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Das Projekt

 
 

 
 

Betrachtung des Einsatzes der Kombination von Magnetschwebe- und Direktantriebstechnik im Werkzeugmaschinenbau.

An den Werkzeugmaschinenbau werden die höchsten Anforderungen bezüglich Prä- zision und Funktionalität gestellt und aus der Werkzeugmaschine - als "Mutter" der Maschinen - fließen sukzessive die Funktions- und Fertigungstechnologien in alle anderen Maschinen.


Der Werkzeugmaschinenbau in Deutschland

In Deutschland, als exportorientiertes Land, nahm der Werkzeugmaschinenbau stets eine Schlüsselstellung ein und errang im Jahr 2001 die Position 1 als Hersteller von Werkzeugmaschinen in der Welt. Mit dem Gesamtproduktionswert von ca.10 Mrd. € wurde Japan überholt, wobei auch die Grenzen der Produktionskapazitäten in Deutschland aufgezeigt wurden.

Bis 2006 zeigten sich die nächsten Trends. Japan übernahm in der Produktion wieder die Führung mit stetigem Zuwachs und im Import überholte China mit überproportionalen Zuwachsraten die USA.

Durch die relativ geringen Gewinnmargen im Werkzeugmaschinenbau und der Rezession nach 2001 gerieten die Werkzeugmaschinenhersteller zunehmend unter wirtschaftlichen Druck. Dies trifft insbesonderse die deutschen Firmen aufgrund der hohen Herstellkosten, der immer geringer werdenden Know - How - Abstände zwischen den einzelnen Herstellern und den hohen Mehraufwendungen für relativ geringe Produktverbesserungen, die schnell von den jeweiligen Wettbewerbern kompensiert werden.

Um die Weltmarktposition der deutschen Werkzeugmaschinenhersteller nachhaltig festigen zu können, sind grundsätzliche, tiefgehende Änderungen der Maschinen-konzepte mit umfassendem Patentschutz erforderlich, über die seit vielen Jahren in den verschiedenen Gremien der Werkzeugmaschinenindustrie nachgedacht wird.

Neben Veränderungen der modularen Maschinenkonzeptionen werden auch zusätz-
liche Handhabungsaufgaben mit dem Zweck in die Maschinen integriert, um eine möglichst hohe Wertschöpfung an möglichst wenig erforderlichen Arbeitsplätzen unter minimiertem Personaleinsatz qualitätsoptimiert erzielen zu können.

Aus dem Maschinenbau kommend wendete ich mich daher im ersten Schritt zur Umsetzung meiner Technologie "Kombination der Magnetschwebe- und Direktantriebstechnik" dem Werkzeugmaschinenbau unter den genannten Aufgabenstellungen zu und bin davon überzeugt, dass in Zusammenarbeit mit Wissenschaft und Industrie neue, überragende Produkte mit Vorteilen entstehen, die man sich bis heute nicht vorstellen kann.

Danach erfolgen die Umsetzung dieser Technologie in den Einsatzbereichen Lage- rungen/Führungen im Makro- sowie im Mikrobereich, Mikroproduktion, Nanotechnik, Robotik, medizinische Einrichtungen uvam., in denen der patentrechtlich abgesicherte Umfang der Erfindungen ebenso zu neuen Produkten mit bisher unbekannten Anwendungsmöglichkeiten führen wird.


Der Technologiehintergrund

Die Wurzeln der Technologie liegen im Osnabrücker Land, wo seit dem Jahr 1922 durch den Ingenieur Hermann Kemper das Konzept einer "Elektromagnetischen Schwebebahn" entwickelt wurde, für das er 1934 ein Reichspatent erhielt. Die weitere Entwicklung seiner Erfindung erfolgte seit 1962 in Japan und seit 1969 in Deutschland. Sie erfuhr Silvester 2002 in Shanghai ihren Höhepunkt, als dort die Jungfernfahrt des deutschen Transrapid mit dem chinesischen Ministerpräsidenten Zhu Rongji und dem deutschen Bundeskanzler Gerhard Schröder erfolgte.

Diese Entwicklung eines Transportmittels griff ich 1995 erfinderisch auf und stellte damit in abgewandelter Form ein Werkzeugmaschinensystem mit völlig neuen Eigenschaften vor. Dabei ist zu bedenken, dass die Magnetschwebebahn als Transportmittel keine besonders hohen Ansprüche an die Bahnführungsgenauigkeit stellt. Sie fährt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 500 km pro Stunde auf einem Magnetspalt von ca.10 mm Höhe, wobei der Fahrweg "Dellen" von 2 bis 3 mm aufweist, die jedoch durch ein entsprechendes Federungssystem kompensiert werden, so dass die Passagiere dieses Zuges dadurch nicht unangenehm betroffen sind.

Transferiert man nun diese Technologie der Magnetschwebebahn in Werkzeug- maschinensysteme, z. B. in einen Rundtisch, der auch als erster Prototyp hergestellt wurde und zur Verfahrung / Positionierung von Werkstücken vor/unter Werkzeugsystemen zur Bearbeitung derselben dient, verringert sich die Magnetspalthöhe um 90% auf weniger als 1 mm und die Tiefe der "Dellen" um den Faktor 1000 auf wenige Mikrometer. Dies entspricht den Genauigkeitsansprüchen bei der Bearbeitung / Handhabung von Werkstücken durch Werkzeugmaschinen.

Damit ist die Erfindung dieser zukunftsweisenden Technologie heute erst unter Einsatz der modernsten Hard- und Software, mit den neuesten, umfassenden wissenschaftlichen Erkenntnissen auf vielen technischen Gebieten in Produkte umsetzbar. Dabei erfordert die weitere Entwicklung dieser Technologie für verschiedene reproduzierbare Arbeitsabläufe sich abwechselnde/überlappende wissenschaftliche und empirische Phasen bis zur Serienherstellung der ausgereiften Produkte.

Diese Erkenntnis ergab sich aus der pragmatischen Entwicklung durch die w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH in Barleben, im Zuge eines BMWF - Projektes vom 01.09.1997 bis zum 31.08.2001. Nach theoretischen Simulierungen an der TU-Braunschweig wurde 2001 in enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern und Industrieunternehmen ein Teststand zum Nachweis der Funktionalität und am 10.04.2002 der erste Rundtischprototyp vorgestellt. Mit diesem konnte weltweit zum ersten Mal die Schwebestabilität eines 1,2 to schweren Rundtischrotors von + / - 500 Nanometern nachgewiesen werden.

Zur Veranschaulichung für die Damen und Herren, die sich nicht ständig mit tech- nischen Angaben beschäftigen müssen:

1000 Nanometer = 1 Mikrometer

Würde ein menschliches Haar durch nebeneinander liegende Bohrungen mit dem Durchmesser von 1 Mikrometer durchtrennt, würde dies ca. 200-mal durchbohrt werden müssen.

Bezieht man diese Technologie auf einen Menschen, der sich mit Schuhen, in denen die Technik entsprechend integriert wäre, auf einem schmalen, gefährlichen Weg absturzgefährdet befindet, würde er diesen Weg nicht mit seinen Schuhsohlen be- rühren, aber in jedem Sekundenbruchteil magnetisch fest und im Gleichgewicht ge-
halten, so dass ein Ausrutschen oder Abweichen - auch von einem extrem schmalen Weg - nicht erfolgt.

Damit steht nach fasst 10 Jahren der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet mit der Konzeption des zweiten Prototyps, der eine Reihe neuer statischer und dynamischer Eigenschaften für den Industrieeinsatz vorweisen wird, die Serienfertigung vor dem Durchbruch.

Aus strategischen Überlegungen meldete ich in den 39 wichtigsten Industrienationen der Welt meine Patente an, wie nachfolgend dargestellt, wodurch mit diesen neue Produkte in einbezogenen Ländern hergestellt bzw. in solche exportiert werden können.

Neue Werkzeugmaschinen und andere Produkte, die der Technologie entsprechen, werden mit ihren wertvollen Wettbewerbsvorteilen und dem Patentschutz an der Weltspitze stehen, aus dem sich weitere Produkte und Patente generieren lassen.

 
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Entwicklungsstand und Kurzinformation zu der innovativen Technologie

Thema: Kombination der Magnetschwebe- / Direktantriebstechnik.

Produkt: Berührungslose, schmierungsfreie, ultragenau stufenlos verstellbare Makro /Mikrolager /-führungen zur Substitution von Gleit-, Wälz-, Flüssigkeits- und Gaslagern.

  • Ein Teststand wurde am 18.10.2001 u.a. dem EU-Kommissar M. Barnier und
    dem Ministerpräsidenten des Landes, Herrn Dr. Höppner, vorgestellt.

  • Ein 5,5 to schwerer Rundtisch für Werkzeugmaschinen wurde als erster Prototyp am 10.04.2002 der Öffentlichkeit vorgestellt. Dieser zeigte eine in der Welt noch nicht erreichte Schwebestabilität des 1,2 to schweren Rotors von + / - 500 Nanometern.
    Sein jetziger Standort ist die "Experimentelle Fabrik" der Otto-von-Guericke Universität zu Magdeburg.

  • Ein Werkzeugmaschinenprototyp der meinen erfinderischen Vorstellungen entspricht, steht seit 2004 im IFW der Universität Hannover. Dieser wurde am 15.02.2005 VW, der TU-Braunschweig und mir vorgestellt.

  • Von mir wurden mehr als 100 Patente in den 31 wichtigsten Industrie-nationen der Welt angemeldet/erhalten.

 

Konstruktionsdaten des Rundtischprototyps RTP 2
   
Durchmesser der Werkstückaufnahmeplatte 1.000 mm
Werkstückgewicht 3.000 kg
Drehzahl 60 Upm
Positioniergeschwindigkeit 2 m / s
Positionierbeschleunigung 2 g
Positioniergenauigkeit, rotativ + / - 1 Winkelsekunde
Positioniergenauigkeit, linear + / - 1 Mikrometer
Axialkraft 9,5 kN
Radialkraft 7,5 kN
Bearbeitungskraftaufnahme 7,5 kN
Dyn. Lagersteife, axial 20 kN / Mikrometer
Dyn. Lagersteife, radial 10 kN / Mikrometer
Reaktionszeit der Sensorik 0,3 ms
Sensorgenauigkeit + / - 200 Nanometer
Lagerreaktionszeit 10 ms
Regelbandbreite 450 Hz
Planlauf + / - 1 Mikrometer
Rundlauf + / - 1 Mikrometer


Hinweis:


Trotz der hohen Präzision ist auch eine anspruchsvolle Grobbearbeitung möglich. Dafür kann die max. Bearbeitungskraft von 7,5 kN eingesetzt werden. Die hohe Präzision bei der Feinstbearbeitung ist jedoch am Wichtigsten. Bei einer Spandicke von 0,1 mm, z.B. einem Werkstoff C 45, ist aber nur eine Bearbeitungskraft von ca. 200 N erforderlich. Dadurch wird die Gesamtbelastung des Rundtisches um den Faktor 37,5 reduziert und die Bearbeitungspräzision entsprechend der Sensorsystemgenauigkeit erhöht. Nebeneffekte durch wechselnde Grob- und Feinbearbeitung treten nicht auf.

Die statische Lagersteife beträgt - in Abhängigkeit von der Gesamtnachgiebigkeit des Rundtisches - durch die ständige Nachjustierbereitschaft des Gesamtsystems ein Vielfaches der dynamischen Lagersteife.

 
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Entwicklungsschritte
 

Ab 01.01.1998

  • Wissenschaftliche Vertiefung der Erfindungen mittels theoretischer Simula- tionen. Konzeption einer magnetischen Baugruppe (MBG) bestehend aus Rundtisch, Rundtischträger und Winkelverstelleinrichtung.

  • Aufbau eines Aktionsnetzes. (siehe Unsere Partner)

04.05.2000

  • Fertigstellung eines Versuchsstandes zur weiteren Beforschung der innova-tiven Technologie.

09.08.2000

  • Präsentation des Versuchsstandes vor Vertretern der Industrie und des Ministeriums für W + A des Landes Sachsen-Anhalt im IGZ Magdeburg in Barleben.

 
      
 

Januar 2001

  • Installation des Versuchsstandes in der " Experimentellen Fabrik " der Otto - von - Guericke Universität zu Magdeburg zur Beforschung durch Wissen- schaftler, Studenten und am Projekt beteiligten Firmen.
    Es wurden Messreihen gefahren, um neue Erkenntnisse für den Rundtisch- prototyp RPT 1 zu erlangen sowie Anpassungen vorgenommen, um die statischen und dynamischen Bewegungsabläufe zu optimieren.

09.04.2001

  • Durch die Wirtschaftsministerin des Landes Sachsen-Anhalt, Frau Budde, wird die Landesinitiative LIST vorgestellt. Mit dieser sollen komplexe Förderprojekte in Zukunft schneller und kostengünstiger strukturiert und durchgeführt werden.

07.05.2001

  • Die OvG - Universität zu Magdeburg stellte einen LIST - Antrag für das Ver-
    bundprojekt " Kombination der Magnetschwebe- / Direktantriebstechnik ".

18.10.2001

  • Präsentation der Technologie und des Versuchsstandes in der "Experiment-ellen Fabrik" der OvG - Universität in Anwesenheit des EU - Kommissars M. Barnier, des Ministerpräsidenten Herrn Dr. Höppner sowie der Wirtschaftsministerin Frau Budde des Landes Sachsen-Anhalt neben weiteren Persönlichkeiten aus Industrie, Wissenschaft und Politik.

08.11.2001

  • Präsentation in der gleichen Art, am selben Ort vor einer hochrangigen brasilianischen Industriegruppe.

01.01.2002

  • Start des LIST-Projektes "Kombination der Magnetschwebe-/ Direkt-antriebstechnik" der w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH mit vier Unternehmen aus Sachsen-Anhalt.

28.02. 2002

  • Fertigstellung des ersten Rundtischprototyps RPT 1.

10.04.2002

  • Öffentliche Vorstellung des RPT 1 bei einem der beteiligten Unternehmen, der H&B Omega Europa GmbH in Osterweddingen bei Magdeburg, in Gegenwart von vielen Repräsentanten aus Industrie, Wissenschaft und Politik.

 
      
 
 

02.05.2002

  • Funktionsdemonstration und Vermessungen am RPT 1 durch die wissen-
    schaftlichen Institute der OvG - Universität, u.a. in Gegenwart von technischen Spezialisten der weltbekannten Unternehmen DECKEL MAHO / Pfronten und INA SCHAEFFLER / Herzogenaurach.

01.07.2002

  • Beginn des LIST - Projektes durch die OvG - Universität zu Magdeburg. Mit 5 Instituten begann die Beforschung der Technologie über 3 Jahre. Damit sollten die beteiligten Unternehmen die Möglichkeit erhalten, in Zusammenarbeit mit den wissenschaftlichen Instituten vermarktungsfähige Produkte für die Werkzeugmaschinenindustrie zu entwickeln.
    Damit begann das bisher größte Verbundprojekt der OvG - Universität zu Magdeburg.

24.09.2002

  • Herr Staatssekretär Maas des Ministeriums für W + A des Landes Sachsen-
    Anhalt überreichte den ersten Teil eines Zuwendungsbescheides an die "Experimentelle Fabrik" der OvG - Universität, die ZPVP (Zentrum für Produkt-, Verfahrens- und Prozessinnovation GmbH/Magdeburg). Mit der Förderzuwendung sollte diese sukzessive die weiteren Prototypen der genannten Technologie von der w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH beschaffen und diese den am LIST - Projekt beteiligten Wissenschaftlern und Unternehmen zur Beforschung und Optimierung zur Verfügung stellen.

02.10.2002

  • Absichtserklärung der TU - Braunschweig im Zuge eines Verbundprojektes mit der OvG - Universität sowie weiteren Universitäten und Unternehmen in Deutschland diese Technologie in Industrieroboter zu integrieren. Unter Ein-
    satz der genannten Technologie sollten die Roboter in deren Bewegungs-
    abläufen so präzise gestaltet werden, wie es mit den bekannten, verschleis-
    senden Festlagern und der herkömmlichen Antriebstechnik nicht möglich war. In dies Projekt sollten neben den Wissenschaftlern auch bekannte Roboterhersteller einbezogen werden.

    Erste Vorgespräche fanden seit dem 12.12.2002 mit Wissenschaftlern der Universitäten Braunschweig, Hannover, Magdeburg und der FH Zittau im IGZ Magdeburg bei der w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH statt, um das Projekt zu strukturieren. Das Konstitutionsgespräch war für Ende 2003 vorgesehen.

22.10.2002

  • Ein Workshop "Mikroproduktion" an der TU - Braunschweig wurde als Beginn für die Planung eines weiteren Verbundprojektes genutzt, um auch in diesen Bereich die Technologie mit ihren spezifischen Vorteilen zu integrieren.
    Dies auch aus der Erkenntnis, dass Bearbeitungen unter Vakuum und Sondergasen mit dieser Technologie, ohne Abriebe und Schmiermedien, in Steril- / Reinsträumen optimal erfolgen können. Daneben ist auch der Aspekt von großer Bedeutung, dass unter Einsatz dieser Technologie die Maschinenantriebe nicht so teuer wie bisher, mit aufwendigen Gleitringdichtungen und Steckachsenantrieben sein müssen, weil diese Antriebe berührungslos durch die Trennwände zu den Sondergasräumen vorgenommen werden können.

13.02.2003

  • Es wurden Variationen von FEM - Modellen erstellt, um auch Strukturnach-
    giebigkeiten im Mikrometerbereich an Maschinenelementen zu erkennen. Diese Art von Modellen bilden in ihrer Präzision die Basis zur mechatronischen sowie mess-, regel- und steuertechnischen Feinauslegung der Produktgruppen. Auch die Modellierung von High-Tech-Abnahmeprüfständen erfolgt damit.

  • Die Teilefertigung für den zweiten Rundtischprototyp RPT 2 wurde fortgesetzt, um diesen bis zum 01.07.2003 vorstellen zu können. Nach dessen Beforschung durch 6 Universitätsinstitute ( 5 Institute der Universität Magdeburg, 1 Institut der TU - Braunschweig ) sowie fünf Industrieunternehmen unter Labor- / Betriebsbedingungen war der Markteintritt mit zwei Rundtischgrößen, Durchmesser 500 mm und 1.000 mm, im 4. Quartal des Jahres 2004 vorgesehen.

01.10.2003

  • Mit der Jagd nach meinen Patenten erfolgte durch den Abbruch des Verbundförderprojektes die erzwungene Insolvenz meines Unternehmens, der w.i.t. - Wiemers innovatove Technik GmbH.
    Durch rechtliche Schritte gerieten meine Patente jedoch nicht in fremden Besitz.
    Damit verfüge ich weiterhin über die verbliebenen Patente aus mehr als 100 nationalen/internationalen Anmeldungen.

Ab 28.09.2004

  • Gespräche mit VW / Wolfsburg, Stabsabteilung Forschung und Entwicklung für VW / AUDI über

    • Einsatzmöglichkeiten der positiv bewerteten innovativen Technologie VW-intern bzw. bei Zulieferanten, u.a. für Werkzeug-/ Hand-habungsmaschinen.

    • Meine erfinderischen Vorstellungen bezüglich einer neuen Konzeption von Motoren für Automobile und andere Fahrzeuge.

  • Am 16.11.2004 Besichtigung des Rundtischprototyps RPT 1 durch zwei Mitarbeiter der VW - Stabsabteilung in der " Experimentellen Fabrik " der OvG - Universität zu Magdeburg.

  • Am 15.02.2005 Besichtigung einer Werkzeugmaschine, die meinen erfinde- rischen Vorstellungen entspricht und vom IFW der Universität Hannover konzipiert wurde. Diese Maschine wurde von Herrn Prof. Denkena (Leiter des IFW) Herrn Thiele (VW / Wolfsburg) und Herrn Prof. Meins (TU-Braunschweig, Mitentwickler des Transrapids) und mir vorgestellt.

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Pragmatische Vorgehensweise vom Transrapid zur "Kombination der Magnet-schwebe-/Direktantriebstechnik".
 
  • Idee -> wissenschaftliche Vertiefung mittels theoretischer Simulationen

  • Fertigung eines Versuchstandes zum Nachweis der Schwebung unter statischer und dynamischer Belastung

  • Konzeption einer magnetischen Baugruppe (MBG), bestehend aus Rundtisch, Rundtischträger und Winkelverstelleinrichtung

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Die Lösung
 
 
  • Mehrfacheinsatz optimierter Werkzeug-/Montagesysteme an einem Multi-bearbeitungsplatz. Erweiterbar durch periphere Werkzeug-/Robotersysteme.

  • Maschinenportal in Portal- oder Gantrybauweise mit Werkstückidentifikation sowie Werkstück-/Werkzeugvermessung online.

  • Auswechselbare, ortsfeste Werkzeugsysteme.

  • Kompakte, mechanische Führungsstruktur = x-Achse.

  • Bewegungssystem (Rundtisch mit Rundtischträger in einer Führungs-struktur) auch in Bearbeitungszentren einsetzbar.

  • Rundtisch = Rotative y - Achse. Berührungsloser Antrieb des µ - genauen, allseitig magnetgelagerten Rotors mit schnellauswechselbarer Werkstück- aufspannplatte.

  • Rundtischträger mit Winkelverstelleinheit, berührungslos, vertikal und horizontal µ - genau magnetgelagert.

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Vorteilpotentiale
 
A. Generelle Alleinstellungsmerkmale
 
  1. Hybridmagnetisch
    Durch den Einsatz der Kombination Permanent-/E-Magnetismus werden durch die Permanentmagnete Grundkräfte bei der Anhebung/Bewegung von gelagerten/geführten Elementen erbracht, so dass dadurch ein großer Teil der elektrischen Energie eingespart wird.

  2. Berührungslosigkeit
    Mit der schwebenden Werkstückaufnahme-/Grundplatte im Lager-/ Führungssystemgehäuse erfolgen berührungslos die ultragenauen, 3 - dimensionalen Verstellungen der zu lagernden/zu führenden Elemente im Wirkbereich des Magnetspaltes zwischen der Grundplatte und der Lagergehäuse-/Führungssysteminnenwandung.
    Durch diese Berührungslosigkeit tritt weder an der Grundplatte noch an der Innenwand ein Verschleiss ein. Es entfällt an diesen aktiven Lager-/ Führungsteilen die Nacharbeit. Reibungswärme, die Dimensions-veränderungen zur Folge hätte, wird vermieden. Schädliche Abriebe für die Messtechnik im Lager- / Führungssysteminnenraum, für die Werkstoffe der zu lagernden / zu führenden Elemente oder für die Lagerumgebung entstehen nicht. Messtechnisch kann stets von unveränderten Basiswerten ausgegangen werden.

  3. Energetisch
    Diese magnetische Lagerungs-/Führungsform ist die einzige, in der ener- getisch aktiv und definiert stufenlos Einstellungen vorgenommen werden können. Bei Gleit-, Flüssigkeits- oder Gaslagerungen/-führungen sorgen die entsprechenden flüssigen/gasförmigen Medien auch für eine Art von Schwebung, diese kann jedoch nicht für definierte Verstellungen eingesetzt werden.

  4. Schmiermittelfrei
    Da keine Berührungen erfolgen werden auch keine Schmiermittel benötigt. Dementsprechend treten neben dem Einspareffekt für nicht benötigtes Investment in Schmiermittel, Dosieranlagen und Schmiermittelentsorgungen weitere positive Merkmale auf:

    1. Die Sensoren werden nicht durch Schmiermittel/Schmiermitteldampf in deren ultragenauen Messabläufen beeinflusst.

    2. Der Lager-/Führungssysteminnenräume müssen nicht von Schmier- mittelrückständen gesäubert werden, um Nebeneffekte zu vermeiden.

    3. Die Schmiermittel/Schmiermitteldämpfe nehmen keinen Einfluss auf die Werkstoffe der zu lagernden/zu führenden Elemente oder auf die ggfs. vorliegenden sensiblen Umgebungsbedingungen der Lager-ungen/Führungen.

  5. Effektiv
    Da das Zusammenspiel zwischen Lager-/Führungssystemgrundkörper/ magnetische Bauteile mit den Messsystemen und der elektronischen Softwares die erforderliche Ultragenauigkeit erbringt, sind die fertigungstechnischen Anforderungen an die Lager/die Führungen relativ gering. Auf Werkzeugmaschinen und andere technische Produkte bezogen gibt es noch weitere Alleinstellungsmerkmale, die separat mit Sicht auf den Einsatz derselben, dargestellt werden können.

 
B. Kundennutzen t = technisch / w = wirtschaftlich
 
  1. t: Einsatz von ultragenauen rund/definiert, unrund/periodisch und pulsierend, stufenlos verstellbaren/nachstellbaren Lagerungen/Führungen für den Makro- und Mikromaschinenbau im Mikro- und Nanometer-genauigkeitsbereich.

    Durch den Einsatz der horizontal und vertikal wirkenden sensorgesteuerten Magnetlager und die umfassende Berührungslosigkeit des Rundtischrotors im Rundtischgehäuse ist eine ständige ultragenaue direkte Führung des Werkstückes auf der mit dem Rotor verbundenen Werkstückaufnahmeplatte vor und unter einer variablen Anzahl von bearbeitenden Werkzeug- / Handhabungssystemen auf einem Maschinenplatz möglich.

    Im Gegensatz zu Gleit-, Wälz-, Luft und hydrostatischen Lagern erlaubt allein das sensorgesteuerte Magnetlager eine ständige ultragenaue Nachjustierung innerhalb der Magnetspaltbreite, womit Werkstücke auf der Werkstückaufspannplatte geradlinig, kurvig oder periodisch schwingend vor und unter bearbeitenden Werkzeug- / Handhabungssystemen geführt werden können.

    w: Absolut neu. Es wird ein Innovationsrahmen für völlig neue Produkte eröffnet.

    Bei zylindrischen und andersförmigen Werkstücken können bestimmte un- gleiche Form- und Oberflächenbearbeitungen, wie z.B. Einstiche, Formnuten usw. mittels Softwareeingabe periodisch genau oder auch antizyklisch unrund vorgenommen werden.

  2. t: Einsatzfähig in jeder Einbaulage, ob horizontal / vertikal / schräg / winklig oder über Kopf.

    w: Mit dem Einsatz der prinzipiell baugleichen Lager, die nur aus wenigen Bauteilen bestehen und dazu in jeder Einbaulage funktionsfähig sind, erfolgt eine nochmalige Minimierung der Kundenersatzteillagerbedarfe und die Mo- tivation zur Optimierung und Weiterentwicklung dieser Lager für entsprechende Einsatzfälle, auch bei unterschiedlichen Umgebungs-bedingungen.

  3. t: Berührungsloser und damit verschleissfreier Einsatz der Lager/Führungen ohne Bedarf der Nacharbeit an den lagernden / gelagerten oder führenden / geführten Elementen. Alle Bewegungsabläufe erfolgen berührungslos, ohne weitere Kraftübertragungselemente und damit geräuschlos, ohne Reibungs- erwärmungen, Verschleiss oder Toleranzveränderungen.

    w: Absolute Minimierung des Bedarfs an Ersatzteilen / Wartung und Optimierung der Maschinenlaufzeiten.

  4. t: Kein Bedarf der Schmierung an allen lagernden/gelagerten bzw. führenden/ geführten Bauteilen.

    w: Investitionseinsparungen für hochwertige Schmiermittel und deren Entsorgung. Wie auch für teure, aufwendige Druckdosiereinrichtungen zur Erzeugung der Schmierfilme und deren Wartung mit Zeitengpässen aufgrund der erforderlichen Wartungsbedingungen.

    Die Verfügbarkeit von Lager- und Führungsbauteilen der Maschinen, die dieser Technologie entsprechenden erhöht sich damit überproportional. Der Slip - Stick - Effekt entfällt. Dieser führt bei hochgenauen und geschmierten Werkzeugzustellungen während der Bearbeitung von Werkstücken zu Mehrfachzustellungen/Toleranzabweichungen. Dadurch werden Fertigung-sausschuss und Bearbeitungszeiten reduziert.
    Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen können ohne Limitierung der Geschwin- digkeit erfolgen. Bei geschmierten Führungen hingegen reissen beim Über- schreiten von Grenzgeschwindigkeiten die Schmierfilme ab, wobei schwerste Beschädigungen an den Maschinen die Folge sind.

  5. t: Es besteht die Einsatzfähigkeit dieser Lager/Führungen in sensiblen/ sterilen/medizinischen Umgebungen oder unter Vakuum/Sondergasen, da ohne Abriebe und ausdampfende Schmiermittel keine störenden chemischen Einflüsse erfolgen und ohne Berührungen keine Einflüsse durch Reibungswärme entstehen.

    w: Absolut neu. Es ensteht ein entsprechender Innovationsschub.

  6. t: Periodisch oder diskontinuierlich erforderliche Maschineneinstellungen / -nachstellungen können während des Maschinenbetriebes online mit den entsprechenden Messeinrichtungen berührungs- und stufenlos angepasst werden, ohne dass ein Maschinenstillstand erfolgen muss.
    Alle Bearbeitungsbewegungen in der x-, phi-, y- und z-Achse, bis auf die Werkzeugzustellung, können durch die Werkstückaufnahmeplatte auf dem sensorgesteuerten Magnetlager mit der Präzision von Mikrometern bzw. Winkelsekunden erfolgen. Damit kann z.B. ein für die Produktion vorgese- hener Rundtisch mit seiner schon vorhandenen Sensorausrüstung oder mit einer genaueren, auch als maschinenin- oder -externer Messtisch eingesetzt werden.

    w: Optimierung der Maschinenlaufzeiten und Minimierung der Ausschuss- produktion sowie Entfall des Zustelleinrichtungsverschleisses.

  7. t: Auftretende Lagerschwingungen können durch definierte, magnetisch be- rührungslos erzeugte Gegenschwingungen (adaptronisch) kompensiert / gedämpft werden.
    Toleranzverluste durch das Umspannen von Werkstücken zwischen verschiedenen Bearbeitungsabläufen auf unterschiedlichen Maschinen werden durch den Einsatz von auswechselbaren Werkstückaufnahmeplatten vermieden, indem nach der jeweiligen Kalibrierung einer ausgewechselten Werkstückaufnahmeplatte auf einer Nachbarmaschine unter denselben Aufspannbedingungen die weitere Bearbeitung erfolgen kann.

    w: Größere Sicherheit für den Maschinenbediener, die Werkstücke, die Ma- schine sowie für die Maschinenzyklen. Optimierung der Maschinenlaufzeiten, Minimierung der Ausschussproduktion und des Maschinenbedienereinsatzes durch die automatische, verschleissfreie Eigenregelung der Maschine. Durch eine externe Be- und Entladung der Werkstückaufnahmeplatten entfällt auch die Einrichtzeit der Werkstücke auf der nächsten Maschine.

  8. t: Die Anwender der innovativen Technologie erzielen den Vorteil, dass damit sicherer, schneller sowie genauer erforderliche Bewegungen, Bearbeitungen, Behandlungen usw. ausgeführt werden, die deren Wettbewerber nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand realisieren können. Durch den Einsatz von Hybridmagneten = Kombination von Permanent- und Elektromagneten wird der Energiebedarf der Magnetlagerung absolut mini- miert, so dass auch tonnenschwere Werkstücke ohne extern zugeführter Energie durch die vorhandene Permanentmagnetkraft in den taumelnden Zustand versetzt werden. Externe Energie für die Elektromagnete wird nur für die definierte Schwebung und die kinematischen Bewegungsabläufe der Werkstückaufnahmeplatten benötigt.

    w: Optimale Bedingungen, um für eine noch nicht zu definierende Anzahl von Einsatzbereichen Produkte, durch weitere Patentanmeldungen / Patente geschützt, im Hochpreisbereich langzeitig wirtschaftlich absetzen zu können.

 
Die wertvollsten Vorteil-/Einsparpotentiale der Technologie für An-wender und Hersteller der entsprechenden neuen Werkzeugmaschinen-konzepte durch den Entfall von:
  • aufwendigen, hochgenauen Bearbeitungen der lagernden/gelagerten bzw. führenden/geführten Elemente
  • Verschleiss an diesen Elementen
  • Abriebs- und Toleranzverlusten
  • Abrieben
  • Reibungswärme
  • Nacharbeitsbedarf
  • Schmiermittelbedarf
  • Schmiermittelaufbereitung und –entsorgung
  • Schmiermitteldosieranlagen
  • Schmierfilmabrissen und deren Folgen
  • Slip-Stick-Effekten und deren Folgen
  • Trägermedien hydraulischer oder pneumatischer Art
  • Geschwindigkeitsbegrenzungen bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen
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Zahlen und Fakten der deutschen und weltweiten Werkzeugmaschinenindustrie:
 
 
Deutsche Werkzeugindustrie bis 2005
 
 
Produktion aufgeteilt nach Nationen für das Jahr 2005
 
 
Export aufgeteilt nach Nationen für das Jahr 2005
 
 
Import aufgeteilt nach Nationen für das Jahr 2005
 
 
Verbrauch aufgeteilt nach Nationen für das Jahr 2005
 
 
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Perspektivische Weiterentwicklung von Produkten nach der innovativen Technologie:
 

Im Dezember 2004 wurde durch das Ministerium für W + A des Landes Sachsen- Anhalt ein Verbundförderprojekt, dass auf meinen Erfindungen und Patenten basiert und an meine vorherigen Projekte anschließt, an eine Verbundgruppe vergeben. Diese bildete sich nach der Insolvenz der w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH aus Unternehmen meiner früheren Zulieferer/Projektpartner. Trotz meines erklärenden Gespräches am 27.09.2004 mit dem Ministerpräsidenten, Herrn Prof. Böhmer und dem Minister für Wirtschaft und Arbeit, Herrn Dr. Rehberger des Landes Sachsen-Anhalt, wurde dieser Verbundgruppe das Förderprojekt mit einem meiner Patente zugewendet, das widerrechtlich vom Insolvenzverwalter der w.i.t. - Wiemers innovative Technik GmbH erworbenen worden war.

Nach der Rückübertragung des Patentes an mich befindet sich dieses Projekt in einer rechtlich schwierigen Situation:

  • Die Vorraussetzung zur Erteilung dieses Projektes war ein vorzulegendes Patent, das sich nicht mehr in den Händen der Verbundpartner befindet.

  • Im Prinzip darf weiterhin geforscht und entwickelt werden, aber ohne meine Patente wird eine kommerzielle Umsetzung eventuell entstehender Produkte unmöglich sein.

Aus beiden Gründen gehe ich davon aus, dass dieses Projekt unter Rückzahlung der Fördermittel durch den jetzigen Minister für W+A des Landes gestoppt wird.

Unter Nutzung der wissenschaftlichen Begleitung aus der OvG-Universität, meiner Patente, meiner Person mit weiteren erfinderischen Ergebnissen sowie Finanzmitteln aus Förderung/Industrie ist prinzipiell eine nahtlose Weiter-/Neuentwicklung von entsprechenden Produkten realisierbar. Mit dem Erwerb meiner Patente kann diese natürlich auch an jedem andern Ort stattfinden.


Die nächsten Entwicklungsschritte sind vorstellbar:

  • Erweiterung der technologischen Anwendungen im Werkzeugmaschinen-bereich.

  • Produktoptimierung

  • Generierung von Produkten auf den Gebieten Robotik, Mikroproduktion, Nanotechnik, Medizin, Luft- und Raumfahrt.

  • Generierung von entsprechenden weiteren Produkten auf dem noch nicht überschaubaren Feld der Einsatzmöglichkeiten.

 
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Die Partner
 
Ministerien für Wirtschaft und Technologie sowie Kultur des Landes Sachsen-Anhalt
 
 
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LIST - Landesinitiative Sachsen-Anhalt
 
Ziel:
Sinnvolle Zusammenführung der notwendigen Kernkompetenzen / Industriepartner, um schnelle, optimale Erkenntnisse zu erzielen und mit diesen gemeinsam vereinbarte Produkte herzustellen.
 

Daraus das LIST – Projekt:

  • Der Otto-von-Guericke-Universität zu Magdeburg.
  • Der an diesem Projekt teilnehmenden Unternehmen in Sachsen-Anhalt.
 
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