Trends bei Motion-Control-Systemen in Werkzeugmaschinen

Bei Siemens können durch die Sinumerik die Daten der Maschine aufgezeichnet und ausgewertet werden, sodass in der Produktion geplante Wartungsintervalle durchgeführt werden können. Bild: Siemens

Die wesentlichen Entwicklungstrends der letzten Jahre bei Motion-Control-Anwendungen in Werkzeugmaschinen waren geprägt von der Steigerung der Energieeffizienz und neuen Steuerungskonzepten, mit denen sich die Antriebe noch präziser und dynamischer bewegen können. Inzwischen schreitet die Digitalisierung der Produktion voran und das Konzept Industrie 4.0 braucht flexible und adaptierbare Komponenten, die es ermöglichen, auch kleine Losgrößen wirtschaftlich zu produzieren.

Dies verändert sowohl die Prozesse in Entwicklung, Engineering und Inbetriebnahme als auch in der laufenden Produktion. Siemens bietet eine Vielzahl an Produkten und Lösungen an, um genau diesen Anforderungen gerecht zu werden. „Mit Teamcenter und den NX-CAX-Lösungen stehen Tools zur Verfügung, mit denen Programmieren, Simulieren und Produzieren aus einer Hand möglich sind. In der engen Verbindung mit der Sinumerik-CNC-Technologie entsteht so eine durchgängige CAD/CAM/CNC-Prozesskette“, sagt Bernd Heuchemer, Marketingleiter der Siemens-Business -Unit Motion Control.

Mit Präzision und Geschwindigkeit

Hansjörg Sannwald, Leiter Vertrieb Werkzeugmaschinen bei Bosch Rexroth
Bosch Rexroth steigert mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Hard- und Software seiner CNC-Steuerung Indra-Motion MTX nach eigenen Angaben die Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität signifikant. "Bis zu 250 Servoantrieben an einer Steuerung“, erklärt Hansjörg Sannwald, Leiter Vertrieb Werkzeugmaschinen bei Bosch Rexroth. Bild: Bosch Rexoth

Außerdem wird von modernen Antrieben mehr Flexibilität, Geschwindigkeit und Präzision verlangt, wobei sie gleichzeitig aber auch kompakt und robust bleiben sollen. Mit immer leistungsfähigeren Controllern gelingt es, komplexere Steuerungs- und Regelungsstrukturen direkt in die Antriebe zu integrieren. Damit folgen die Motion-Control-Systeme dem Entwicklungstrend von der Mechatronik zur Informatik. So bietet Siemens beispielsweise mit Top Surface eine Software, die das NC-Programm automatisiert optimiert, um beste Ergebnisse für hohe Oberflächengüte, hohe Genauigkeit und kurze Bearbeitungszeit zu erzielen.

Programmierte Geber mit integrierter Drive-CLiq-Schnittstelle (DQI) zur schnellen und sicheren Kommunikation helfen, ein robustes und kompaktes Antriebssystem zu bekommen, so Heuchemer. Auch Bosch Rexroth steigert mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Hard- und Software seiner CNC-Steuerung Indra-Motion MTX nach eigenen Angaben die Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität signifikant. „Beispiel dafür ist die mit der aktuellen Softwareversion eingeführte Unterstützung von bis zu 250 Servoantrieben an einer Steuerung“, erklärt Hansjörg Sannwald, Leiter Vertrieb Werkzeugmaschinen bei Bosch Rexroth. Die CNC-Steuerungen lassen sich dank Open Core Engineering flexibel mit kundenspezifischem Know-how erweitern.

Ähnlich sieht auch Beckhoff sein PC-basiertes Steuerungskonzept. „Unsere Motion-Control-Anwendungen reichen im Twincat-System von Point-to-Point Motion Control mit PLC-Open-Motion-Control-Bausteinen über die Interpolation bis hin zur CNC und Robotik“, sagt Dr. Josef Papenfort, Produktmanager Twincat bei Beckhoff Automation. Durch skalierbare Hardware-Plattformen lassen sich nahezu alle Anforderungen hinsichtlich Preis und Präzision realisieren und auch die eingesetzten Achstypen können sehr variabel geändert werden. Ob Stepper-, DC-Motor oder Servomotor eingesetzt werden, ist für die Applikation zunächst nicht relevant. Das wird erst im Engineering mit Visual Studio unter Twincat 3 konfiguriert. Auf diese Weise entstehen mit wenig Engineering-Aufwand sehr flexible Anlagen und Maschinen“, so Papenfort.

Wittenstein bietet mit seiner Simco-Drive-Baureihe nach eigenen Angaben eine hohe Flexibilität und Konnektivität, die mit der Ankopplung vieler Standardbussysteme viele Automatisierungsarchitekturen erreicht. Mit der integrierten dezentralen Intelligenz können Anwender auch kundenspezifische Antriebsaufgaben mit hoher Performance direkt im Regler umsetzen. „Damit folgt Wittenstein dem Trend der Dezentralisierung von Antriebstechnik“, bekräftigt Joerg H. Peters, Leiter Produktmanagement bei Wittenstein Motion Control.

Integrierte Sicherheit und höchste Verfügbarkeit

Sicherheitsfunktionen und Condition Monitoring werden immer wichtiger und daher entsprechende Funktionalitäten immer häufiger direkt in den Antrieb integriert. „Beckhoff setzt dies bereits seit langem um, mit Condition Monitoring bis in den Motorgeber hinein sowie mit Sicherheitsfunktionen wie STO und Safe Motion im Antrieb, die auf dem FSoE-Protokoll basieren. Ich gehe davon aus, dass es in naher Zukunft nicht mehr möglich sein wird, Antriebe ohne Sicherheitsfunktionen erfolgreich an den Markt zu bringen“, prophezeit Andreas Golf, Produktmanager Antriebstechnik bei Beckhoff Automation.

Bosch Rexroth bietet für Indra-Motion MTX eine durchgängige und skalierbare Safety-Lösung von den Antrieben (SafeMotion) bis zur Steuerung (SafeLogic). Dank der dezentralen Struktur ist die Sicherheitstechnik gekapselt und rückwirkungsfrei gegenüber der Standard-SPS- und CNC-Programmierung. Siemens hat eine Vielzahl von Safety-Profilen direkt in seine Antriebe integriert und arbeitet aktiv an der Erweiterung der weltweiten Standardisierung dieser Profile. Zusätzliche Hardware ist in den meisten Fällen bei konsequenter Anwendung nicht notwendig. „Unsere Systeme sind sogar in der Lage, nach Inbetriebnahme die für eine Safety-Zertifizierung notwendigen Daten selbst zu ermitteln und zu dokumentieren“, erklärt Heuchemer.

Wittenstein bietet mit seinem Simco-Drive-Regler von Haus aus bereits die Grundvoraussetzungen für funktionale Sicherheit mit einem zweikanaligen STO, der nach SIL3 vom TÜV zertifiziert wurde. „Weitere funktionelle Sicherheitsfunktionen werden in Zukunft je nach Marktanforderung folgen. Im Werkzeugmaschinenbau deckt diese Funktionalität bereits einen großen Teil der Applikationen ab“, sagt Peters.

Indra-Motion MTX für eine Rundtaktmaschine - Quelle: Rexroth

Im Bereich Condition Monitoring hat Wittenstein einen Webserver in den Simco-Drive-Regler integriert, mit dessen Hilfe man plattformunabhängig mit jedem Mobilgerät alle erforderlichen und wichtigen Zustandsdaten und Parameter des gesamten Antriebssystems abrufen und sich auch die entsprechenden Lastkurven anzeigen lassen kann. Bei Beckhoff sind dies beispielsweise die Motortemperaturen, um Lagerschäden vorzeitig zu detektieren oder die i2t-Auslastungen des Antriebsstrangs, um sich ändernde Reibungszustände in der Maschine zu erkennen und eine vorbeugende Wartung zu veranlassen.

Mit dem Data Analytic Server bietet Bosch Rexroth eine Lösung für Condition und Process Monitoring, die neben den Daten aus Servoantrieben, PLC sowie CNC auch Informationen von externen Sensoren wie Druck, Temperatur, Füllstand, Verschmutzung oder Volumenstrom auswertet und frühzeitig Verschleiß und Fehler erkennt, bevor es zum Maschinenstillstand kommt. Der Data Analytics Server kommuniziert über das Standardprotokoll OPC-UA mit der Außenwelt und der Maschine.

Und auch bei Siemens können durch die Sinumerik die Daten der Maschine aufgezeichnet und ausgewertet werden, sodass in der Produktion geplante Wartungsintervalle durchgeführt werden können.