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Trends in der elektrischen Antriebstechnik

 

Einzelantriebe ersetzen Zentralantrieb

Maschinen herkömmlicher Bauart sind oft mit einem Zentralantrieb versehen. Dieser ist drehzahlveränderbar ausgeführt und stellt die mechanische Energie für die gesamte Maschine bereit. Über ein System aus Wellen und Getrieben wird die mechanische Energie an die Stellen innerhalb der Maschine transportiert, an denen sie gebraucht wird.
Neben der Weiterleitung der mechanischen Energie übernehmen die mechanischen Elemente noch eine weitere Aufgabe. Sie erzwingen die koordinierte Bewegung aller Maschinenteile und realisieren innerhalb der Maschine eine Bewegungsführung.

 

Zentralantrieb begrenzt Produktivitätssteigerung

Soll die Produktivität von Maschinen gesteigert werden, müssen unter anderem

• notwendige Bewegungen schneller und dynamischer ausgeführt und
• Umrüstzeiten bei Formatänderungen der zu produzierenden Güter verringert werden.

Beiden Anforderungen steht das Konzept des Zentralantriebes entgegen.

• Steigende Dynamik stellt hohe Anforderungen an die Spielfreiheit und Steifigkeit der mechanischen Elemente. Werden diese entsprechend ausgeführt, sind Kostenerhöhungen nicht zu vermeiden.
• Formatänderungen sind nur durch Umbauten im mechanischen System, also Austausch von Getriebelementen realisierbar. Das ist zum Teil mit erheblichen Zeitaufwänden verbunden. Außerdem sind die möglichen Formatänderungen begrenzt.

 

Elektronisch koordinierte Einzelantriebe ermöglichen mehr Flexibilität und Produktivität

Die Lösung des Problems liegt im Ersatz des Zentralantriebes und der mechanischen Elemente durch mehrere Einzelantriebe. Diese speisen die mechanische Energie dort ein, wo sie benötigt wird. Der Transport über Wellen und Getriebe kann weitgehend entfallen.

Damit sind die Begrenzungen, die sich aus spielbehafteten und "weichen" mechanischen Elementen ergeben, beseitigt. Eine Steigerung der Dynamik und der Produktivität der Maschine ist möglich.

Die zweite Aufgabe der mechanischen Elemente, die Bewegungen der einzelnen Maschinenteile zu koordinieren, wird jetzt elektronisch gelöst. Eine Positioniersteuerung übernimmt diese Funktion. Die Bewegungsführung wird durch ein Softwareprogramm innerhalb der Steuerung realisiert. Sie erfasst die Position der betroffenen Maschinenteile, vergleicht sie mit den vom Programm vorgegebene Sollwerten und steuert dementsprechend die Einzelantriebe.
Tritt nun eine Formatänderung auf, müssen nur einige Softwareteile ausgetauscht oder neu parametriert werden. Da die dafür benötigten Zeiträume nur sehr kurz sind, können Formatänderungen sehr schnell, zum Teil sogar bei laufender Maschine vorgenommen werden.

 

Anzahl der Servoantriebe steigt überproportional

Bei der Umstellung von Maschinen auf Einzelantriebe wird der Zentralantrieb durch mehrere Einzelantriebe ersetzt. Die Anzahl der in Maschinen verwendeten elektrischen Antriebe steigt damit absolut. Da die Einzelantriebe Teil einer elektronisch koordinierten Bewegungsführung sind, werden hohe Anforderungen an ihre Dynamik gestellt. Die Einzelantriebe sind deshalb im allgemeinen als Servoantriebe ausgeführt.
Aus diesen Überlegung folgt, dass in den kommenden Jahren mit einer überproportionalen Zunahme von Servoantrieben zu rechnen ist.