Komplettantriebe Modulare Druckmaschinen mit Einzel- und Direktantrieben

Redakteur: Brigitte Michel

Was früher noch eine Königswelle leisten konnte, realisieren längst elektronisch präzise aufeinander synchronisierte Einzelantriebe. Erst das ermöglicht modularen und dezentralen Maschinenbau,

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Komplexer und hochautomatisierter Maschinenbau, wie ihn Druckmaschinen mit elektronisch gekoppelten Einzel- und Direktantrieben erfordern, profitiert von den Zeit- und Kosteneinsparungen durch den neuen Steuerungs- und Antriebsverbund Bilder: Siemens
Komplexer und hochautomatisierter Maschinenbau, wie ihn Druckmaschinen mit elektronisch gekoppelten Einzel- und Direktantrieben erfordern, profitiert von den Zeit- und Kosteneinsparungen durch den neuen Steuerungs- und Antriebsverbund Bilder: Siemens
( Archiv: Vogel Business Media )

Was früher noch eine Königswelle leisten konnte, realisieren längst elektronisch präzise aufeinander synchronisierte Einzelantriebe. Erst das ermöglicht modularen und dezentralen Maschinenbau, so dass einzelne Aggregate unabhängig voneinander gefertigt, getestet, vor Ort miteinander kombiniert und zeitgleich in Betrieb genommen werden können. Jetzt sind die Hersteller gefordert, noch schlummernde Ratiopotenziale zu erschließen, die Systeme weiter zu vereinfachen und Störquellen zu reduzieren, um die Wartungsintervalle hoch, Wartungsarbeiten besser planbar und damit letztendlich die Verfügbarkeit und Produktivität auf hohem Niveau halten zu können.

Direktantriebe für einfachere Konstruktionen

Eine Möglichkeit der Modularisierung und gleichzeitigen Vereinfachung der Konstruktionen sind direkt an den Druckwalzen montierte Antriebssysteme. Antriebsanbieter Siemens beispielsweise bietet dafür flüssigkeitsgekühlte, hochpolige, permanenterregte Drehstrom-Synchronmotoren mit Hohlwellenläufer. Diese Torquemotoren ersparen aufwändige mechanische Getriebe und bieten höchste Präzision und Dynamik, weil sie Elastizitäten und Lose im Antriebsstrang ausschließen und die Gesamtmasse sowie Reibungskräfte minimieren.

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Dabei unterscheidet man drei grundsätzliche Konstruktionen: Einbaufertige Komplett-Torquemotoren für Anwendungen mit einem weiten Drehzahl und Drehmomentbereich und Einbau-Torquemotoren, die in Komponenten geliefert und mit dem Maschinenlager sowie einem direkt an der Maschine angebauten Drehgeber zu einer in die Maschine integrierten Antriebseinheit komplettiert werden. Weil es bei beiden Ausführungen nur wenige Bauteile und keine verschleißenden Übertragungselemente gibt, bauen Anwendungen mit Torquemotoren besonders kompakt und sind hochverfügbar. Zudem werden Linearantriebe verwendet, die sich in Nischenanwendungen wie beim Ausrichten von Kartonbögen oder auch beim Flachstanzen einsetzen lassen.

Lösungen aus einer Hand sparen Aufwand und Kosten

Mit der Zahl der Einzel- oder Direktantriebe steigt jedoch nicht nur die Funktionalität und Flexibilität einer Maschine sondern auch der Aufwand für Koordination und Kommunikation zwischen den einzelnen Antriebseinheiten und Maschinenmodulen. Um die wachsende Komplexität und Funktionalität für den Maschinenbauer beherrschbar zu halten, bietet Siemens durchgängige Automatisierungslösungen basierend auf

• dem modularen Antriebssystem Sinamics S120,

• dem antriebsinternen Motion-Control-System Simotion D mit integrierter PLC- und Technologiefunktionalität sowie

• schneller und durchgängiger Kommunikation über Profinet mit der Echtzeiteigenschaft Isochronous Real-Time (IRT).

Mit Umrichtervarianten für nahezu jede Leistung (derzeit 0,12 kW bis 1,2 MW), Funktionalität und Anwendung erfüllt die jüngste Antriebsgeneration die Kernforderungen nach größerer Skalierbarkeit und Flexibilität. Die Antriebe der modular aufgebauten Reihe sind für unterschiedliche Aufgaben konzipiert, was fein skalierbare Antriebslösungen ermöglicht. Ganz gleich, ob eine Einachs- oder eine koordinierte Multiachsanwendung, eine einfache Drehzahlsteuerung oder eine hochdynamische Servoregelung zu realisieren ist. Dafür steht auch ein breites Spektrum an Synchron- und Asynchronmotoren zur Auswahl, von Standard-Normmotoren bis hin zu den spezialisierten Torque- oder Linearmotoren für den Direktantrieb. Für alle schnellen, präzisen und koordinierten Antriebsaufgaben steht ein Motion-Control-System in drei verschiedenen Hardwareausprägungen zur Verfügung, wovon die kompakt bauende Drive-basierte Variante die besten Voraussetzungen für modularen, dezentralen Maschinenbau mitbringt. Sie verbindet PLC-Funktionalität nach IEC 61131-3 mit frei programmierbarer Motion-Control- und Techologiefunktionalität unter anderem für Positionier-, Gleichlauf- oder Kurvenscheibenanwendungen bzw. für Druck- und Temperaturregler in einer einzigen Baugruppe.

Zur verbindenden Klammer zwischen den Motion-Control-Systemen mehrerer Maschinenmodule entwickelt sich neben Profibus mehr und mehr der kommende Feldbusstandard Profinet in seiner echtzeitfähigen Ausprägung Isochronous Real-Time (IRT). Damit sind auch deterministische Aufgaben mit den einfachen Ethernet-Mechanismen zuverlässig realisierbar.

Leistungsfähige Engineering- und Software-Tools helfen

Schnittstelle zwischen Anwender und Technik sind leistungsfähige Engineering-Werkzeuge, die so aufgebaut sind, dass sie die gestiegene Komplexität und Funktionalität beherrschbar machen und sowohl die Auswahl der geeigneten Antriebe als auch die Projektierung und Programmierung, die Inbetriebnahme und Diagnose unterstützen und schnell zu einer lauffähigen Systemlösung führen. Das „Look and Feel“ dieser Werkzeuge ist vereinheitlicht. Grafisch unterstützte Wizards lotsen den Anwender zum Ziel. Auch die neuen Engineering-Werkzeuge sind integraler Teil des übergreifenden Automatisierungskonzeptes „Totally Integrated Automation“ mit durchgängiger Projektierung und Programmierung, Kommunikation und Datenhaltung.

Weil die Umstellung auf Direktantriebe vielfach auch Änderungen am Maschinendesign erfordert, sind zunehmend weitere Dienstleistungen nötig. So können spezielle Simulationsprogramme den Maschinenkonstrukteur schon im Vorfeld von Neuentwicklungen dabei unterstützen, das Verhalten seiner Maschine quasi virtuell zu untersuchen. Mit Diagnose-Tools lassen sich zum Beispiel kritische Frequenzen der Maschine ermittelt und Filter so einstellen, dass diese nicht mehr auftreten.

Im späteren Betrieb helfen Diagnose-Tools dabei, das Verhalten der Antriebe ständig zu überwachen und bei signifikanten Veränderungen Rückschlüsse auf mögliche Ursachen zu ziehen. Das „Ohr“ an der Maschine macht ohne zusätzliche Mess-Hardware anfallende Wartungsarbeiten frühzeitig erkennbar und besser planbar. Interessant für Anbieter auf globalen Märkten sind die gegen Fremdzugriffe gesicherten Echtzeitdiagnosen via Intranet und Internet – von praktisch jedem Punkt der Welt aus.

Durchgängige Steuerungs- und Antriebstechnik mit den hier beschriebenen Eigenschaften hat sich in der rauen Praxis an Druckmaschinen führender Hersteller weltweit bewährt und wird sich wohl auch bald in anderen Maschinenbau-Anwendungen wegen der technischen und wirtschaftlichen Vorteile durchsetzen. (mi)

SPS/IPC/DRIVES Halle 6, Stand 6-210

Siemens

Fax: +49(0)911 9783321

Dipl.-Ing. Lothar Rettner und Dipl.-Ing. Bernhard Dirsch sind Vertriebs-/Marketingingenieure für die Automatisierung von Druckmaschinen bei Siemens A&D in Erlangen

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