Eine ganzheitliche Betrachtungsweise von Maschinen und Fertigungssystemen kann der entscheidende Schritt sein, um zur optimalen Antriebslösung zu kommen, wie sich in Nürnberg zeigte.

Elektrische Antriebstechnik macht mittlerweile 10 % vom Antriebstechnik-Umsatz bei Festo aus“, so Michael Fraede, Leiter Produktmanagement Elektrische Antriebe, auf der diesjährigen SPS/IPC/Drives. Welche Antriebstechnologie allerdings zum Einsatz komme, sei eine Entscheidung, die aufgrund der gegebenen und zukünftigen Energiepolitik wohl überlegt sein wolle – „wenn nicht schon die technischen Gesichtspunkte eine klare Sprache sprechen.“

So stünden auf der Investitionsseite zumindest vordergründig die Zeichen klar auf Pneumatik. Entsprechend sei ein elektrisches Antriebssystem als Kette aus Mechanik, Motor und Controller etwa um den Faktor zehn teurer als eine pneumatische Lösung aus Antrieb und Ventil. „Wenn Sie die Lösung nur für eine einfache Punkt-zu-Punkt-Bewegung brauchen, liegt die Pneumatik klar vorn“, betonte Fraede. Der Pneumatikzylinder sei wesentlich günstiger in punkto Inbetriebnahme, Bedienung und Energiekosten.

„Allgemein betrachtet hat jede Antriebstechnologie ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Eine ausschließliche Kostenbetrachtung stellt die Pneumatik in den Vordergrund“, so Fraede weiter. Jedoch hätten die anderen Antriebstechnologien für ihre individuellen Anwendungsfälle auch Vorteile für den Kunden. Werde freie Programmierbarkeit der Positionen gefordert, käme der Zahnriemenantrieb zum Zuge. Gehe es dagegen um eine feste mechanische Kopplung zwischen Antrieb und Last, seien Spindelantriebe die richtige Wahl. „Ist höchste Dynamik erforderlich, um die Taktzeiten möglichst stark reduzieren zu können, bietet der Linearmotor die meisten Vorzüge“, wusste der Produktmanager und stellte in Nürnberg klar: “ Ein modulares, mechatronisches Baukastensystem, das Offenheit im Plug & Work offeriert, hält immer die richtige Technologie in petto.“

Insgesamt gesehen ergibt sich für Fraede aus den vielen Einflussfaktoren keine allgemein gültige Effizienzbetrachtung mit gültigen Kennwerten. Dazu sei die gesamtheitliche Analyse einer Maschine und eine entsprechende Auslegung erforderlich. „Nur mit einer ganzheitlichen Betrachtung ist eine energieeffiziente Lösung von Handhabungsaufgaben realisierbar“, ergänzte er.

Beim Thema „Energieeffizienz“ warnte Fraede allerdings vor ersten voreiligen Schritten: „Nicht immer ist die Technologie mit dem günstigsten Einkaufspreis die wirtschaftlichste Lösung – auch Kosten für Betrieb, Wartung, Instandhaltung und Entsorgung spielen eine Rolle.“ Besonders bei den unterschiedlichen elektrischen Antriebslösungen komme es daher darauf an, die geeignete Technologie auszuwählen. Energiesparpotenziale ergeben sich für ihn dabei an allen Stellen im Arbeitsprozess.

Zudem ließen sich Fehlauslegungen und damit Energieverschwendung durch die richtige Auswahl der Komponenten und die ganzheitliche Gesamtkonzeption von Maschinen und Anlagen vermeiden: „Bereits bei der Auslegung von elektrischen Antriebslösungen werden oft Energieverschwendungen einkonstruiert, zum Beispiel wenn die einzelnen Komponenten wie Antriebsmechanik, Getriebe und Motor getrennt ausgelegt werden“, präzisierte der Festo-Manager. Hier werde mit Sicherheitsfaktoren in der Größenordnung von 1,3 bis 2 konstruiert, um alle Eventualitäten abzudecken.

Dadurch sei in einer einzelnen Achse dieser Sicherheitsfaktor mehrmals enthalten und der Motor werde oft doppelt so groß gewählt, wie eigentlich notwendig – nicht selten nehme der Wirkungsgrad dabei um über 50 % ab.

Fraede sah aber noch eine weitere Gefahr: „Wird nur der Wirkungsgrad einer bestimmten Technik betrachtet, ohne die weiteren elektrischen Komponenten in die Berechnung einzubeziehen, geht man häufig von falschen Annahmen aus.“ So müssten bei elektrischen Antriebslösungen neben Achsmechanik, Zahnriemen, Gleitspindel oder Kugelspindel auch das Getriebe, der Servomotor und der Motorcontroller bedacht werden – schließlich berechne sich der Gesamtwirkungsgrad aus der Multiplikation der Einzelwirkungsgrade.

Und: „Da elektrische Antriebssysteme am effizientesten bei ihrer Nennleistung betrieben werden, sollte dort auch ihr Arbeitspunkt liegen – Übertragungsverluste zwischen Motorcontroller und Last müssen deshalb so klein wie möglich sein.“ Dies lasse sich durch möglichst kurze Leitungen zwischen Motorcontroller und Motor erreichen.

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„Bei elektrischen Antriebslösungen“, resümiert Fraede, “ sind die Energiesparpotenziale oft noch nicht genügend ausgenutzt.“ Antriebsspezialisten wie Festo müssten ihre Kunden dabei unterstützen, entsprechende Potenziale aufzudecken, Anlagen und Maschinen zu optimieren und damit bares Geld zu sparen. FES/KIP

Redakteur VDI nachrichten im Ressort Produktion. Fachthemen: Maschinenbau, CAD, Lasertechnik

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