Mehr Intelligenz und integrierte Sicherheit

Seit Jahren gehören Servo- und Torquemotoren zur Grundausrüstung von Werkzeug- und Verpackungsmaschinen sowie von Robotern. Doch inzwischen werden die Kundenanforderungen immer spezifischer und individueller, sodass mit standardisierten Motorreihen vor allem in Europa kaum noch neue Großkunden gewonnen werden können. „Die aktuellen Marktanforderungen in der Servotechnik stellen uns Hersteller vor vielfältige Herausforderungen. Zunehmend benötigen die Kunden kompakte Antriebe mit hohen Beschleunigungsmomenten“, betont Helmut Pirthauer, Geschäftsführer von Heidrive. „Wir sehen, dass weltweit der Bedarf an dynamischen und äußerst individuellen Antriebslösungen steigt. Oftmals ist es schwer, mit einem Standardprodukt den verschiedensten Kundenwünschen zu entsprechen und erst recht die unterschiedlichen technologischen Anforderungen der Märkte Asien, Europa und USA gleichzeitig zu bedienen.“

Deshalb entwickelte Heidrive ein ausgefeiltes Baukastensystem, mit dem sich rund 70 Millionen unterschiedliche Antriebe aus den Baukastenkomponenten konfigurieren lassen. „Dies ist unsere Basis, jedem Kunden, auch international, die gewünschte Lösungen für seine Applikation zu liefern“, so Pirthauer weiter. „In Sachen Baukastensystem ist Dunkermotoren Vorreiter. Schon seit über 50 Jahren bietet das Unternehmen seinen Kunden ein breites Portfolio an kundenspezifischen Lösungen an“, betont Tobias Pfendler, Leiter Marketing und Produktstrategie bei Dunkermotoren. Diese Antriebe mit hohem Wirkungsgrad, besonders hoher Dynamik und Überlastfähigkeit sind aufgrund ihrer hochintegrierten Motion Controller sowie der integrierten Sensorik sehr kompakt.

Harmonic Drive, ebenfalls Spezialist in der elektrischen Antriebstechnik, kombiniert bei seinen aktuellen Antriebsentwicklungen präzise, spielfreie Getriebe mit einer Abtriebslagerung und einem leistungsstarken Synchron-Servomotor. Wittenstein Cyber Motor entwickelte ein neues Kleinservoantriebssystem auf Basis von 48 VDC, das erstmals auf der SPS 2019 vorgestellt werden wird und Motion-Control-Anwendungen mit hoher Dynamik und Präzision vereint. Die Antriebsregler Cyber Simco Drive 2 sind für Maximalströme bis 30 A ausgelegt und können aufgrund ihrer adaptiven Stromauflösung Motoren bis zu diesem Wert über den gesamten Leistungsbereich mit gleichbleibend hoher Genauigkeit regeln. In der motorintegrierten Variante CDS ist das System für alle Motion-Control-Anwendungen dank einer Multi-Ethernet-Schnittstelle geeignet, die anspruchsvollen Echtzeitanforderungen unterliegen und eine taktsynchrone Ethernet-Kommunikation erfordern. „Damit wird der Trend verstärkt, den Motor nicht mehr einzeln zu betrachten, sondern in ein komplettes Antriebskonzept einzubinden“, erklärt Produktmanagerin Carolin Ank und betont, dass hier in der gesamten Branche noch ein großes Optimierungspotenzial liege. Dem komme zugute, dass Intelligenz immer kostengünstiger und technisch immer einfacher einzubauen ist.

„Basis für eine umfassendere Digitalisierung der Produktion ist die konsekutive Integration von Intelligenz in mechatronische Antriebssysteme. In dieser Beziehung kommt der dezentralen Antriebstechnik eine große Bedeutung zu; darüber hinaus bietet sie die notwendige Plattform, um weitere Funktionen zu realisieren“, stellt Alois Buss, Produktmanager Servotechnik bei Harmonic Drive, heraus. Themen, die die Branche aktuell umtreiben, bezögen sich vorwiegend auf die Sicherheit der Datenübermittlung und -speicherung. Hier würde die Standardisierung des Übertragungsmediums und der Datenstruktur einiges vereinfachen. „Auch wenn manche Hersteller heute schon entsprechende Lösungsansätze bieten, müssen diese immer noch als Insellösungen angesehen werden“, resümiert Buss. Harmonic Drive bietet mit seinen Antriebssystemen verschiedene Möglichkeiten, physikalische Messgrößen aufzunehmen und an die übergeordneten Steuerungen weiterzugeben. Hier werden zukünftig weitere Sensoren folgen, die – in den Antrieb integriert – Condition Monitoring und Predictive Maintenance ermöglichen.

Der Spezialist für Servoantriebstechnik, LTI Motion, erfasst mit digitalen Sensorschnittstellen wie Hiperface-DSL im Servomotor die Lage und Drehzahl und zusätzlich über einen Sensor-Hub im Drehgeber Beschleunigung, Kraft, Drehmoment, Temperatur, und so weiter. „Mit diesen Daten sind zeitkritische Prozesse direkt regelbar und die Messwerte können dann einer übergeordneten Steuerung in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden“, erklärt Jörg Bender, Produktmanager Motorentechnik bei LTI Motion. Durch eine intelligente Datenaufbereitung in der Steuerung erhält der Anwender einen genauen Überblick über den Betriebszustand seiner Maschine, was ihm Wartung und Instandhaltung erleichtert.

Dunkermotoren brachte bereits vor zwanzig Jahren den ersten EC-Motor mit integrierter Regelelektronik und digitalen Eingängen auf den Markt. Seit 2005 können über Busschnittstellen Informationen über Drehzahl, Temperatur oder Strom an die übergeordnete Steuerung übermittelt werden. Tobias Pfendler gibt bekannt, dass es künftig auch möglich sein wird, „Daten per OPC UA oder MQTT direkt beziehungsweise über Edge-Gateways in die Cloud zu übermitteln. Die Algorithmen für eine intelligente Diagnose der erfassten Daten sind direkt im Motor hinterlegt. Zur Unterstützung einer vorbeugenden Wartung können die Daten aller Motoren in der Cloud gespeichert und mittels KI analysiert werden.“

Danfoss bietet mit FlexMotion ein flexibles System, mit dem zentrale, dezentrale oder Mischsysteme aufgebaut werden können. Dies gibt dem Anwender die Freiheit, zu entscheiden, ob die integrierte Intelligenz der Antriebe voll ausgeschöpft werden soll oder eine übergeordnete Steuerung diese Aufgaben übernimmt. „Durch die offene Steuerungsarchitektur kann der Anwender zwischen bewährten Realtime-Ethernet-Feldbussen wie Profinet, Ethercat und Powerlink wählen. Die Kommunikation zwischen allen Teilnehmern erfolgt ohne Gateways und reicht immer über den gewählten Feldbus direkt bis zu jedem einzelnen Antrieb“, erläutert Günter Schwarz, Global Product Marketing Manager bei Danfoss. Auf diese Weise kann der Anwender die für die Applikation wichtigen antriebsspezifischen Daten mit sehr geringer Latenz aus den Servoantrieben abholen und in Echtzeit weiterverarbeiten.

Wittenstein digitalisiert seine Produktwelt mit dem sensorbasierten Antriebssystem Galaxie und der Servoantriebslösung iTAS mit Webserver für fahrerlose Transportfahrzeuge. „Die Getriebe Cynapse mit integriertem Sensormodul machen Industrie 4.0-Konnektivität möglich“, sagt Michael Herkert, Produktmanager Wittenstein Alpha, und betont, dass über IO-Link smarte Getriebe verschiedene Einflussgrößen aus dem Prozess sowie dem Einsatzumfeld identifizieren, messen und an die Maschinensteuerung übermitteln sowie mit Applikationen auf IIoT-Plattformen austauschen können. „Über integrierte, mitdenkende Logikfunktionen können die Getriebe in Eigenregie intelligente Überwachungsaufgaben ausführen, Temperaturen messen und Überhitzungen melden, Vibrationen detektieren, Betriebsstunden zählen und eigenständig eine Wartung anfordern. Die smarten Getriebe speichern und dokumentieren alle Ereignisse rund um ihren Einsatz und unterstützen damit die zustandsorientierte Instandhaltung“, so Herkert weiter.

Das Thema Sicherheit wird mit der Mensch-Maschine-Interaktion auch für Motorhersteller wie Heidrive
immer wichtiger. „Durch unsere sicher angebauten Gebersysteme erfüllen wir höchste Sicherheitsanforderungen, die wir durch Sicherheitsfunktionen direkt im Antrieb mit integrierter Elektronik noch verstärken“, erklärt Helmut Pirthauer. Stand der Technik sei inzwischen, dass fast alle Hersteller ihre Motoren mit den entsprechenden Sicherheitsfunktionen wie Safe Torque Off (STO) und Safe Brake Control (SBC) ausrüsten. Dies gewährleistet im Risikofall ein sicher abgeschaltetes Drehmoment und verhindert auch ein unbeabsichtigtes Wiederanfahren der Maschine. Bei FlexMotion von Danfoss geschieht dies serienmäßig. Aktiviert wird diese Funktion aber nur bei jenen Maschinenteilen, in denen auch wirklich ein Sicherheitsrisiko vorherrscht. Wenn es produktionstechnisch sinnvoll erscheint, können andere Teile der Maschine weiter betrieben werden. Ein nächster Schritt ist die Implementierung der Sicherheitsfunktionen in die Kommunikation zwischen Steuerung und Antrieb, um das Triggern der Sicherheitsfunktionen noch effektiver zu gestalten.

Immer häufiger werden Sicherheitslösungen auch direkt in den Antrieb integriert. LTI Motion verfolgt hier ein ganzheitliches Konzept über sicher eingebaute Encoder und sicheren Bremsentest. „In Verbindung mit unseren Einachs- und Mehrachsantriebsreglern lassen sich alle derzeit gängigen Sicherheitskonzepte realisieren“, so Jörg Bender. „Unsere Safe-Motion-Architektur bietet eine zentrale SIL3-zertifizierte Sicherheitssteuerung. Direkt im Servoregler integriert, können bis zu zwölf Achsen überwacht werden.“

Bei Dunkermotoren sind die externen Motorregler mit STO-Funktion erhältlich. Bis Ende des Jahres will das Unternehmen alle smarten EC-Motoren in dPro-Ausführung standardmäßig mit integrierter Safe-Torque-Off-Funktionalität ausstatten. Zusätzlich dazu wird mit Simatic Micro-Drive das neue Servoantriebssystem mit der Funktion Safely Limited Torque (SLT) für ein sicher begrenztes Drehmoment ausgestattet und auf die BG45 bis BG95 abgestimmt.