Hauptsache mit System

Komponenten - Die Entwicklung technischer Komponenten ist zunehmend geprägt von ihren Einsatzbedingungen. Zur Prognose künftiger Trends genügt es deshalb nicht, einzelne Geschäftsfelder zu betrachten. Stattdessen verlangt der Markt nach Systemlösungen.

14. Dezember 2006

Die zentrale Herausforderung für jeden Konstrukteur lautet heute: Wie einfach und wie schnell kann ein komplexes Problem gelöst werden? Gefragt sind dabei Tempo, Flexibilität und vor allem das Denken in Systemen. Ehemalige Komponentenhersteller haben sich deshalb neu aufgestellt und liefern heute komplette, einbaufertige Systeme in Modulbauweise mit anspruchsvollen Leistungsmerkmalen und integrierten Funktionen, die zugeschnitten sind auf den jeweiligen Bedarfsfall. Auch die SKF-Gruppe hat diese neuen Anforderungen des Marktes schon frühzeitig erkannt und bietet in den Produktgruppen Dichtungen, Lager- und Lagereinheiten, Schmiersysteme, Mechatronik und Dienstleistungen umfassende Lösungspakete für alle Bereiche der Bewegungstechnik.

Im Bereich der Lineartechnik beispielsweise verlangen die Kunden perfekt vorkonfigurierte Bewegungssysteme mit immer mehr Leistung, höheren Tragzahlen und Verfahrgeschwindigkeiten bei zugleich kompakterer Bauform, ruhigerem Lauf und verlängerten Wartungsintervallen. Daneben verstärkt sich vor allem die Nachfrage nach Direktantrieben. Im Vergleich zu konventionellen elektromechanischen Lösungen bieten diese Motoren wesentliche Vorteile: Sie benötigen meist keine mechanischen Übertragungselemente wie Riementriebe, Kugelgewindetriebe, Zahnstangen oder Ritzel, sie sind sehr kompakt und ermöglichen eine hohe Systemsteifigkeit. Die höhere Regelungsgenauigkeit prädestiniert diese Motoren für anspruchsvolle Bewegungs- und Positionieraufgaben.

Die direkte Erzeugung der translatorischen Bewegung mit Linearmotoren ermöglicht zudem sehr komplizierte Verfahrprofile. Das Feld der Kundenwünsche reicht hier von Verfahrgeschwindigkeiten oberhalb von 10 Meter pro Sekunde über kurzhubige Einzelbewegungen mit weniger als 20 Millimeter und zunehmender Hubfrequenz bis hin zu hohen Ansprüchen an Gleichlauf- und Ablaufgenauigkeiten unter 1 Mikrometer. In der Verpackungs-, Holz- und Möbelindustrie sind dagegen vor allem große Hublängen oberhalb von fünf Metern gefragt.

Jede Antriebslösung ist so gut wie die gesamte mechatronische Einheit

Um das gesamte Leistungspotenzial der Direktantriebe auszuschöpfen, müssen ­jedoch sämtliche mechanischen und regelungstechnischen Einflüsse eines Systems betrachtet werden, schließlich ist auch ein Direktantrieb nur so gut wie die gesamte mechatronische Einheit mit Führungselementen, Messsystem und Elektronikbausteinen. Entscheidend ist es also, sämtliche Elemente optimal für die jeweilige Anwendung zu kombinieren.

Im Bereich der Wälzlager beispielsweise konnte SKF mit Hilfe neuer Fertigungstechniken, verbesserter Qualitätssicherung und konstruktiver Verbesserungen in der Mikrogeometrie die rechnerische Lebensdauer der Explorer-Serie um den Faktor 3 steigern.

Fortschritt durch neue Werkstoffe

Bei den Werkstoffen konnte der Bleianteil im Messing weiter gesenkt werden, mit dem Nebeneffekt einer höheren Verschleißfestigkeit der Käfige. Zudem eröffnen Kunststoffe wie PEEK als Alternative zu Messingkäfigen neue Anwendungsmöglichkeiten. Als Lagerwerkstoff der Zukunft gelten allgemein keramische Werkstoffe. In Verbindung mit PEEK ermöglicht der Einsatz von Keramik bisher unerreichte Drehzahlen. Stand der Technik sind heute Hybridlager mit keramisch beschichteten Wälzkörpern mit dem Ergebnis hoher elektrischer Widerstände und großer Durchschlagfestigkeit. Derzeit noch im Versuchsstadium sind dagegen Lager, die keinerlei Schmierstoff benötigen. Eine eigene Wissenschaft ist inzwischen das Thema Schmierung, schließlich gibt es eine Vielzahl von Faktoren, die die Wirksamkeit und die Gebrauchsdauer eines Schmierstoffs beeinflussen. Entscheidend für Viskosität, Konsistenz und die Fähigkeit zur Schmierfilmbildung ist dabei vor allem die Temperatur. Die Wahl des optimalen Schmierstoffs hängt deshalb unter anderem ab von der Größe des Lagers, den Betriebstemperaturen, der Belastungsart, der Drehzahl, der Ausrichtung der Wellen, der Abdichtung sowie der allgemeinen Umgebungsbedingungen. Hochleistungsfette ermöglichen heute in abgedichteten Lagern unter bestimmten Bedingungen eine Gebrauchsdauer von deutlich mehr als 40.000 Betriebsstunden. In Elektromotoren bietet eine Fettschmierung deutliche Vorteile im Vergleich zur Ölschmierung. So haften Fette besser und erlauben deshalb eine kostengünstigere Auslegung der Gehäuse und der Abdichtung. Darüber hinaus schützen sie vor Verunreinigungen und Korrosion. Zudem erlauben Fortschritte in der Entwicklung der Fettschmierung für Wälzlager mittlerweile Drehzahl- und Temperaturbereiche, die bisher nur mit Ölschmierung abgedeckt werden konnten.

Ein weiteres Kernproblem ist der Trend zu immer kürzeren Produktlebenszeiten, nicht nur in der Automobiltechnik und im Bereich der Unterhaltungselektronik. Systemanbieter müssen deshalb auch technisch anspruchsvolle Lösungen sehr schnell realisieren können. Ganz oben auf der Wunschliste stehen zudem ein möglichst einfacher Service und lange Wartungsinterwalle. Gefragt sind also rasch verfügbare, einbaufähige Lösungseinhei­ten, die sich möglichst ohne zusätzlichen konstruktiven, fertigungs- oder programmiertechnischen Aufwand in das neue Umfeld einbauen lassen.

Obwohl sich die meisten Probleme in der Praxis mit Lösungen aus dem Baukasten realisieren lassen, wächst zugleich der Anteil an Speziallösungen, weil auch immer mehr Funktionen in immer kleineren Bauräumen konzentriert werden müssen. Zudem treten die Kunden heute zunehmend mit sehr klaren Vorstellungen des gesuchten Ergebnisses an den Anbieter heran und übertragen ihm damit verstärkt auch die Aufgabe, einen optimalen Kompromiss zwischen Wunsch und Budget zu finden.

Gesamtlösungen statt Komponenten

Lösen lassen sich diese Aufgaben nur durch partnerschaftliche Kooperation zwischen Anbieter und Kunde über den gesamten Produktzyklus hinweg. In Zukunft werden deshalb neue Allianzen das Geschäft beleben und neue Produkt- und Geschäfts­ideen hervorbringen. Die Zukunft liegt in der Bündelung von Spezialwissen sowie in der projektbezogenen Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Anwender. Der Königsweg führt dabei über einen Partner, der von der Komponente bis zum System das komplette Programm aus einer Hand bieten kann.

Dipl.-Ing. Wolfgang Gläntz, SKF

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2007