Individuelle Standards

Mechatronik - Antriebslösungen sind am besten bereits vorgefertigt. Das Rad muss nicht jedes Mal neu erfunden werden. Abgestimmte mechatronische Systeme sind heute der Motor für schnellen Entwicklungsfortschritt.

12. Dezember 2006

Zwei Trends prägen unvermindert den Maschinen- und Anlagenbau: Während die Produktivität kontinuierlich zunimmt, sinkt zugleich die Qualifikation der Maschinenbediener. Die Produktivität einer Anlage bemisst sich deshalb nicht nur nach den produzierten Stückzahlen pro Zeiteinheit, sondern auch daran, wie viele Menschen zur Bedienung und Überwachung erforderlich sind.

Zudem werden neben den eigentlichen Produktionsprozessen zunehmend auch bislang manuell ausgeführte Nebentätigkeiten wie das Be- und Entladen, der Materialtransport sowie das Umrüsten von Maschinen automatisiert. Selbst Montage- und Kommissioniervorgänge folgen heute diesem Trend. Hersteller von Antriebstechnik als Lieferanten des Maschinenbaus können deshalb künftig keine reinen Komponentenhersteller bleiben, sondern müssen komplette Systeme anbieten, die diese vielfältigen Aufgaben beherrschen und sich zudem einfach einsetzen lassen.

Ein charakteristisches Beispiel für den zunehmenden Ersatz manueller Arbeitsschritte durch automatisierte Systeme sind die Positionierantriebe für die Materialpositionierung und zum Materialtransport, deren Anzahl in vielen Anlagen deutlich höher ist als die der Antriebe für die eigentlichen Bearbeitungsvorgänge. Gerade große, hochproduktive Anlagen sind heute so konzipiert, dass fast alle Vorgänge vollautomatisch ablaufen und sie für den Betrieb nur noch eine minimale Belegschaft für Überwachungszwecke benötigen. Teilweise kommen deshalb auf einen Anlagenbediener mehr als 100 Antriebe, die sämtliche mit dem Produktionsvorgang verbundenen Bewegungen ausführen.

Komplexe mechatronische Systeme müssen sorgfältig abgestimmt sein

Diese komplexen mechatronischen Systeme setzen sich zusammen aus der Software zur Bewegungsführung und zur Antriebsregelung, aus der elektromechanischen Energieumsetzung durch Wechselrichter und Servomotoren, aus der Sensorik zur Messung von Drehzahl, Geschwindigkeit, Winkeln und Wegen sowie aus der mechanischen Übertragung der Kraft vom Motor zum Werkstück durch Getriebe und Zahnriemen. Die Optimierung des Gesamtsystems erfordert deshalb eine sorgfältige Abstimmung aller dieser Einzelelemente.

Das Positionieren ist eine klassische Querschnittsfunktion im Maschinenbau, die in fast allen Branchen benötigt und eingesetzt wird. Während der grundlegende Vorgang des Positionierens immer identisch bleibt, variieren die Einsatzparameter wie Masse, Weg, Geschwindigkeit und Genauigkeit. Zudem wächst die Zahl der Parameter zwangsläufig, wenn die Antriebe auch Aufgaben der Bewegungsführung übernehmen, wie es bei Positionierantrieben der Fall ist. Damit Antriebslösungen dennoch einfach anwendbar bleiben, müssen sie sich entsprechend der geforderten Maschinenfunktion maßgeschneidert auswählen und in Betrieb nehmen lassen.

Lösungen auf Basis vorkonfigurierter Anwendungen

Das erste Element dieses Prozesses ist die Antriebsauslegung, also die Wahl der Leistung des Antriebs auf Basis der Maschinenfunktion, die den Bewegungsablauf und die notwendige Dynamik und Genauigkeit vorgibt. Gerade für Positionieraufgaben stehen heute leistungsfähige Auslegungswerkzeuge zur Wahl, die diese Arbeit erleichtern.

Abhängig von der Antriebsauslegung sind sodann sämtliche Komponenten des Antriebsstrangs zu bestimmen, vom Umrichter über den Motor bis zum Getriebe sowie der gesamten Mechanik. Dazu kommt die Auswahl der Softwarefunktion im Umrichter für das Ausführen der Bewegungsaufgaben aus einem Katalog von vorkonfigurierten und erprobten Anwendungen.

Für die Auslegung der Funktion schließlich lassen sich die meisten Parameter bereits aus der Antriebsauslegung und der Zusammenstellung der Komponenten ableiten. Nicht mehr zeitgemäß ist dabei die manuelle Eingabe von Motorparametern: Hier kann die Übernahme der Informationen durch die Auslegung oder über das Auslesen eines elektronischen Typenschilds im Motor die Arbeit deutlich vereinfachen und sicherer machen. Für weitere Projektier- und Inbetriebnahmearbeiten dienen anwendungsspezifische Inbetriebnahmedialoge und Wizards.

Ziel solcher Antriebslösungen ist es, auf Basis vorgefertigter und erprobter Lösungen die konkrete Aufgabenstellung schnell und sicher zu realisieren, statt das Rad jedes Mal neu zu erfinden. Der Hamelner Antriebstechnikhersteller Lenze entwickelt deshalb seine mechatronischen Lösungen kontinuierlich weiter und ermöglicht es so, mit standardisierten Produkten individuelle Aufgaben zu bewältigen.

Basis der Arbeit ist der Wunsch der Anwender nach offenen, skalierbaren und einfach zu projektierenden mechatronischen Systemen. Je besser die Antriebshersteller die Aufgaben des Maschinenbauers verstehen und hierfür gut vorbereitete Lösungen anbieten, umso einfacher kann der Maschinenbauer seine Anlage in Betrieb nehmen und umso produktiver ist sie dann im täglichen Einsatz.

Individuelle Komplettlösungen statt einzelner Komponenten

Zeit- und Kostendruck bei gleichzeitig steigender Komplexität der Automatisierungsaufgaben führen dabei dazu, dass die komponentenorientierte Sichtweise in Verbindung mit individuellen Softwarelösungen nicht mehr ausreicht, um mit den steigenden Anforderungen Schritt zu halten. Gefordert sind stattdessen ein optimal ¬abgestimmtes, breites Produktportfolio, vorgefertigte Antriebslösungen sowie eine leistungsstarke und durchgängige Engineeringumgebung, die einen einfa¬chen und schnellen Zugriff auf die Automatisierungsfunktionen erlaubt.

Für ein effizientes Engineering sind mechatronische Systeme deshalb so vorzubereiten, dass der Anpassungsaufwand für den konkreten Einsatzfall minimal ist. Gefordert ist dabei industrielles Arbeiten. Die Duplizierbarkeit derartiger Lösungen erspart zudem viel Zeit im Vergleich zum individuellen handwerklichen Arbeiten und vereinfacht außerdem die Integration komplexer Technologie in ein Maschinenkonzept. Auf diesem Wege führen mechatronische Systeme zu deutlichen Wettbewerbsvorteilen für die Anwender. Die Mechatronik wird damit zu einer Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts.

Dr. Edwin Kiel, Lenze AG

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2007