Herausforderung und Chance

Mechatronik

Modularisierung – Entwicklung, Fertigung und Vertrieb gilt es optimal zu vernetzen. Mechatronische Produkte erfordern viel Abstimmung und Dynamik in den internen Prozessen

15. Oktober 2010

Mechatronische Komponenten sind aus der modernen Automation nicht mehr wegzudenken. Intelligente, elektronische Antriebe bieten Anwendern eine Vielfalt an Möglichkeiten, die auf konventionellem, mechanischem Weg nur schwer zu realisieren sind. Als Vorreiter in diesem Bereich gilt der Lauffener Automationsspezialist Schunk mit seinem leistungsdichten mechatronischen Baukasten. In den industrietauglichen Automationsmodulen vereint Schunk auf engstem Raum konstruktives, feinmechanisches und mechatronisches Know-how zu intelligenten und sensiblen Kraftpaketen, die sich je nach Aufgabe individuell kombinieren lassen.

»Dabei genügt es nicht, elektromechanische Komponenten einfach nur mit Sensoren und zusätzlicher Software auszustatten«, erläutert Roko Tschakarow, Bereichs- und Vertriebsleiter für mechatronische Komponenten und Systemlösungen bei dem Spann- und Automatisierungstechnikspezialisten Schunk in Lauffen am Neckar. »Um die Vorteile der Mechatronisierung für Anwender umfassend auszuschöpfen, müssen sowohl die Module als auch die internen Prozesse optimal gestaltet sein.« Das beginnt bereits bei der Produktentwicklung, wo im Sinne des Simultaneous Engineerings die Entwicklungsbereiche Feinmechanik, Elektronik und Software, die Fertigung, der Vertrieb, das Produktmanagement sowie die Qualitätssicherung von Beginn an eng abgestimmt miteinander kooperieren.

Interne Abläufe Optimieren

Bei Schunk fließen die CAD-Daten der Elektronikentwicklung unmittelbar in die 3D-Modelle der Konstruktion ein. So kann der Raumbedarf für Leiterplatten und für Kabelführungen von Beginn an berücksichtigt und optimiert werden. Abhängig von Einschaltdauer und Leistung der Module lässt sich mit Hilfe der FEM-Analytik bereits frühzeitig die Wärmeentwicklung simulieren und daraus die notwendigen Maßnahmen fürs Wärmemanagement ableiten. Zudem werden anhand der geplanten Einschaltdauer und der elektrotechnischen Parameter bereits in der Anfangsphase die erforderlichen Schutzfunktionen in die Software integriert.

Aus Sicht von Roko Tschakarow schaffen simultane Entwicklungsprozesse Vorteile auf drei Ebenen: Zum einen sinkt die Entwicklungszeit, weil nachgelagerte Prozesse und aufwendige Korrekturschleifen vermieden werden. Zum Zweiten ist es möglich, Module und deren Verhalten bereits in einem frühen Stadium virtuell zu simulieren und damit Kosten, Entwicklungs- und Versuchszeit für den Bau realer Prototypen einzusparen. Schließlich lassen sich wesentlich kompaktere Module entwickeln, Materialien einsparen und ganz gezielt Leichtbaulösungen forcieren, die im späteren Einsatz deutlich die Effizienz ganzer Systeme steigern. Diese Vorteile gelten für mechatronische Produkte ebenso wie für pneumatische Komponenten.

Mit Hilfe einer simultanen Entwicklungsstrategie beschränkt sich der Nutzen mechatronischer Module nicht auf eine hohe Funktionalität und Adaptierbarkeit. Anwender profitieren vom geringen Raumbedarf und dem minimierten Gewicht der Komponenten. Ein aktuelles Beispiel zeigt, was sich mit simultanen Entwicklungsprozessen erreichen lässt. Das SPB-Modul aus der Powerball-Baureihe von Schunk vereint erstmals auf kompaktestem Raum die Bewegungen von zwei Achsen miteinander. Mit ihm lassen sich kompakte Leichtbauarme, Serviceroboter und andere modular aufgebaute Handhabungsapplikationen realisieren. Während bisher für Bewegungen mit zwei Freiheitsgraden immer zwei Drehmodule kombiniert werden mussten, genügt künftig ein kompakter und beweglicher Powerball.

Powerball reizt Potenzial aus

Die Schwenk-Neigeeinheit PW070 von Schunk, quasi die Vorgängergeneration des Powerball, wirkt im Vergleich zum SPB-Modul wie ein Röhrenfernseher neben einem Plasma-Gerät. Erst recht überzeugen die inneren Werten des SPB: Die beiden integrierten Servoachsen erzielen jeweils Drehmomente zwischen 7 und 64 Newtonmeter. Mit seinem Drehwinkel zwischen -170 und +170 Grad ermöglicht das Modul sehr flexible Bewegungsabläufe. Position, Geschwindigkeit und Drehmoment sind dabei flexibel einstellbar. Über ein Schnellwechselsystem und Steckverbinder mit integrierter Signaldurchleitung lässt es sich ohne aufwendige Verkabelung schnell und einfach per Plug & Work in Betrieb nehmen. Seine integrierte Steuer- und Regelungselektronik sowie die Stromversorgung mit 24 Volt DC schaffen optimale Voraussetzungen für den dezentralen und mobilen Einsatz. Dank integrierter Intelligenz, universeller CAN-Kommunikationsschnittstelle und Kabeltechnik für Datenübertragung und Spannungsversorgung lässt es sich sehr einfach in bestehende Steuerungskonzepte einbinden. Mit minimalem Konstruktions- und Programmieraufwand können komplexe Systeme und Roboterstrukturen mit mehreren Freiheitsgraden realisiert werden.Simultaneous Engineering sei allerdings nur ein Teil des Erfolgskonzepts für die Herstellung und Vermarktung mechatronischer Produkte, sagt Tschakarow. Eine weitere Herausforderung sei der Vertrieb, der Service und die konkrete Applikation beim Kunden. So mancher Hersteller unterschätze die Aufgaben, die in Zusammenhang mit der Optionsvielfalt mechatronischer Produkte zu bewältigen seien. Das wirke sich auf Warenfluss, Lagerhaltung und Verpackung aus, wo die Prozesse entsprechend angepasst werden müssen.

Striktes Softwaremanagement

Absolut entscheidend für den langfristigen Erfolg, ist ein ausgeklügeltes Softwaremanagement. Aufgrund der rasanten Fortschritte im Bereich der Software gibt es meist schon nach kurzer Zeit neue Programmversionen mit verbesserten Möglichkeiten. Regelmäßige Facelifts erweitern die Funktionalitäten und die Wartungsmöglichkeiten der Module. Die Folge: Es gibt unterschiedliche Softwarestände und unterschiedliche Versionen. Bevor Produkte ausgeliefert werden, muss daher insbesondere deren Software geprüft und gegebenenfalls aktualisiert werden.

Während Hersteller bis zu diesem Zeitpunkt noch selbst die Kontrolle über die Software haben, entwickelt jedes einzelne Modul mit der kundenindividuellen Parametrierung eine Art Eigenleben. Um die Möglichkeiten der Mechatronik voll auszuschöpfen, verändern Systemintegratoren und Anwender die werkseitigen Einstellungen nach ihren individuellen Anforderungen. »Das geht so lange gut, bis ein Modul beispielsweise nach einer Crashfahrt ausgetauscht werden muss«, so Tschakarow.

»Gelegentlich vergessen Anwender nämlich, die Programmierung der Module zu sichern. Nach einem Austausch wundern sie sich dann, dass das neue Modul nicht sofort funktioniert.« Schunk empfiehlt daher, dass Maschinenbauer, Systemintegratoren und Anwender Sonderparametrierungen sichern und zusammen mit der jeweiligen Applikation weitergeben.

Mechatronik ist für Schunk kein Dogma. Auch pneumatische Komponenten haben in vielen Bereichen ihre Berechtigung. Deshalb bietet Schunk das Beste aus beiden Welten. Ob Pneumatik oder Mechatronik – es geht darum, für den Kunden die beste Lösung zu erreichen.

Roko Tschakarow, Schunk/csc

Fakten

-Die Schunk GmbH & Co. KG mit Sitz in Lauffen am Neckar wurde 1945 gegründet und beschäftigt heute weltweit 1.700 Mitarbeiter.

-Das Produktportfolio umfasst die Spanntechnik (z.B. Drehfutter, Spannbecken, stationäre Spannsysteme, Werkzeughaltersysteme) und die Automation (z.B. Greifmodule, Drehmodule, Roboterzubehör).

Erschienen in Ausgabe: 07/2010