Nachhaltige Kosteneinsparungen lassen sich über die Lebensdauer einer Maschine mit reduzierten Komponentenpreisen allein nicht erreichen. Jede Phase der Wertschöpfungskette – ob in Projektierung, Inbetriebnahme, Produktion, Betrieb oder Service – leistet ihren eigenen Beitrag zur Kostensenkung. Untermauert wird dieser Ansatz aktuell durch die Diskussion über und die Gesetzgebung zur Energieeinsparung und zur Reduzierung von CO 2 . Energieeffizienz ist daher Verpflichtung und Verkaufsargument zugleich. Welche Konsequenzen ergeben sich daraus für die Antriebstechnik? Klassischerweise wird während der Projektierung für die elektrische Ausstattung einer Maschine der Antriebsstrang gewählt. Der Motor lässt sich mit ausreichend Reserve auslegen, der Umrichter soll in erster Linie die für den Prozess notwendige Funktion liefern, und das aus Technikersicht möglichst präzise. Wenn das technische Konzept steht, sieht man sich häufig mit zu hohen Kosten für die Komponenten und möglicherweise auch mit einer Vielzahl von Herstellern konfrontiert. Es beginnen Preisverhandlungen und die teils mühselige technische Integration einzelner Geräte unter das Dach einer gemeinsamen Steuerung. Dafür heißt es, lange Betriebsanleitungen zu lesen und auch die herstellerspezifische Gerätetechnik zu verstehen. Ist die Maschine dann lauffähig, müssen Inbetriebnehmer und Servicemitarbeiter geschult werden. Proprietäre Lösungen der einzelnen Antriebstechniklieferanten bedeuten – in Summe betrachtet – einen erhöhten Lern- und Beschreibungsaufwand, was die Inbetriebnahme, die Wartung und den Service betrifft. Fazit: An vielen Stellen in diesen beispielhaft beschriebenen Prozessen entstehen Kosten, die aber im Rahmen enger Projektpartnerschaften aufgrund der Kompetenz der Antriebstechnikhersteller recht einfach vermeidbar oder zumindest reduzierbar sind.
Gleiche Bedienung für das gesamte Portfolio
Um den Anforderungen im Maschinen- und Anlagenbau gerecht zu werden, erweitern Hersteller von Antriebs- und Automatisierungstechnik zunehmend ihr Produktportfolio und ihr Dienstleistungsangebot in Breite und Tiefe. Dabei entstehen aufeinander aufbauende Gerätereihen, deren Funktionsumfang und Antriebs-Performance sich von Typ zu Typ erweitern, die in der Bedienung aber gleich bleiben. Sie ermöglichen somit die funktional und wirtschaftlich optimale Ausrüstung einer Antriebsaufgabe. Abgedeckt wird hierbei der gesamte funktionale Lösungsraum. Das reicht vom einfachen Frequenzumrichter, der etwa einen Standard-Asynchronmotor für einen simplen Vorschub steuert, bis hin zu einer komplexen, mehrachsigen Motion-Control-Applikation, die im Echtzeitbetrieb das Falten komplexer Verpackungen in einer Tray Forming-Maschine regelt. Dieses weite Spektrum hat in der Vergangenheit zum Nebeneinander von Frequenz- und Servo-Umrichtern geführt, mit dem Effekt, dass die zwei Parallelwelten oft nicht in der Lage waren, Hand in Hand zu arbeiten. Entsprechend aufwändig waren häufig Integration, Steuerungseinbindung, Kommunikation sowie Service, Wartung und Ersatzteilhaltung.
Schritt zur Servowelt
Technische Innovationen haben in der jüngsten Vergangenheit dazu geführt, dass der Abstand zwischen einzelnen Antriebslösungen immer geringer wurde. Ein Beispiel dafür ist der Ausbau von Frequenzumrichtern, der dazu führt, dass der Schritt zur klassischen Servowelt nur noch klein ist. Das hat zur Folge, dass moderne Frequenzumrichter durchaus in der Lage sind, auch Positionieraufgaben zu übernehmen – nicht zuletzt weil sie mit Rückführsystemen kombiniert werden können. Diese Entwicklung – von Lenze konkret umgesetzt in Form der Inverter Drives 8400 – schafft die Grundlage für ein modernes Lösungsangebot, das vom einfachen Drehzahlsteller bis zum High-End-Servo-Umrichter einen großen Funktionsraum mit nur einer Plattform abdeckt. Die Vorteile: ein höherer Standardisierungsgrad, eine klare funktionale Skalierung, durchgängige Bedien-Tools, schnelleres Engineering und kürzere Einarbeitungszeiten. Das Ergebnis sind insgesamt sinkende Total Costs of Ownership (TCO), weil der Antrieb aus mechatronischer Perspektive als funktionale Gesamtheit betrachtet wurde. Welche Auswirkungen wird dieser Trend auf die Arbeitsabläufe bei den Unternehmen des Maschinenbaus haben? Passgenaue Systeme aus einer Hand haben zunächst einmal den Vorteil, dass sich ihre einzelnen Komponenten schnell miteinander verbinden und in Betrieb nehmen lassen. Hoher Integrationsaufwand kostet Geld. Dazu zählen auch Zeit und Kosten für Schulungen und das buchstäbliche Kennenlernen der Geräte. Einsparungen bei den TCO lassen sich nur dann erreichen, wenn die Performance-Skalierung eingebettet ist in eine in sich schlüssige, einheitliche Bedien- und Gerätephilosophie von Frequenz- und Servo-Umrichtern, Steuerungen oder Getriebemotoren.
Einheitliche Plattform – schnelle Fehlersuche
Die Wirkung dieser effektiven Arbeitsweise strahlt aus bis hin zum Service. Einerseits sorgt eine einheitliche Plattform aus den erwähnten Gründen für schnelleres Arbeiten, andererseits verkürzt sich die Suche nach dem Verursacher eines möglichen Fehlers. Bei der Frage „War’s der Umrichter, die Steuerung oder doch der Motor?“ gibt es dann nur noch einen Ansprechpartner, der für alle Komponenten die Verantwortung trägt und schnell und effektiv antworten kann. Letzteres zeigt auch, warum Hersteller von Antriebs- und Automatisierungstechnik zunehmend zum Entwicklungspartner der Maschinenbauer werden. Angetrieben wird diese Entwicklung nicht zuletzt von der technischen Kompetenz aufseiten der Antriebs- und Automatisierungspartner. Denn bereits im Frühstadium einer Projektierung können Kostenpotenziale gehoben werden, indem die Auslegung optimiert wird. Diese liegen sowohl in der Einsparung von Material – zum Beispiel dank antriebsbasierter Sicherheitstechnik – als auch in der Reduzierung von Betriebskosten. Spätestens hier kommt die eingangs erwähnte Energieeffizienz ins Spiel. Auslegungsprogramme wie der Drive Solution Designer (DSD) von Lenze erlauben anhand der Fahrprofile im Maschinenprozess die präzise Auslegung der Komponenten und optimieren den Energieverbrauch im Betrieb. Den Käufern der Maschine lassen sich die erzielbaren Energieeinsparungen mithilfe von Vergleichsrechnungen anhand alter und neuer Lösung schwarz auf weiß deutlich machen.
Praxisbeispiel Eisenbahnfahrwerk
Ein konkretes Beispiel aus der Praxis verdeutlicht den Nutzen, den die Anwender aus diesem Vorgehen ziehen können. In einem Montagestand für Eisenbahnfahrwerke werden Trapezspindeln als Linearachse eingesetzt. Die Analyse der Kräfte hat ergeben, dass allein 40 Prozent der installierten Leistung benötigt werden, um die Reibungskräfte der Spindeln zu überwinden. Ferner herrschen aufgrund der hohen Lasten große Losbrechmomente, die von den Antrieben aufzubringen sind, bevor sich der Montagestand überhaupt in Bewegung setzt. Eine genaue Analyse des Antriebsstrangs zeigte eine elegante und auf lange Sicht deutlich sparsamere Alternative zu einer Leistungserhöhung der Antriebe. Denn die drei Sekunden lang zur Verfügung stehende 200-prozentige Überlastfähigkeit der Inverter Drives 8400 von Lenze reichte völlig aus, um das Losbrechmoment zu überwinden – ohne dabei in eine Überdimensionierung zu geraten. Dieses Detail hat unter dem Strich dafür gesorgt, dass die Antriebsleistung schlanker ausfallen konnte – wozu letztlich auch kleinere Getriebemotoren an den oberen Enden der Hubstützen passten.Die Suche nach Kosteneinsparpotenzialen erstreckt sich zunehmend auf die gesamte Wertschöpfungskette des Maschinenbaus. Hersteller von Antriebssystemen können durch ein erweitertes, aufeinander abgestimmtes Produktportfolio und Dienstleistungsangebot in allen Phasen einen Beitrag leisten. Die Bedeutung von standardisierten Lösungsräumen mit skaliert aufeinander aufbauenden Einzelkomponenten dürfte weiter steigen. Damit sich die positiven Effekte bei den TCO in Gänze erschließen lassen, muss diese Entwicklung durch kompetente und partnerschaftliche Beratung des Maschinenbauers beim Engineering begleitet werden.☐
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