Dezentrale Antriebe Eine Maschine – unzählige Möglichkeiten

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Die produzierende Industrie verlangt Maschinen, die sich im Handumdrehen auf unterschiedliche Produkte einstellen lassen – am besten ohne Umrüstzeiten und Stillstände. Mit moderner Automatisierungstechnik wird dieser Wunsch real: Eine Maschine reicht aus, um unterschiedliche Produkte zu fertigen.

Flexibilität lautet das Schlagwort, wenn es um innovative Maschinen für die Industrie geht. Maschinenbetreiber sind darauf angewiesen, schnell auf die Anforderungen des Marktes zu reagieren und somit in kurzer Zeit neue Produkte auf den Markt zu bringen. Ganz ähnlich wie ein Auto im Kino in Sekundenschnelle zum futuristischen Roboter wird, genauso schnell und einfach sollen sich Maschinen anpassen. Das hält die Time-to-market kurz und ermöglicht die wirtschaftliche Produktion von kleinen Losgrössen und individualisierten Produkten.

Preist zum Beispiel ein bekannter Influencer ein neues Produkt im Internet an, kann die Nachfrage für eben genau dieses eine Produkt innerhalb kürzester Zeit signifikant ansteigen. Ist der Hype aber abgeflaut, geht die Nachfrage genauso schnell wieder zurück, wie sie angestiegen ist.

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Herkömmliche Maschinen sind in der Regel für die Herstellung einzelner Produkte ausgelegt. Steigt die Nachfrage nach einem bestimmten Produkt, braucht der Maschinenbetreiber schnell viele Maschinen, um dieses Produkt herzustellen. Die Maschinen beanspruchen viel Platz in seinen Fabrikhallen, sind aber voraussichtlich innerhalb kurzer Zeit wieder überflüssig. Abgesehen davon, dass die Lieferzeiten für Maschinen nicht mit der schwankenden Nachfrage des Konsumenten vereinbar sind, kostet die Beschaffung immer neuer Maschinen Zeit und Ressourcen.

Die Lösung: flexible Maschinen, die sich an das Produkt anpassen. Damit das funktioniert, müssen Maschinen modular aufgebaut sein. Ein Maschinenmodul ist eine in sich geschlossene mechatronische Einheit, die direkt an die Maschine gekoppelt wird. Somit kann die Maschine jederzeit ohne grossen Aufwand um zusätzliche Module erweitert werden. Der Schaltschrank bleibt davon weitestgehend unberührt.

Schneller Produktwechsel

«Jedes Maschinenmodul muss über eine integrierte Antriebslösung verfügen, damit ein schneller Wechsel von einem Produkt zum anderen möglich ist. Daher sind kompakte Servoantriebe für modulare Maschinen eine Notwendigkeit», sagt Wilfried Guerry, Produktmanager für Antriebstechnik bei B&R. Diese Antriebslösung wird direkt am Maschinenrahmen verbaut. Die Automatisierung wird sozusagen auf die gesamte Maschine verteilt und nicht zentral im Schaltschrank untergebracht.

Dieser dezentrale Ansatz für modulare Maschinen reduziert die notwendige Hardware im Schaltschrank und spart Platz ein. «Der Schaltschrank kann so deutlich kleiner ausfallen und die Verkabelung wird wesentlich vereinfacht. Das verringert den Footprint der Maschine», betont Guerry. Auch das aufwendige Kühlsystem des Schaltschranks lässt sich so deutlich reduzieren oder gar komplett einsparen.

Kleines Kraftpaket

Mit der Produktreihe Acoposmotor bietet B&R eine dezentrale Antriebslösung, um Maschinen flexibler zu gestalten. «Besonders mit den neuen extrem kompakten Servoantrieben dieser Reihe erfüllen wir genau die Anforderung der Maschinenbauer hinsichtlich mehr Flexibilität», betont Guerry. Mit gerade einmal 60 x 90 mm eignen sich die motorintegrierten Antriebe in Schutzart IP65 perfekt für den Einbau im Maschinenrahmen. Sie decken einen Leistungsbereich bis 350 Watt ab und haben einen vollwertigen Servoverstärker integriert, der Regelkreise mit minimal 50µs ermöglicht. «Maschinen lassen sich mit den Acoposmotor-Antrieben einfach an unterschiedliche Produkte anpassen», sagt Guerry.

Kurze Inbetriebnahme

Moderne Produktionsmaschinen müssen sowohl flexibel sein als auch schnell einsatzbereit. «Auch an komplette Maschinen wird immer mehr der Anspruch gestellt, dass sie nach der Lieferung sofort einsatzfähig sind – ganz nach dem Prinzip Plug-and-play», so Guerry. Da Maschinen aber für den Transport in viele Einzelteile zerlegt werden müssen und erst beim Maschinenbetreiber vor Ort wieder zusammengebaut werden, ist dieser Anforderung nicht einfach nachzukommen.

Die kleinen Acoposmotor-Antriebe werden mit einem Hybridkabel angeschlossen, das die Stromversorgung sowie die Netzwerkkommunikation mit Powerlink sicherstellt. Somit ist nur ein Kabel zum Schaltschrank notwendig. «Die B&R-Produkte bieten zwei Anschlüsse für Hybridkabel. Der entscheidende Vorteil ist, dass sich diese Anschlüsse um 300° drehen lassen. Damit wird die Installation wesentlich erleichtert», sagt Guerry.

Verkabelung reduzieren

Die vereinfachte Inbetriebnahme durch die Ein-Kabel-Lösung des Acoposmotor bringt eine wesentliche Kostenersparnis mit sich. «Der Verkabelungsaufwand kann im Vergleich zu herkömmlichen Servoantrieben um bis zu 90 % reduziert werden», sagt Guerry. Weitere Acoposmotor lassen sich einfach per Daisy-Chain-Verkabelung anschliessen. «Das spart nicht nur Zeit bei der Verkabelung, sondern auch Mitarbeiterressourcen», so Guerry. Zudem ist diese einfache Verkabelungsvariante weitaus weniger fehleranfällig.

Prozesse optimieren

Um die Maschine und den Produktionsprozess stetig zu verbessern, müssen sämtliche Maschinendaten erfasst werden. «Mit Acoposmotor besteht die Möglichkeit, Motordaten in Echtzeit abzufragen und diese in der Cloud zu sammeln, zum Beispiel Drehzahl, Drehmoment und Spannung», erklärt Guerry. Der Servoantrieb schickt die Informationen über ein Edge-Gerät und ein Kommunikationsprotokoll wie OPC UA direkt in die Cloud. Mittels der ausgewerteten Daten lässt sich so unter anderem die Produktqualität optimieren oder der Energieverbrauch ermitteln und verringern.

Mit einem vergleichsweise kleinen Bauteil lässt sich also ein grosser Unterschied erzielen: «Der kleinste Acoposmotor hat in etwa die gleichen Abmessungen wie eine Kreditkarte», sagt Guerry. Die Geräte eignen sich optimal für modulare Maschinenkonzepte, vereinfachen die Inbetriebnahme, sammeln Prozessdaten und sorgen zudem dafür, dass Maschinen kompakter und anpassungsfähiger werden.

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