Extra oder Standard?

Maschinenbau - Nicht immer ermöglichen kostengünstige Standardprodukte die optimale Lösung bei der Konstruktion von Maschinen. Unter bestimmten Voraussetzungen lohnt sich die Entwicklung einer speziellen Anpassung.

20. Juli 2006

Ein wichtiges Gebot für Anlagenbauer und Anwender ist es, bei der Lösung von Antriebsaufgaben möglichst kostengünstig zu arbeiten. In vielen Fällen kommen deshalb Standardprodukte der Komponentenhersteller zum Einsatz, die in großen Stückzahlen hergestellt werden und deshalb meist billiger und zugleich qualitativ besser sind als individuelle Sonderlösungen. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht in jedem Falle sinnvoll: Im Einzelfall lässt sich die wirtschaftlichste Lösung nur mit Spezialkomponenten erreichen.

Ausschlaggebend für die Entscheidung für oder wider eine kundenspezifische Antriebslösung ist letztlich die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems: Hier gilt es die Mehraufwendungen, die durch die kundenspezifische Lösung entstehen, gegenüber den Vorteilen der Gesamtlösung abzuwägen. Die wichtigsten Faktoren sind dabei der Stückzahlbedarf, die notwendige Funktionalität (abweichend vom Standardprodukt), der Aufwand für Installation und -Inbetriebnahme, die Servicekosten, der Produktsupport im Laufe der Lebenszeit -einer Anlage, die Ausfallsicherheit sowie nicht zuletzt Designanforderungen und der verfügbare Einbauraum. Wichtig ist auch die Wahl eines kompetenten Partners, der möglichst alle Komponenten einer Speziallösung entwickeln, produzieren und montieren kann und somit eine vollständige Kontrolle des Prozesses und der Qualität übernehmen kann. Bei international agierenden Unternehmen sollte zudem auch der Lieferant global aufgestellt sein, um Service und Ersatzteilversorgung auf allen relevanten Märkten sicherzustellen.

In vielen Fällen lassen sich Standardkomponenten wie beispielsweise Frequenzumrichter einfach und schnell in die Anlage integrieren. Abhängig vom Anlagendesign stehen dafür Produkte für zentrale und dezentrale Antriebskonzepte bereit. Solche Standardkom-ponenten lassen sich schnell und einfach beschaffen und bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Zudem ist das Inbetriebnahme- und Servicepersonal in vielen Fällen bereits mit den Komponenten vertraut, so dass nur ein geringer Schulungsaufwand benötigt wird.

Für den Einsatz von Standard-Frequenzumrichtern spricht weiterhin, dass sie sich in vielen Fällen auch an die jeweilige Applikation anpassen lassen. Die Voraussetzung dafür ist ein modularer Aufbau der Geräte, wie sie etwa die Umrichterserien VLT Automation Drive oder VLT HVAC Drive des dänischen Antriebstechnikherstellers Danfoss bieten: Hier entscheidet der Anwender über den Funktionsumfang des Gerätes, wie beispielsweise Schutzart, EMV-Ausstattung, Feldbusanbindung, Ein- und Ausgänge oder integrierte Sicherheitsfunktionen. Diese Geräte liefert Danfoss trotz des modularen Aufbaus komplett montiert und getestet aus, so dass die Montagekosten erheblich reduziert werden. Intelligente Optionen wie die Motion Control Option MCO 305 ermöglichen die Entwicklung kundenspezifischer Softwarelösungen, beispielsweise zum Positionieren und Synchronisieren oder zur Abbildung von Kurvenscheibensteuerungen.

Auch im Bereich der Getriebemotoren ermöglicht ein modulares Konzept individuelle Anpassungen an eine Applikation ohne Entwicklungsarbeit. Hier bietet Danfoss beispielsweise das Programm Bauer 2000 mit Sonderabmessungen aus Edelstahl, mit angepassten Befestigungsfüßen oder -flanschen, Motoren in unbelüfteter Ausführung, mit Anschlusssteckern unterschiedlichster Art oder Motoren mit Wicklungen für nahezu beliebige Spannungen. Solche kundenspezifisch konfigurierten Serienprodukte repräsentieren die Grenze zwischen Standard- und kundenspezifischen Antriebslösungen. Manchmal bieten die Standardkomponenten jedoch nicht genügend Anpassungsmöglichkeiten, um die gewünschte Antriebslösung wirtschaftlich oder technisch umzusetzen. In solchen Fällen wird es sinnvoll, die Entwicklung einer kundenspezifischen Lösung in Erwägung zu ziehen. So wandte sich beispielsweise ein Hersteller von Strickmaschinen an Danfoss-Bauer mit der Bitte, einen Sonder-Kleingetriebemotor zu entwickeln, der in jeder Drehrichtung ein gleich bleibendes Drehmoment gewährleisten sollte. Die Lösung dieser Anforderung war eine Spezialwicklung, mit der sich sowohl im motorischen als auch generatorischen Betrieb gleich hohe Zugkräfte am Antriebsritzel aufbauen lassen. Bei der Strickmaschine gewährleistet diese Konstruktion, dass der Faden bei jeder Drehbewegung des Antriebs mit einer vordefinierten Spannung gehalten wird. Die dafür notwendige Sensorik wurde in den Motor integriert. Der Strickmaschinenhersteller konnte durch diese integrale Lösung den Montageaufwand und die Anzahl externer Komponenten reduzieren. In manchen Fällen genügt selbst die Entwicklung einzelner kundenspezifischer Kom-ponenten nicht. Vielmehr müssen komplette Systeme entwickelt werden, um das gewünschte Resultat zu erzielen. Derartige Projekte erfordern zwingend eine klare Definition der Projektparameter und eine enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Kunde und Lieferant sowie die Einbringung des firmeneigenen Know-hows von Maschinenhersteller und Antriebsspezialist.

Ein gelungenes Beispiel für ein solches Projekt ist die gemeinsame Entwicklung eines Flaschen-Etikettiersystems durch Danfoss und den Abfülltechnikspezialisten Krones in Neutraubling. Ziel der Neuentwicklung war es, den Anwendern mehr Freiheit bei der Flaschen- und Etikettenform sowie eine höhere Qualität und Schnelligkeit der Etikettierung zu bieten. Angestrebt wurde zudem eine Reduzierung des Platzbedarfs und des Aufwands für Montage und Verkabelung. Gefordert waren also zum einen ein modularer Systemaufbau der gesamten Maschine sowie andererseits eine höhere Komplexität bei der Bewegungssteuerung.

Herkömmliche Etikettierer arbeiten meist auf Basis eines Drehtellersystems und werden über mechanische Steuerkurven realisiert: Während einer Umdrehung des Tellers nehmen diese Maschinen eine Flasche vom Förderband auf, führen sie der Etikettierstation und dem anschließenden Bürstenwerk zu und setzen sie am Ende der Drehung wieder auf einen Transporteur. Die mechanische Synchronisierung der einzelnen Achsen ist dabei sehr aufwändig und erfordert eine umfangreiche Mechanik mit einer Vielzahl von Zahnrädern und anderen mechanischen Verbindungen zwischen den einzelnen beweglichen Komponenten

Maßgeschneiderte Individuallösung für optimalen Kundennutzen

Die Gemeinschaftsentwicklung verwendet dagegen spielfrei arbeitende Direktantriebe ohne Getriebe und zugehörige Verschleißteile. Dabei verantwortete Danfoss die gesamte Antriebstechnik, von der Auswahl der Motoren bis zur komplexen Master-Steuerung. Zum Einsatz kommen hochpolige, permanenterregte Synchronservomotoren aus dem Kompaktservo-Programm von Danfoss-Bauer. Diese komplettiert der Hersteller in seiner Elektronikfertigung im dänischen Gråsten um selbst gefertigte spezifische Elektronikkomponenten sowie um ein eigenes Rückführungssystem. Die integrierte Steuerung gewährleistet eine exakte Positionierung auch beim Einsatz von Formflaschen und verkürzt die Zeit für die Montage des Etikettierers von mehreren Tagen auf lediglich wenige Stunden.

Karl-Peter Simon, Danfoss, Offenbach

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2006