Bewegungssteuerungssysteme, die weniger Energie verbrauchen und mit erneuerbaren Energien betrieben werden können, sind der Schlüssel zu energieeffizienten Anlagen und Teil einer nachhaltigen Unternehmensstrategie.

Digitale Transformation

Heutige Hersteller arbeiten täglich mit digitaler Automatisierung und detaillierten Benutzeroberflächen und erwarten dieselbe digitale Leistungsfähigkeit von industriellen Systemen. Durch die digitale Transformation ihrer Betriebsabläufe profitieren Unternehmen von echten und verlässlichen Vorteilen.

Integrierte Sensoren in Geräten erfassen kontinuierlich Temperatur, Position, Belastung und Verschleiß in Echtzeit. Überwachung, automatische Konfiguration und Diagnose sowie die in Dashboards dargestellten Prozessdaten liefern den Bedienern die notwendigen Informationen für fundierte Entscheidungen. Vernetzte Bewegungssteuerungssysteme ermöglichen die Analyse von Produktionsleistung, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit.

Der Zugriff auf diese Erkenntnisse über Dashboards versetzt die Hersteller in die Lage, ihre Abläufe und letztendlich ihre Produktion besser zu kontrollieren und kontinuierlich zu verbessern.

Marktwettbewerb

Angesichts von Arbeitskräftemangel und Lieferkettenproblemen war es für Unternehmen noch nie so schwierig, wettbewerbsfähig zu bleiben. Gleichzeitig ermöglicht die digitale Transformation der industriellen Fertigung und die damit einhergehenden fortschrittlichen Technologien Unternehmen, die in diese investieren, ihre Abläufe deutlich zu optimieren.

Um im Markt wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es wichtiger denn je, flexibel auf sich ändernde Marktbedürfnisse zu reagieren und die Kundennachfrage zuverlässig zu erfüllen. Hersteller müssen Maschinenstillstandszeiten minimieren und die Produktion maximieren. Der Einsatz vernetzter Hybrid-Automatisierungslösungen kann dazu beitragen, die Maschinenverfügbarkeit und -zuverlässigkeit zu verbessern.

Um den Energieverbrauch zu optimieren, Betriebsabläufe zu verbessern und in ihren Branchen wettbewerbsfähig zu bleiben, suchen Unternehmen nach einem umfassenden System zur Bewegungssteuerung. Führende Technologieanbieter haben dies erkannt und eine Reihe fortschrittlicher, integrierter Lösungen entwickelt, die Servoantriebe, Motoren und elektrische Aktuatoren sowie Pneumatik kombinieren.

OEMs haben die bedeutende Möglichkeit, hybride Automatisierungssysteme in Maschinenkonstruktionen zu integrieren, die besser auf die größten Bedürfnisse und Anliegen ihrer Kunden abgestimmt sind und diese berücksichtigen.

Automatisierung und moderne Maschinenkonstruktion

Eine Möglichkeit für Unternehmen, Herausforderungen zu meistern und die Produktion zu steigern, besteht in der Integration kleinerer, hochentwickelter Maschinen in ihre Produktionslinien. Durch den geringeren Platzbedarf können mehr Maschinen auf derselben Produktionsfläche untergebracht werden, und fortschrittliche Bewegungssteuerungstechnologien ermöglichen die Automatisierung hochpräziser Arbeitsschritte von der Montage bis zur Endkontrolle.

Hersteller suchen zudem nach Bewegungssteuerungstechnologien mit folgenden Eigenschaften: höhere Genauigkeit zur Vermeidung von Ausschuss; kürzere Zykluszeiten zur Steigerung des Outputs; und größere Positionsflexibilität, damit Bediener Maschinenprogramme per Knopfdruck ändern können. Der Einsatz von Maschinen mit diesen Eigenschaften kann zu höherer Produktion in kürzerer Zeit, verbesserter Nachhaltigkeit und Kostensenkung führen.

Wie man pneumatische, elektrische oder hybride Bewegungssteuerung auswählt

Es gibt zahlreiche Lösungen für die Bewegungssteuerung, und die Auswahl kann schwierig sein. Wann setzen OEMs elektrische, wann pneumatische und wann beides ein?

Bei der Auswahl von Bewegungslösungen sind viele Faktoren und Aspekte zu berücksichtigen:

1. Erfüllen sie die Leistungs-, Flexibilitäts- und Genauigkeitsanforderungen der Anwendung?
2. Wie hoch sind die anfänglichen Betriebs- und laufenden Wartungskosten?
3. Wie wirken sie sich auf die Energieeffizienz der Maschine aus?
4. Wie lassen sich Bewegungsprodukte in das System mit anderen Geräten integrieren?
5. Können sie Daten sammeln und den Gerätezustand analysieren?
6. Werden sie die Konstruktion von Maschinen einfacher und schneller machen?
7. Wie lang ist der Lernaufwand für neue Technologien?

Pneumatische und elektrische Antriebstechnik bieten je nach Anwendungsfall spezifische Vorteile, und manche Anwendungen profitieren von der einen oder der anderen, manchmal auch von der anderen. Bei manchen Anwendungen ist die optimale Lösung klar. Für einen einfachen Mechanismus zum Abschieben von Kisten von einem Förderband ist ein Pneumatikzylinder die beste Wahl. Sollen die Kisten jedoch auf verschiedene Linien oder Positionen des Förderbandes sortiert werden, ist ein elektrischer Stellantrieb mit mehreren Positionen erforderlich.

Bei komplexeren Anwendungen kann die Wahl unklar sein. Dies deutet darauf hin, dass Anwendungen am meisten von der Kombination beider Systeme profitieren können. Elektromechanische Zylinder können Druckluft über einen pneumatischen Anschluss zum Abdichten in Abfüllanlagen nutzen. In Montagesystemen kann ein elektrisches lineares Mehrachsensystem einen pneumatischen Greifer verwenden. Und eine elektrisch in vertikaler Richtung arbeitende Linearachse kann einen pneumatischen Zylinder zum Gewichtsausgleich einsetzen.

Durch die technologieübergreifende Automatisierung können OEMs die sich ergänzenden Stärken der pneumatischen und elektrischen Bewegungssteuerungstechnik in derselben Anwendung nutzen und die Vorteile an ihre Kunden weitergeben.

Betrachten wir die Stärken der einzelnen Technologien, um besser zu verstehen, wie sie zusammenarbeiten können:

Pneumatische Bewegungssteuerung

Pneumatische Bewegung wird durch die Nutzung eines Druckgases erzeugt, das auf einen Mechanismus einwirkt und so die gewünschte Bewegung hervorruft. Pneumatische Lösungen bieten nachweislich einen robusten Betrieb hinsichtlich Hardware, Konstruktion und Installation. Im Vergleich zu Servosystemen müssen bei der Modernisierung eines pneumatischen Systems in der Regel weniger Komponenten ausgetauscht oder ersetzt werden.

Das bekannteste Beispiel für pneumatische Bewegungssteuerung ist ein Zylinder mit internem Kolben, der eine lineare Bewegung erzeugt. Dies mag der Grund dafür sein, dass Pneumatik oft als Technologie für diskrete Bewegungen betrachtet wird, die sich lediglich zum vollständigen Aus- oder Einfahren eines Mechanismus eignet.

Die kontinuierliche Innovation seitens der Anbieter von Bewegungssteuerungstechnologien hat die Möglichkeiten jedoch erweitert. So lässt sich beispielsweise mit Vierteldrehantrieben eine kontinuierliche Drehbewegung realisieren.

Sensoren und Durchflussregler dienen der Überwachung und Optimierung des Betriebs, während die Differenzdruckregelung eine kontinuierliche pneumatische Positionierung der Geräte ermöglicht. Mithilfe relativ kleiner elektropneumatischer Ein/Aus-Magnetventile oder modulierender Positionierventile wird ein geregelter Druck gegen einen konstanten Gegendruck aufgebracht.

Die Bediener können die Position manuell über Tasten und Schalter oder automatisch über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder einen Regelkreis steuern.

Elektrische Bewegungssteuerung

Elektrische Aktuatoren in Kombination mit Servomotoren zeichnen sich durch hohe Geschwindigkeit, präzise Steuerung und Effizienz aus und erzeugen Bewegung durch Umwandlung von elektrischer Energie in Dreh- oder Linearbewegung. Diese geschlossenen Regelkreise umfassen typischerweise komplexere Komponenten wie Bewegungssteuerung, Servoantrieb, Motor und Rückkopplungssensor sowie anspruchsvollere Konstruktionsverfahren als pneumatische Antriebslösungen.

Jeder Servomotor ist mit einem Antrieb verbunden, der auf vorgegebene Signale reagiert und so die gewünschte Funktion realisiert. Er ermöglicht präzise Positionierung, exakte Winkelgeschwindigkeiten und variable Beschleunigungsprofile. Dank dieser Bandbreite eignen sich Servosysteme für die Positionssteuerung verschiedenster Anwendungen, vom Roboterarm bis hin zu kontinuierlich rotierenden Förderbändern.

Da Servoantriebe und -steuerungen mikroprozessorgesteuerte Geräte sind, verfügen sie über einen hohen, von Natur aus vorhandenen Funktionsumfang und können direkt lokale und Ferndiagnose- und Datenprotokollierungsfunktionen für Dashboards bereitstellen.

Die Anbindung von SPSen und anderen Steuerungen an Servoantriebssysteme ermöglicht OEMs eine noch fortschrittlichere Bewegungssteuerung und -synchronisation. Zu den Spezialfunktionen gehören hochpräzise Positionierung mit Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich, elektronische Kurvensteuerung und elektronische Getriebesteuerung. Diese Funktionen kommen selbst komplexesten Anwendungen wie der Bearbeitung, Robotik und Fertigungstechnik zugute.

Eine Verpackungslinie kann beispielsweise von mechanischen Kurvenscheiben auf ein Servoantriebssystem mit elektrischen Kurvenscheiben umgerüstet werden. Während die Formatänderung mit mechanischen Scheiben komplex, zeitaufwändig und fehleranfällig ist, erfolgt die Maschinenumrüstung mit elektrischen Kurvenscheiben per Knopfdruck. Dies spart Zeit, erhöht die Genauigkeit, minimiert Ausschuss und senkt die Kosten.

Hybride Bewegungssteuerung

Ein elektropneumatisches Hybrid-Automatisierungssystem unterstützt Hersteller dabei, für jede spezifische Funktion die passende Technologie einzusetzen. Wenn Nachhaltigkeit, Positionsflexibilität, Präzision, Stabilität, geräuscharmer Betrieb, Konnektivität und Überwachung im Vordergrund stehen, bietet die elektrische Antriebstechnik große Vorteile. Bei beengten Platzverhältnissen, Anforderungen an einen robusten Betrieb oder einer schnellen Planung, Installation und Inbetriebnahme ist die pneumatische Antriebstechnik die beste Wahl.

Die Produktionslinien der meisten Fertigungsbetriebe umfassen verschiedene Arten von OEM-Anlagen, wobei die Produkte über Transport- und Sammelförderbänder zwischen den Maschinen bewegt werden. Diese Linien bieten zahlreiche Möglichkeiten zur Integration pneumatischer und elektrischer Linearantriebe.

Eine typische Produktionslinie für Getränkeverpackungen umfasst beispielsweise folgende Funktionen: Flaschenstreckblasformen, Abfüllen und Verschließen, Transportieren und Sammeln, Etikettieren, Füll- und Etikettierungskontrolle, Verpacken der Flaschen in Kartons sowie Palettieren und Schrumpfverpacken der Kartons. Streckblasformen, Falten der Kartons und Kleben werden pneumatisch gesteuert, während das Transportieren und Positionieren der Flaschen in den Abfüll- und Etikettieranlagen durch Servoantriebe erfolgt.

Einfache Förderbänder und Palettiersysteme profitieren von beiden Antriebsarten: Förderbänder können elektrisch angetrieben werden, während Produktstopps und Tore pneumatisch betätigt werden. Die Handhabung von Schüttgut erfolgt pneumatisch, während Interpolation und Feinpositionierung servogesteuert werden können.

Vorteile von hybriden Automatisierungssystemen

Führende Anbieter von Bewegungssteuerungstechnologien bieten heute integrierte Komplettlösungen an, die elektrische, pneumatische oder hybride Bewegungssteuerung umfassen. Diese umfassenden Lösungen beinhalten intelligente Geräte auf Feldebene, Bewegungssteuerung, Maschinensteuerung und Analytik.

Pneumatische Lösungen umfassen einen Pneumatikzylinder, ein Ventilsystem, eine Steuerung, Analysefunktionen und ein Dashboard über ein Gateway. Elektrische Lösungen beinhalten einen elektrischen Linearantrieb, einen Servomotor mit Antrieb, eine Steuerung und ein Dashboard über ein Gateway. Beide Technologien bieten Dashboards, wobei die Daten direkt vom Servoantrieb abrufbar sind und pneumatische Systeme zusätzlich Sensoren benötigen.

Komplett integrierte Lösungen wie diese bieten sowohl OEMs als auch deren Kunden zahlreiche Vorteile. Da sie bereits entwickelt und montiert sind, vereinfachen hybride Automatisierungssysteme Beschaffung, Entwicklung und Inbetriebnahme. Andernfalls müssen OEMs die Komponenten separat beschaffen und selbst zusammenstellen und entwickeln. Dies ist nicht nur zeitaufwendiger und komplexer in der Lieferkette, sondern kann auch zu Dimensionierungsproblemen führen.

Hybride Automatisierungssysteme bieten zudem Flexibilität, die es OEMs ermöglicht, Maschinen zu entwickeln, die eine Vielzahl von Produkttypen herstellen, Rüstzeiten minimieren und sich ändernden Anforderungen im Laufe der Zeit gerecht werden können. Da viele Unternehmen unter dem ständigen Druck stehen, den Durchsatz zu steigern und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken, können so Produktionsläufe verkürzt, die Maschinenauslastung erhöht und die Lebensdauer der Anlagen verlängert werden.

Dank der elektronischen Rekonfiguration der Bewegungssteuerung können Bediener Bewegungsprofile im laufenden Betrieb ändern. Einige Systeme bieten ein zukunftssicheres Design und sind mit Funktionen ausgestattet, die sich sowohl jetzt als auch in zukünftigen Maschinengenerationen implementieren lassen. Um Kunden maximale Flexibilität zu bieten, sollten Sie auf Systeme mit äußerst vielseitigen elektrischen Aktuatoren achten, die ein breites Anwendungsspektrum abdecken.

Neben der Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit können hybride Automatisierungssysteme die Nachhaltigkeit von Herstellern verbessern. Diese Systeme ermöglichen eine höhere Maschineneffizienz und reduzieren Ausschuss, was wiederum den Ressourcenverbrauch und die Kosten senkt. Energieeffizienz trägt dazu bei, Nachhaltigkeitsziele besser zu erreichen, während Kosteneinsparungen die Gesamtbetriebskosten reduzieren. Für eine höhere Wiederholgenauigkeit und Gleichmäßigkeit ist es wichtig, ein System mit elektrischer Linearführung zu wählen, das höchste Zuverlässigkeit und Präzision bietet.

Mehr Flexibilität, Effizienz und Leistung

OEMs können anhand wichtiger Anwendungsfaktoren feststellen, ob ein hybrides Automatisierungssystem für eine Anwendung von Vorteil ist, darunter:

1. Energieverbrauch,
2. Betriebskosten,
3. Flexibilität in Bezug auf die Position,
4. Genauigkeit,
5. Vibrationen und Lärm,
6. Investitionsausgaben,
7. Konnektivität,
8. Größe
9. Installation und
10. Inbetriebnahmezeit und Haltbarkeit.

Um die optimalen Lösungen für die gewünschten Ergebnisse auszuwählen, ist die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Partner für Bewegungssteuerung und digitale Transformation entscheidend. Dieser Partner verfügt über ein umfassendes Portfolio an Technologien und Lösungsoptionen. Ein solcher Partner unterstützt OEMs bei der Inbetriebnahme von Lösungen und bietet langfristigen Support.

Mit hybriden Automatisierungssystemen müssen Unternehmen nicht mehr zwischen Leistung, Flexibilität, Nachhaltigkeit, Vernetzung und Kosten wählen. Sie erhalten alles: präzise, ​​leistungsstarke Linearbewegungen, die Flexibilität, sich ändernden Produktionsanforderungen anzupassen, Daten und Erkenntnisse zur Produktionsmaximierung, optimierten Energieverbrauch und niedrigere Gesamtbetriebskosten.