Sensitive Fertigungstechnik - MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN - VDI
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MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN INFORMATIONEN AUS WIRTSCHAFT | WISSENSCHAFT | GESELLSCHAFT 28. JAHRGANG | 4/2019 SCHWERPUNKTE Sensitive Fertigungstechnik Hochleistungs-Präzisionstechnologien in einer digitalen und vernetzten Produktion Elektromagnetische Verträglichkeit Kontaktlose Energieübertragungssysteme forum der technisch-wissenschaftlichen Vereine und Verbände Sachsen-Anhalts
EDITORIAL
Sehr geehrte Damen und
Herren,
die Herstellung variabler Teilesortimen- weisende Entwicklungen aber auch anwendungsreife
te in kleinen und mittleren Stückzahlen Lösungen vorgestellt.
zu geringen Stückkosten und mit einer Die Automobilindustrie nutzt die Möglichkeiten der
© Harald Krieg
höchstmöglichen Schonung von Ressour- Digitalisierung, um ihre virtuellen Entwicklungspro-
cen ist eine Herausforderung für die Indus- zesse auszubauen. Kosteneinsparungen werden in den
trie, im Besonderen für kleine und mittlere Bereichen Prototypenbau und -erprobung erreicht.
Betriebe. Eine flexible adaptive Fertigung Weiterhin werden energieeffiziente Prozessketten für
Prof. Dr.-Ing. Harald Goldau sowie eine umfassende und fertigungs- die Herstellung von Antriebsstrangkomponenten vor-
nahe Qualitätskontrolle und -bewertung gestellt. Endbearbeitungsverfahren der spanenden
sind hierbei wichtige Zielelemente. Die Werkzeugma- Feinst- und Präzisionsbearbeitung, wie Präzisionsdre-
schinen entwickeln sich immer mehr zu komplexen Be- hen, Honen, Finishen (Superfinish oder Microfinish) so-
arbeitungs- und Messzentren. Durch die Integration von wie Kombinationsverfahren, bestimmen den Kern der
Sensorik in die Werkzeugmaschine lassen sich Daten Inhalte der Fachtagung. Moderne Werkzeugmaschinen,
generieren (Kräe, Momente, Schwingungen, Tempera- mit integrierter Sensorik und angepassten Soware-
tur, …), die zusammen mit Maschinendaten (Wege, Ge- lösungen lassen für hochpräzise Bearbeitungsverfahren
schwindigkeiten, Beschleunigungen, …) Aussagen zum neue Anwendungen zu. Neben der Weiterentwicklung
Verhalten aller im Prozess beteiligten Komponenten, von Präzisionsfertigungsverfahren sind auch messtech-
wie Werkzeugmaschine, Spannmittel, Werkstück und nische Entwicklungen zur Pre-, In- und Postprozesskon-
Werkzeug sowie Zerspanungshilfsstoff, zulassen. Über- trolle und tribologische Beurteilungsverfahren gerei.
wachungs- und Prüfvorgänge rücken dichter an jeden Optische Verfahren spielen hier eine wichtige Rolle. Die
Fertigungsschritt heran und ermöglichen so immer tief- Fachtagung bietet die Chance, einen fachlichen Diskurs
greifendere Prozessanalysen und -bewertungen. Über zu innovativen Anwendungsmöglichkeiten sensitiver
leistungsfähige Mikrocontrollersysteme gelingt es, diese Fertigungstechnologien in den Bereichen Automotive,
Daten zur Prozessführung und Qualitätsüberwachung Lager- und Armaturenfertigung, Formenbau, Werkzeug-
anzuwenden und zur Protokollierung der Prozess- und technik oder Medizintechnik zu führen.
Produktdokumentation zu nutzen. Diese Ausgabe der Mitteldeutschen Mitteilungen
Die Produktion zeichnet sich durch eine breite Palette möchte einen ersten Einblick in die Thematik der Fach-
an hochspezialisierten Technologien aus, die sich konti- tagung »Sensitive Fertigungstechnik« geben. Lassen
nuierlich weiterentwickeln. Aus der modernen Produk- sie sich vom Programm mit den vielversprechenden
tionstechnik können große Mengen an Daten gewonnen Vorträgen inspirieren. Ich würde mich freuen, Sie am
und bereitgestellt werden. Wer diese nutzen kann, und 14. November 2019 begrüßen zu dürfen.
wie sie interpretiert werden können, um Wissen daraus Nicht versäumen möchte ich, auch auf den zweiten
zu generieren, sind aktuelle Fragestellungen. Ziel muss es Schwerpunkt dieser Ausgabe hinzuweisen, der sich
sein, das umfangreiche Expertenwissen mit den neuen dem 17. EMV-Industrieseminar widmet, das bereits am
Möglichkeiten der »Intelligenten Technik« zur Verbesse- 5. November 2019 stattfinden wird.
rung und Optimierung unserer Produktionsprozesse zu
nutzen.
Mit der Einführung und Umsetzung der Digitalisie-
rung in der Produktion wird die Gestaltung von Ferti-
gungsprozessen einen starken Wandel erleben. Auf der Prof. Dr.-lng. Harald Goldau
5. Fachtagung »Sensitive Fertigungstechnik« mit dem Hochschule Magdeburg-Stendal
Schwerpunkt »Hochleistungs-Präzisionstechnologien in Fachbereich Ingenieurwissenschaen und
einer digitalen und vernetzten Produktion« werden weg- Industriedesign Institut für Maschinenbau
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 3
INHALT
Inhalt
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK 34 Regionaltreffen Mitte in Magdeburg 2019
5 5. Fachtagung Sensitive Fertigungstechnik 35 Arbeitskreis TGA wieder aktiv
7 Entwicklung eines thermisch minimalinvasiven Prozesses zur 35 Firmenstaffellauf 2019
Wuchtblechapplikation 36 Diamantjubiläum – 60 Jahre Ingenieur für Wasserwirtscha
8 10 Jahre EXXLLIN – Innovation im Bereich Lineartechnik 38 Merkurtransit vor der Sonnenscheibe
9 ZeGage – die neueste Generation des berührungslosen 3D-Profilers 39 Ausschreibung VDI-Förderpreis 2020
von Zygo 40 Zwei neue Fördernde Unternehmen
10 Optische Messung der Drallstruktur an einer Welle 40 Urwahn Engineering GmbH
14 Hybride-Zerspanungslösungen auf Hembrug-Hartdrehmaschinen 41 PergamonMED GmbH
42 Veranstaltungstipps
SCHWERPUNKT // EMV – KONTAKTLOSE ENERGIE-
ÜBERTRAGUNGSSYSTEME
16 17. EMV-Industrieseminar Magdeburg VDE Bezirksverein Magdeburg
18 Wireless Power Transfer für hohe Leistungen im industriellen Umfeld 44 Stand der Entwicklung im VDE-Verband – Bericht zu den
20 Verifizierung der Performance von Funkanlagen mit Blocking-Tests Delegiertenversammlungen
45 VDE-Hochschulgruppe Magdeburg unterwegs in Greifswald
und in Stralsund
VDI-Landesverband Sachsen-Anhalt
22 Aktivitäten des VDI-Landesverbandes Sachsen-Anhalt (Auswahl)
22 Mitteldeutschlandtreffen in Leipzig Ingenieurkammer SACHSEN-ANHALT
23 Binnenmarktkampagne 2019 – »made-in-magdeburg« 46 Ein »Haus der Ingenieure« für Sachsen-Anhalt
23 Worksshop »VDI-Zukunswerkstatt« 47 Mut zur Selbstständigkeit als Ingenieur
24 Presse- und Sommerfest der SPD-Landtagsfraktion Sachsen-Anhalt 47 Sicherheit ist planbar
24 Darlegung der VDI-Position zur Umsetzung des Musteringenieurgesetzes
im Wirtschasministerium
24 Fachkolloquium anlässlich des 60. Geburtstages des Institutsleiters des RKW Sachsen-Anhalt GmbH
ifak e. V. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Jumar 48 Digiscouts – Azubis digitalisieren ihren Betrieb
25 NEWS Fördernde Unternehmen 49 Azubigewinnung 4.0
25 Spektralanalysen mit dem Smartphone: IQ-Innovationspreis
Mitteldeutschland für Fraunhofer-Technologie aus Magdeburg
26 Offizielle Inbetriebnahme der neuen Abwasserannahmestation WIRTSCHAFT
für Tankfahrzeuge 50 Umwelttechnik im Fokus
27 Industrie 4.0 und Best-Practice-Lösungen bei Industriearbeitskreisen
28 Tesvolt präsentiert Vertriebs-App mit Augmented Reality
FACHKRÄFTE | STUDIUM | QUALIFIZIERUNG
51 Hochschule Anhalt | Fachbereich 7 etabliert gemeinsames
VDI-Magdeburger Bezirksverein Grundlagenstudium
29 Ordentliche Mitgliederversammlung 2019 51 Hochschule Harz ist eine der TOP-Fachhochschulen Deutschlands
30 20 Jahre Schüler-Institut SITI e. V. – 5 Jahre VDI-Zukunspiloten Havelberg
31 IGZ im Landkreis Harz GmbH = 10 Jahre Förderndes Unternehmen
32 Automationskongress 2019 3 Editorial
33 Kolloquien zu Fragen der Automation 51 Impressum
33 VDI Best Young Scientists Award zur INSECTA 2019 in Potsdam 51 Ihre Meinung ist gefragt!
4 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
5. Fachtagung
Sensitive Fertigungstechnik
Hochleistungs-Präzisionstechnologien in einer digitalen
und vernetzten Produktion.
Tagungsort
Tagungscenter der IHK Magdeburg
Alter Marklt 8
39104Magdeburg
Anmeldung
Bettina Goldau
Tel. 0391 8864465
sensitive.fertigung@h2.de
www.h2.de/sensitive-fertigung
Programm
Tagungscenter der IHK Magdeburg | Saal 1
09:00 Uhr | Begrüßung und Grußworte
Moderation: Michael Klaeger, tti Magdeburg
09:10 Uhr | Kerstin Baumgarten
Prorektorin für Forschung, Entwicklung und Transfer der
Hochschule Magdeburg Stendal
09:15 Uhr | Jürgen Häberle
Dekan des Fachbereiches Ingenieurwissenschaen und Industriedesign
der Hochschule Magdeburg Stendal
09:20 Uhr | Jürgen Ude
Staatssekretär im Ministerium für Wirtscha, Wissenscha und
Digitalisierung des Landes Sachsen Anhalt
09:25 Uhr | Rüdiger Bähr
Vorsitzender VDI-Magdeburger Bezirksverein
Plenum 1
Moderation: Michael Klaeger, tti Magdeburg GmbH
09:30 Uhr | Harald Goldau, Hochschule Magdeburg Stendal
Sensitive Fertigungstechnik – Finishen als Hochleistungs-Präzisions-
verfahren in einer digitalen und vernetzten Produktion
10:00 Uhr | René Erdmann, Volkswagen AG
Digitale Entwicklungsprozesse
10:30 Uhr Kaffeepause
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 5
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Tagungscenter der IHK Magdeburg | Saal 1 Tagungscenter der IHK Magdeburg | Saal 2/3
Plenum 2
Moderation: Michael Klaeger, tti Magdeburg GmbH
11:00 Uhr | Stefan Schünemann, Institut für Kompetenz in
AutoMobilität IKAM GmbH
Kooperation zwischen Wissenscha und Wirtscha in Zeiten des
Strukturwandels
11:30 Uhr | Christian Halm, DMG MORI
Technologieintegration in Dreh- und Dreh-Fräszentren
12:00 Uhr | André Bucht, Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU
Sensoren sind das Fundament von Industrie 4.0
12:30 Uhr Mittagspause
Fachvorträge Maschinen, Anwendungen und Fertigungsmittel Fachvorträge Industrie 4.0: Digitale und vernetzte Produktion
Moderation: Harald Goldau, Hochschule Magdeburg Stendal Moderation: Michael Klaeger, tti Magdeburg GmbH
13:30 Uhr | Bert de Veer, Hembrug Machine Tools 13:30 Uhr | Michael Schulz, Indalyz Monitoring & Prognostics GmbH
KombiFin-Anwendungen auf Hartdrehmaschinen Aus der Praxis für die Praxis – Maschinelles Lernen für die Analyse von
Sensordaten für die Maschinenzustandsprognose
13:50 Uhr | Ruben Fischer, Haas Schleifmaschinen GmbH 13:50 Uhr | Martin Kirst, Polarith
Technologien zur Schleifbearbeitung von rotierenden Diamantwerk- Voraussetzungen und Möglichkeiten Künstlicher Intelligenz zur Sensor-
zeugen, Messmethoden, Prozessfolge und Digitalisierung daten-Analyse in der Fertigungstechnik
14:10 Uhr | Oliver Stammen, NAGEL Maschinen u. Werkzeugfabrik GmbH 14:10 Uhr | Pascal Mühlbrandt, MTU Reman Technologies GmbH
Komplexe Superfinishanwendungen von der Idee bis zur prozess- Integration der Industrie 4.0 – Ein praktischer Ansatz am Beispiel der
sicheren Bearbeitung Fertigung und Prüfung von Verbrennungsmotoren
14:30 Uhr | Adrian Binsau, Andreas Gerecke, Rathenower Mechanik 14:30 Uhr | Marcel Najuch, IFA Technologies GmbH
und Werkzeugfertigung GmbH Simulation und Implementierung eines thermisch minimalinvasiven
Prüfmittel/Prüfvorrichtungen in innovativer Werkstoffmischbauweise Fertigungsprozesses für die Applikation von Wuchtgewichten
14:50 Uhr | Klaus Eichhorn, Klaus Eichhorn Steuerungstechnik 14:50 Uhr | Arvid Goldau, PTGoldAU GmbH | Gerold Bausch, HTWK Leipzig
Sowarelösungen als wichtige Ergänzung für innovative Fertigungs- Digitale Erweiterung bestehender Industrieanwendungen durch
prozesse intelligente Systeme
15:10 Uhr Kaffeepause
Fachvorträge Technologie, Verfahren und Werkzeuge Fachvorträge Messen, Steuern und Regeln
Moderation: Harald Goldau, Hochschule Magdeburg Stendal Moderation: Michael Klaeger, tti Magdeburg GmbH
15:30 Uhr | Tobias Tute, Hochschule Magdeburg Stendal 15:30 Uhr | Daniel Garten, Gesellscha für Fertigungstechnik und
Bearbeitung einer gekoppelten Knieendoprothese durch die kombinierte Entwicklung Schmalkalden e. V.
Finishtechnologie auf einem mehrachsigen CNC-Bearbeitungszentrum Taktile versus optische Messverfahren für die Qualitätssicherung
in Bearbeitungszentren
15:50 Uhr | Lutz Gaida, Saint Gobain
Superabrasive Schleif-, Hon- und Finishwerkzeuge für Hochleistungs 15:50 Uhr | Frank Stanzel, Ametek Germany GmbH, BU zygo
Präzisionstechnologien Weißlichtinterferometer im Maschinenbau
16:10 Uhr | Andrii Zelinko, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg 16:10 Uhr | Rainer Brodmann, OptoSurf GmbH
Magnetabrasives Polieren von planaren Flächen auf einem Bearbeitungs- Schnelle optische Oberflächenmessung von gefinishten Funktions-
zentrum flächen in rauer Fertigungsumgebung
16:30 Uhr | Kolja Meyer, Leibniz Universität Hannover 16:30 Uhr | Lukas Janotta, Kistler Instrumente GmbH
Reduzierung der Treibhausgasemission durch energieeffiziente Prozess- Prozessüberwachung und -regelung mit piezoelektrischen Sensoren
ketten für die Herstellung von Antriebsstrangkomponenten am Beispiel eines Schleifprozesses
16:50 Uhr | Burghard Genz, Hochschule Magdeburg Stendal 16:50 Uhr | Martin Würkner, Hochschule Magdeburg Stendal |
Kurzhubfinishen mit starren Systemen Thomas Klauß, OKB Sondermaschinenbau GmbH
Intelligente Vorrichtung Prozesse sichern und optimieren
6 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Entwicklung eines thermisch minimalinva-
siven Prozesses zur Wuchtblechapplikation
Najuch, M. | IFA Technologies GmbH, Haldensleben sowie Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg
Krüger, A.; Schmicker, D. und Haverland, C. | IFA Technologies GmbH, Haldensleben
Die IFA Gruppe mit Stammsitz in Haldens- führt die eingebrachte thermische Bauteil-
leben ist ein stark wachsender Automobil- belastung zu einer örtlich stark begrenzten
zulieferer mit den Kerngeschäen Gelenke Aufhärtung. Durch die mechanische und
und Antriebswellen. Um den steigenden thermische Schädigung ist ein Festigkeits-
Anforderungen gerecht zu werden und um verlust im dynamischen Belastungsfall
gleichzeitig die globale Wettbewerbsfähig- die Folge. Somit wird eine mögliche Quer-
keit aufrechtzuerhalten, ist eine stetige schnitts- bzw. Wandstärkenreduktion des
Weiterentwicklung der Produkte und Pro- Rohres und folglich die Erreichung von
duktionsprozesse notwendig. Zusammen Leichtbauzielen durch den Schweißprozess
mit externen Forschungseinrichtungen, limitiert. Antriebswelle mit schematischen Applikationsprozess.
wie beispielsweise der Otto-von-Guericke- Um den negativen Aspekten entgegen-
Universität Magdeburg, wird anwendungs- zuwirken, wird derzeit das Widerstands-
und problemorientierte Forschungs- und punktlöten genauer betrachtet. In diesem ziert. Es wurde darauf geachtet, die Prozess-
Entwicklungsarbeit geleistet, um Innova- neuartigen Fügeprozess wird ein Lotwerk- eingangsgrößen möglichst realitätsgetreu
tionen zu generieren. Im Folgenden wird stoff in das Blech eingebracht. Defini- zu wählen. Die Abbildungsgüte konnte
ein ausgewähltes Beispiel aus dem Bereich tionsgemäß wird somit lediglich das Lot durch Validierungsversuche bestätigt wer-
der Prozessvorentwicklung vorgestellt: aufgeschmolzen, wobei die Liquidustem- den. Ein Anwendungsgebiet ist die nume-
peratur des Bleches und des Rohres nicht rische Erstellung von Prozessbereichsdia-
In einem aktuellen Forschungsprojekt wird erreicht wird. Die zuvor genannten mecha- grammen, um den experimentellen
ein neuartiger Fügeprozess entwickelt, nischen und thermischen Schädigungsme- Versuchsaufwand zu minimieren. Zudem
um Wuchtgewichte auf Antriebswellen zu chanismen lassen sich hierdurch minimie- lassen sich ausgewählte Randbedingungen
applizieren. Das sogenannte Wuchten von ren. gezielt variieren, sodass deren Einfluss auf
Gelenkwellen ist notwendig, um prozess-, In ersten Untersuchungen konnte be- das Fügeresultat analysiert werden kann.
material- und fertigungsbedingte Un- reits das hohe Leichtbaupotenzial bestätigt In ersten numerischen Untersuchungen
wuchten auszugleichen und somit einen werden. In einem konkreten Anwendungs- konnten bereits gute Ergebnisse erzielt
geräuscharmen Lauf sowie eine hohe beispiel wurde – durch die Prozesssubsti- werden. Zudem wurden Optimierungsmaß-
Lebensdauer sicherzustellen. Aufgrund tution – eine Gewichtsreduktion von 1 kg nahmen und mögliche Qualitätskriterien
der beschränkten Zugänglichkeit, bedingt pro Gelenkwelle bewiesen, ohne die Perfor- abgeleitet. Durch die enge Zusammenarbeit
durch den Rohrquerschnitt, wird derzeit das mance zu beeinträchtigen. Neben techni- von Prozessvorentwicklung und Serien-
einseitige Widerstandsschweißen genutzt, schen wurden ebenso kaufmännische Vor- produktion ist es bei der IFA Gruppe mög-
um Bleche aufzubringen und Unwuchten teile aufgezeigt. lich, innovative Fertigungsprozesse unter
auszugleichen. Durch einen erhöhten Wär- Um die Prozessentwicklung effektiver seriennahen Bedingungen zu entwickeln
meeintrag und den fehlenden Kontakt in zu gestalten und um weiteres Prozessver- und gewinnbringend in die Unternehmung
der Rohrinnenseite kommt es jedoch zum ständnis zu erarbeiten, wurde parallel ein einzubringen.
Ausbeulen des Rohrwerkstoffes. Zudem Simulationsmodell entwickelt und verifi-
IFA Group
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Prozesssimulation. Grafiken (2): IFA
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 7
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
10 Jahre EXXLLIN – Innovation im Bereich
Lineartechnik
Am Standort in Wolmirstedt bei Magde- Im Jahr 2015 konnte dem Markt eine eigens menten anzubieten. Das ist neben dem kom-
burg werden Präzisionswellenführungen entwickelte hochtragfähige Kugelbuchse in merziellen Vorteil für Fälle vorgesehen, in
sowie die dafür notwendigen Komponen- der Kompaktklasse präsentiert werden. Das denen eine überschaubare Einschaltdauer
ten gefertigt und montiert. Im November Hauptmerkmal der Buchse sind die Lauf- vorliegt, und bei denen ein dennoch sehr
2008 wurde der Grundstein für die heutige bahnsegmente mit jeweils zwei tragenden gutes Laufverhalten erwünscht ist. Darüber
Produktion gelegt. Exxellin gewann seit- Kugelreihen, die durch die balligen Lauf- hinaus bieten die korrosionsbeständigen
dem verschiedene Auszeichnungen, u. a. bahnsegmente eine radiale Bewegung und Buchsen EXC-RB ohne Tragzahleinbußen
als bester Lieferant eines in der Eisenbahn- somit eine Winkeleinstellbarkeit zulassen. auch für anspruchsvolle Anforderungen
technik hoch angesehenen Konzerns. Das Durch die doppelreihigen Laufbahnseg- sichere Lösungen. Dazu hat die Exxellin zu-
heutige Produktspektrum umfasst die Fer- mente ergibt sich eine Selbstzentrierung der dem entsprechende rostfreie Wellenausfüh-
tigung nach Katalog sowie die Herstellung Kugelreihen und somit eine gleichmäßige rungen im Standardprogramm.
spezifischer Kundenwünsche, die von der Lastverteilung auf die einzelnen Kugeln der Derzeit wird an einem vom Europäischen
Produktion bis zur Montage umgesetzt wer- Lastzone, sodass keine Minderung der Le- Fonds für regionale Entwicklung geförder-
den. Beliefert werden Kunden weltweit aus bensdauer durch ungünstige Umgebungs- tem Entwicklungsprojekt in Zusammen-
den Branchen Maschinenbau, Automobil-, bedingungen, Verformungen und Ungenau- arbeit mit dem Fachbereich Fertigungstech-
Medizin- und Lufahrttechnik sowie Ernäh- igkeiten der Anschlusskonstruktion erfolgt. nik an der Hochschule Magdeburg-Stendal
rungs- und Landwirtscha. Vertrauensvolle Darüber hinaus führt der im Verhältnis zum daran gearbeitet, das Gesamtsystem der
und enge Beziehungen zum Kunden sind für Kugeldurchmesser vergrößerte Umlenk- Lineareinheit durch die Weiterentwicklung
die Exxellin die Grundlage des Erfolges. radius zu einem besonders ruhigen Lauf einer hochtragfähigen Kugelbuchse zu op-
Für eine stetige Verbesserung der Kun- und zu einer geringen Pulsation. Es ist die timieren. Dabei wird das Ziel verfolgt, die
denprodukte investiert die Exxellin stetig einzige Buchse im Kompakt-Bauraum, die Tragfähigkeit zu verbessern, Maximalge-
in modernste Fertigungstechnologien und diesen Vorteil bietet. schwindigkeit und -beschleunigung anzu-
neue Entwicklungen. Dazu wurden Ver- Da die beiden Kugelreihen der Laufbahn- heben und dies bei einem gleichförmigen
suchsstände aufgebaut sowie Mess- und segmente im Querschnitt einen sehr kleinen Laufverhalten sowie einer Reduzierung der
Prüechnik angeschafft, die neben der lau- Winkel bilden, erreicht schon das einzelne Geräuschentwicklung. Darüber hinaus soll
fenden Qualitätsüberwachung auch grund- Element Tragzahlwerte, die es ermöglichen, das Produkt durch die Verwendung und
legende Untersuchungen an neu entwickel- eine besonders kostengünstige Buchse mit Entwicklung geeigneter Fertigungstechno-
ten Baugruppen ermöglichen. nur drei unter 120 Grad angeordneten Seg- logien zum Wettbewerbspreis hergestellt
werden. Daneben werden im Bereich der
Präzisionswelle Untersuchungen durch-
geführt, um diese durch neue Fertigungs-
technologien ebenfalls zu optimieren, was
zu einem verbesserten Zusammenspiel zwi-
schen Kugelbuchse und Präzisionswelle füh-
ren soll.
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8 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
ZeGage – die neueste Generation des
berührungslosen 3D-Profilers von Zygo
Zygo Corporation hat die Einführung der
neuesten Generation des optischen 3D-Pro-
filers angekündigt. Dies bietet eine präzise
und schnelle Messung der Oberflächen-
topographie für eine noch bessere Quali-
täts- und Prozesskontrolle.
Die beiden neuen Modelle, ZeGage Pro
und ZeGage Pro HR, bieten eine bis zu
doppelt so große Anzahl der Datenpunkte,
ein um 50 Prozent größeres Sichtfeld und
eine erhöhte Messgeschwindigkeit bei ver-
einfachterer Bedienung. Die ZeGage Pro-
Systeme zeichnen sich durch geringen
© Zygo
Platzbedarf, vielseitige Leistung und Be-
nutzerfreundlichkeit aus. Das zeitsparende
große Sichtfeld des neuen Systems in Ver-
bindung mit dem optionalen motorisierten im ZeGage Pro in ein kompaktes System Messungen auf anspruchsvollen Ober-
Probentisch ermöglicht die schnelle und integriert und liefert flexibel schnelle Er- flächen (z. B. starken Schrägen, geringen
einfache Messung größerer Komponenten. gebnisse, welche die strengsten Qualitäts- Reflexionen, raue Texturen).
Das Herzstück des optischen Profilers Ze- anforderungen erfüllen.« Er fügte hinzu: Innovative und intuitive Mx™-Soware
Gage Pro bildet die Mx™ Sowareplattform »Das ZeGage Pro setzt neue Maßstäbe für mit »intelligenten« Funktionen für ver-
von ZYGO. Diese umfassende und benut- hochwertige, einfach zu bedienende, be- besserte Benutzerfreundlichkeit, Auto-
zerfreundliche Steuerungs- und Analyse- rührungslose Messwerkzeuge, die ohne matisierung und Produktivität
plattform unterstützt eine breite Palette von teure Vibrations-Isolationssysteme oder
Oberflächen-Messanwendungen und Daten- Verbrauchsmaterialien Präzision an der Die Systeme ZeGage Pro und ZeGage Pro HR
analysen. Zur umfangreichen Funktionspa- Fertigungslinie liefern.« werden basierend auf mehr als 40 Jahren
lette gehören Ergebnisse gemäß ISO 25178 Erfahrung der Zygo Corporation im Bereich
und 4287, zusammengesetzte Bilder und Wichtige Merkmale des ZeGage optische 3D-Inspektionen und Messtechnik
automatisierte Messroutinen. Dieses Ange- am weltweiten Hauptsitz von ZYGO in den
bot wird jetzt von den ZeGage Pro Profilern Der großformatige Bildsensor liefert USA präzisionsgefertigt.
um einzigartige Funktionen erweitert, wel- 1,9 Mill. Datenpunkte – ein um 50 Prozent
che die Bedienung vereinfachen und die An- größeres Sichtfeld und zweimal mehr
forderungen an den Bediener minimieren, Datenpunkte im Vergleich zur vorherigen
wie z. B. der exklusive schnelle Autofokus. Generation.
Zur Einführung der Profilometer ZeGage Die SureScan™-Technologie verringert
Pro und ZeGage Pro HR sagte Eric Felkel, die Vibrationsempfindlichkeit und bietet
Produktmanager für optische Profiler bei mehr Flexibilität beim Einsatz des Instru- AMETEK Germany GmbH
ZYGO: »Unsere neueste Generation von Ze- ments innerhalb einer Anlage. Business Unit Zygo
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MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 9
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Optische Messung der Drallstruktur
an einer Welle
Peter de Groot, Michael Schmidt und Leslie Deck | Zygo Corporation
Das Funktionsverhalten von Dichtflächen
und Lagern hängt von der Strukturrich-
tung in Bezug auf die Drehachse eines
bearbeiteten Teils ab, dem sogenannten
Verdrehwinkel oder Steigungswinkel.
Wir präsentieren unsere Lösung für die
Messung von Drallwinkeln mit Hilfe von
Interferenzmikroskopie, in mehrachsiger
Ausführung und MX Sowarepaket zur
Bestimmung der Oberflächenstruktur- Abb. 1. Experimentelle Geometrie (l.); exemplarische Topographie (r.) für eine Wellenmessung. Fotos (2): Zygo
richtung und der Zylinderrotationsachse.
Einführung der Arcustangens des axialen Vorschubs inhaltet eine Kombination aus Präzisions-
der nominalen Helix-Struktur, während abstufung und Interferenzmikroskopie, wie
Reibung ist der Feind der Zuverlässigkeit einer vollständigen Umdrehung. Die Tole- in Abb. 1 dargestellt. Experimentelle Ergeb-
und Leistung des Motors. Die Hersteller ranz für den Steigungswinkel ist sehr an- nisse zeigen, dass die Technik den hohen
wissen das nur zu gut und arbeiten daran, spruchsvoll: Die Winkeltoleranz muss klei- Anforderungen an moderne präzisionsge-
dynamische Rotationsdichtungen für ro- ner als 0,05° sein, und die messtechnische fertigte Dichtungen entspricht.
tierende zylindrische Teile zu entwickeln, Genauigkeit für den Steigungswinkel muss
um Reibung und Verschleiß zu minimie- daher 10 Mal besser oder 0,005° sein. Messung der Drallstruktur
ren. Die Oberflächenstruktur der Dichtung Eine häufige messtechnische Aufgabe
muss präzise sein, um die Leistung zu ma- ist die Auswertung des Steigungswinkels Die Abb. 2 veranschaulicht das Prinzip und
ximieren. Eine raue Oberflächenstruktur [2 – 4]. Obwohl es sich bei den vorherr- die Geometrie des Steigungswinkels. Ein
der Dichtung verschleißt sehr schnell, wäh- schenden Messmethoden um eine Form der zylindrisches Werkstück hat eine Drehach-
rend zu glatte Dichtungen nicht richtig auf- Kontaktmesstechnik handelt, berichten wir se, die kollinear mit der globalen Koordina-
liegen [1]. Die Erstellung der zylindrischen hier über die Entwicklung eines optischen tenachse x‘ ist. Das 2D-Bild der Oberfläche
Dichtfläche kann mit verschiedenen Dreh-, berührungslosen Verfahrens zur gleich- im rechten Teil der Abbildung zeigt einen
Schleif- oder Honverfahren erfolgen. zeitigen Bewertung der Oberflächenquali- Teil der Zylinderoberfläche orthogonal zur
Der Bearbeitungsprozess von rotie- tät und der Steigungswinkelrichtung bei z‘-Achse, wobei die Projektion der y‘-Achse
renden Wellen kann beabsichtigte oder zylindrischen Oberflächen. Die Technik be- die Umfangsdrehrichtung des Zylinders dar-
unbeabsichtigte Markierungen in der
Oberflächenstruktur hinterlassen. Diese
Markierungen beinhalten o Riefenstruk-
turen oder ganz allgemein eine vorherr-
schende Strukturrichtung. Eine Oberflä-
chenstrukturrichtung, die nicht streng
umlaufend ist, kann zu unerwünschtem
seitlichen Flüssigkeitsaustritt aus der La-
ger-Dichtungseinheit führen. Nach gängi-
ger Anwendung in der Charakterisierung
von Dichtflächen und in Analogie zur Ter-
minologie für Schrauben und Zahnräder ist
der Steigungswinkel oder Verdrehwinkel, Abb. 2. Geometrische Definition des Bearbeitungssteigungswinkels für ein zylindrisches Werkstück.
10 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK stellt. Das 2D-Bild wurde vom zylindrischen Werkstück entfernt dargestellt, um die Rich- tungsabhängigkeit der Oberflächenstruktur zu verdeutlichen, hier veranschaulicht durch Riefenstrukturen, die durch einen Drehvor- gang erzeugt wurden und einen Steigungs- winkel D zwischen der Oberflächenstruk- turrichtung und der Umfangsdrehrichtung [5] definieren. Die Messaufgabe besteht dar- in, diesen Winkel zu bestimmen. Eine einst standardisierte und immer noch gängige Methode der Steigungswinkel- Abb. 3: Bestimmung des Steigungswinkels aus einer lokalen Topographiekarte. messung beinhaltet ein Gewicht, das an einer über die Welle gezogenen Schnur aufgehängt wird, wobei die Oberfläche leicht mit Siliko- ten vorschreibt, um die Lücken zwischen messung der Oberflächentopographie in nöl geschmiert ist. Die Strukturrichtung auf den 2D-Profilen zu schließen [7]. Das logi- einem Graustufenbild darstellt. Die lokalen der Zylinderoberfläche bewirkt, dass sich sche Endergebnis dieser Entwicklung sind lateralen Koordinaten für das Topographie- die Schnur allmählich nach links oder rechts vollständige 3D-Bilder, die am Umfang des bild sind x, y , während die globalen Koor- bewegt und mit jeder vollen Drehung einen Zylinders aufgenommen werden. Die damit dinaten, die auf den Zylinder ausgerichtet Abstand zurücklegt, der etwa dem Steigungs- verbundene Datendichte würde jedoch bei sind, durch x‘, y‘ dargestellt sind. Wenn wir winkel im Bogenmaß mal dem Umfang des Verwendung herkömmlicher Taststigerä- von einer nominalen Ausrichtung der loka- Zylinders entspricht. Es gibt Empfehlungen te zu viel Zeit in Anspruch nehmen. Dies len z-Achse mit der globalen z‘-Achse aus- für das Gewicht (28,35 g) und sogar für die ist ein ernsthaes Problem, da viele neue gehen, dann ist der Steigungswinkel Art der Schnur (0,23 mm Baumwoll-Stepp- Verfahren der Zylinderformgebung eine faden) [6]. Der Test ist einfach und kann auf feinkörnige Struktur erzeugen, die nicht an (1) einer Drehmaschine durchgeführt werden, Oberflächenriefen erinnert, aber dennoch jedoch hat sich die Faden-Methode nicht als eine dominante Strukturrichtung aufweist, wobei die Ausrichtung des Topographie- ausreichend zuverlässig und wiederholbar die kontrolliert werden muss. bildes auf die globalen Koordinaten und Std für die aktuellen Fertigungsanforderungen (surface texture direction) der ISO-Parame- erwiesen. Die Messergebnisse können von Steigungswinkel flächenhaft ter für die Oberflächenstrukturrichtung ist. Benutzer zu Benutzer und für unterschied- In Anlehnung an ISO 25178-02 berech- liche Oberflächenbenetzung und Drehzahlen Berührungslose optische Methoden zur nen wir zur Bestimmung der Struktur- stark variieren [2]. Untersuchung der Oberflächenstruktur richtung Std die Fourier-Transformation In jüngster Zeit wurde diese traditio- haben sich bei der modernen Präzisions- der skalenbegrenzten (d. h. formenfreien) nelle Technik durch Methoden ersetzt, die bearbeitung vieler Arten von Dichtflächen Oberflächentopographie in zwei Dimensio- auf Profilmessungen mit Taststigeräten als wertvoll erwiesen [10, 11], und es ist nen. In x-, y-Koordinaten ist das basieren [7]. Diese Methoden haben sich selbstverständlich, optische 3D-Topogra- als systematischer, quantitativer und wie- phiemessungen für die Bestimmung des (2) derholbarer erwiesen und wurden von Steigungswinkels [12] in Betracht zu zie- vielen Herstellern standardisiert [8, 9]. hen. Die Interferenzmikroskopie mit Kohä- wobei p, q Ortsfrequenzen (z.B. in Bogen- Die Taststimessung besteht aus 72 Quer- renz-Scanning [13], die auf Weißlichtquel- maß/mm) sind, h (x, y) die Oberflächenhö- schnittsprofilen mit Oberflächenprofilen len und Interferenzzielen in Verbindung hendaten sind und A sich auf die gesamte zu je 4 000 Punkten, die jeweils in Richtung mit automatischer Datenerfassung basiert, Abtastfläche bezieht. Die Fourier-Transfor- der Zylinderachse aufgenommen werden, hat sich als bevorzugte Alternative zu den mation F (p, q) kann auch in Polarkoordina- über eine Folge von Winkelpositionen, die traditionellen Faden- und Taststimetho- ten als F (r, s) ausgedrückt werden in 15°-Schritten indexiert sind. Diese Profile den etabliert [14]. werden übereinandergelegt und analysiert, Die Auswertung des Steigungswinkels (3) um die Ausrichtung der makroskopischen mittels 3D-Topographie erfordert die Be- Riefen (die »Makrosteigung«) in der Ober- stimmung der dominanten Richtung der wobei s ein Winkel und r ein Radius im flächenstruktur [7] zu bestimmen. Eine Ein- Oberflächenstruktur innerhalb des Mess- Frequenzraum ist. Das Winkelfrequenz- schränkung dieser Art der Analyse besteht bereichs sowie die Ausrichtung des Mess- spektrum für die Oberflächenstruktur wird darin, dass sie die feinkörnige Oberflächen- bereichs in Bezug auf die Zylinderachse dann als Integration entlang der radialen struktur (die »Mikrosteigung«) übersieht oder Drehachse [15]. Die Messaufgabe ist in Richtung zwischen zwei radiale Positionen und weitere Messungen in kleineren Schrit- Abb. 3 zusammengefasst, die eine Flächen- R1, R2 definiert: MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 11
SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
(4)
Die Strukturrichtung Std ist definiert als der
Winkel s, für den das Winkelspektrum APS
das Maximum ist [16, 17].
Die Berechnung der Oberflächen-
strukturrichtung mit hoher Auflösung ist
eigentlich eine große Herausforderung.
Wir haben festgestellt, dass die meisten
handelsüblichen Sowarepakete für die Abb. 4: Vorrichtung für ein Musterteil (l.); Interferenzmikroskop zur Messung der flächenhaen Oberflächen-
Oberflächenanalyse eine Std mit einer Auf- topographie (r.). Fotos (2): Zygo
lösung von etwa 0,1° aufweisen, begrenzt
durch die diskrete Abtastung in der x-, y-
Ebene. Diese ist viel zu groß für eine Stei-
gungswinkelmessung, die, wie in der Ein-
führung erwähnt, besser als 0,005° sein
muss. In unserer Arbeit haben wir eine viel
leistungsfähigere Berechnung der Struk-
turrichtung entwickelt, die eine Auflösung
von 0,0002° aufweist, wie durch simulierte
Topographiedaten bestätigt.
Um die Berechnung des Steigungswin-
kels abzuschließen, benötigt Gl. (2) den
Lagewinkel für das Topographiebild. Ein
Ansatz besteht darin, die kleinsten Quadra-
te eines Zylinders (oder einer anderen ro-
tationssymmetrischen Form) zu ermitteln,
die am besten zur Gesamtform der Topo- Abb. 5: Beispiele für Oberflächenstrukturen und gemessene Steigungswinkel für drei verschiedene
graphie h (x, y) passen, mit dem Winkel Oberflächenstrukturen.
als freiem Parameter [4, 15, 18, 19]. Ein wei-
terer Ansatz nutzt die Korrelation zwischen
überlappenden Feldern um den Umfang
herum, um die Drehachse zu bestimmen
[20]. Die relativen Vorteile in Bezug auf die
Messunsicherheit hängen von der Größe Abb. 6: Reproduzierbarkeitsprüfung für den Steigungswinkel für ein Teil eines stufenlosen Getriebes eines
des Messfeldes und dem Krümmungsradius Krafahrzeuges mit fünf Versuchen, mit Entnahme und Austausch von Teilen und zufälliger Ausgangsposition
der Welle ab. um den Umfang herum. Grafiken (4): Zygo
Ergebnisse für Dichtflächen gibt, die den verschiede- fizierbare Oberflächenstrukturrichtung,
nen Arten von Schleif- und Veredelungs- die das Dichtungsverhalten beeinflussen
Die Abb. 4 veranschaulicht unsere Imple- prozessen entsprechen. Die Abb. 5 zeigt würde. Diese Beispiele veranschaulichen
mentierung eines Drall-Messsystems mit drei Beispiele und die zugehörigen Werte, auch die Bedeutung einer Messreihe über
einem Interferenzmikroskop von ZYGO New- die wir für die Zylinderrotation, die Ober- einen Bereich von Drehwinkeln über den
View™ mit Kohärenz-Scanning und einer flächenstrukturrichtung und den resultie- gesamten Umfang herum – eine Technik,
Mx-Soware, die unsere hochauflösende Be- renden Steigungswinkel gemessen haben. die anderen praktischen Anwendungen der
rechnung des ISO-Parameters für die Ober- Die zweite Struktur für das hintere Diffe- Steigungswinkelmessung gemeinsam ist [4,
flächenstrukturrichtung Std [21] beinhaltet. renzialritzel eines Personenkrawagens, 20]. Damit ist die gesamte Datenerfassungs-
Die Plattform beinhaltet eine Vorrichtung wie in Abb. 5 dargestellt, ist ein gutes zeit etwa gleich lang wie bei der Taststi-
zur Aufnahme von Wellen, die Oberflächen Beispiel für eine anspruchsvolle Oberflä- prüfung, bei der auch eine Reihe von Mes-
für Rotationsdichtungen aufweisen. chenstruktur für traditionelle Faden- und sungen am Umfang durchgeführt werden.
Eine wichtige Beobachtung ist, dass es Taststimethoden, da es keine leicht er- Die Hauptvorteile der optischen Prüfung
eine Vielzahl von Oberflächenstrukturen kennbaren Riefen gibt, aber eine identi- liegen daher in der Möglichkeit, komplexe
12 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Oberflächenstrukturen für Nettoführung [6] RMA: Sha finish requirements for radial lip [16] ISO 25178: Geometrical product specificati-
zu testen, zusammen mit den zusätzlichen seals (Anforderungen an die Wellenoberfläche für ons (GPS) — Surface texture: Areal — Part 2: Terms,
Oberflächenstrukturparametern, die sich Wellendichtringe. Rubber Manufacturers Associa- definitions and surface texture parameters (Geo-
aus vollständigen 3D-Oberflächentopogra- tion (Verband der Gummihersteller) (2004). metrische Produktspezifikationen (GPS) – Oberflä-
phiekarten mit Millionen von Datenpunk- [7] Seewig, J., Hercke, T.: Lead Characterization by chenstruktur: Areal – Teil 2: Begriffe, Definitionen
ten am Umfang ableiten lassen [16, 22]. a objective evaluation method (Steigungscharakte- und Oberflächenstrukturparameter), International
Die Ergebnisse der Reproduzierbarkeits- risierung durch eine objektive Bewertungsmetho- Organization for Standardization, Genf (2012).
prüfung in Abb. 6 zeigen, dass die Technik in de). Wear 266(5), 530-533 (2009). [17] Krolczyk, G. M., Krolczyk, J. B., Maruda, R. W.
der Lage ist, den Steigungswinkel entspre- [8] Hercke, T., Schloz: MBN 31 007-7: Measurement et al.: Metrological changes in surface morphology
chend der RMA-Zielspezifikation von < 0.05° and Evaluation Method for the Assessment of Lead- of high-strength steels in manufacturing proces-
zu regeln. Wir haben festgestellt, dass Wie- Reduced Dynamic Sealing Surfaces (Mess- und Aus- ses (Messtechnische Veränderungen in der Ober-
derholbarkeit und Reproduzierbarkeit den wertemethode zur Beurteilung von vorlaufredu- flächenmorphologie von hochfesten Stählen in
Anforderungen entsprechen; aber es ist zierten dynamischen Dichtflächen). Mercedes-Benz Herstellungsprozessen), Measurement 88, 176-185
eine ganz andere Frage, wie genau die Er- Engineering Standard (2009). (2016).
gebnisse sind und wie gut sie die endgül- [9] Obwohl die ISO 25178-3 manchmal als Stan- [18] Xin, B.: Auswertung und Charakterisierung
tige Dichtungsfähigkeit vorhersagen. Der dard für die Steigungswinkelmessung genannt dreidimensionaler Messdaten technischer Oberflä-
nächste Schritt in unserer Forschung wird wird, erscheint ein informativer Anhang für den chen mit Riefentexturen. Abschlussarbeit, (2008).
darin bestehen, Vergleichstests mit Tast- Steigungswinkel nur im Entwurf dieses Dokuments, [19] Novak, E., Munteanu, F.: Optical measurement
stimessungen mit Proben durchzuführen, nicht in der endgültigen Version. of lead angle of groove in manufactured part (Op-
die auf klare Riefenstrukturen ausgelegt [10] Leach, R. K., Hrsg.: Optical Measurement of tische Messung des Steigungswinkels der Riefe im
sind, um Vertrauen in die Konsistenz der Surface Topography (Optische Messung der Ober- Werkstück). US Patent 9,752,868, (2017).
Ergebnisse zwischen den Messstrategien zu flächentopographie). Springer-Verlag, Berlin Heidel- [20] de Groot, P., Deck, L. L.: Surface topogra-
gewinnen. Parallel dazu arbeiten wir mit berg (2011). phy apparatus and method (Vorrichtung und Ver-
ersten Anwendern daran, Kennzahlen der [11] Sachs, R., Stanzel, F.: Interference Microscopy fahren zur Oberflächentopographie), US Patent
Qualitätskontrolle für unsere Steigungs- for Clean Air – How Optical Metrology Is Improving 20180180412, (2018).
winkel-Prüechnik für diesen wichtigen Quality Control of Fuel Injection Systems (Interfe- [21] Zygo Corporation: NewView 9000, Specifica-
Parameter in der Präzisionsfertigung zu renzmikroskopie für saubere Lu – Wie die optische tion sheet (Technisches Datenblatt) SS-0100 01/17
entwickeln. Messtechnik die Qualitätskontrolle von Einspritzsys- (2018)
temen verbessert), [Fringe 2013: 7th International [22] Blateyron, F.: The Areal Field Parameters (Die
Literaturverzeichnis Workshop on Advanced Optical Imaging and Me- Parameter des Bereichsfeldes). [Characterisation of
[1] Gabryel, G. E.: »Optimize sha surface finish trology] (7. Internationaler Workshop für moderne Areal Surface Texture] (Charakterisierung der flä-
for maximum seal performance (Optimierung der optische Bildgebung und Messtechnik), W. Osten, chenhaen Oberflächenstruktur), R. Leach, Hrsg.,
Wellenoberfläche für maximale Dichtungsfähigkeit), Hrsg., Springer Berlin Heidelberg, 96 (2014). Springer Berlin Heidelberg, 2 (2013).
Plant Services, (2002). [12] Arnecke, P.: A measurement method for cha-
[2] Baumann, M., Bauer, F., Haas, H. W. et al.: How racterising micro lead on ground sha surfaces (Ein
to measure lead in sealing technology (Wie man Messverfahren zur Charakterisierung von Mikrostei-
den Vorlauf in der Dichtungstechnik misst). Sealing gung auf geschliffenen Wellenoberflächen), Ph.D.
Technology 2013(7), 8-12 (2013). Abschlussarbeit an der TU Kaiserslautern (2017).
[3] Kundrák, J., Gyáni, K., Felhő, C. et al.: Analysis [13] de Groot, P.: Principles of interference micro-
of lead twist in modern high-performance grinding scopy for the measurement of surface topography
methods (Analyse der Steigungsdrehung in moder- (Prinzipien der Interferenzmikroskopie zur Messung
nen Hochleistungsschleifverfahren). IOP Conference der Oberflächentopographie). Advances in Optics
Series: Materials Science and Engineering 161(1), and Photonics 7(1), 1-65 (2015).
012005 (2016). [14] Shuster, M., Combs, D., Pillar, J. et al.: Develop-
[4] Cohen, D. K., Smith, S., Novak, E. L. et al.: Mea- ment of the Methodology for 3-D Characterization
suring Surface Texture and Sha Lead Angle of of Oil Seal Sha Surfaces (Entwicklung der Methodik
Dynamic Sealing Systems (Messung der Oberflä- zur 3D-Charakterisierung von ölabdichtenden Wel-
chenstruktur und des Wellensteigungswinkels von lenoberflächen). SAE International (2002). AMETEK Germany GmbH
dynamischen Dichtungssystemen), Quality Digest [15] Xin, B.: Evaluation of two and a half-dimensio- Business Unit Zygo
31(3), 1-11 (2011). nal surface data with form component and groove Rudolf-Diesel-Straße 16 | 64331 Weiterstadt
[5] Puente León, F., Rau, N.: Detection of machine bands (Auswertung von zweieinhalb-dimensionalen Verkauf/Sales +49 6150 543 7064
lead in ground sealing surfaces (Erkennung von Ma- Oberflächendaten mit Formkomponente und Rie- Service +49 6150 543-7065 | Fax -1500
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schinenvorlauf auf geschliffenen Dichtflächen). An- fenstrukturen), Proc. SPIE 6503, 835-844 (2007). ZygoInfo.de@ametek.com | www.zygo.de
nals of the CIRP 52/1/2003, 459-462 (2003).
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 13SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Hybride-Zerspanungslösungen auf
Hembrug-Hartdrehmaschinen
Hembrug Machine Tools ist ein Hembrug, Marktführer im Hartdrehen, wird. Mit der KombiFin-Technologie ge-
führender Hersteller von Hartdreh- steigt in den Bereich Feinschleiftech- lingt es, den Hartdrehprozess und die
maschinen. nologie ein. Finishoperationen auf einer Maschine zu
vereinen. Hierzu werden kleine senso-
Anfang der 1990er Jahre begann die Ent- Im Mai 2019 schließen Hembrug Machine risch angesteuerte Steinbearbeitungsein-
wicklung des Hartdrehens bei der Fa. Tools und PTG PräzisionsTechnologien heiten in die moderne CNC-Werkzeugma-
Hembrug. Gründe dafür lagen in der Ver- GoldAU einen Vertrag zur intensiven Zu- schine integriert.
AU
fügbarkeit neuartiger Schneidstoffe und sammenarbeit. Die PTGold GmbH mit
in der Möglichkeit zur Konstruktion einer Sitz in Magdeburg beschäftigt sich seit PTGoldAU liefert die KombiFin-Techno-
Drehmaschine von ausreichender Form- dem Jahr 2017 nach mehr als 15 Jahren logie für Hembrug Werkzeugmaschi-
festigkeit, Stabilität und Präzision für ein Forschung mit der Markteinführung nen.
einwandfreies Hartdrehen. Als Ergebnis einer neuartigen Oberflächentechnologie,
dieser Entwicklungen ist das Hartdrehen der KombiFin-Technologie auf Standard Durch die Integration dieser Systeme in
zu einer vollwertigen Alternative für das CNC-Maschinen. die Hembrug Mikroturn®-Hartdrehma-
Rundschleifen als Präzisions-Endbearbei- Die Superfinish-Technologie ist ein eta- schinen steht das Finishverfahren nun
tung geworden. blierter Prozess und wird aktuell in der auch Herstellern von kleinen bis mittle-
Großserienproduktion u. a. zur Herstel- ren Serien mit variablen Bauteilspektren
Hembrug entwickelt und baut die lung von hoch belasteten Dicht- und La- zur Verfügung. Es lassen sich die ver-
Mikroturn®-Serie. gersitzen z. B. an Antriebswellen für Hyd- schiedensten Formelemente an den Bau-
raulikpumpen eingesetzt. Es geht hier um teilen erzeugen. Hierzu zählen plane, zy-
Die Mikroturn®-Maschinen sind einzigarti- große Stückzahlen mit einem Bauteilsor- lindrische und kegelförmige außen oder
ge, qualitativ hochwertige, voll hydrostati- timent, bei dem die Vor- und Endbearbei- innen zu bearbeitende Formelemente. Die
sche Ultrapräzisions-Hartdrehmaschinen. tung auf separaten Anlagen ausgeführt Oberflächen weisen eine typische feinst-
Diese Maschinen bieten den Anwendern
eine volle Kontrolle über das Hartdrehver-
fahren. Mit dem Hartdrehen lassen sich für
viele Anwendungen höhere Genauigkeiten,
eine gesteigerte Produktivität, mehr Flexi-
bilität und somit Kosteneinsparungen im
Vergleich zum Rundschleifen erreichen. Auf
den Mikroturn®-Maschinen können an ge-
härteten Werkstücken bis zu 68 HRC, Lage-,
Formgenauigkeiten zwischen 0,1 – 2 Mikro-
meter und Oberflächengüten mit Rauheits-
werten von 0,1 bis 0,4 Ra erreicht werden.
Die Hembrug-Maschinen werden weltweit
in verschiedenen Präzisions-Industrien wie
der Lager-, Automobil-, Werkzeugindustrie
und dem Formenbau eingesetzt.
Bearbeitung der Lagersitze einer Rücklaufwelle mit 58 HRC durch die KombiFin-Technologie.
Grafik: PTGoldAU GmbH
14 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019SCHWERPUNKT // SENSITIVE FERTIGUNGSTECHNIK
Hembrug Machine Tools stellt der PTGoldAU
eine Mikroturn 100 Hartdrehmaschine zur
Verfügung, auf der die KombiFin-Techno-
logie weiterentwickelt werden soll und
Anwendungen für Praxispartner vorberei-
tet werden können. Das Hartdreh-Finish-
zentrum ist ein weiterer wichtiger Baustein
zum Aufbau des Competence Center of
Precision Machining in Magdeburg.
Vertragsabschluss zwischen Hembrug und PTG am 08.05.2019 (v. l.): Prof. Dr.-Ing.
Harald Goldau, Robert Nefkens, Erik Lewin, Bettina Goldau, Bert de Veer und
Arvid Goldau. Foto: PTGoldAU GmbH
geschliffene bzw. eine gehonte Struktur Durch die Kombination Hartdrehen – Fini-
auf. Es lassen sich auch drallfreie Ober- shen kann jetzt die Vor- und Endbearbei- Hembrug Machine Tools
flächenstrukturen aufbringen, die nur tung auf einer Maschine stattfinden. Das Hendrik Figeeweg 1a+b
mit dem Hartdrehen nicht zu erreichen spart Prozessschritte und Kosten, und es 2031 BJ Haarlem | Netherlands
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© IMG Andreas Lander
© IFA Rotorion
© NTN Antriebstechnik GmbH
© Hembrug Machine Tools
© Hochschule Magdeburg-Stendal
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 15SCHWERPUNKT // EMV – KONTAKTLOSE ENERGIEÜBERTRAGUNGSSYSTEME
Programm
09:00-09:15 Uhr
09:15-10:15 Uhr
Magdeburg
10:15-10:45 Uhr
10:45-11:30 Uhr
Aussteller
AR Deutschland GmbH
emv Service GmbH
Farnell
Feuerherdt GmbH
17. EMV-Industrieseminar GAUSS INSTRUMENTS GmbH
IEEE German EMC Chapter 11:45-12:30 Uhr
Magdeburg Kitagawa GmbH
Langer EMV-Technik GmbH
Meinke Energy GmbH
Phoenix Contact GmbH
pk components GmbH
RECOM Electronic GmbH & Co. KG
Rittal GmbH & Co. KG
Rohde & Schwarz Vertriebs GmbH & Co. KG 12:30-13:30 Uhr
RUTRONIK
SAMTEC
Schurter AG 13:30-14:30 Uhr
Stand der IEEE EMC Society
Telemeter Electronic GmbH
Turbon Electric Technologies GmbH
Dienstag, 5. November 2019 Würth Elektronik eiSos Gruppe - eiSos
Experimentelle Fabrik
Sandtorstraße 23
39106 Magdeburg
14:30-15:00 Uhr
15:00-15:45 Uhr
16:00-17:00 Uhr
Programm
und
Anmeldung
Fotos Steffen Müller
zum Seminar
08:30-17:00 Uhr
Foto: Lehrstuhl für EMV der OVGU
16 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019SCHWERPUNKT // EMV – KONTAKTLOSE ENERGIEÜBERTRAGUNGSSYSTEME
Fraunhofer IFF Fraunhofer IFF ExFa Fraunhofer IFF
Konferenzraum 2 Konferenzraum 3 Konferenzraum 1. OG Konferenzraum 1
VORTRÄGE VORTRÄGE VORTRÄGE WORKSHOPS
Bitte bei der Anmeldung
separat reservieren!
Begrüßung und Plenarvortrag
Wireless Power Transfer – Was ist heute und was
wird in der Zukun möglich sein? – Anwendungen,
Leistungsklassen, EMV, Standards, Märkte, Heraus-
forderungen usw.
Jörg Hantschel | Würth Elektronik eiSos
Frühstückspause | Ausstellungsflächen in der ExFa
Neue Entwicklungen EMV-Risiken in Steue- EMV bei Schaltnetztei- (angefragt)
der »Scanning Techno- rungs- und Schaltanla- len in der Praxis lösen
logien« zur EMV gen – Theorie und Praxis Josefine Lametschwandt-
Nicole Sterz | Hartmut Lohrey | ner | RECOM Engineer-
AR Deutschland GmbH Rittal GmbH & Co. KG ing GmbH & Co KG
Elektromoblität und Störaussendung: »Dauerbrenner« EMV Lösungsansätze aus
Netzrückwirkung - Nur Baugruppen und ihre und Funkmodule – Was der EMV-Praxis zum
eine Power-Quality Umgebung gibt es hier Neues aktuellen Thema
Frage für die Zukun? Jörg Hacker | Langer Paul Gundelach | Würth Hartmut Lohrey |
Markus Meinke | Meinke EMV-Technik GmbH Elektronik eiSos GmbH Rittal GmbH & Co. KG
Energy GmbH & Co. KG
Mittagspause | Absorberhalle in der ExFa
Die 24 V DC Stromver- Leiterplatten-Filter- Wasserdicht geschirmt Vorführung und Vor-
sorgungen in der Praxis Design (Beispiele aus – kombinierte EMV und stellung spez. neuer
richtig erden (Beispiele) Theorie und Praxis) Umweltdichtungen Technologien von AR
Gerhard Wolff | PHOE- Herbert Blum | Doris Hünerfauth | Nicole Sterz |
NIX CONTACT Dtl. GmbH SCHURTER GmbH Feuerherdt GmbH AR Deutschland GmbH
(angefragt) (angefragt) (angefragt) »hand-on«-Training:
Entwicklungsbegleitend
an Baugruppen messen
Jörg Hacker | Langer
EMV-Technik GmbH
Kaffeepause | Absorberhalle in der ExFa
(angefragt) Zur Entwicklung kon- (angefragt) Neue Nutzungsmöglich-
taktloser Energie- und keiten des »Power-Qua-
Datenübertragungssys- lity-Labors« in der ExFa
teme für verschiedenste für die Industrie und
Anwendungsbereiche industrielle Forschung
und Leistungsklassen. Anke Fröbel | Lehrstuhl
Axel Hoppe | ifak e.V. EMV der OvGU
Individuelle Besichtigung der EMV-Messplätze und EMV-Laborbereiche des Lehrstuhls EMV der Otto-von-
Guericke-Universität. Weitere Diskussion von EMV-Fragen und Austausch von Erfahrungen aus der EMV-
Szene zwischen Praktikern.
Für einen effektiveren Erfahrungsaustausch zwischen den Seminarteilnehmern des 17. EMV-Industriese-
minars in Magdeburg haben Sie auch in diesem Jahr wieder die Möglichkeit, sich mit einem Poster an der
Posterwand im 1. OG der Exfa Ihr Unternehmen zu präsentieren. Bitte besuchen Sie auch diesen Bereich.
Technische Ausstellung in der ExFa
MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019 17SCHWERPUNKT // EMV – KONTAKTLOSE ENERGIEÜBERTRAGUNGSSYSTEME Wireless Power Transfer für hohe Leistungen im industriellen Umfeld Andreas Nadler und Cem Som | Würth Elektronik Seit der immer größer werdenden Verbrei- von einigen Watt bis zum mittleren Ener- tung von Wireless Power Transfer in der giebereich von einigen Hundert Watt er- Consumer Elektronik, wie z. B. Smartphone möglicht. Wenn die Anforderungen der oder Weareable Ladestationen, richtet sich Applikation bezüglich der Sicherheit, On/ auch der Blick der Industrie- und Medizin- Off-Ladezustandserkennung etc. wachsen, technik vermehrt auf diese Technologie so kann diese Schaltung als Basis dienen und der daraus resultierenden Vorteile. Es und beliebig durch den Hardwareentwick- können völlig neue Lösungswege beschrit- ler erweitert werden. ten werden, welche nicht nur die offensicht- lichen technischen Vorteile bieten, sondern EMV und Wireless Power auch für das optische Design neue Möglich- keiten eröffnen. Gerade in Industriezwei- Da bei allen Wireless Power Applikationen gen die mit harten Umgebungsbedingun- Leistung übertragen wird, ist die Einhal- gen, scharfen Reinigungsmitteln, starker tung der EMV-Grenzwerte nicht trivial. Die Wireless Power-Spule von Würth Elektronik. Verschmutzung und hoher mechanischer Herausforderung besteht darin, dass sich Belastung kämpfen müssen (z. B. ATEX, Me- die Sende- und Empfängerspulen wie ein dizin, Baumaschinen etc.) bietet diese Tech- Übertrager mit schlechtem Kopplungsfak- auch im höheren (MHz) Frequenzbereich nologie neue Ansätze. So können teure und tor und sehr großem Luspalt verhalten. entgegengewirkt werden. anfällige Schleifringe oder Kontakte ersetzt Dadurch kommt es in der Umgebung der Da bei WPC-Applikationen das E-Feld werden. Allerdings müssen auch hier ge- Spulen zu einem sehr starken elektroma- (Streufeld) Hauptursache für Probleme in setzliche Normen und Grenzwerte zur EMV gnetischen Streufeld. EMV-Messungen ha- der EMV ist, müssen entsprechende Maß- eingehalten werden. Im Folgenden werden ben gezeigt, dass Störungen breitbandig nahmen getroffen werden. Unter der WPC- ein paar einfache Lösungsansätze von der im Spektrum der Grundwelle bis in den Spule (v. a. Sender) und der Schaltung sollte Schaltung bis zur eigentlichen Übertrager- Frequenzbereich von 80 MHz aureten eine geschlitzte Fläche aus Metall (z. B. Pla- bzw. Empfängerspule gezeigt, die zur Ein- können. Gelingt es nicht, die Pegel in der tine mit Kupfer) angeordnet sein (kleinere haltung dieser Grenzwerte beitragen. Als Störspannungsmessung mit Reserve zum Wirbelströme). Diese muss über einen Kon- wichtigste Grundlage wird empfohlen sich Grenzwert einzuhalten, so kann man meist densator (z. B. 1 – 100 nF/2 000 V WE-CSMH) frühzeitig in der Entwicklung mit einem davon ausgehen, dass man auch in der Stör- an die Schaltungsmasse oder Gehäuse EMV-Labor abzustimmen, um entwick- feldstärke die Grenzwerte nicht einhält. angeschlossen werden. Dadurch werden lungsbegleitende Messungen durchführen Allgemein lässt sich feststellen, dass die große Teile des E-Feldes zur Quelle kurzge- zu können, denn Änderungen im serien- Grenzwerte z. B. bei EN55022 Class B eine schlossen, und breiten sich nicht mehr über nahen Zustand sind immer mit viel Geld nicht zu unterschätzende Hürde in der Ent- Erde aus. Weitere Maßnahmen zur Verbes- und großem Aufwand verbunden. wicklung darstellen können. serung der EMV-Eigenschaen: Entscheidend für einen hohen Wirkungs- Das H-Feld (dI/dt) kann Störströme in Die Sende- und Empfängerspulen sowie grad, möglichst kompakte Bauform und benachbarte Leitungspfade induktiv ein- deren Ansteuerung mit ausreichend Me- gute EMV-Eigenschaen ist bereits eine koppeln. Dagegen hil meist ein größerer tallschirmung und/oder Absorbermate- EMV-unbedenkliche taktgebende Schal- Abstand oder eine Ferritfolie wie die WE- rial (WE-FAS/WE-FSFS) abschirmen. tung, um abseits der eigentlichen kontakt- FSFS. Vor allem aber das E-Feld (dV/dt) kop- Wenn es die Ableitströme zulassen, so losen Energieübertragung Stolperfallen zu pelt sehr leicht kapazitiv gegen Erde aus. können Y-Kondensatoren (2 × 4,7 nF max.) beseitigen. Als Grundlage wird im Folgen- Dies lässt sich bei der Messung der Stör- den Störpegel über ein weites Spektrum den ein System mit rein passivem Reso- spannung als auch bei der Störfeldstärke senken (WE-CSSA). nanzwandler betrachtet, der relativ einfach beobachten. Diesen Gleichtakt (Common eine Skalierung vom Kleinleistungsbereich Mode)-Störern muss im niedrigen (kHz) als 18 MITTELDEUTSCHE MITTEILUNGEN 4/2019
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