, und eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten.<br />
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STEUERN UND AUTOMATISIEREN<br />
Für manche Anwendungen sind Roboter weniger geeignet. Durch die Steuerung über<br />
Gelenke ist der Roboter z. B. nicht in der Lage, eine perfekte lineare Bewegung auszuführen.<br />
Hier kommt die Lineartechnik ins Spiel. Lineareinheiten basieren auf robuster<br />
Technik und ermöglichen schnelle, lineare Bewegungen. Das System ist einfach in<br />
Betrieb zu nehmen, stabil, langlebig und wartungsarm. Die Lineareinheit kann selbst<br />
schwere Lasten sowie große Drehmomente auffangen. Auch ist die Programmierung<br />
von linearen Systemen im Vergleich zu Robotiksystemen deutlich einfacher.<br />
GESTEIGERTE EFFIZIENZ DANK INTELLIGENTER KOMBINATION<br />
In vielen Fertigungslinien erfolgt die Zuführung von Rohteilen noch manuell. Eine<br />
Kombination von Lineartechnik und Robotik kann in Bereichen der Montage und<br />
auch beim Materialhandling eine deutliche Steigerung der Effizienz ermöglichen.<br />
Der Roboter kann zum Beispiel auf einer Lineareinheit montiert werden und so von<br />
einem zum anderen Fertigungsplatz bewegt werden. Möglich ist auch eine andere<br />
Variante, bei der der Roboter auf einem Fließband steht und in der Bewegung arbeitet,<br />
also mit dem zu fertigenden Produkt mitgeführt wird. Darüber hinaus lassen sich<br />
Systeme realisieren, bei denen der Roboter hängend an der Lineareinheit montiert<br />
wird und seine Arbeitsschritte erledigt. Klassische Schweißarbeiten können so effizient<br />
aus geführt werden, ebenso Greif- und Sortierarbeiten an einer Fertigungsstrecke.<br />
Weitere sinnvolle Kombinationen können entstehen, um Prozesse zu optimieren.<br />
Die Lineareinheit kann die Präzision des Roboters erhöhen, indem sie praktisch als<br />
Endgerät am Roboterarm geführt wird. Werkzeuge wie Bohrköpfe werden flexibel<br />
im Raum bewegt, während der finale Prozessschritt präzise mithilfe der Lineartechnik<br />
vollendet wird. Vor allem diese Abläufe – gerades Heranführen, Positionieren<br />
und schnelles Bewegen von Werkzeug – lassen sich laut Item mit Lineareinheiten<br />
optimal steuern. Die Länge der Linearachsen ist nicht begrenzt und die Lineareinheiten<br />
sind individuell für die jeweilige Aufgabe konfigurierbar.<br />
AUSBLICK<br />
Die Kombination aus Robotik und Lineartechnik führt zu Effizienzsteigerungen. Zudem<br />
ergeben sich deutliche Einsparpotenziale: Wo bspw. zunächst mehrere Roboter<br />
an einer Fertigungslinie Aufgaben übernommen haben, ist durch den Einsatz von<br />
Linearachsen nur ein Roboter erforderlich. Dieser kann auf der Linearachse bewegt<br />
werden, um unterschiedliche Arbeitsschritte auszuführen. „Wir sehen ein großes<br />
Potenzial für diese kombinierten Systeme und gehen davon aus, dass Unternehmen<br />
die Vorteile erkennen und künftig verstärkt auf diese gemeinsamen Lösungen setzen<br />
werden“, so Schmitz. Automatisierung führt dann zum Erfolg, wenn Technik und<br />
Mensch optimal zusammenarbeiten. Dabei besteht das Ziel nicht darin, Mitarbeiter<br />
durch Roboter zu ersetzen, sondern die Infrastruktur zu schaffen, um Arbeitsabläufe<br />
besser zu organisieren und effiziente Prozesse verwirklichen zu können.<br />
Fotos: Item<br />
www.item24.com<br />
DIE IDEE<br />
„Die Planung automatisierter<br />
Lösungen gilt als komplex. Expertenwissen,<br />
Erfahrung und viel Zeit<br />
sind notwendig, um entsprechende<br />
Systeme zu konstruieren und in<br />
Betrieb zu nehmen. Unsere intelligente<br />
Software Motion Designer<br />
und Motion Soft unterstützt bei der<br />
Auslegung und Inbetriebnahme<br />
mechanisch synchronisierter<br />
Lineareinheiten. Damit können<br />
Konstrukteure auch ohne tiefergehendes<br />
Know-how die Vorteile der<br />
Prozessautomatisierung nutzen.<br />
Egal, wie einfach oder komplex eine<br />
Anforderung ist.“<br />
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Zahnradtypen wie Stirn-, Kegel-, Hypoid-, Schnecken-, Beveloid-,<br />
Kronen- und Schraubrad ab. Im Release <strong>2021</strong> stehen für die<br />
Schraubradberechnung neue Grafiken zur Verfügung. Die<br />
Auswertegrafik zum spezifischen Gleiten wird auf Basis der<br />
Geometrie eines geradeverzahnten Ersatz-Stirnrades berechnet<br />
und dargestellt. Eine visuelle Auswertung des Zahneingriffs in<br />
2D ist jetzt auch für Achskreuzungswinkel ungleich 90°<br />
möglich. Dazu berechnet die Software parallele Schnitte zur<br />
Mittelachsebene der Schnecke. Die Anzeige dieser 2D-Geometrie<br />
erfolgt über die Funktion „Zahneingriff in Schnitten“.<br />
Ebenfalls zur Auswahl steht die Option „Formkreise dFf und dFa<br />
aus der Zahnform bestimmen“. Mit Hilfe der Feinauslegung lassen sich zudem für Schraubradstufen die besten<br />
Varianten mit vorgegebenen, definierbaren Randbedingungen finden.<br />
www.kisssoft.com<br />
SICHER BEI<br />
SKALIERBAREM<br />
LEISTUNGSUMFANG<br />
Mit Flexi Compact präsentiert<br />
Sick eine neue Sicherheitssteuerung<br />
für Maschinen, die<br />
einen skalierbaren Leistungsumfang<br />
bietet und mit<br />
Diagnosefunktionen bestückt<br />
ist. Im Fokus der Entwicklung<br />
standen zudem Miniaturisierung<br />
und eine verbesserte<br />
Nutzerfreundlichkeit. Die<br />
Hardwareplattform lässt sich<br />
bei Bedarf um bis zu zwölf<br />
Module erweitern. Das<br />
Engineering Tool Safety<br />
Designer ermöglicht per<br />
Drag-and-drop eine einfache<br />
Konfiguration und Dokumentation<br />
von Sicherheitslogiken.<br />
Schmale Gehäuse sparen<br />
Platz im Schaltschrank und<br />
die Frontstecker können vorab<br />
konfektioniert werden. Auch<br />
codierbare Steckplätze sorgen<br />
für Installationssicherheit.<br />
Das TFT-Display visualisiert<br />
alle relevanten Eingaben und<br />
Einstellungen bei Inbetriebnahme<br />
und Service. Damit<br />
werden die Voraussetzungen<br />
für ein zügiges Set-up<br />
geschaffen. Kennzeichnend<br />
ist ferner ein zertifizierter<br />
High-Speed-Rückwandbus<br />
mit kurzen Ansprechzeiten.<br />
Sicherheitsabstände können<br />
angepasst und Zykluszeiten<br />
verkürzt werden.<br />
www.sick.de<br />
DIE KUPPLUNG.<br />
FÜR DIE WELT DER<br />
INDUSTRIE<br />
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SICHERHEITS-<br />
KUPPLUNGEN<br />
200 - 450.000 Nm<br />
Exakte Drehmomentbegrenzung<br />
bei Überlast<br />
Robust & kompakt<br />
RW-KUPPLUNGEN.DE
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
TRIBOLOGIE<br />
WIRBELNUTEN ERHÖHEN<br />
GLEITLAGERLEISTUNG<br />
Kippsegment-Radiallager werden vorzugsweise in<br />
Turbokompressoren, Getrieben, Gasturbinen und<br />
Dampfturbinen eingesetzt. Die Entwicklungstrends für<br />
diese Anwendungen führen zu einem wachsenden Bedarf<br />
an Gleitlagern mit erhöhter Tragfähigkeit bzw. erhöhter<br />
Leistungsdichte. Dabei darf die Erreichung dieses Ziels nicht<br />
mit einer Beeinträchtigung der Lagerfunktionalität und<br />
Betriebssicherheit einhergehen. Neben Änderungen an der<br />
Lagergeometrie, die oft nur begrenzt umsetzbar sind, kann<br />
der Einsatz von Wirbelnuten, genannt „Miba Eddy Grooves“,<br />
erhebliches Potenzial zur Leistungssteigerung von Gleitlagern<br />
erschließen.<br />
Die Leistungsgrenzen konventioneller Gleitlager können in Turbomaschinenanwendungen<br />
aus unterschiedlichsten Gründen erreicht oder auch, entgegen<br />
der ursprünglichen Auslegung der Lager, überschritten werden. Ein wichtiger<br />
Ansatz zur Überwindung der traditionellen Betriebsgrenzen, ist die Reduktion<br />
der maximalen Lager- und Ölfilmtemperaturen.<br />
Unter der Annahme, dass eine für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Gleitlagern<br />
ausreichende Schmierfilmdicke, die im Wesentlichen von der auftretenden<br />
Belastung, der Gleitgeschwindigkeit und dem gewählten Schmierstoff abhängt, vorhanden<br />
ist, sind die lokalen Maximaltemperaturen der entscheidende, leistungsbegrenzende<br />
Parameter. Der Schlüssel zu einer verbesserten Lagerleistung liegt in einem<br />
Lagerkonzept, das auch bei hohen Drehzahlen und Belastungen eine übermäßige<br />
Erwärmung bestimmter Lagerbereiche sowie des Ölfilms verhindert.<br />
Dipl.-Ing. Stephan Faulhaber, Technischer Leiter und Dipl.-Ing. Eckhard Schüler<br />
Senior R&D Engineer, beide bei der Miba Industrial Bearings Germany in Göttingen<br />
DIE IDEE<br />
„Unsere Erkenntnisse zum Einsatz<br />
von Wirbelnuten oder Eddy Grooves<br />
zeigen eine verbesserte Betriebssicherheit<br />
bei thermisch besonders<br />
belasteten Lagern. Die erreichte<br />
Reduzierung der Lagertemperaturen<br />
ermöglicht eine Erhöhung der<br />
Lagerlast und einen geringeren<br />
Ölbedarf. Wirbelnuten wie die Miba<br />
Eddy Grooves können auch in<br />
vorhandene Lager eingebracht<br />
werden.“<br />
Dipl.-Ing. Stephan Faulhaber,<br />
Technischer Leiter der<br />
Miba Industrial Bearings Germany<br />
30 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
Zur Reduktion der maximalen Lagertemperaturen ist es gängige Praxis, Merkmale wie seitlich<br />
offene Lagergehäuse in Verbindung mit gelenkter Schmierung sowie kupferhaltige Lagergrundmaterialien<br />
mit hoher Wärmeleitfähigkeit einzusetzen. Reichen diese Ansätze nicht aus,<br />
können geometrische Anpassungen, wie eine Vergrößerung der Lagerbreite oder des Bohrungsdurchmessers<br />
in Erwägung gezogen werden. Aufgrund der durch solche Maßnahmen<br />
prinzipiell steigenden Ölbedarfe und Verlustleistungen sowie eines erhöhten Platzbedarfs des<br />
Lagers, sollten diese Maßnahmen jedoch nach Möglichkeit vermieden werden. Bei bestehenden<br />
Gehäusekonstruktionen sowie bei Problemen mit im Betrieb befindlichen Gleitlagern<br />
sind geometrische Änderungen häufig kaum durchführbar.<br />
WIRBELNUTEN UND LEISTUNGSVERBESSERUNG<br />
Wirbelnuten oder Eddy Grooves sind ein direkter Ansatz zur Reduktion der maximalen Ölfilm-<br />
und damit auch Lagertemperaturen: Das im Vergleich zur mittleren Schmierstofftemperatur<br />
deutlich erhöhte Temperaturniveau lagernaher Ölfilmbereiche entsteht durch Dissipation<br />
aufgrund hoher Scherraten im Schmierfilm, in Kombination mit geringen tangentialen<br />
Strömungsgeschwindigkeiten in Schalennähe und dem Vorhandensein einer laminaren<br />
Schmierspaltströmung in diesen Bereichen. Anders ausgedrückt entstehen hohe lokale<br />
Schmierfilm- und Lagertemperaturen durch den geringen Abtransport dissipierter Energie,<br />
bei geringer Wärmeleitfähigkeit des Schmieröls in Kombination mit niedrigen tangentialen<br />
und praktisch nicht vorhandenen radialen Geschwindigkeitskomponenten in der Strömung.<br />
Durch die gezielte Störung der laminaren Strömung mittels Nuten in der Lagerlauffläche,<br />
kann in definierten Bereichen ein laminar-turbulenter Strömungsumschlag angeregt werden.<br />
Die radialen Strömungskomponenten der Turbulenz wirken wie eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit<br />
des Ölfilms und verbessern dadurch den Wärmeaustausch zwischen wärmeren<br />
und kühleren Bereichen über der Schmierspalthöhe. Die sich daraus ergebende Reduktion<br />
der Maximaltemperaturen entspricht einer Erhöhung der Lagerleistungsgrenze, bei Erhaltung<br />
oder sogar Verbesserung der Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit und ohne Veränderungen<br />
der allgemeinen Lager- oder Gehäusekonstruktion.<br />
Ein ausführlicher Artikel über die Leistungsverbesserung durch Wirbelnuten wurde <strong>2021</strong><br />
von Miba Industrial Bearings veröffentlicht. Die experimentelle Untersuchung wurde an einem<br />
5-Kippsegment-Gleitlager mit einem Bohrungsdurchmesser von<br />
120 mm in einem Geschwindigkeitsbereich von 50 - <strong>11</strong>0 m/s und<br />
einem Lastbereich von 0 - 4 MPa durchgeführt. Temperatursensoren<br />
direkt an der Gleitfläche ermöglichten eine zuverlässige<br />
Bestimmung der maximalen Lagertemperaturen. Im direkten<br />
Vergleich zwischen einem Lager mit herkömmlicher, glatter Lauffläche<br />
und demselben Lager, welches nach Abschluss der ersten<br />
Testreihe mit Wirbelnuten ausgestattet wurde, zeigte sich die erwartete<br />
deutliche Senkung der Laufflächentemperaturen.<br />
Bislang wurde die Wirbelnutentechnologie an Lagern mit Bohrungsdurchmessern<br />
von 120 und 500 mm experimentell verifiziert.<br />
Darüber hinaus wurde im Januar <strong>2021</strong> ein erstes Wirbelnuten-Kippsegmentlager<br />
mit Ø 60 mm bei dem Servicefall eines<br />
Getriebekompressors, bei dem erhöhte Lagertemperaturen zu<br />
Ölkohlebildung geführt hatten, als Ersatz für ein herkömmliches<br />
Lager eingesetzt. Die Maschine ist seitdem wieder in Betrieb. Die<br />
von Miba prognostizierte Reduktion der Lagertemperatur wurde<br />
vom Betreiber bestätigt und das ursprüngliche Temperaturproblem<br />
des Lagers behoben.<br />
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass „Miba Eddy Grooves“<br />
insbesondere bei thermisch hochbelasteten Lagern, die nahe<br />
ihrer Leistungsgrenzen betrieben werden, zu einer Verbesserung<br />
der Betriebssicherheit führen können. Weitere Nutzungsmöglichkeiten<br />
der reduzierten Lagertemperaturen sind eine Erhöhung<br />
der Lagerlast, der Betrieb mit einer höheren Ölzuführtemperatur<br />
oder die Reduktion der Lagergröße, verbunden mit<br />
einem geringeren Ölbedarf und reduzierten Leistungsverlusten,<br />
während die Temperaturen auf einem akzeptablen Niveau gehalten<br />
werden. Zudem können Wirbelnuten, ohne praktisch relevante<br />
Auswirkungen auf die dynamischen Lagereigenschaften,<br />
auch in bereits vorhandene Lager eingebracht werden.<br />
Wirbelnuten oder Eddy Grooves verbessern<br />
den Wärmeaustausch des Schmierfilms in<br />
Gleitlagern und ermöglichen so eine<br />
verbesserte Leistung<br />
Fotos: Miba Industrial Bearings<br />
www.miba.com<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 31
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
ENERGIEFÜHRUNGSKETTEN<br />
STAHLKETTEN – FÜR EXTREME<br />
EINSATZBEDINGUNGEN<br />
Häufig gibt es in vielen Anwendungen keine Alternative zum Werkstoff<br />
Stahl. Vor allem in extremen Betriebsbedingungen sind die Eigenschaften<br />
wie Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Härte, Kerbschlagzähigkeit und<br />
Korrosionsverhalten unübertroffen. Mit der Steel Line bietet Tsubaki<br />
Kabelschlepp Energieführungsketten für extreme Beanspruchungen.<br />
Thomas Ameis ist Senior Technical Expert bei der<br />
Tsubaki Kabelschlepp GmbH in Wenden-Gerlingen<br />
32 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
Im Jahre 1953 erfindet Dr. Gilbert Waninger, Entwicklungsleiter<br />
der Waldrich Siegen GmbH, die Energieführungskette aus<br />
Stahl. Ein Jahr später gründet Dr.-Ing. E. H. Oskar Waldrich die<br />
Kabelschlepp GmbH und legt damit den Grundstein für eine<br />
neue Branche. Die Energieführungskette aus Stahl hält Einzug an<br />
Langfräsmaschinen, Krananlagen und vielen weiteren Anwendungen.<br />
Rund 50 Jahre später ist die Stahlkette nach wie vor eine<br />
der tragenden Säulen des Unternehmens.<br />
STETS DEN PASSENDEN WERKSTOFF<br />
Mittlerweile verfügt das Unternehmen Tsubaki Kabelschlepp<br />
über ein breites Sortiment an Kunststoff- und Hybridketten. Dadurch<br />
bietet sich die Möglichkeit, immer den richtigen Werkstoff<br />
für praktisch jeden Anwendungsfall zu finden. Bei extrem<br />
rauen Umgebungsbedingungen, sehr hohen Temperaturen oder<br />
hohen mechanischen Belastungen ist der Einsatz von Energieführungsketten<br />
mit Kettenbändern aus Stahl sinnvoll. Sie können<br />
für große freitragende Längen bei hohen Zuladungen durch<br />
Leitungen sorgen.<br />
Aufgrund des höheren Gewichts lassen sich Stahlketten zwar<br />
nur bis ca. 2 m/s Verfahrgeschwindigkeit einsetzen, allerdings<br />
spielt dieser Aspekt bei den „klassischen“ Anwendungsgebieten<br />
Schwermaschinenbau, Stahlwerktechnik, Mining oder Tiefbohrtechnik<br />
fast immer eine untergeordnete Rolle. Die Robustheit<br />
und Haltbarkeit der Lösung steht im Vordergrund. Auf Wunsch<br />
kann Tsubaki Kabelschlepp aber durch Zusatzmaßnahmen Verfahrgeschwindigkeiten<br />
bis 4 m/s realisieren.<br />
EIGENSCHAFTEN VON STAHLKETTEN<br />
Stahlketten lassen sich im Vergleich zu Kunststoffketten mit<br />
gleicher Tragfähigkeit kompakter bauen. Im Umkehrschluss bedeutet<br />
dies, dass eine Stahlkette bei gleichen Bauabmessungen<br />
und Belastungen eine höhere freitragende Länge aufweist wie<br />
eine Kunststoffkette der gleichen Größe. Der Konstruktionswerkstoff<br />
Stahl spielt hier alle Festigkeitsvorteile aus. Zusatzlasten<br />
bis mehrere hundert Kilogramm pro Meter sind ausführbar,<br />
wenn mehrere Kettenbänder nebeneinander angeordnet werden<br />
können.<br />
Häufig werden Stahlketten gewählt, die aufgrund ihrer hohen<br />
Robustheit, rauen Umgebungsbedingungen mit hohem Verschmutzungsgrad<br />
unter großer mechanischer Belastung standhalten<br />
können. Neben der typischen Anwendung zum Beispiel<br />
in Stahlwerken an Walzgerüsten, Stranggieß- oder Flämmanlagen<br />
leisten sie vor allem im Bereich der Bohrtechnik seit vielen Jahren<br />
zuverlässige Dienste. Hier meistern sie mechanische Fremdeinwirkungen<br />
der extremen Umgebungsbedingungen bedingt durch<br />
Steine, Sand und Erdreich. Auch kompliziertere Bewegungsabläufe<br />
wie die Energieversorgung eines drehenden Kohlebaggers<br />
oder Reclaimers lassen sich mit Stahlketten abdecken.<br />
Die Energieführungen von Tsubaki Kabelschlepp werden stetig<br />
weiterentwickelt und erschließen sich auch weiterhin neue Einsatzbereiche:<br />
Ganz neu im Produktportfolio des Herstellers ist<br />
das kompakte Modell TKSR, das für den Einsatz in Hubarbeitsbühnen<br />
(Aerial Lifts) konzipiert ist.<br />
HOHE HITZEBESTÄNDIGKEIT UND<br />
OFFSHORE-EINSATZ MÖGLICH<br />
01 Stahlketten sind robust und können auch in rauen Umgebungsbedingungen<br />
mit hohem Verschmutzungsgrad unter großer mechanischer<br />
Belastung eingesetzt werden<br />
Je nach Ausführung halten Stahlketten Temperaturbelastungen<br />
bzw. anwendungsabhängigen Maximalwerten von kurzfristig bis<br />
zu 400 °C stand; in Edelstahlausführung kurzeitig sogar bis<br />
1 000 °C. Verzinkte Stahlketten sind die erste Wahl in Industrieöfen,<br />
in Gießereien sowie der stahlverarbeitenden Industrie. Vergleichsweise<br />
hoch sind die Betriebstemperaturen zum Beispiel in<br />
Walzwerken. Auch Umgebungen mit heißen Spänen können die<br />
Funktionalität von Energieführungsketten aus Stahl nicht beeinträchtigen.<br />
Sie sind zudem chemikalien- sowie strahlenbeständig<br />
und überzeugen in Chemieanlagen an Handling-Robotern und<br />
Manipulatoren. Edelstahlketten, die Tsubaki Kabelschlepp in drei<br />
verschiedenen Qualitäten anbietet, lassen sich auch im Umfeld<br />
von Säurebädern in galvanischen Betrieben, in Kraftwerkanwendungen<br />
oder anderen Einsatzbereichen mit radioaktiver Strahlung<br />
einsetzen.<br />
Offshore-Applikationen sind ein weiterer klassischer Anwendungsbereich<br />
für Edelstahlketten, die in diesem Bereich strenge<br />
technische Vorgaben erfüllen müssen. Hier punkten die Stahlketten<br />
von Tsubaki Kabelschlepp durch Seewasser- und UV-Resis-<br />
KUNDENSPEZIFISCHE<br />
ANTRIEBE FÜR<br />
Maschinenbau<br />
Luftfahrt<br />
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Erneuerbare Energien<br />
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www.ate-system.de<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 33
KOMPONENTEN UND SOFTWARE<br />
02 Für eine Gantry<br />
wurden verschieden<br />
große Stahlketten in<br />
Mehrbandanordnung in<br />
Kombination mit<br />
Kunststoffketten<br />
angeordnet, um eine<br />
Vielzahl von unterschiedlichen<br />
Leitungen in einer<br />
Kreisbewegung<br />
zu führen<br />
WARTUNGSFREI UND RECYCLINGFÄHIG<br />
Aus jahrzehntelangem Produkt- und Anwendungs-Know-how<br />
resultiert ein differenziertes, auf die jeweiligen Betriebs- und<br />
Umgebungsbedingungen abgestimmtes Angebotsspektrum mit<br />
entsprechenden konstruktiven Details. So konzipiert Kabelschlepp<br />
die Kettenbänder mit Kettenlaschen in unterschiedlichen<br />
Geometrien, darunter ein offenes Anschlagsystem mit<br />
selbstreinigendem Effekt, um verschmutzungsbedingten Verschleiß<br />
zu minimieren und möglichst lange Standzeiten zu realisieren.<br />
Dieses Ziel verfolgt auch die Wartungs- und Schmiermittelfreiheit<br />
der Stahlketten: Sämtliche Produkte der Steel Line<br />
müssen nicht geschmiert werden und sind daher wartungsfrei.<br />
Ganz unkompliziert können die Stahlketten dann über viele<br />
Jahrzehnte laufen – Tsubaki Kabelschlepp sollen Fälle bekannt<br />
sein, bei denen die Energieführung schon seit über 50 Jahren im<br />
Einsatz ist. Sobald das Ende der Lebenszeit erreicht ist, brechen<br />
die Vorteile einer Stahlkette jedoch nicht ab – denn Energieführungen<br />
aus diesem Werkstoff können am Ende ihrer Lebenszeit<br />
bis zu 100 % recycelt werden. Das schont Ressourcen und<br />
schützt die Umwelt: Der Einsatz einer Tonne Stahl im Recycling<br />
spart CO 2<br />
-Emissionen in gleicher Höhe und vermeidet den Abbau<br />
von 1,5 t Eisenerz.<br />
Fotos: Tsubaki Kabelschlepp<br />
www.tsubaki-kabelschlepp.com<br />
DIE IDEE<br />
tenz. Sie widerstehen dauerhaft und zuverlässig den rauen klimatischen<br />
Bedingungen. Mit ihrer hohen Belastbarkeit durch die<br />
Materialeigenschaften und die robuste Konstruktionsweise bewältigen<br />
sie auch extreme mechanische Beanspruchungen durch<br />
hohe Zusatzlasten, selbst bei großen freitragenden Längen.<br />
INDIVIDUELLE ANPASSUNGEN MÖGLICH<br />
Die „Steel-Line“ von Tsubaki Kabelschlepp umfasst zahlreiche<br />
Stahlketten in unterschiedlichen Größen und Konfigurationen,<br />
passend dazu ist ein umfangreiches Zubehör-Sortiment verfügbar.<br />
Die Ketten werden grundsätzlich aus verzinktem Stahl<br />
oder – bei noch höheren Anforderungen – aus rostfreiem Edelstahl<br />
gefertigt. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall sind verschiedene<br />
Edelstahlsorten möglich. Abhängig vom jeweiligen<br />
Einsatzbereich und den dort auftretenden Belastungen bietet<br />
das Unternehmen unterschiedliche Stegvarianten aus einer Aluminium-Legierung<br />
an. Häufig sind sie mit Stegen aus Aluminium<br />
ausgestattet, die sich in beiden Fällen in einem 1-Millimeter-<br />
Breitenraster präzise an die jeweilige Applikation anpassen lassen.<br />
Die Stege übernehmen zwei zentrale Aufgaben: Sie bilden<br />
die mechanische Verbindung zwischen den Kettenbändern und<br />
sind zugleich die unmittelbaren Berührungs- und Reibungspunkte<br />
mit den Leitungen, die in den Ketten geführt werden. Ihr<br />
Reibungskoeffizient hat damit entscheidenden Einfluss auf die<br />
Lebensdauer der Leitungen und die Zuverlässigkeit des gesamten<br />
Energieführungssystems.<br />
„Bei Energieführungsketten gibt es<br />
in vielen Anwendungen keine<br />
Alternative zu Stahl. Vor allem in<br />
rauen Betriebsbedingungen sind die<br />
Eigenschaften des Werkstoffes wie<br />
Festigkeit, Temperaturbeständigkeit,<br />
Härte, Kerbschlagzähigkeit und<br />
Korrosionsverhalten unübertroffen.<br />
Daher bieten wir Energieführungsketten<br />
aus Stahl, die trotz extremer<br />
Beanspruchungen langlebig sind –<br />
und zudem am Ende ihrer Lebenszeit<br />
bis zu 100 Prozent recycelt<br />
werden können. Das schont<br />
Ressourcen und die Umwelt.“<br />
Thomas Ameis, Senior Technical<br />
Expert, Tsubaki Kabelschlepp GmbH<br />
34 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
PER SERVICE-TOOL NOCH SCHNELLER KONFIGURIEREN<br />
Die neue Software RKX von RK Rose+Krieger erleichtert die Konfiguration<br />
individueller Profile für die Antriebssteuerung MultiControl II. Statt über<br />
Handschalter erfolgt die Bedienung einfach und schnell via PC. Einstellungen<br />
können nun auf einer übersichtlich gestalteten Bedienoberfläche<br />
vorgenommen werden. Erklärungsvideos leisten erweiterte Hilfestellungen<br />
und die erstellten Profile sind jederzeit abrufbar. Die RKX-Software zeigt<br />
Motorströme und weitere Betriebsparameter in Echtzeit an, auch in<br />
Bussystemen mit bis zu 32 Antrieben. Infolge können Unregelmäßigkeiten<br />
im System erkannt und frühzeitig eliminiert werden. Somit fallen auch<br />
weniger Arbeiten wie das Anklemmen von Strommessdosen an jedem<br />
Antrieb an. Ferner besteht die Möglichkeit, Serviceeinsätze digital vom<br />
RK-Personal durchführen zu lassen. Anwender können Service-und Fehlerhistorien<br />
auslesen, anhaltende Probleme identifizieren und abstellen, sodass die Lebensdauer des Systems verlängert wird.<br />
www.rk-rose-krieger.com<br />
INTEROPERABILITÄTS-<br />
FÄHIGKEIT<br />
BESCHEINIGT<br />
MOVITRAC ® advanced<br />
Standard neu definiert<br />
Für seine Kit-Encoder mit BiSS<br />
C-Schnittstelle hat Posital das<br />
neue Konformitätszertifikat der<br />
BiSS Association erhalten. „BiSS<br />
Certified“ soll die weitere<br />
Verbreitung dieser Open<br />
Source-Technologie unterstützen.<br />
Die Zertifizierung umfasst<br />
sowohl Master- als auch<br />
Slave-Einheiten in Steuerungssystemen.<br />
„BiSS-Protokolle<br />
haben sich in der Welt der<br />
Machine-to-Machine-Kommunikation<br />
stark durchgesetzt“,<br />
sagt Jörg Paulus, Leiter des<br />
europäischen Posital-Geschäfts<br />
sowie Gründungsmitglied und<br />
ehrenamtlicher Vorstand der<br />
BiSS Association e.V. “Angesichts<br />
dieser wachsenden<br />
Popularität ist es von entscheidender<br />
Bedeutung, dass<br />
Implementierungen der<br />
Technologie von verschiedenen<br />
Herstellern hohe Standards für<br />
Kompatibilität und Interoperabilität<br />
erfüllen.“ Der Zertifizierungsprozess<br />
verhilft Anbietern<br />
zum Nachweis, dass ihre<br />
Produkte diese Anforderungen<br />
erfüllen. Gleichzeitigt garantiert<br />
das „BiSS Certified“-Label<br />
den Kunden, dass die gekauften<br />
Geräte nahtlos zusammenarbeiten.<br />
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Schnell betriebsbereit<br />
Abgestimmtes Antriebssystem ermöglicht Auto-Inbetriebnahme in wenigen Sekunden<br />
Fehler vermeiden<br />
Durchgängig steckbare Einkabeltechnik für Asynchron- und Synchronmotoren<br />
Flexibel bleiben<br />
Viele Einsatzmöglichkeiten mit einem Umrichter für unterschiedliche Motoren mit und ohne Geber<br />
Konsequent kommunikativ<br />
Integrierte Kommunikationsschnittstelle ermöglicht Anbindung an unterschiedliche Steuerungen<br />
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Halle 3A<br />
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SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND INNOVATIONEN<br />
ENERGIEEINSPARUNG<br />
EFFIZIENTE ELEKTROMOTOREN<br />
FÜR KLIMANEUTRALITÄT<br />
Die Reduzierung und Optimierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs ist<br />
wirtschaftlich und ökologisch eine Notwendigkeit für Industrieunternehmen<br />
weltweit. In industriellen Anwendungen beträgt der Verbrauch elektrischer<br />
Antriebe etwa 70% der erzeugten elektrischen Energie. Nord Drivesystems<br />
unterstützt seine Kunden dabei, diese Einsparpotenziale zu erschließen.<br />
Eine Wirkungsgradoptimierung des gesamten Antriebssystems<br />
einschließlich der ausgeführten Anwendung stellt einen<br />
wesentlichen Ersparnisfaktor dar. Das Potenzial liegt<br />
hier typischerweise bei rund 30 bis 60 %. Nord Drivesystems<br />
hat sich dieser Aufgabe seit dem Aufkommen der Energiedebatte<br />
vor mehreren Jahrzehnten verschrieben und versucht bei jeder<br />
Neu- und Weiterentwicklung seiner Antriebssysteme, Zukunftsfähigkeit,<br />
verbesserte Wirtschaftlichkeit, höhere Energieeffizienz<br />
sowie optimierte Funktionalität und Performance unter einen Hut<br />
zu bringen.<br />
Auf Basis offizieller OECD-Zahlen wird der Industrie mit 51 %<br />
im Zeitraum von 2000 bis 2017 der größte Anteil an der erreichten<br />
Einsparung des Energieeinsatzes durch bessere Energieeffizienz<br />
zugeschrieben. Dabei haben die Prozesswärmeerzeugung<br />
und die Nutzung elektrischen Stroms in Antrieben die größten<br />
Anteile. Elektromotoren sind hinsichtlich der Ökodesignrichtlinie<br />
die relevanteste Produktgruppe, insbesondere auch für<br />
den industriellen Energieverbrauch, denn mit Elektromotoren<br />
betriebene Systeme verbrauchen etwa 70 % der industriellen<br />
Energie. Das ist in etwa die Hälfte der insgesamt in der Europäischen<br />
Union genutzten elektrischen Energie. So wurden laut<br />
Schätzungen im Jahr 2015 ca. 1 400 Terawattstunden elektrische<br />
Energie von Elektromotoren in mechanische Energie und Wärme<br />
umgesetzt.<br />
UMSETZUNG AKTUELLER EFFIZIENZ-<br />
VORSCHRIFTEN<br />
Seit dem 1. Juli <strong>2021</strong> gelten mit der neuen Ökodesign-Verordnung<br />
(EU) 2019/1781 neue Energieeffizienzregeln für Dreiphasen-<br />
Elektromotoren, die Auswirkungen auf explosionsgeschützte<br />
Elektromotoren sowie die bewährten Standard-Elektromotoren<br />
haben. Mit der Änderung gelten unter anderem folgende neue<br />
Regeln: Die Energieeffizienzklasse IE3 gilt für 3-Phasen-Asynchronmotoren<br />
für Nennleistungen von ≥0,75 kW bis ≤1 000 kW<br />
und neuerdings auch für 8-polige Motoren, die vorher ausgenommen<br />
waren. Bisher lag die Leistungsobergrenze, ab der IE3<br />
vorgeschrieben war, bei ≤375 kW.<br />
Ganz neu hinzugekommen sind Vorgaben für die kleineren<br />
3-Phasen-Asynchronmotoren mit Nennleistungen von ≥0,12 kW<br />
bis
Mit Elektromotoren betriebene<br />
Systeme verbrauchen etwa 70 % der<br />
industriellen Energie<br />
und Ex d eingeschlossen. Bisherige Ausnahmen<br />
für Bremsmotoren, umrichterbetriebene<br />
Motoren und ex-geschützte Motoren<br />
wurden gestrichen.<br />
ÄNDERUNGEN ZUM JULI 2023<br />
Am 1. Juli 2023 erfolgt eine weitere Verschärfung<br />
der Effizienzregeln. Dann gilt<br />
die Energieeffizienzklasse IE2 für explosionsgeschützte<br />
(Zündschutzart Ex eb)<br />
3-Phasen-Asynchronmotoren mit Nennleistungen<br />
von ≥0,12 kW bis ≤1 000 kW sowie<br />
für 1-Phasen-Asynchronmotoren<br />
≥0,12 kW. Die Energieeffizienzklasse IE4<br />
wird für 3-Phasen-Asynchronmotoren<br />
von ≥75 kW bis ≤200 kW verpflichtend<br />
und das für 2-, 4- oder 6-polige Motoren.<br />
Ausnahmen sind hier Bremsmotoren und<br />
explosionsgeschützte Elektromotoren.<br />
Für Anwendungen, in denen nur kurzzeitig<br />
ein Antrieb benötigt wird, können<br />
Standard-Asynchronmotoren der Effizienzklasse<br />
IE1 verwendet werden. Sie sind<br />
auf beste Materialausnutzung und geringste<br />
Investitionskosten ausgelegt.<br />
Auch nach der neuen Ökodesign-Verordnung<br />
ab Juli <strong>2021</strong> ist das für S3 < 80 %<br />
oder Kurzzeitbetrieb möglich.<br />
UNIVERSAL MOTOR ERFÜLLT<br />
ÖKODESIGN-VERORDNUNG<br />
Durch die seit dem 1. Juli <strong>2021</strong> geltenden<br />
Verschärfungen hinsichtlich der Energieeffizienz<br />
von Elektromotoren und Drehzahlregelungen<br />
wird der Einsatz von IE3-<br />
Motoren in zusätzlichen Leistungsbereichen<br />
nicht nur wirtschaftlich attraktiver,<br />
sondern auch zwingend erforderlich. Mit<br />
dem energieeffizienten Nord Universal<br />
Motor für Leistungsbereiche von 0,12 bis<br />
45 kW bietet Nord Drivesystems einen<br />
wirtschaftlichen IE3-Motor, der international<br />
alle Vorschriften erfüllt. Wo bisher<br />
noch IE2-Motoren in Kombination mit<br />
Frequenzumrichtern eingesetzt werden<br />
konnten, werden jetzt höhere Maßstäbe<br />
an die Energieeffizienz angelegt.<br />
Während in der EU noch von der Verordnung<br />
der Effizienzklasse IE3 für<br />
Antriebe unter 0,75 kW abgesehen<br />
wurde, ist die IE3-Klasse in China<br />
bereits seit Juni <strong>2021</strong> für alle 3-Phasen-Induktionsmotoren<br />
ab 120 W<br />
Pflicht. Der Universal Motor deckt<br />
diesen Leistungsbereich ab. Er ist<br />
nach allen gängigen Standards zertifiziert<br />
und deshalb weltweit einsetzbar.<br />
Dadurch ermöglicht er die gezielte<br />
Variantenreduzierung und bietet entscheidende<br />
Kostenvorteile, gerade bei internationalen<br />
Projekten. Er kann ohne jede<br />
Anpassung für die wichtigen Weltmärkte<br />
Europa, USA, Kanada, China, Indien,<br />
Russland und Ukraine eingesetzt<br />
werden. Möglich ist dies durch die Zertifizierung<br />
des Universal Motors gemäß<br />
CE, UL, CSA, CCC, EAC, ISI und andere.<br />
Speziell für global vertriebene Maschinen<br />
und Anlagen sowie internationale Projekte<br />
bewirkt die Reduzierung der Ländervarianten<br />
klare Kosteneinsparungen für<br />
Systemintegratoren und Betreiber. Es<br />
müssen weniger Varianten und Teilenummern<br />
bearbeitet und verwaltet werden,<br />
die Antriebsauswahl wird einfacher<br />
und der Beschaffungsaufwand sinkt.<br />
Fotos & Grafiken: Nord Drivesystems<br />
www.Nord.com<br />
DIE IDEE<br />
Nord Drivesystems arbeitet schon<br />
seit Jahrzehnten an der Energieeffizienz<br />
seiner Motoren. Mit den<br />
jüngsten Aktualisierungen der<br />
Ökodesign-Verordnung erzeugen<br />
neben den wirtschaftlichen auch<br />
ökologische und regulatorische<br />
Aspekte verstärkte Anreize zum<br />
Energiesparen. Elektromotoren<br />
verbrauchen einen Großteil der<br />
industriell eingesetzten Energie.<br />
Nord hat mit dem Universal Motor<br />
deshalb eine mit allen wichtigen<br />
Zertifizierungen versehene und<br />
daher weltweit einsetzbare<br />
energieeffiziente Komponente<br />
entwickelt.<br />
REGELBARE ELEKTROMOTOREN<br />
Wir lösen individuelle<br />
ANTRIEBSAUFGABEN<br />
Motoren und Generatoren:<br />
100 - 600 000 Nm<br />
100 - 3000 kW<br />
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SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND INNOVATIONEN<br />
ZAHNSTANGENTRIEBE<br />
VON HIGH FLEXIBILITY<br />
BIS HIGH FORCE<br />
Stöber hat mit seinem Konzept für Zahnstangentriebe ein kompaktes,<br />
prozesssicheres Easy-to-Use-System entwickelt, das vor allem auf die<br />
Anwendungen in Automation und Robotik abgestimmt ist. Kombiniert<br />
mit den Planeten- oder Kegelradgetrieben sowie Servomotoren von<br />
Stöber im Direktanbau erhalten Anwender aus einer Hand eine Vielzahl<br />
an kompakten, hochdynamischen Antriebslösungen.<br />
Das Unternehmen Stöber hat mit seinen Zahnstangentrieben<br />
kombiniert mit Synchron-Servomotoren ein System<br />
im Portfolio, das sich an die unterschiedlichen Ansprüche<br />
hinsichtlich Belastbarkeit und Präzision anpassen<br />
lässt. Die Zahnstangentriebe basieren auf einsatzgehärteten und<br />
geschliffenen Ritzeln mit hoher Verzahnungsqualität und darauf<br />
abgestimmten Zahnstangen des Kooperationspartners Atlanta.<br />
Der Anwender soll von den Eigenschaften des Direktanbaus<br />
profitieren, denn Adapter machen Antriebseinheiten schwerer<br />
und sie benötigen mehr Bauraum. Das wirkt sich negativ auf<br />
Dynamik und Volumen aus. Dazu kommt der erhöhte Montageaufwand.<br />
Antriebsspezialist Stöber bietet vier verschiedene<br />
Baureihen an Zahnstangentrieben, die sich im Direktanbau an<br />
die Synchron-Servomotoren der Baureihe EZ in verschiedenen<br />
Größen anbinden lassen. Der Anwender erhält ein kompaktes,<br />
prozesssicheres Easy-to-Use-System aus einer Hand, das genau<br />
auf seine Aufgabe abgestimmt ist.<br />
Die schrägverzahnte Baureihe ZV ist vor allem flexibel. Die Ritzelposition<br />
kann sich je nach Einsatz am Wellenende oder an der<br />
Wellenschulter befinden, die Welle-Nabe-Verbindung ist spielfrei<br />
und formschlüssig. Sie lässt sich nicht nur mit einem Planetengetriebe<br />
koppeln, sondern auch mit Kegelradgetrieben – z. B. mit<br />
Claudia Grotzfeld, Marketing, Stöber Antriebstechnik GmbH + Co., Pforzheim<br />
der Baureihe KS. Kombiniert mit dem Synchron-Servomotor EZ<br />
erhält der Anwender so einen Antrieb, der durch eine kompakte<br />
Gehäusegeometrie mit wenig Gewicht und einer hohen Volumenleistung<br />
punktet. Durch die großen, steifen Abtriebslager<br />
kann das Drehmoment der KS-Getriebe zudem voll in Vorschubkraft<br />
umgewandelt werden. Damit eignet sich diese Baureihe vor<br />
allem für Automation und Robotik.<br />
Der Hersteller Stöber hat für die Baureihe ZTRS eine fest verschraubte<br />
Stützlagerglocke entwickelt. Die Versteifungsrippen<br />
an der Innenkontur ermöglichen es, das Getriebemoment des<br />
Zahnstangenantriebs voll zu nutzen, was die Leistungsdichte<br />
und die Steifigkeit verbessern. Zum Einsatz kann diese Baureihe<br />
für Vorschubachsen in Werkzeug- und Lasermaschinen sowie in<br />
hochdynamischen und präzisen Handling-Systemen kommen.<br />
Die Zahnstangentriebe lassen sich mit unterschiedlichen Getrieben<br />
kombinieren.<br />
Stellt die Stützlagerglocke in Vorschubachsen eine Störkontur<br />
dar, bietet Stöber die Baureihe ZTR. Diese zeichnet sich durch<br />
einen kleinen Ritzeldurchmesser, eine hohe Linearsteifigkeit und<br />
geringe Drehmomente bei hohen Vorschubkräften aus. Die Ritzel<br />
mit dem angeschweißten Schraubflansch lassen sich einfach<br />
montieren und demontieren. Die Zahnstangentriebe können<br />
ebenfalls mit den Getrieben der Baureihen PH und PHV kombiniert<br />
werden. Mit den Planetengetrieben der Baureihe PH z. B.<br />
erreichen die Versionen ZR, ZTR und ZTRS einen Rundlauf, der<br />
optional auf kleiner-gleich 0,01 mm optimiert werden kann.<br />
38 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND INNOVATIONEN<br />
01<br />
DIE IDEE<br />
02<br />
01 Die schrägverzahnte<br />
Baureihe kombiniert mit<br />
Kegelradgetriebe und<br />
Synchron-Servomotor ergibt<br />
einen leichten und<br />
kompakten Antrieb mit<br />
hoher Volumenleistung<br />
02 Die Baureihe mit fest<br />
verschraubter Stützlagerglocke<br />
kombiniert mit<br />
Getriebe und Motor<br />
Der Anwender kann die komplett fertigen Einheiten sofort einbauen – ohne Motor<br />
und Ritzel zu adaptieren. Über alle Baureihen hinweg sind Beschleunigungsvorschubkräfte<br />
von 0,48 bis 126 kN erreichbar. „Möglich ist dies durch die Gewichtseinsparung“,<br />
beschreibt Udo Cyrol, Leiter Stöber Vertriebscenter Süd-Ost. „Denn meist<br />
fahren die Zahnstangentriebe auf dem bewegten Bauteil mit. Durch den fehlenden<br />
Motoradapter lassen sich die Einheiten kürzer und leichter gestalten, was auch die<br />
Eigenschwungmasse reduziert.“ Zu einer weiteren Gewichtseinsparung trägt die<br />
One Cable Solution von Stöber bei. Mithilfe des zukunftssicheren Protokolls Heidenhain<br />
EnDat 3 erübrigt sich mit dem Hybridkabel ein Encoderkabel, wodurch die Schleppkette<br />
kleiner ausfallen kann.<br />
Fotos: Stöber<br />
www.stoeber.de<br />
„Mit dieser Lösung wollen wir<br />
Anwendern äußerst kompakte und<br />
hochdynamische Antriebslösungen<br />
bieten, die genau auf ihre Aufgaben<br />
abgestimmt sind. Sie erhalten<br />
komplette Einheiten und müssen<br />
weder einen Motor noch ein Ritzel<br />
adaptieren“, sagt Artur Wagner,<br />
Bereichsleiter Entwicklung Getriebe<br />
und Motoren bei Stöber Antriebstechnik.<br />
Er ist der Kopf hinter der<br />
Entwicklung der Zahnstangentriebe<br />
mit Synchron-Servomotoren im<br />
Direktanbau. Der studierte Maschinenbauer<br />
ist schon seit 1992 bei<br />
dem Antriebsspezialisten in<br />
Pforzheim.<br />
Artur Wagner, Bereichsleiter<br />
Entwicklung Getriebe und Motoren<br />
Stöber Antriebstechnik<br />
Das Multitalent<br />
SD4S - High-Speed-Frequenzumrichter<br />
oder hochdynamischer Servoverstärker<br />
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www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 39
SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND INNOVATIONEN<br />
VAKUUMGREIFER<br />
SICHERE UND SCHNELLE<br />
PROZESSE FÜR COBOTS<br />
Pick-and-place, Etikettierung, Palettierung u.v.m.:<br />
Werden kollaborative Roboter (kurz Cobots) mit<br />
Vakuum-Greifern ausgestattet, sind viele<br />
Anwendungen möglich. Wie diese schnell und<br />
sicher gelingen, Ingenieure bei Installation und<br />
Wartung Zeit sparen und unterschiedliche Cobots<br />
ausstatten können, zeigt SMC mit der Serie<br />
ZXP-X1 und ihren Variationen.<br />
Diverse Anwenderanforderungen und stets hohe Prozesssicherheit<br />
– ein Muss auch bei Vakuum-Greifern<br />
an Cobots. Mit der Serie ZXP7-01-X1 und der Erweiterung<br />
um die Serien ZXP7-41-X1, ZXP7-21-X1, ZXP7-<br />
<strong>11</strong>-X1 sowie ZXP7-X1-Assista gelingt dieser Spagat: von der<br />
schnellen Installation und Wartung über hohe Flexibilität<br />
dank variierbarer Anzahl an Vakuumsaugern und individuellen<br />
Befestigungsmöglichkeiten bis hin zur Kompatibilität mit<br />
verschiedenen Cobot-Herstellern.<br />
MÜHELOSER ANSCHLUSS DER<br />
LUFTVERSORGUNG<br />
Ob Omron Corporation und Techman Robot Inc. (Serie TM),<br />
Fanuc Corporation (Serien CRX-10iA und CRX-10iA/L),<br />
Yaskawa Electric Corporation (Serie Motoman-HC10DT) oder<br />
Mitsubishi Electric Corporation (Serie Melfa Assista) – SMC<br />
hat passende Vakuum-Greifer für verschiedene Robotersysteme<br />
parat. Dank einfacher und intuitiver Programmierung,<br />
dem mühelosen Anschluss der Luftversorgung und der elektrischen<br />
Verdrahtung sowie dem Sauger-Montageflansch gemäß<br />
Normierung ISO9409-1-50-5-M6 gelingt die Inbetriebnahme<br />
im Handumdrehen.<br />
Dabei lassen sich an den genannten Serien nicht nur ein,<br />
zwei oder vier Vakuum-Sauger am Greifer anbringen, sondern<br />
auch verschiedene<br />
DIE IDEE<br />
Der Vakuumsauger ermöglicht das<br />
Anbringen von bis zu vier Saugern<br />
an einem Greifarm. Darüber<br />
hinaus bietet die Variantenvielfalt<br />
von fünf Saugerformen, vier<br />
Materialien und acht verschiedenen<br />
Durchmessern viele Anwendungsmöglichkeiten.<br />
Die geringe<br />
Massenträgheit der Sauger wirkt<br />
sich positiv beim Einsatz in<br />
Cobots aus.<br />
Saugervarianten:<br />
von der Saugform<br />
(flach, flach mit Rippen,<br />
dünn flach, Faltenbalg<br />
oder mehrstufiger<br />
Faltenbalg)<br />
über Material (NBR,<br />
Silikonkautschuk,<br />
Urethankautschuk<br />
oder FKM) bis zum<br />
Durchmesser (8, 10,<br />
13, 16, 20, 25, 30<br />
oder 32 mm). Das<br />
geringe Gewicht und<br />
das schlanke Design<br />
der Serien wirkt sich<br />
zudem positiv auf<br />
Dynamik und Masseträgheitsmoment<br />
aus. Wird optional<br />
das Vakuumsicherheitsventil<br />
der Serie ZP2V von SMC angebracht, kann das<br />
Vakuum während des Transfers sogar bei nicht belegten<br />
Saugern aufrechterhalten werden.<br />
Fotos: SMC<br />
www.smc.de<br />
40 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
MARKTPLATZ<br />
ANZEIGE<br />
EINEIIGE SENSOR-ZWILLINGE FÜR HOHE GENAUIGKEIT<br />
Für moderne Dreh-/Fräs-Bearbeitungszentren<br />
bietet Lenord+Bauer ein<br />
robustes und hochpräzises Sensor-Einbaukit.<br />
Zwei identische MiniCoder<br />
tasten magnetisch eine flexibel<br />
herstellbare Maßverkörperung – ein<br />
abwälzgefrästes robustes Zahnrad – ab.<br />
Die Sensorsignale werden in der i³SAAC-<br />
Precision-Box konditioniert.<br />
Bei der Positionierung von Drehtischen<br />
werden so Genauigkeiten von bis zu<br />
vier Winkelsekunden erzielt. Bei der<br />
präzisen Drehzahlregelung in Hochfrequenzspindeln<br />
ist eine zuverlässige Funktion auch jenseits von 50 000 rpm gegeben.<br />
Das i³SAAC-Precision-System ist montagefreundlich und wartungsfrei, selbst wenn Kühl- und Schmierstoffe den<br />
Einbauraum kontaminieren. Über ein Service-Tool erfolgt die menügeführte Inbetriebnahme. Durch das Überprüfen<br />
der Montagepräzision und der Qualität des Messzahnrades lässt sich die erreichbare Genauigkeit bewerten. Somit<br />
können schadhafte Maßverkörperungen bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt erkannt sowie zu große Abweichungen<br />
von Rundlauf oder MiniCODER-Montageposition korrigiert werden.<br />
Text/Foto: Lenord, Bauer & Co. GmbH<br />
www.lenord.de<br />
LASTSPITZENREDUKTION PER PLUG&PLAY<br />
Das aktive Energiemanagementsystem<br />
PxtMX der Michael Koch<br />
GmbH vereinfacht die<br />
strombasierte Lastspitzenreduktion.<br />
Der<br />
Anwender steckt es<br />
einfach auf ein aktives<br />
Gerät der Pxt-Energiemanagementfamilie,<br />
schließt es an und kann<br />
den Maximalwert für<br />
den Netzstrom Amperegenau<br />
eingeben. So ist<br />
sichergestellt, dass die<br />
für Lastspitzen der<br />
Maschine erforderliche Energie aus dem aktiven<br />
Energiemanagementsystem und nicht aus dem Stromnetz<br />
kommt. Der Mess- und Regelbereich des PxtMX<br />
reicht bis 100 Ampere. Zusammen mit dem Pxt-System<br />
können so zahlreiche Anwendungen mit geringerem<br />
Effektivstromwert, zum Beispiel mit 63 oder 32 Ampere,<br />
unter die Nennstromgrenzen der Sicherungen zum<br />
Stromnetz gebracht werden. Visualisiert wird der<br />
Einsatz in Echtzeit über das Tool PxtTerminal. Hierrüber<br />
lassen sich auch die aktiven Energiemanagementgeräte<br />
und -systeme der Pxt-Familie parametrieren und<br />
überwachen. PxtMX lässt sich optional mit EtherCAT<br />
ausstatten und in Feldbus-Netzwerke einbinden.<br />
www.bremsenergie.de<br />
HFI ANTRIEBE<br />
Leistungsstark, kommunikativ und sicher<br />
– für einen vielseitigen Einsatz<br />
• Integrierter Synchron- Servoantrieb<br />
• variable Feldbusanbindung<br />
CANopen®, EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP<br />
• optional mit funktionaler Sicherheit<br />
Safe Torque Off (STO)<br />
Performance Level e Kat. 3, SIL 3<br />
Produktseite<br />
HFI Antriebe<br />
www.engelantriebe.de
SPECIAL: SPS <strong>2021</strong> TRENDS UND INNOVATIONEN<br />
SICHERHEITSKARTE ERWEITERT ANTRIEBS-<br />
INTEGRIERTE SAFE-MOTION-LÖSUNG<br />
Zu den weiteren sicheren Motion Monitoring Funktionen gehören<br />
die sicher überwachte Bewegungsrichtung (SDI-M), das<br />
sicher überwachte Schrittmaß (SLI-M), die sicher überwachte<br />
Geschwindigkeit (SLS-M) sowie der sicher überwachter Betriebshalt<br />
(SOS-M), die sicher überwachte Position (SLP-M)<br />
und der sicher überwachte Geschwindigkeitsbereich (SSR-M).<br />
Die sichere und schnelle Kommunikation bei PMCprotego S3<br />
erfolgt über das Echtzeit-Ethernet SafetyNET p RTFL.<br />
Die neue Sicherheitskarte PMCprotego S3 erweitert die antriebsintegrierte<br />
Safe-Motion-Lösung PMCprotego DS<br />
um weitere sichere Motion-Monitoring-Funktionen<br />
nach EN 61800-5-2. Mit diesen Funktionen lässt sich<br />
nun eine applikationsspezifische Fehlerreaktion im Vorhinein<br />
bereits flexibel und individuell über das Engineering Tool PASmotion<br />
konfigurieren. Das reduziert Maschinenstillstände, so<br />
dass Anlagen trotz unterschiedlichster Sicherheitsanforderungen<br />
stets ihre maximale Produktivität erreichen.<br />
ANTRIEBSAUSLEGUNG AUS EINER HAND<br />
Über SafetyNETp lässt sich die antriebsintegrierte Lösung nun<br />
auch direkt an die konfigurierbare Kleinsteuerung PNOZmulti 2<br />
anbinden. Darüber hinaus ist diese offen gegenüber marktgängigen<br />
Motorarten und Feedback-Systemen und unterstützt zudem<br />
die Standardkommunikation über EtherCAT und Profinet. Damit<br />
steht ein offenes Gesamtpaket aus sicherer Antriebslösung und<br />
sicherer Steuerung zur Verfügung, das einfach in bestehende<br />
Anwendungen eingebunden werden kann.<br />
Pilz bietet darüber hinaus das komplette Engineering sowie<br />
Dienstleistungen für Lösungen auch aus dem Bereich PMC (Pilz<br />
Motion Control) für Neu- sowie Bestandsanlagen (Retrofit). Das<br />
Pilz-Komplettpaket aus einer Hand minimiert den Zeitaufwand<br />
für die gesamte Antriebsauslegung. So können Anlagen – unter<br />
anderem in der Verpackungstechnik, da hier eine hohe Anzahl<br />
an Achsen sicher koordiniert werden muss – einfacher in Betrieb<br />
genommen werden.<br />
www.pilz.com<br />
MECHATRONISCHES<br />
SYSTEMVERSTÄNDNIS<br />
HOCHTAKTUNG<br />
REDUZIERTE KOMPLEXITÄT<br />
Technik, Wissen und Service aus einer Hand – maßgeschneidert<br />
und individuell für Ihre Anwendung.<br />
Ob Steuerungen, zentrale / dezentrale Antriebslösungen oder<br />
Motoren: AMKmotion bietet Ihnen das Plus an Automatisierung.<br />
Besuchen Sie uns auf der sps smart production solutions vom<br />
23.<strong>11</strong>.-25.<strong>11</strong>.<strong>2021</strong> in Nürnberg – Halle 4, Stand 210.<br />
AMKmotion GmbH + Co KG · Gaußstraße 37-39 · D-73230 Kirchheim/Teck · www.amk-motion.com
SMARTE SEILZÜGE FÜR HORIZONTALE UND<br />
VERTIKALE WEGMESSUNG<br />
BESUCHEN SIE UNS IN<br />
HALLE 3A, STAND 430<br />
Neben direkten Längenmesssystemen und Komponenten wie Messrädern<br />
führt Hengstler auch Seilzüge für Drehgeber im Programm. Ihr Einsatzspektrum<br />
reicht von Heavy Duty-Anwendungen bis zur Medizintechnik.<br />
Die Seilzüge sind Angaben zufolge robuster als klassische Wegmesssysteme<br />
und günstiger als andere indirekte Verfahren. Sie bestehen aus einer<br />
Spiralfeder, einer Präzisionsspule und einem Mess-Seil. An der Seite der<br />
Spule wird ein Drehgeber angebaut, der die Längsbewegung des Seils in<br />
eine Drehbewegung umsetzt und so die zurückgelegte Wegstrecke misst.<br />
Die Seilzüge mit Längen von 3 bis 30 m sind mit den 58 mm-Drehgebern<br />
von Hengstler kompatibel, sodass sie mit Inkremental- und Absolutwertgeber<br />
oder ATEX-zertifizierten Encodern kombinierbar sind. Ergänzend<br />
sind Komplettsysteme aus einem ACURO AC 36-Encoder sowie Seilzügen<br />
in Längen zwischen 650mm und 2 650mm erhältlich. Der Drehgeber<br />
bietet eine Auflösung bis 22 Bit (Singleturn) und ist mit einer SSI- und<br />
einer BiSS-Schnittstelle ausgestattet.<br />
www.hengstler.com<br />
EXTRA-LEICHTER COBOT MIT POLYMER-WELLGETRIEBE<br />
Ein Cobot aus<br />
Kunststoff, der<br />
weniger als 10 kg<br />
auf die Waage<br />
bringt, ist der ReBeL<br />
von Igus. Mit ihm<br />
werden auch für<br />
kleinere Unternehmen<br />
und Start-Ups<br />
innovative Ideen in<br />
der Servicerobotik<br />
machbar.<br />
Die Gründe dafür<br />
sind, neben seinem<br />
vergleichsweise niedrigen Preis, auch ein geringer Wartungsaufwand und<br />
eine einfache Bedienung. Seine Traglast liegt bei 2 kg, seine Reichweite<br />
beträgt 700 mm. Das Herzstück des Leichtbauroboters ist ein vollintegriertes<br />
Tribo-Wellgetriebe mit Motor, Absolutwert-Encoder, Kraftregelung<br />
und Controller. Für den Cobot bietet der Hersteller eine kostenlose<br />
Steuerungssoftware an, für die er verspricht, dass selbst Laien schon nach<br />
kurzer Zeit die Bewegungen des Roboters festlegen und simulieren<br />
könnten. Eingesetzt werden kann der Roboter in vielen Szenarien, vom<br />
montierten Einsatz auf Agrar-Drohnen bis hin zur mobilen Unterstützung<br />
als Haushaltshilfe, auf einem fahrerlosen Transportsystem oder als<br />
Barkeeper.<br />
www.igus.de<br />
Verbunden<br />
auf Distanz<br />
One Cable<br />
Mit<br />
auf 100 Meter<br />
Next Level: Das neue STÖBER Hybridkabel<br />
verbindet Motoren und Antriebsregler zuverlässig<br />
auf 100 Meter. Mit zukunftssicherem<br />
HEIDENHAIN EnDat® 3. Für maximale<br />
Qualität bei Übertragung, Diagnose, Sicherheit<br />
und Performance. Ein MUSS für die<br />
digitale Produktion.<br />
• Erprobte Schleppfähigkeit ohne Drossel für<br />
Kabellängen bis 50 Meter.<br />
• Entwickelt in Kooperation mit HEIDENHAIN.<br />
• Automatische Systeminstallation durch<br />
elektronisches Typenschild.<br />
• Digitale Übertragung von Positionswerten<br />
und Sensordaten.<br />
• Geringer Verkabelungsaufwand.<br />
• Verkürzte Montagezeiten.<br />
• Reduzierte Betriebskosten.<br />
www.stober.com
MARKTPLATZ<br />
BREITER SERIENSTART AB 2022<br />
Auf der SPS <strong>2021</strong> stellt<br />
die Sieb & Meyer AG<br />
die neue SD4x-Serie<br />
vor, die als Frequenzumrichter<br />
für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen<br />
sowie als<br />
hoch-dynamische<br />
Servoverstärker<br />
eingesetzt werden<br />
können. 2022 soll die<br />
komplette Leistungspalette<br />
der SD4S-Varianten<br />
bereitstehen<br />
sowie der SD4M<br />
serienreif sein. Der<br />
SD4S wird laut<br />
Hersteller in 2022 um<br />
zusätzliche Baugrößen<br />
ergänzt, die dann den<br />
aktuellen Leistungsbereich<br />
der SD2S-Serie abdecken bzw. erweitern. Zudem werden<br />
die Möglichkeiten der SD4x-Logikplattform auch für die<br />
SD2M-Modelle zur Verfügung stehen, die sich bezüglich der<br />
Leistungselektronik auf dem neuesten Stand befinden – aus der<br />
Serie SD2M wird die Serie SD4M.<br />
www.sieb-meyer.de<br />
AUTOMATISIERUNGSKONZEPT FÜR COBOTS<br />
Auf SPS <strong>2021</strong> stellt<br />
Sew-Eurodrive<br />
erstmals ein neues<br />
Automatisierungskonzept<br />
für kooperative<br />
Robotik und<br />
weitere funktional<br />
sichere Kinematiken<br />
vor. Am Sew-Eurodrive-Stand<br />
4<strong>11</strong> in<br />
Halle 3a kann man<br />
sich informieren,<br />
wie ein Industrie-PC<br />
mit Intel Quad Core<br />
Prozessor als SPS mit voll integrierter Sicherheitssteuerung<br />
eingesetzt wird. Mit zwei Prozessorkernen dieser<br />
CPU können zweikanalige Sicherheitsfunktionen entsprechend<br />
EN ISO 13849-1 PL d (Kategorie 3) realisiert werden.<br />
Die Programmierung und Konfiguration der nicht sicheren<br />
Maschinensteuerung mit EtherCAT als Systembus erfolgt<br />
mit der integrierten Entwicklungsumgebung Codesys. Die<br />
jetzt zusätzlich integrierte Sicherheitssteuerung basiert<br />
auf dem Laufzeitsystem Codesys Safety SIL2. Auf der<br />
Messe wird als Technologiedemonstrator ein Tripod mit<br />
drei Servoachsen gezeigt.<br />
www.sew-eurodrive.de<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
GEHÄUSELOSE SERVOMOTOREN FÜR<br />
INDIVIDUELLE OEM-ANTRIEBSLÖSUNGEN<br />
Wittenstein<br />
Cyber Motor<br />
kündigt mit der<br />
Cyber kit line<br />
small eine neue<br />
Produktfamilie<br />
gehäuseloser<br />
Servomotoren<br />
an, die zahlreiche<br />
Gestaltungsmöglichkeiten<br />
für Antriebslösungen in OEM-Maschinen bietet. Der<br />
Verzicht auf Motorgehäuse und Lagerung sowie die große<br />
Zahl konfigurierbarer Auslegungsvarianten geben<br />
dem Anwender Flexibilität bei der Maschinenkonzeption.<br />
Die kompakten Abmessungen und das geringe<br />
Gewicht sorgen für eine sehr hohe Leistungsdichte.<br />
Durch das besondere Design der Statoren – 24 Einzelzähne,<br />
die in Rundform gesteckt und mit einem hohen<br />
Kupferfüllfaktor vergossen werden – erreichen die<br />
neuen Servomotoren um bis zu zehn Prozent höhere<br />
Dauerdrehmomente als vergleichbare Motoren am<br />
Markt. Sie bieten Drehzahlen von bis zu 8 000 Umdrehungen/Minute.<br />
Die Cyber kit line small wird mit<br />
Außendurchmessern von 50 und 85 mm, in drei<br />
Baulängen und den Spannungsklassen 60 und 600 V<br />
erhältlich sein.<br />
www.wittenstein.de
LEISTUNGSSTARKE TORQUE MOTOREN<br />
Die QTL-A Torque Motor-Serie von<br />
Tecnotion bekommt nun Zuwachs: die<br />
noch leistungsstärkeren QTL-A-385 und<br />
QTL-A-485 Motoren. Durch ihr kompaktes<br />
Design eignen sie sich vor allem für<br />
Applikationen, die trotz begrenztem<br />
Bauraum hohe Dauerdrehmomente<br />
erfordern. Die neuen Motoren sind in<br />
den Bauhöhen 85 und 105 mm erhältlich.<br />
Bei Verwendung der integrierten<br />
Wasserkühlung können Dauerdrehmomente<br />
von 407 bis 907 Nm erreicht<br />
werden. Kombiniert mit hohen Motorkonstanten<br />
wird ein gutes Wärmemanagement<br />
ermöglicht, wodurch ein maximaler Drehmomentbereich von 1026 bis<br />
2202 Nm erreicht werden kann. Bei Betrieb mit 480 ac (680 Vdc) liegt die<br />
Nenndrehzahl des kleinsten neuen QTL-A-385-85 Motors bei 231 U/min.<br />
www.tecnotion.de<br />
ANTRIEBSTECHNIK FÜR DIGITALE ANLAGENKONZEPTE<br />
Nord Drivesystems stellt auf der<br />
SPS <strong>2021</strong> Antriebslösungen für die<br />
smarte und digitale Automation vor.<br />
Bereits mit dem IE5+ Synchronmotor ist<br />
es Nord gelungen, die Verluste im<br />
Vergleich mit der aktuellen IE4-Baureihe<br />
noch einmal zu reduzieren. Der zum<br />
Patent angemeldete DuoDrive soll noch<br />
einen Schritt weiter gehen und neue<br />
Maßstäbe hinsichtlich Performance,<br />
Bauraum und Variantenreduktion<br />
setzen. Mit bis zu 92 % bietet er hohe Wirkungsgrade und erreicht laut Hersteller<br />
auch im Teillastbetrieb eine hohe Systemeffizienz. Im Bereich Frequenzumrichter<br />
präsentiert Nord gleich zwei Neuheiten: den Schaltschrankumrichter Nordac Pro<br />
SK 500P mit erweitertem Leistungsbereich bis 22 kW sowie den dezentralen Umrichter<br />
Nordac On für kleine Leistungsbereiche bis 1,0 kW.<br />
www.nord.com<br />
PRECISE IN ANY SIZE<br />
Der Getriebespezialist Nabtesco<br />
präsentiert auf der SPS <strong>2021</strong> sein<br />
umfangreiches Präzisionsportfolio. Das<br />
Unternehmen zeigt die Servogetriebe<br />
der Neco-Serie mit allen fünf Baugrößen<br />
(25, 42, 80, 125 und 160) sowie den<br />
beiden verfügbaren Gehäuseformen<br />
(Verschraubung von der Motor- bzw. von<br />
der Anwendungsseite). Unter dem<br />
Motto „Precise in any size“ präsentiert<br />
Nabtesco in Halle 3A an Stand 426<br />
darüber hinaus weitere Lösungen seines breitgefächerten Portfolios. Besucher<br />
können sich unter anderem auf ein Update zum Projekt „Der genaueste Roboter<br />
der Welt“ freuen. Ziel der Kooperation zwischen Nabtesco und dem Steuerungsexperten<br />
Keba ist es, Anwendern die Herstellung von Robotern mit einer Punktbzw.<br />
Bahngenauigkeit im Hundertstel-Millimeter-Bereich zu ermöglichen.<br />
www.nabtesco.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
RÄNDELVERBINDUNGEN ALS<br />
ALTERNATIVE<br />
WELLE-NABE-VERBINDUNGEN<br />
Einband Dissertation M. Lätzer [1]<br />
Die Forderung nach CO 2<br />
-Reduzierung erfordert auch eine Optimierung der<br />
Antriebselemente. Im Bereich der Welle-Nabe-Verbindungen bietet die Abkehr der<br />
Trennung von rein reib-, form- und stoffschlüssigen Verbindungen und somit<br />
Kombination der Übertragungsmechanismen durch hybride Verbindungen<br />
Potential zur Drehmomentsteigerung und Bauraumoptimierung. Eine solche<br />
Schlusskombination stellt die schneidend / formend gefügte Rändelverbindung dar.<br />
Allerdings bedarf es einer individuellen Vorgehensweise bei der Auslegung der<br />
Verbindung. Dieser Beitrag bietet dazu eine Hilfestellung, indem er eine Methodik<br />
zur Auslegung anhand der relevanten Einflussgrößen aufzeigt.<br />
46 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
1 EINLEITUNG<br />
Die zunehmend restriktiveren Vorgaben hinsichtlich der<br />
CO 2<br />
-Reduzierung forcieren auch in der Antriebstechnik Optimierungsmaßnahmen<br />
bezüglich Leistungsdichte, Masse- und<br />
Bauraumreduktion sowie Senkung der Kosten. Der Betrachtungsbereich<br />
erstreckt sich dabei von der Herstellung, über die<br />
Nutzung bis zum Recycling, also über den gesamten Lebenszyklus.<br />
Die Lebenszykluskosten werden damit zu einem Entscheidungskriterium.<br />
Für Verbindungselemente bedeutet dies, dass neben der Notwendigkeit<br />
zur Optimierung etablierter Welle-Nabe-Verbindungen<br />
(WNV) wie beispielsweise Pressverbindungen (PV) und<br />
Zahnwellenverbindungen (ZWV) der Bedarf nach neuen Verbindungstechniken<br />
und Werkstoffkombinationen gegeben ist.<br />
Eine Sonderform von WNV stellen schneidend und/oder formend<br />
gefügte Rändelverbindungen dar. Diese seit Jahrzehnten<br />
bekannte und in Einzelanwendungen als auch in Großserienlösungen<br />
erfolgreich eingesetzte Verbindungstechnik besitzt<br />
meist eine gerändelte Verzahnung oder zumindest eine der<br />
Rändelgeometrie entsprechende Verzahnungskontur.<br />
Für Großserienanwendungen entwickelte spezifische Lösungen<br />
sind aus Funktions- oder Kostensicht klassischen WNV<br />
deutlich überlegen. Die geringe Verbreitung der Rändelverbindung<br />
ist auf die Notwendigkeit einer individuellen Abstimmung<br />
der Verbindung und dem Fehlen allgemeiner Auslegungs- und<br />
Kon-struktionsrichtlinien zurückzuführen. Diesbezüglich bietet<br />
der gegenständliche Beitrag Unterstützung, um mit wenig Aufwand<br />
die Eignung der Rändelverbindung bei spezifischen Rahmenbedingungen<br />
abschätzen sowie einen effizienten Auslegungs-<br />
und Verifizierungsprozess gestalten zu können.<br />
Die Terminologie für die Rändelverbindung ist (noch) nicht<br />
standardisiert, für idente Lösungen oder technische Parameter<br />
existieren unterschiedliche Begrifflichkeiten. Im Rahmen des<br />
vorliegenden Beitrages sollen folgende übergeordnete Bezeichnungen<br />
gelten. Entsprechend des vorwiegenden Vorgangs<br />
beim Fügen der Verbindung und somit der Herstellung der Gegenverzahnung<br />
wird unterschieden in Rändelschneidverbindungen<br />
(RSV) und Rändelpressverbindungen (RPV). Weitere<br />
Definitionen werden im Laufe des Beitrages eingeführt.<br />
2 AUSGANGSSITUATION – ETABLIERTE<br />
WELLE-NABE-VERBINDUNGEN UND DEREN<br />
LIMITIERUNGEN<br />
Bild 01 zeigt eine Zuordnung der am häufigsten eingesetzten<br />
WNV bezüglich einer Torsionsmomentübertragung.<br />
Die PV sowie die Mehrfach-Pressverbindung (MPV) sind kraftbzw.<br />
reibschlüssige WNV, bei denen die Belastungsübertragung<br />
durch Reibkräfte an den entsprechenden Wirkflächenpaaren in<br />
der Fuge – den Zylindermantelflächen von Welle, Nabe und gegebenenfalls<br />
der Zwischenhülse – erfolgt. Die Reibkräfte, welche<br />
bei der Torsionsmomentübertragung tangential wirken, müssen<br />
durch Druckvorspannkräfte in der Fuge aufgebaut werden. In<br />
Abhängigkeit der benötigten Druckvorspannkräfte wird bei der<br />
Auslegung und Montage zwischen Längs-, Quer- und Längs-<br />
01 Übersicht der relevanten reib-, form- und reibformschlüssigen WNV bezüglich Torsionsmomentübertragung nach [1]<br />
02 Einfluss des Fasenwinkels ϕ der Welle auf den Fügevorgang [1]<br />
www.<strong>antriebstechnik</strong>.de <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> 47
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
03 Mind-Map der Einflussgrößen auf Rändelverbindungen nach [1] und [8]<br />
Querpressverbindung und aufgrund der Formänderungsarbeit<br />
zwischen elastischer und elastisch-plastischer Auslegung unterschieden.<br />
Kennzeichnend für PV und MPV ist deren Spielfreiheit,<br />
die hohe Steifigkeit bewirkt, aus Verschleißsicht günstig ist und<br />
für die besondere Eignung für hohe dynamisch ertragbare Beanspruchungen<br />
verantwortlich zeichnet. Dem gegenüber ist die<br />
Toleranzempfindlichkeit ein Prinzip bedingter Nachteil von PV.<br />
Die benötigten Temperaturunterschiede bei Querpressverbindungen<br />
zum Fügen großer Übermaße können limitierend wirken,<br />
Temperaturunterschiede sowie eine fliehkraftbedingte Aufweitung<br />
bei hohen Drehzahlen im Betrieb reduzieren die Tragfähigkeit.<br />
Bei kleinen Durchmessern wirkt sich zusätzlich die Glättung<br />
der Oberflächen beim Fügevorgang verstärkt ungünstig auf das<br />
wirksame Übermaß und somit auf das übertragbare Torsionsmoment<br />
aus [2]. Eine Drehmomentsteigerung durch eine Einengung<br />
der Toleranzen ist aus Kostensicht oftmals kritisch.<br />
Formschlüssige WNV, wie beispielsweise die ZWV oder die<br />
Passfederverbindung (PFV), weisen in Bezug auf Montage oder<br />
Demontage im Vergleich zu den PV deutliche Vorteile auf. Dafür<br />
sind aber ein Nullspiel oder kleine Spiele nötig, die sich wiederum<br />
negativ auf das Betriebs- und Verschleißverhalten der Verbindung<br />
auswirken. Die mehrfache Überbestimmung der Verzahnung<br />
bei ZWV führt zu einer ungleichmäßigen Belastung der Verzahnung,<br />
sodass deren Potential nicht voll ausgenutzt werden<br />
kann. Darüber hinaus ändert sich die Torsionssteifigkeit belastungsabhängig<br />
[3]. Eine diesbezügliche Verbesserung ist mit<br />
kleinmoduligen Verzahnungen erreichbar. Zudem neigen diese<br />
weniger zum Verschleiß bei einwirkenden Querkräften. Schmierkonzepte<br />
mit Spezialfetten können die Lebensdauer erheblich<br />
verlängern. Eine Verbesserung der Qualitätsklassen führt ebenso<br />
wie bei PV zu steigenden Herstellkosten.<br />
3 RÄNDELVERBINDUNG – KOMBINATION VON<br />
REIB- UND FORMSCHLUSS<br />
Die Rändelverbindung vereint die klassische reibschlüssige PV<br />
und formschlüssige ZWV, vergleiche Bild 01. Bei der Rändelverbindung<br />
wird meistens eine mit einer Rändelung und Übermaß<br />
versehene härtere Welle in eine in der Regel weichere Nabe mit<br />
kreisrunder Bohrung längseingepresst. Die gerändelte Welle<br />
48 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
04 Maßgebende Geometrie- und Rändelprofilparameter der<br />
Rändelverbindung [1]<br />
besitzt dabei eine Dreifachfunktion: Axialwerkzeug, Tangential-<br />
Torsionsmomentübertragung sowie Biegemomentübertragung<br />
(Abstützung und Reibschluss). Durch den Paarungsbau ergibt<br />
sich eine gleichmäßige Belastung aller Zähne, die zu einer Steigerung<br />
der Übertragungsfähigkeit führt. Spielfreiheit sowie Toleranz-<br />
und Temperaturunempfindlichkeit vereinen Vorteile von<br />
reib- und formschlüssigen WNV. Die Verwendung dünnwandiger<br />
Naben (Q A<br />
≥ 0,7) und verschiedener Werkstoffkombinationen ist<br />
ebenso möglich.<br />
Analog zur ZWV bildet sich zusätzlich zum tangentialen Formschluss<br />
ein Reibschluss aus. Dieser Reibschluss kann in Abhängigkeit<br />
des Fügevorganges erhöht und zusätzlich für die Übertragungsfähigkeit<br />
in Längsrichtung genutzt werden [1]. Somit<br />
kommt dem Fügevorgang eine wichtige Bedeutung für das Betriebsverhalten<br />
einer reibformschlüssigen Rändelverbindung zu.<br />
Überwiegend wird dieser vom Fasenwinkel ϕ der Welle sowie der<br />
Verformbarkeit bzw. Zerspanbarkeit des Nabenwerkstoffes geprägt.<br />
Beim Fügen sind zwei Ausprägungen zu unterscheiden:<br />
n Formen<br />
n Schneiden<br />
In Bild 02 ist der Fasenwinkel ϕ der Welle, ausgehend vom Formen<br />
mit zunehmender Tendenz zum Schneiden dargestellt.<br />
Bei einem Fasenwinkel ϕ von 5° ≤ ϕ ≤ 15° findet ein rein formender<br />
Fügevorgang statt ([1], [4], [5] und [6]) - Rändelpressverbindung.<br />
Die Rändelgeometrie der Welle bildet sich infolge des<br />
Längseinpressens nahezu spanlos in der weicheren Nabe ab. Die<br />
radialen und tangentialen Verschiebungen in der Fügezone führen<br />
zu einem hohen Fugendruck, der sich wie beim PV günstig<br />
auf das Betriebsverhalten auswirkt. Neigt der Nabenwerkstoff zur<br />
Kaltverfestigung, kann diese zur Steigerung der Tragfähigkeit genutzt<br />
werden.<br />
Bei einem Fasenwinkel ϕ > 60° bildet sich ein vorwiegend<br />
schneidender Fügevorgang aus - Rändelschneidverbindung. Der<br />
Nabenwerkstoff wird dabei im Bereich der Rändel axial herausgeschnitten.<br />
Der rein schneidende Fügevorgang hat gegenüber<br />
dem formenden Fügevorgang den Vorteil eines geringen Fügekraftbedarfes<br />
sowie einer geringen Aufweitung (und somit geringeren<br />
Beanspruchung) der Nabe [1], [2], [4] und [5]. Durch eine<br />
leicht konische Gestaltung der Welle (0,5° - 1,5°) kann auch beim<br />
schneidenden Fügevorgang eine Verbindung mit Fugendruck erzeugt<br />
werden mit den zuvor genannten Vorteilen. Die Aufweitung<br />
der Nabe sollte ab QA > 0,5 berücksichtigt werden [1], [7]. Wenn<br />
die Späne nach dem Fügevorgang nicht abgeführt werden können,<br />
müssen diese in einem dafür vorgesehenem Spanraum verbleiben<br />
[2]. Dies ist bezüglich des Bauraums zu berücksichtigen.<br />
Bei einem Fasenwinkel von 15° ≤ ϕ ≤ 60° liegt eine Kombination<br />
des formenden und schneidenden Fügevorgangs vor. Der<br />
Schneidevorgang und die Eigenschaften der Verbindung in<br />
diesem formend/schneidenden Bereich streuen stark, bieten<br />
keine wirklichen Vorteile gegenüber den zuvor beschriebenen<br />
Winkelbereichen und sind daher weder praxis- noch forschungsrelevant.<br />
Neben dem Fasenwinkel ϕ zeigt Bild 03 eine Vielzahl an charakterisierenden<br />
Einflussgrößen auf Rändelverbindungen wie<br />
Geometrie, Rändelprofil, Werkstoff, Fügevorgang, Belastung,<br />
sekundäre Belastung und Tribologie.<br />
Die geometrischen Einflussgrößen beziehen sich bei Rändelverbindungen<br />
vorwiegend auf das Rändelprofil selbst, siehe<br />
Bild 04. Die aufgeführten Parameter stellen Einflussgrößen auf<br />
die Eigenschaften beim Fügevorgang und bei Belastung der Verbindung<br />
dar. Im Rahmen des Auslegungsprozesses sind diese<br />
entsprechend deren Einfluss und Limitierungen zu wählen.<br />
4 STAND DER WISSENSCHAFT<br />
Wie eingangs erwähnt, ist die hohe Tragfähigkeit von Rändelverbindungen<br />
in der Praxis nachgewiesen. Die dargestellte Vielzahl<br />
an Einflussgrößen stellt dabei gleichsam Potential zur Gestaltung<br />
leistungsfähiger Verbindungen wie Komplexitätssteigerung für<br />
eine hinreichende Charakterisierung dieses Verbindungstyps<br />
dar. Infolge dessen fehlen allgemeingültige Richtlinien und Gleichungen<br />
zur Berechnung der Fügekraft sowie des übertragbaren<br />
Torsionsmomentes. Somit müssen Verbindungen für spezifische<br />
Anwendungen aktuell aufwändig empirisch oder numerisch entwickelt<br />
werden. Andernfalls werden Potentiale nicht ausgeschöpft<br />
oder kommen Rändelverbindungen erst gar nicht zum Einsatz.<br />
Auch die Forschungsarbeiten von BADER [2], LÄTZER [1],<br />
MÄNZ [4], LEIDICH et. al. [5], SCHERZER [9] und MÖRZ et. al.<br />
[6], [7] und [10], die durch unterschiedliche Herangehensweisen<br />
und nur teilweise vergleichbaren Materialkombinationen<br />
gekennzeichnet sind, bieten in Ihrer Gesamtheit „noch“ keine<br />
umfassende Beschreibung der Rändelverbindungen. Sie bilden<br />
aber eine vielversprechende Basis und somit die Grundlage für<br />
die folgende Darstellung des aktuellen Wissenstandes auf dem<br />
Gebiet der Rändelverbindungen. Nachfolgend werden auszugsweise<br />
die analytischen Berechnungsgleichungen von BADER,<br />
LÄTZER, MÄNZ, LEIDICH et. al. sowie numerische und experimentelle<br />
Untersuchungsergebnisse von SCHERZER und MÖRZ<br />
et. al. aufgeführt.<br />
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FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
05 Charakteristischer Torsionsmoment-Verdrehwinkel-Kurve 100Cr6 gehärtet – EN AW-6082-T6-Aluminium nach [1]<br />
4.1 ANALYTISCH ERFASSTE PARAMETER- UND<br />
ANWENDUNGSBEREICHE<br />
Um das übertragbare Torsionsmoment und den Spannungszustand analytisch<br />
zu berechnen, sind geeignete mechanische und geometrische Annahmen<br />
zu treffen. Die Randbedingungen für den jeweiligen Berechnungsalgorithmus<br />
sind den jeweiligen Arbeiten [1], [2], [4] und [5] zu entnehmen.<br />
Verbindungen mit gerändelter Nabe werden aufgrund des Darstellungsumfanges<br />
hier nicht im Detail betrachtet. Die entsprechenden Untersuchungsergebnisse<br />
können [5], [<strong>11</strong>] und [12] entnommen werden. Weiters beziehen sich<br />
die nachfolgend aufgeführten Berechnungsgleichungen ausschließlich auf<br />
das Torsionsmoment. Für die Berechnung der Fügekraft wird auf [1], [2], [4]<br />
und [5] verwiesen.<br />
Stellvertretend für die charakteristische Torsionsmomentübertragung weicher<br />
und duktiler Naben ist in Bild 05 eine experimentell ermittelte statische<br />
Torsionsmoment-Verdrehwinkel-Kurve dargestellt. Diese kann bis zum Erreichen<br />
eines Maximalwertes in einen linear-elastischen und in einen degressiv<br />
steigenden Bereich unterteilt werden; ähnlich der entsprechenden Verläufe<br />
im Werkstoff-Zugversuch. Verbindungen mit geringer Kontaktsteifigkeit aufgrund<br />
ungünstiger Fügebedingungen weisen zu Beginn flach verlaufende<br />
Kennlinien auf, siehe hierzu [2]. Unter tangentialer Last ebnen sich die Rauheitsspitzen<br />
der Welle und der Nabe ein. Der so steigende Traganteil erhöht<br />
die Kontaktsteifigkeit und führt zu einer progressiv ansteigenden Kennlinie<br />
bis diese den in Bild 05 dargestellten linearen Verlauf annimmt.<br />
Der Beitrag wird in der Ausgabe <strong>antriebstechnik</strong> 12/<strong>2021</strong> fortgesetzt.<br />
DIE AUTOREN<br />
Dr.-Ing. M. Lätzer,<br />
ABUS Kransysteme GmbH,<br />
Gummersbach<br />
Dipl.-Ing. Dr. techn. M. Bader,<br />
Institut für Maschinenelemente und<br />
Entwicklungsmethodik, TU Graz<br />
50 <strong>antriebstechnik</strong> <strong>2021</strong>/<strong>11</strong> www.<strong>antriebstechnik</strong>.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG<br />
Literaturverzeichnis:<br />
[1] Lätzer, M.: Füge- und Übertragungsverhalten torsionsbelasteter<br />
Stahl-Aluminium-Rändelpressverbindungen. Dissertation, TU<br />
Chemnitz, Universitätsverlag Chemnitz, 2016<br />
[2] Bader, M.: Das Übertragungsverhalten von Pressverbänden und die<br />
daraus abgelei-tete Optimierung einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung.,<br />
Dissertation, TU Graz, 2009<br />
[3] Dietz, P.: Die Berechnung von Zahn- und Keilwellenverbindungen,<br />
Selbstverlag des Verfassers, Büttelborn, 1978<br />
[4] Mänz, T.: Auslegung von Pressverbindungen mit gerändelter Welle.<br />
Dissertation, TU Clausthal, 2017<br />
[5] Leidich, E.; Awiszus, B.; Suchy, L.; Gerstmann, T.: Werkstoffunabhängige<br />
Dimensionierung von Rändelpressverbänden beliebiger Gestalt.<br />
Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG Abschlussbericht, 2017<br />
[6] Mörz, F., Schäfer, G.: Einflüsse auf den Fügevorgang von Rändelpressverbindungen<br />
Mitteilungen aus dem Institut für Maschinenwesen der<br />
Technischen Universität Clausthal Nr. 44, 2019<br />
[7] Mörz, F., Schäfer, G.: Experimentelle Ermittlung der Nabenaufweitung<br />
an torsionsbelasteten Rändelpressverbindungen. Mitteilungen aus<br />
dem Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal<br />
Nr. 45, 2020<br />
[8] Bader, M.: Selbstspanende und -formende Welle-Nabe-Verbindungen<br />
Ausführungen, Eigenschaften und Einflussgrößen, 6. VDI-Fachtagung<br />
Welle-Nabe-Verbindungen VDI-Berichte 2238, 2014<br />
[9] Scherzer, R.: Modellierung und mehrstufige Simulation der<br />
Herstellung plastisch gefügter Welle-Nabe-Verbindungen. Dissertation,<br />
TU Chemnitz, 2019<br />
[10] Mörz F., Schäfer, G.: Fertigungseinfluss auf das Füge und Übertragungsverhalten<br />
von Rändelpressverbindungen. Mitteilungen aus dem<br />
Institut für Maschinenwesen der Technischen Universität Clausthal<br />
Nr. 45, 2020<br />
[<strong>11</strong>] Suchý, L., Leidich, A., Gerstmann, T., Awiszus, B.: Influence of Hub<br />
Parameters on Joining Forces and Torque Transmission Output of<br />
Plastically-Joined Shaft-Hub-Connections with a Knurled Contact<br />
Surface. Machines, Special Issue. - MDPI. - 6. 2018, 2, 16<br />
[12] Coban, H.; De Silva, A.K.M.; Harrison, D.K.: Mill-knurling as an<br />
alternative to laser welding for automotive drivetrain assembly. In:<br />
CIRP Annals – Manufacturing Technology, Nr. 58, S. 41–44, 2009<br />
[13]: Meusburger, P.; Weisshorn, H.; Geiger, R.: Gebaute Nockenwelle für<br />
Nutzfahrzeuge. In: ThyssenKrupp techforum Juli (2005), S. 54–59<br />
[14] Lengwiller, A.: Fehlerfortpflanzung, Simulation und Optimierung<br />
von Prozessketten anhand der gebauten Nockenwelle. In: Fortschritt-<br />
Berichte der VDI Zeitschriften Reihe 2, Nr. 682, 20<strong>11</strong><br />
[15] N.N.: DIN 82 Rändel. Deutsche Norm 1973<br />
[16] Bader, M.: Gestaltung und Dimensionierung selbstschneidender und<br />
-formender Welle-Nabe-Verbindungen. 7. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-<br />
Verbindungen, VDI-Berichte 2287, 2016<br />
[17] Bader, M.: Untersuchungen von Rändel-Welle-Nabe-Verbindungen<br />
mit am Praxiseinsatz orientierten Randbedingungen. 5. VDI-Fachtagung<br />
Welle-Nabe-Verbindungen VDI -Berichte 2176, 2012<br />
[18] Bader, M.: Der versuchsgestützte technische Entwicklungsprozess.<br />
Habilitation TU Graz, 2014<br />
[19] N.N.: DIN 5480-1 Passverzahnungen mit Evolventenflanken und<br />
Bezugsdurchmesser – Teil 1: Grundlagen. März 2006<br />
[20] N.N.: QUICK Bedienungsanleitung A1 & A2 Rändelwerkzeuge.<br />
04/2014 1. Auflage<br />
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001<br />
Managen Sie Konfigurationen, Firmware<br />
und MotionCode ohne vor Ort zu sein<br />
Wissen Sie, wann der Motor oder Ihre Anlage<br />
Ihre Aufmerksamkeit benötigt<br />
Sehen Sie alle Informationen zum Motor oder<br />
Ihrer Anlage schnell und einfach ein<br />
Smartphone App<br />
Das ideale Tool für die Diagnose<br />
der Motoren und Anlagen direkt<br />
vor Ort<br />
Service<br />
Vom Engineering bis zum Betrieb der<br />
Motoren und Anlagen stehen wir Ihnen<br />
natürlich über den gesamten Life-Cycle<br />
als kompetenter Dienstleister zur Seite
4<br />
Smarte Servo<strong>antriebstechnik</strong><br />
dMove/ dPro<br />
» Integrierte Steuerung, Sensorik und Busschnittstellen<br />
» Einfache Integration in Ihr System<br />
» Motoren führen Aufgaben autonom aus<br />
» Einfaches und anwendungsnahes Condition Monitoring<br />
» Kommunikation mit anderen Geräten/ Steuerungs- bzw.<br />
SCADA Ebene
Connect<br />
Run<br />
Protect<br />
Configure<br />
Speed mode · Current<br />
mode · Position mode<br />
Functional safety STO<br />
SIL 2/3 · Integrated safety<br />
functions · Motor<br />
protection algorithms<br />
Condition monitoring<br />
Service interface<br />
.....<br />
Drive Assistant 5<br />
Konfigurationstool<br />
» Motoren werden parametriert und können danach<br />
Stand-Alone betrieben werden (Motion Configuration).<br />
Anpassungen der Motorparameter an die<br />
Anwendung sind möglich. Den digitalen Eingängen<br />
können Funktionen zugewiesen werden. Digitale<br />
Ausgänge können konfiguriert werden.<br />
» Status-Anzeige aller relevanten Motor-Parameter<br />
Service-Tool<br />
» Automatisches Erkennen von Node-ID, Baud-Rate<br />
» Soft-Oszilloskop, Online-Tuning, umfangreiche<br />
Diagnose<br />
» Automatisierte Bewegungsprofile für Online Systemanalyse<br />
» Firmware-Update<br />
Mit über einer Million smarter<br />
BLDC Motoren im Feld ist<br />
Dunkermotoren der unangefochtene<br />
Marktführer.
6<br />
Dezentrale modulare<br />
Steuerungstopologien<br />
» Motoren lassen sich zu Modulen kombinieren<br />
» Die Module lassen sich einfach zu Systemen konfigurieren und programmieren<br />
(einfache verteilte und wiederverwendbare Logik)<br />
» Motoren binden alle notwendige Sensorik an und verfügen über die dazugehörige Logik<br />
» Einfache Programmierung auf den Motoren mit C<br />
Modul 1.2<br />
BG ® dPro<br />
Modul 1.1<br />
BG ® dPro<br />
BG ® dPro BG ® dPro BGE dPro<br />
BG ® dPro BG ® dPro BGE dPro<br />
Modul 3<br />
BG ® dPro<br />
BG ® dPro BG ® dPro BGE dPro
Ihr Nutzen<br />
» Realisieren Sie Ihr skalierbares Maschinenkonzept durch modulares Softwaredesign<br />
» Sparen Sie bares Geld durch den Wegfall einer SPS:<br />
» Weniger Komponenten, die verwaltet und gepflegt werden müssen<br />
» Weniger Komponenten, die eingekauft werden müssen<br />
» Sparen Sie Zeit:<br />
» Weniger Komponenten, die verdrahtet werden müssen<br />
» Kürzere und einfachere Verdrahtungen insgesamt<br />
» Überlassen Sie das Engineering und die Programmierung Dunkermotoren nexofox<br />
Modul 2<br />
BG ® dPro<br />
BG ® dPro BG ® dPro BGE dPro<br />
EDGE<br />
Gateway<br />
Device Cloud<br />
Bereits heute laufen tausende Anwendungen,<br />
realisiert mit MotionCode,<br />
mit programmierten Dunkermotoren.<br />
Vom lokalen Fahrprofil mit Sensoreingang<br />
bis hin zur komplett autonomen Maschine<br />
ohne SPS.
8<br />
Device Cloud und Applications<br />
Remote Monitoring<br />
Behalten Sie Ihre weltweiten Dunkermotoren und EGS Automatisierungssysteme<br />
direkt von Ihrem Schreibtisch aus im<br />
Blick. (Alarme/ Zustand/ RealTime Diagnose)<br />
Remote Setup<br />
Reagieren Sie sofort auf sich ändernde Zustände ohne die<br />
Koffer zu packen. (FW/ SW Verteilung, Tuning)<br />
Analyse<br />
Reagieren Sie auf Ausfälle bevor diese passieren. Zerbrechen<br />
Sie sich nicht den Kopf darüber, sondern überlassen<br />
Sie uns die Arbeit und wir minimieren Ihr Ausfallrisiko.<br />
(Predictive Maintenance/ Motor as a Service)<br />
Mobile Support<br />
Lassen Sie Ihren Techniker nicht im Regen stehen. Die Smartphone<br />
App ermöglicht Ihren Technikern einen Wissensvorsprung.<br />
» Typenschild auslesen via QR-Code<br />
» Abrufen von Manuals etc.<br />
» Alarme und Zustand der Dunkermotoren<br />
und EGS Automatisierungssysteme abrufen<br />
» Remote-Steuerung der Dunkermotoren<br />
und EGS Automatisierungssysteme<br />
» Support Anfragen direkt an unseren Service stellen<br />
Digital Twin<br />
Erwerben Sie nicht nur die Hardware, sondern auch direkt<br />
ein digitales Abbild mit allen beschreibenden Informationen.<br />
Customer<br />
IIoT Solution<br />
Device Cloud<br />
EDGE<br />
EDGE<br />
LOCAL<br />
Analytics<br />
Gateway<br />
IT Environment
Ihr Nutzen<br />
» Sparen Sie mit unserer Lösung Geld und Zeit. Durch die<br />
Remote Diagnose unserer Dunkermotoren und EGS Automatisierungssysteme<br />
müssen Ihre Techniker nur im absoluten<br />
Notfall vor Ort erscheinen. Für diesen Fall statten<br />
wir Sie mit den richtigen Informationen und Ersatzteilen<br />
aus.<br />
» Wer kennt unsere Produkte besser als wir? Fokussieren Sie<br />
sich auf Ihre Applikation und überlassen Sie uns die Diagnose.<br />
» Wir sind keine Einzelgänger und setzen auf offene Standards<br />
und Architekturen. Dadurch ermöglichen wir Ihnen<br />
die nahtlose Integration unserer Lösungen als Plug-In in<br />
Ihr bestehendes System.<br />
» Wir gehen verantwortungsvoll mit Ihren Daten um. Schon<br />
beim Design richten wir uns nach höchsten Sicherheitsstandards.<br />
» Wir halten unsere Versprechen – und Sie bekommen die<br />
Bestätigung schwarz auf weiß.<br />
Bereits heute realisieren wir mehrere IIoT<br />
Use Cases mit unseren Kunden. Durch die<br />
Mitarbeit in der Open Industry 4.0 Alliance<br />
und der MindSphere World gestalten Dunkermotoren<br />
und EGS die Zukunft aktiv mit.<br />
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Wir stehen Ihnen während des gesamten<br />
Produktlebenszyklus zur Seite<br />
PROJEKTIDEE<br />
KONZEPT-<br />
ENTWICKLUNG<br />
PROJEKT-<br />
REALISIERUNG<br />
Design<br />
Workshop<br />
Programmierung<br />
Beratung<br />
Systemanalyse<br />
Lebensdaueranalyse<br />
Antriebsauslegung<br />
Konzepterstellung<br />
(System &<br />
Software)<br />
Individualentwicklung<br />
Design<br />
to Cost<br />
Systemintegration<br />
Qualifizierung &<br />
Validierung<br />
Ihr Nutzen<br />
» Greifen Sie über den gesamten Produktlebenszyklus auf unsere Expertise und Erfahrung in der Antriebstechnik zurück<br />
» Profitieren Sie von unserem Knowhow! Unsere Motoren werden nicht nur in den verschiedensten Anwendungen<br />
eingesetzt, sondern agieren dort auch vom reinen Antrieb bis hin zu den digitalen Services unseres nexofox Teams<br />
» Entlasten Sie Ihre Entwickler und überlassen Sie uns die Auswahl, Dimensionierung und Programmierung der Motoren<br />
Vertrauen Sie auf uns als Partner über Ihren gesamten Projektverlauf und darüber hinaus!
INBETRIEBNAHME<br />
SUPPORT &<br />
MONITORING<br />
Inbetriebnahmeunterstützung<br />
Spezifische<br />
Reglereinstellung<br />
Digitale Services<br />
(Device Cloud &<br />
Applications)<br />
Support<br />
(Remote &<br />
vor Ort)<br />
Trainings & Schulungen<br />
Schon immer stehen wir unseren Kunden<br />
als kompetenter Projektpartner zur Seite<br />
und bauen dies kontinuierlich mit neuen<br />
Services aus.
JETZT NEU!<br />
Smarte Motoren,<br />
Getriebe, Bremsen<br />
und Geber<br />
KONFIGURIEREN UND ONLINE BESTELLEN<br />
125.000 PRODUKTE VERFÜGBAR<br />
690 VARIANTEN AUS DEM<br />
LAGERPROGRAMM INNERHALB<br />
WENIGER TAGE LIEFERBAR<br />
Dunkermotoren GmbH | Allmendstraße <strong>11</strong> | D-79848 Bonndorf/ Schwarzwald<br />
Phone +49 (0) 7703 930-0 | Fax +49 (0) 7703 930-210/ 212 | shop.dunkermotoren.de