In kaum einer Anwendung spielt das Gewicht eine so entscheidende Rolle wie bei Flugzeugen, Raumfähren oder Trägerraketen. (Bild: IdeeID - stock.adobe.com)
Neben Digitalisierung und Automatisierung stehen Nachhaltigkeit und Energieeffizienz als Trends und Ziele im Maschinenbau hoch im Kurs. Gesetzgebungen, Normen, aber auch der Wandel im öffentlichen Denken angesichts des Klimawandels fordert die Entwicklung nachhaltiger Lösungen.
Die Umweltfreundlichkeit und optimierte Emissionsbilanz von Maschinen, Fahrzeugen und Geräten lassen sich – gerade im Fahrzeugbau – einerseits durch die Antriebstechnologie beeinflussen, andererseits aber auch durch die konstruktive Optimierung des Gewichts und der Größe der Systeme. Leichtere und kleinere Geräte und Maschinen benötigen weniger Energie für den Betrieb, sei es in Form von Treibstoff oder Elektrizität.
Das Gewicht des Systems kann durch den Einsatz leichterer Materialien positiv beeinflusst werden, das ist logisch. Aber auch die Reduktion der Systemkomplexität führt zu einem geringeren Gewicht, beispielsweise durch den Verzicht auf durch innovative Technologien obsolet gewordene Bauteile. Hierzu kann auch die Miniaturisierung von Subsystemen beitragen, was sowohl die Schwere als auch die Größe optimiert.
Warum Gewicht und Bauraum einsparen?
Neben der Energieeffizienz gibt es eine Vielzahl von Gründen, Maschinen- und Gerätekonstruktionen möglichst leicht und kompakt zu realisieren:
- Die Dynamik und somit die Performance der Systeme profitiert signifikant. Leichtere Konstruktionen lassen sich schneller beschleunigen und abbremsen.
- Schwingungen und Vibrationen können durch Leichtbau-Lösungen reduziert werden, was zu einer verbesserten Laufruhe und optimierter Präzision führt.
- Materialkosten lassen sich angesichts von eingesparten Komponenten oder in geringerem Maß benötigten Materialien reduzieren, beispielsweise für bauraumoptimierte Gehäuse.
- Unter Nachhaltigkeitsaspekten sind gewichtsoptimierte und miniaturisierte Systeme klar im Vorteil. Weniger Ressourcen sind initial nötig, und es muss außerdem weniger Material produziert und bearbeitet werden. Das reduziert den CO2-Fußabdruck direkt und deutlich.
Fachkonferenz: Die CO2-neutrale Fabrik
Experten aus Wissenschaft, Forschung und Industrie tauschen sich jedes Jahr auf der Fachkonferenz CO2-neutrale Fabrik zu den aktuellen Themen rund um klimaneutrale Industrie aus.
Prof. Alexander Sauer hat 2023 einen Vortrag zum Thema "Defossilierung der Produktion" gehalten. Im Podcast Industry Insights hat er die wichtigsten Punkte zusammengefast. Hier klicken, um zur Folge zu kommen!
Weitere Beiträge, die sich mit den Themen der Konferenz beschäftigen, finden Sie in unserem Fokusthema CO2-neutrale Industrie. Hier geht's entlang!
Die nächste Fachkonferenz findet am 15. und 16. Mai 2024 in Würzburg statt. Hier kommen Sie zur Anmeldung: Fachkonferenz CO2-neutrale Fabrik
Die Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH steht seit mehr als 75 Jahren für Fluid-Control-Komponenten in Miniatur- und Leichtbauweise. Die Ventile, Drosseln, Blenden, Siebe und Pumpen kommen in anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz, in denen es auf Gewichtsersparnis ankommt oder Bauraum ein rares Gut ist. Uwe Seibert, technischer Vertriebsingenieur des Unternehmens mit Sitz in Sulzbach (Taunus) erläutert:
„Mit unseren Spezialmaschinen zur Herstellung von Kleinstbauteilen stellen wir eine Qualität und Präzision sicher, die am Markt ihresgleichen sucht. Alle Lee-Produkte werden 100 Prozent qualitäts- und funktionsgeprüft. Damit können unsere Kunden sicher sein, zuverlässige und performante Miniaturkomponenten für ihre Leichtbau- und miniaturisierten Systeme zu nutzen.“
Zuverlässigkeit im Kleinstformat
Diese Zuverlässigkeit und Qualität sind von entscheidender Bedeutung, wenn man sich vor Augen führt, in welchen Anwendungen es besonders auf Gewicht und Bauraum ankommt. Die einfache Antwort lautet: Überall, wo Masse in Bewegung gesetzt wird.
Fahrzeugbau
Dazu gehören offensichtlich Anwendungen in der Automotive-Branche. Wird das Fahrzeug leichter, ist weniger Energie notwendig, um dieselbe Reichweite oder dieselben Leistungsdaten im Vergleich zur gleichen Basiskonstruktion mit höherem Gewicht zu erlangen. Dies führt zu geringeren Verbrauchswerten, optimierter Energieeffizienz – und je nach Zielsetzung des Fahrzeugherstellers unter Umständen auch zu mehr Fahrspaß.
Lee in PKW und Nutzfahrzeugen
Miniaturkomponenten von Lee kommen in einer Vielzahl von Subsystemen in Pkw und Nutzfahrzeugen zum Einsatz und helfen dabei, diese kleiner und leichter zu konstruieren. Hierzu gehören beispielsweise Ventilblöcke im Hydrauliksystem und/oder Getriebesystemen. Rückschlag-, Überdruck- oder Entlüftungsventile in Kleinstbauweise von Lee helfen dabei, höhere Systemdrücke durch die Miniaturisierung der Ventilblöcke zu kompensieren und für eine optimale Performance zu sorgen.
Lee im Motorsport
Weitere Anwendungsfelder für Lee Miniaturkomponenten finden sich in Brems- und Kühlsystemen, im Kraftstoffsystem und der Fahrwerksverstellung. Lee High-Performance-Komponenten spielen im Motorsport eine entscheidende Rolle bei der Suche nach den letzten Hundertsteln, die man auf der Rennstrecke einsparen kann. Beispielsweise unterstützt Lee das Formula-Student-Team ‚Elbflorace‘ der TU Dresden. In der Formula Student konstruieren und fertigen Studierende Motorsportwagen. Die Rennfahrzeuge werden auf internationalen Rennstrecken in unterschiedlichen Disziplinen getestet, unter Performance- aber auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Die Miniaturventile von Lee arbeiten unter anderem im aktiven Fahrwerk sowie im Bremssystem der Rennboliden. Natürlich kommen Lee Miniaturkomponenten auch im professionellen Motorsport zum Einsatz.
Luft- und Raumfahrt
In kaum einer Anwendung spielt das Gewicht eine so entscheidende Rolle wie im Flugzeug oder Raumfähren bzw. Trägerraketen. Jedes Gramm hat einen überdurchschnittlich hohen Einfluss auf den notwendigen Treibstoff, um die Fluggeräte in die Lüfte zu katapultieren.
Lee Ventile kommen in Flugzeugen vor allem im Treibstoffsystem zum Einsatz, und helfen hier unter anderem, Schäden an den Turbinen und das Austreten von Kraftstoff zu vermeiden. In der Raumfahrt werden Lee Rückschlagventile und Sicherheitssiebe in Wärmetauschern und Abkoppelsystemen von Trägerraketen genutzt. In der Triebwerks- und Schubvektorsteuerung der Raketen arbeiten unter anderem Drosseln, Überdruckventile, Sicherheitssiebe und Magnet- und Rückschlagventile.
Neben dem Gewicht stehen in der Luft- und Raumfahrt vor allem die Robustheit und Zuverlässigkeit der Komponenten im Fokus. Insbesondere während des Startvorgangs wirken enorme Kräfte auf die Luftfahrzeuge und ihre Komponenten. Lee hat seine Wurzeln in der Luft- und Raumfahrt und weiß dementsprechend um die Herausforderungen und ihre Lösungen in diesen Anwendungen.
Medizin- und Labortechnik
In medizin- und labortechnischen Geräten ist die Einsparung von Gewicht entscheidend für die Alltagstauglichkeit von mobilen Geräten. Gerade in therapeutischen Anwendungen, in denen Patienten die Geräte dauerhaft am Körper tragen müssen, beispielsweise in der Atemtherapie oder der Dauerblutdruckmessung wirkt sich ein hohes Gewicht erheblich auf den Komfort und das Wohlbefinden der zu behandelnden Person aus.
Reduzierte Systemkomplexität
Lee bietet unter anderem mit der Disc Pump eine Lösung für solche mobilen Anwendungen mit hohem Anspruch an den Tragekomfort. Die Miniaturpumpen wiegen nur wenige Gramm und sind in etwa so groß wie eine 2-Euro-Münze. Dank ihres Ultraschallbetriebs sind sie hochpräzise, geräusch- und pulsationsfrei im Durchflussmanagement der Medien.
Das macht sie zu einer perfekten Wahl für mobile und platzsparende Geräte. Dank ihrer minimalen Abmessungen lassen sie sich unmittelbar am Einsatzort in die Systemarchitektur integrieren, wodurch Schlauch- und Rohrwege eingespart werden können. Diese reduzierte Systemkomplexität wirkt sich nochmals positiv auf das Gewicht der jeweiligen Maschinen und Geräte aus. Auch Umweltanalyse- und Umweltmonitoringgeräte profitieren von den Vorteilen der Disc Pump.
Lee Disc Pump gewinnt Industrie-Award
Die Miniaturpumpen der Disc-Pump-Familie von Lee konnten den Best of Industry Award in der Kategorie Medizintechnik gewinnen. Die piezoelektrischen Pumpen für die Dosierung von Luft sind nur fünf Gramm schwer, zehn Millimeter hoch und haben einen Durchmesser von lediglich 30 Millimeter. Dank ihres Ultraschallbetrieb (20.000 Zyklen pro Sekunde) gewährleisten sie eine hochpräzise, geräusch- und pulsationsfreie Durchflusskontrolle bei Durchflussraten von 0,1 bis 2 l/min, je nach Ausführung.
Die kompakten Abmessungen und das geringe Gewicht ermöglichen Konstrukteuren, platzsparende und portable Maschinen und Geräte zu entwickeln, vor allem in der Medizin- und Labortechnik, aber auch in industriellen Applikationen, etwa in der Automotive- oder Luftfahrtbranche. Der geringe Bauraum erlaubt es, die Pumpe in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Einsatzort in die Gerätearchitektur zu integrieren. Notwendige Schlauch- oder Rohrverbindungswege werden deutlich reduziert. In der Folge sinkt die Konstruktionskomplexität und OEM können neuartige Geräte- und Maschinenarchitekturen realisieren.
Aber auch für den Maschinen- und Geräteanwender ergeben sich direkte Benefits durch den Einsatz der Disc-Pump-Technologie, wie Jürgen Prochno, Geschäftsführer von Lee Hydraulische Miniaturkomponenten, erläutert: „Im Vergleich zu herkömmlichen Membranpumpen sind die Disc-Pump-Komponenten federleicht und für das menschliche Ohr nicht hörbar. Das erlaubt eine perfekte Benutzererfahrung im Berufsalltag, insbesondere in Anwendungen, in denen das Gerät nahezu permanent getragen oder genutzt wird. In der Medizintechnik wären das etwa Dauer-Blutdruck-Messgeräte oder Wundtherapien, in der Labortechnik wären beispielsweise Pipettiersysteme zu nennen.“
Weitere industrielle Applikationsbeispiele finden sich beispielsweise in Sitzsystemen in Autos und Flugzeugen oder in der Drucksteuerung von Industriedruckern. Der Best of Industry Award wird von der Vogel Communications Group ausgelobt und per Publikums-Voting ermittelt. „Wir bedanken uns bei allen Abstimmenden für die Unterstützung. Der Award zeigt, dass Lee innovationsführend ist“, so Jürgen Prochno.
Nahezu pulsationsfrei
Beispielsweise ist die Disc Pump in der Beatmungstherapie sehr vorteilhaft. Hierbei muss unter anderem der Manschettendruck des Endotrachealtubus der Patienten innerhalb eines engen Toleranzbereichs gehalten werden. Die Aufrechterhaltung des korrekten Manschettendrucks kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Patient eine beatmungsassoziierte Pneumonie (VAP) entwickelt, erheblich verringern. Meist kommen in automatisierten Manschettensteuerungen motorbetriebene Pumpen zum Einsatz, um die Manschette auf den Zieldruck aufzublasen. Eine Reihe von Pulsationsdämpfern und Proportionalventilen sollen in diesen Lösungsansätzen dabei helfen, die Pulsation zu glätten und den Zieldruck zu erreichen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Pumpen, deren Frequenz bei wenigen Zyklen pro Sekunde liegt, arbeitet die Disc Pump von Lee Ventus mit Ultraschallfrequenzen von über 20.000 Zyklen pro Sekunde. Bei jedem Zyklus im Sub-Millisekundenbereich bewegt die Pumpe nur wenige Nanoliter Luft, sodass der resultierende Luftstrom nahezu pulsationsfrei ist. Dies ermöglicht eine sehr genaue Druckmessung und -steuerung.
„Mit unseren Miniaturkomponenten sind wir der prädestinierte Partner für alle Maschinen- und Gerätehersteller, die Leichtbau und Miniaturisierung umsetzen wollen.“
Uwe Seibert, technischer Vertriebsingenieur, Lee
Fazit
Uwe Seibert fasst zusammen: „Wir stehen traditionell für höchste Präzision, maximale Performance, gerade auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen, minimales Gewicht und maximale Kompaktheit. Somit sind wir der prädestinierte Partner für alle Maschinen- und Gerätehersteller mit Präzisions-Fluid-Control-Anwendungen, in denen Leichtbau und Miniaturisierung einen Beitrag zu mehr Effizienz und Performance beitragen können.“
