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Engineering für den Maschinenbau vereinfachen

Bild 1. Dr. Thomas Cord, Geschäftsführer der Lenze Automation, stellt den neuen Servo-Inverter vor

Bild 2. Von der Konzepterstellung bis zur Realisierung: die entsprechende Software unterstützt einfache Prozesse

Bild 3. Servo-Inverter i700 von Lenze für Mehrachsanwendungen

Einfachheit bis zur letzten Konsequenz: Dies beinhaltet die Strategie des Antriebs- und Automatisierungsspezialisten Lenze. Im Gespräch mit der etz erläutert Dr. Thomas Cord, Geschäftsführer bei Lenze Automation, Hintergründe und Konzepte, wie sich mit einfachem Engineering ganzheitliche Konzepte von der Steuerung bis zur Antriebswelle umsetzen lassen.

Der Markterfolg von Maschinenbauern hängt immer mehr davon ab, dass innovative und leistungsfähige Maschinen schnell konzipiert, entwickelt und produziert werden können. „Kurze Lieferzeiten im Maschinenbau sind zu einem wesentlichen Erfolgskriterium geworden“, betont Dr. Thomas Cord, Geschäftsführer Lenze Automation (Bild 1). So verändern sich die Marktanteile in der Konsumgüter-Industrie innerhalb von Monaten. Da heißt es: schnell reagieren. Gleichzeitig wird die Technik, die für die Erstellung effizienter, leistungsfähiger und flexibler Maschinen benötigt wird, immer komplizierter.

Engineering und Mechatronik als beherrschende Themen
Viele Maschinenbauer wünschen sich deshalb die Unterstützung durch das Spezial-Know-how und die Erfahrung eines starken Partners. Dies fand der VDMA in einer Umfrage unter seinen Mitgliedern heraus, die mit 301 Rückantworten zu repräsentativen Ergebnissen führte. Das Thema Engineering wird neben der mechatronischen Integration das zweite beherrschende Thema sein. „Auf diese Anforderungen genau zugeschnitten ist unsere Mechatronic Engineering Toolbox “, stellt Dr. T. Cord heraus. „Damit stellen wir spezialisierte Tools für einzelne Phasen des Engineering von Maschinen zur Verfügung.“ Diese an Nutzer und Use Case angepasste Werkzeuge unterstützen den Entwicklungsprozess.

Das Lenze-Angebot zielt darauf, die Realisierung innovativer Maschinen durch die Reduzierung von Komplexität und die mit ihr verbundenen Risiken so einfach wie möglich zu machen. Ermöglicht wird eine Datendurchgängigkeit von der Antriebsauslegung bis zur Visualisierung. Die Tools sind in einem Framework eingebettet. „Mit unserer Lösung für die Maschinenbauer können wir unsere Kunden begeistern und ebnen ihnen den Weg in die objektorientierte Programmierung“, setzt Dr. T. Cord fort. Aus der Antriebsauslegung werden zum Beispiel laut dem Manager direkt die Maschinenparameter erzeugt.
Aufgrund der immer höheren Anforderungen wird laut 63 % der befragten Maschinenbauer die Verantwortung der Zulieferer in der Wertschöpfungskette steigen. Eine wachsende Verantwortung der Zulieferer sowie eine zunehmende Komplexität und Variantenvielfalt der Maschinen führt dazu, dass sich 82 % der Befragten eine engere Zusammenarbeit mit ihrem Zulieferer wünschen, besonders in der Phase der Entwicklung (Prototyping). Entsprechend wünschen sich mehr als die Hälfte der Entwickler einen Partner, der ihre Ideen und Konzepte in sichere, innovative und angemessen einfache Maschinen umsetzt.

Einfachheit – von der Produktentwicklung bis zum Helpdesk
Die wichtigsten Trends im Maschinenbau sind eine wachsende Variantenvielfalt und Komplexität sowie knappere Zeitbudgets. So sagten 83 % der vom VDMA befragten Maschinenbauingenieure, dass die Antriebs- und Steuerungstechnik zunehmend komplexer wird und dass eine flexible Variantenfertigung mit modularisierten Komponenten an Bedeutung gewinnt. Gleichzeitig sinkt für knapp 77 % der Maschinenbauer die Zeit von der Idee bis zur Markteinführung. Als Folge steht der Maschinenbauer unter immer größerem Druck. Bei Lenze stellt man laut Dr. T. Cord nun alle Angebote über die gesamte Wertschöpfungskette auf den Prüfstand der Einfachheit – von der Produktentwicklung bis zum Helpdesk.
Effizientes Engineering bedeutet durchgängiges mechatronisches Engineering entlang des gesamten Lebenszyklus einer Maschine. Dazu gehört laut Dr. T. Cord auch die energieeffiziente Auslegung der Maschine. „Dabei ist es nicht getan, die Energieeffizienz einzelner Komponenten zu untersuchen“, weiß Dr. T. Cord. „Am Ende muss dem Kunden eine genaue Energiebilanz der gesamten Maschine dargelegt werden können.“ Dies geht nur mit einer gesamtheitlichen Betrachtungsweise, zu der zum Beispiel auch die Berechnung der Rückspeisung gehört.

„Mit der Software zur Antriebsauslegung – Drive Solution Designer – steht dafür bereits ein Tool zur Optimierung der Energieeffizienz innerhalb der Mechatronic Engineering Toolbox zur Verfügung“, berichtet der Geschäftsführer. Mit der Version 3.0 lassen sich auch koordinierte Mehrachsbewegungen auslegen. Sogar der Energiebedarf des DC-Verbunds von Mehrachsanwendungen kann ermittelt werden. Anschließend lassen sich die Versorgungskomponenten passend dimensionieren – das senkt Energieverbrauch und Kosten gleichermaßen. Weitere wichtige Werkzeuge sind Module für die SPS-Programmierung entsprechend der IEC 61131-3 und die Visualisierung mit Visiwinnet (Bild 2). „Wir können für jede Maschine das richtige System liefern“, setzt er fort. „Modulare Software-Konzepte werden dabei immer wichtiger.“ Die modulare Softwarestruktur der Automatisierungssysteme von Lenze deckt sämtliche Funktionsbereiche einer Maschine mit Modulen aus den Bereichen Positionierung, Motion Control und Robotics/CNC ab. Für Serviceaufgaben im laufenden Betrieb einer Maschine wurde der auf komponentenbasierter Softwarearchitektur aufgebaute L-force Easy Starter vorgestellt, der mit einfacher Online-Diagnose, Parametrierung und Inbetriebnahmefunktionen, der Möglichkeit des Ladens fertiger Applikationen oder zur Aktualisierung der Gerätefirmware die Stillstandszeiten einer Maschine reduziert.

Auch bei Hardware Einfachheit im Vordergrund
„Bei der Erweiterung des L-force-Antriebsportfolios setzen wir auf die Ausweitung des Leistungsbereichs nach oben und unten“, betont Dr. T. Cord. Langfristig sieht er gute Chancen, dass elektrische Antriebe zunehmend auch Anwendungen erobern, die heute noch von der Pneumatik beherrscht werden. So lässt sich die Energieeffizienz weiter verbessern.
Zur SPS/IPC/Drives 2011 stellte das Unternehmen den für Mehrachsanwendungen konzipierten flexiblen Servo-Inverter i700 vor, mit dem die durchgängige Automatisierung für Maschinen mit zentraler Bewegungsführung bei Montage, Inbetriebnahme und Engineering vereinfacht werden soll (Bild 3). „Doppelachsen sorgen dabei für geringes Gerätevolumen“, erläutert Dr. T. Cord. „Die dynamische Motorregelung ermöglicht einen weiten Einsatzbereich.“ Dank intuitiv bedienbarer Software-Tools und einem zentralen Engineering-Interface lässt sich der Servo-Inverter leicht über Ethercat in Automatisierungsarchitekturen einbinden.

In Kombination mit dem Controller 3200 C bildet der Servo-Inverter den Kern des Automatisierungssystems des Herstellers für Maschinen mit zentraler Bewegungsführung. Im ersten Ausbauschritt gibt es Einzel- und Doppelachsmodule für den Leistungsbereich von 0,37 kW bis 15 kW sowie passende Versorgungsmodule. Diese kommen in der Regel ohne Filtermaßnahmen sowie DC-Sicherung aus und sind werksseitig mit einem Bremschopper ausgerüstet. „Die Module sind flexibel anreihbar“, meint Dr. T. Cord. Der Zwischenkreisverbund zwischen den Geräten wird ganz ohne Leitungen über ein innovatives Schienensystem realisiert, das sich einfach durch das Drehen von Bügeln herstellen lässt. EMV-Filter sind bereits netz- und motorseitig vorgesehen. Die Anbindung an die Steuerungswelt der darüber liegenden Linienstruktur kann flexibel über Profibus, Profinet, Ethernet/IP und CANopen erfolgen.
Für den Safety-Bereich wird das Lenze-Angebot mit einem eigenen Safety Controller ergänzt, der auf einem Soft-PLC-Safety-Baustein basiert. „Wir sind der Meinung, dass sich das Handling vereinfacht, wenn wir Safety und Hauptsteuerung entkoppeln“, ist Dr. T. Cord überzeugt. „Bei Änderungen von konventionellen Steuerungsaufgaben ist dann der Safety-Controller überhaupt nicht betroffen.“ Entsprechende Safety E/A stehen ebenfalls zur Verfügung. So wird jede neue Produktentwicklung auf Einfachheit getrimmt.

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Autor: Ronald Heinze