Welche Rolle spielt Antriebstechnik in der Fabrik- automation?

Alexander Hipp ist Director Sales & Customer Solution Center bei AMKmotion. © AMKmotion

Alexander Hipp: Antriebstechnik sorgt dafür, dass Maschinen schwere Bauteile millimetergenau, sanft und schnell positionieren und dabei synchron arbeiten. Das kann zum Beispiel in Produktionslinien der Fall sein, in denen Dutzende Roboter in ihren Zellen ohne menschliches Zutun Karosserien fertigen. Gleichzeitig übernimmt die Antriebstechnik immer mehr Aufgaben, etwa im Bereich funktionale Sicherheit, Energieeffizienz, Datenkommunikation oder auch Zustandsüberwachung.

Viele Anwendungen setzen nach wie vor auf pneumatische Antriebe. Warum?

Fabian Georg ist Global Key Account Manager bei AMKmotion. © AMKmotion

Fabian Georg: Pneumatische Antriebe sind einfach konstruiert, dynamisch und vergleichsweise günstig. Gerade bei standardisierten, zyklischen Bewegungen wie Greifen, Schwenken oder einfachen Positionieraufgaben sind sie weit verbreitet. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch schlecht, und sie lassen sich nur schwer regeln. Es kann vorkommen, dass durch hohen Druck im Zylinder oder große Schwungmassen eine Einheit zurückfedert. Hinzu kommt: Druckluft ist eine der teuersten Energieformen in der Produktion, da ihre Erzeugung sehr energieintensiv ist. Hinzu kommen unvermeidbare Leckagen im System, die zusätzliche Verluste und hohe Kosten verursachen. Solche Leckagen entstehen etwa durch poröse Schläuche, lockere Verbindungen, Materialalterung oder -schäden, zum Beispiel, wenn sich Leitungen bewegen, knicken oder an Kanten scheuern. Jede Leckage zwingt den Kompressor, kontinuierlich nachzufördern. Mehrere Leckagen summieren sich schnell zu großen Verlusten.

Welche Vorteile bringen elektrische Antriebe als Alternative?

Fabian Georg: Zwar sind die Investitionen bei elektrischen Antrieben höher, aber im Betrieb sparen sie deutlich Kosten. Ihr Energieverbrauch liegt 30 bis 50 % niedriger als bei Pneumatik.

Jürgen Schnitzler ist Global Key Account Manager bei AMKmotion. © AMKmotion

Jürgen Schnitzler: Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, Sensorik direkt zu integrieren. So können elektrische Antriebe beispielsweise erkennen, wenn ein Greifer zwei aneinanderhaftende Bleche anstatt wie gefordert nur eines aufnimmt. Das wäre bei pneumatischen Systemen nur mit erheblichem technischem Aufwand möglich – und das kostet.

Ein weiterer Trend ist schaltschranklose Automatisierung. Was heißt das konkret?

Jürgen Schnitzler: Klassische Konzepte sehen die Leistungselektronik zentral im Schaltschrank vor. Doch Schaltschränke benötigen Platz, und der ist in Produktionshallen meist begrenzt. Das wird besonders deutlich, wenn neue oder größere Anlagen zur Erhöhung der Produktivität benötigt werden und der vorhandene Raum nicht ausreicht.

Im Karosseriebau etwa werden Bleche gegriffen, gebogen, gestanzt, genietet, geschweißt und wieder abgelegt. Bei all diesen Aktionen halten und bewegen Schwenkeinheiten die Komponenten. Die einzelnen Abläufe sind eng getaktet. In einer konkreten Anwendung verlässt eine entstehende Karosserie bereits nach 45 Sekunden die Roboterzelle und macht Platz für die nächste. Die Schwenkeinheiten müssen zuverlässig funktionieren, denn stoppt der Materialtransport, steht auch die Produktionslinie still. Für diese Anwendung haben wir dezentrale Antriebstechnik umgesetzt: Der Wechselrichter sitzt direkt auf dem Motor statt im Schaltschrank. In die Schwenkeinheiten sind eine dezentrale Einspeisung mit integriertem Motion Controller und ein dezentraler Synchron-Servomotor mit integriertem Wechselrichter verbaut .Damit entsteht eine mechatronische Funktionseinheit, die wenig Platz benötigt.

Welche Vorteile bringt das?

Alexander Hipp: Erstens: weniger Verkabelung, da Motorkabel entfallen. Zweitens: Maschinen können komplett schaltschranklos modularisiert werden. Das erleichtert Nachrüstung, Umbau oder Erweiterung enorm. Mit vorkonfektionierten Stecksystemen und einfacher Parametrierung verkürzt sich die Inbetriebnahme deutlich. Da wir mit der dezentralen Antriebstechnik kein starres Konstrukt im Schrank haben, lassen sich sehr leicht weitere Module in der Maschine integrieren. Das ist gerade bei kürzeren Produktzyklen, hoher Variantenvielfalt und wachsendem Kosten- und Innovationsdruck erforderlich.

Und drittens: Die dezentrale Antriebstechnik gibt die entstehende Verlustleistung direkt an die Umgebung ab, während im geschlossenen Schaltschrank aufwendige und teure Kühlsysteme erforderlich wären.

Aber im Feld sind die Bedingungen rauer.

Fabian Georg: Absolut. Dezentrale Lösungen müssen deutlich robuster sein als Schaltschranksysteme. Deshalb liefern wir unsere Komponenten bei Bedarf in Schutzart IP65, also staubdicht und gegen Strahlwasser geschützt. Das gilt ebenso für Kabel und Steckverbinder, die in der Fabrikumgebung mit Spritzwasser oder Feuchtigkeit in Kontakt kommen können, etwa durch Reinigungsprozesse.

Jürgen Schnitzler: Unsere Synchron-Servomotoren erhalten bei Bedarf eine zusätzliche EMV-Schutzplatte. Und gegen flüssige Metallspritzer beim Schweißen sind die Gehäuse besonders geschützt. Auch extreme Temperaturen, wie in Tiefkühllagern der Lebensmittelindustrie, halten unsere Systeme aus.

Welche Sicherheitsfunktionen können integriert werden?

Jürgen Schnitzler: Wichtige Funktionen wie Safe Torque Off (STO), Safe Stop oder Safe Limited Speed (SLS) sind direkt im Antrieb umsetzbar – ohne zusätzliche Verdrahtung. Das spart Platz, erleichtert die Projektierung und senkt die Gesamtkosten. Außerdem lassen sich die Systeme einfacher in bestehende oder neue Steuerungsarchitekturen integrieren.

Insbesondere bei beengten Platzverhältnissen ist die Energiedichte, also die Leistung pro Volumen, ein entscheidender Faktor. Daher setzt AMKmotion auf integrierte Wasserkühlung. Servoantriebe und Umrichter mit Leistungen von 33 bis 660 A werden typischerweise im Schaltschrank verbaut. So erreichen wir ein effizientes Thermomanagement und eine hohe Leistungsdichte. Das Potenzial für Optimierungen ist noch nicht ausgeschöpft.

Welche Rolle spielt die Software?

Fabian Georg: Wirklich effizient, flexibel und sicher werden moderne Antriebssysteme erst mit der passenden Software. Mit modularen Funktionsbausteinen können wir individuelle Anforderungen erfüllen. In der Bedienung geht der Trend klar zur Vereinfachung, auch im Hinblick auf die zunehmende Fachkräfteproblematik: Die Maschinen werden komplexer, das Personal ist aber oft nur angelernt. Die Bedienung wird in Zukunft noch intuitiver, zum Beispiel durch visuelle Konfigurationstools, bei denen der Werker nur noch gewünschte Bewegungsabläufe in die Maske einträgt und die Maschine diese umsetzt.

Wohin entwickelt sich die Antriebstechnik in den nächsten Jahren?

Alexander Hipp: Künstliche Intelligenz wird eine größere Rolle spielen – bei der Analyse von Betriebsdaten, der vorausschauenden Wartung oder der automatisierten Fehlererkennung. Wichtig ist aber: Schaltschranklose Fabrikautomation ist kein Zukunftsthema mehr, sondern eine konkrete Antwort auf die Anforderungen moderner Produktion. Mit unseren dezentralen Antriebslösungen gelingt der Umstieg reibungslos: Maschinen werden schlanker, Systeme flexibler, Prozesse effizienter. Wir beraten, projektieren, liefern Technik und übernehmen den Service – und der Kunde hat bei uns einen zentralen Ansprechpartner.