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

Digitale Transformation

Hersteller arbeiten heute täglich mit digitaler Automatisierung und detaillierten Benutzeroberflächen und erwarten die gleiche digitale Funktionalität auch von industriellen Systemen. Die digitale Transformation ihrer Betriebsabläufe bringt Unternehmen echte, zuverlässige Vorteile.

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

Der Zugriff auf diese Erkenntnisse über Dashboards ermöglicht es Herstellern, ihre Betriebsabläufe 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. Die digitale Transformation der industriellen Fertigung und die damit verbundenen fortschrittlichen Technologien ermöglichen es Unternehmen, die in sie investieren, ihre Betriebsabläufe deutlich zu optimieren.

Um weiterhin führend zu bleiben, ist es wichtiger denn je, flexibel auf sich ändernde Marktanforderungen zu reagieren und die Kundennachfrage zuverlässig zu erfüllen. Hersteller müssen Maschinenausfallzeiten minimieren und die Produktion maximieren. Die Integration vernetzter hybrider Automatisierungslösungen kann die Maschinenzuverlässigkeit und -verfügbarkeit verbessern.

Um den Energieverbrauch zu optimieren, Betriebsabläufe zu verbessern und in ihrer Branche führend zu bleiben, benötigen Unternehmen ein umfassendes Motion-Control-Paket. Führende Technologieanbieter haben dies erkannt und eine Reihe fortschrittlicher, integrierter Lösungen entwickelt, die Servoantriebe, Motoren, elektrische Aktuatoren und Pneumatik vereinen.

OEMs haben eine große Chance, hybride Automatisierungssysteme in Maschinendesigns zu integrieren, die besser auf die größten Bedürfnisse und Anliegen ihrer Kunden abgestimmt sind und diese berücksichtigen.

Automatisierung und zeitgemäßes Maschinenbau

Eine Möglichkeit für Unternehmen, Herausforderungen zu meistern und die Produktion zu steigern, ist die Integration kleinerer, anspruchsvollerer Maschinen in ihre Produktionslinien. Dank geringerer Stellflächen können mehr Maschinen auf derselben Produktionsfläche untergebracht werden. Fortschrittliche Bewegungssteuerungstechnologie ermöglicht die Automatisierung hochpräziser Aufgaben von der Montage bis zur Endkontrolle.

Hersteller suchen außerdem nach Motion-Control-Technologie mit höherer Genauigkeit zur Vermeidung von Ausschuss, kürzeren Zykluszeiten zur Steigerung der Produktion und größerer Positionsflexibilität, damit Bediener Maschinenprogramme per Knopfdruck ändern können. Der Einsatz von Maschinen mit diesen Funktionen kann zu einer höheren Produktion in kürzerer Zeit, verbesserter Nachhaltigkeit und niedrigeren Kosten führen.

So wählen Sie pneumatische, elektrische oder hybride Bewegungssteuerung aus

Es gibt viele Motion-Control-Lösungen, und die Auswahl kann verwirrend sein. Wann setzen OEMs elektrische, wann pneumatische und wann beides ein?

Bei der Auswahl von Bewegungslösungen müssen zahlreiche Faktoren und Aspekte berücksichtigt werden:

1. Erfüllen sie die Leistungs-, Flexibilitäts- und Genauigkeitsanforderungen der Anwendung?
2. Wie hoch sind die anfänglichen Betriebs- und laufenden Wartungskosten?
3. Welchen Einfluss haben sie auf die Energieeffizienz der Maschine?
4. Wie lassen sich Motion-Produkte in andere Geräte integrieren?
5. Können sie Daten sammeln und den Gerätezustand analysieren?
6. Wird es dadurch einfacher und schneller, eine Maschine zu entwerfen?
7. Wie sieht die Lernkurve für neue Technologien aus?

Pneumatische und elektrische Bewegungssteuerung bieten je nach Anwendungsanforderungen jeweils unterschiedliche Vorteile, und eine Anwendung kann von einer oder beiden Varianten profitieren. Für manche Anwendungen ist es klar, welche die beste Lösung ist. Für einen einfachen Mechanismus zum Abschieben von Kisten von einem Förderband ist ein Pneumatikzylinder am sinnvollsten. Sollen diese Kisten jedoch auf verschiedene Linien oder Positionen auf dem Förderband sortiert werden, ist ein elektrischer Aktuator mit mehreren Positionen erforderlich.

Bei komplexeren Anwendungen kann die Wahl schwierig sein. Dies ist ein Hinweis darauf, dass Anwendungen den größten Nutzen aus der Verwendung beider Komponenten ziehen. Elektromechanische Zylinder können Druckluft über einen pneumatischen Anschluss als Sperrluft in Füllanwendungen nutzen. In Montagesystemen kann ein elektrisch lineares Mehrachssystem einen pneumatischen Greifer verwenden. Und eine elektrische Linearachse, die in vertikaler Richtung arbeitet, kann einen pneumatischen Zylinder zum Gewichtsausgleich nutzen.

Durch die technologieübergreifende Automatisierung können OEMs die sich ergänzenden Stärken pneumatischer und elektrischer Bewegungssteuerungstechnologien in derselben Anwendung nutzen und die Vorteile an ihre Kunden weitergeben.

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

Pneumatische Bewegungssteuerung

Pneumatische Bewegung wird durch die Verwendung von Druckgas erreicht, das physikalisch auf einen Mechanismus einwirkt und so die gewünschte Bewegung erzeugt. Pneumatische Lösungen bieten nachweislich einen robusten Betrieb hinsichtlich Hardware, Design und Installation. Im Vergleich zu einem Servosystem müssen bei der Modernisierung eines pneumatischen Systems in der Regel weniger Komponenten ausgetauscht oder ersetzt werden.

Das bekannteste Beispiel pneumatischer Bewegungssteuerung ist ein Zylinder mit einem inneren Kolben, der eine lineare Bewegung erzeugt. Dies ist möglicherweise der Grund, warum Pneumatik oft als diskrete Bewegungstechnologie angesehen wird, die nur zum vollständigen Ausfahren oder Einfahren eines Mechanismus geeignet ist.

Kontinuierliche Innovationen der Anbieter von Bewegungssteuerungstechnologien haben die Möglichkeiten jedoch erweitert. Beispielsweise können mit Schwenkantrieben kontinuierliche Drehbewegungen erreicht werden.

Sensoren und Durchflussregler dienen der Überwachung und Optimierung des Betriebs. Die Differenzdruckregelung ermöglicht eine kontinuierliche pneumatische Positionierung der Geräte. Mittels relativ kleiner elektropneumatischer Ein-/Aus-Magnetventile oder modulierender Positionierventile wird kontrollierter Druck gegen einen konstanten Gegendruck ausgeübt.

Bediener können die Position manuell mithilfe von Tasten und Schaltern oder automatisch mithilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder eines Schleifenreglers steuern.

Elektrische Bewegungssteuerung

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

Jeder Servomotor ist mit einem Antrieb verbunden, der den vorgegebenen Signalen folgt und so die gewünschte Funktion bereitstellt. Er ermöglicht präzise Positionierung, präzise Winkelgeschwindigkeiten und variable Beschleunigungsprofile. Mit dieser Bandbreite ermöglichen Servosysteme die Positions- und Bewegungssteuerung für verschiedene Anwendungen, vom Roboterarm bis hin zu kontinuierlich rotierenden Förderbändern.

Da es sich bei Servoantrieben und -steuerungen um Mikroprozessorgeräte handelt, verfügen sie über ein hohes Maß an integrierter Funktionalität und können direkt lokale und Remote-Diagnose- und Datenprotokollierungsfunktionen für Dashboards bereitstellen.

Durch die Anbindung von SPS und anderen Steuerungen an Servo-Bewegungssysteme können OEMs eine noch fortschrittlichere Bewegungssteuerung und -synchronisierung erreichen. Zu den Spezialfunktionen gehören hochpräzise Positionierung mit einer Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich, elektronische Nockensteuerung und elektronische Getriebesteuerung. Diese Funktionen kommen selbst komplexen Anwendungen wie der Bearbeitung, Robotik und Fertigungsanlagen zugute.

Beispielsweise kann eine Verpackungslinie von mechanischen Kurvenscheiben auf ein Servo-Bewegungssystem mit elektrischen Kurvenscheiben umgerüstet werden. Während der Formatwechsel mit mechanischen Kurvenscheiben komplex, zeitaufwändig und fehleranfällig ist, erfolgt die Maschinenumstellung mit elektrischen Kurvenscheiben auf Knopfdruck. Das spart Zeit, verbessert die Genauigkeit, minimiert den Ausschuss und senkt die Kosten.

Hybride Bewegungssteuerung

Ein elektropneumatisches Hybrid-Automatisierungssystem unterstützt Hersteller dabei, die passenden Technologien für jede spezifische Funktion einzusetzen. Wenn Nachhaltigkeit, Positionsflexibilität, Präzision, Stabilität, leiser Betrieb, Konnektivität und Überwachung im Vordergrund stehen, bietet die elektrische Bewegung große Vorteile. Bei Anwendungen mit eingeschränktem Platzangebot, robustem Betrieb oder schneller Planung, Installation und Inbetriebnahme ist die pneumatische Bewegungssteuerung die beste Wahl.

Die Produktionslinien der meisten Fertigungsanlagen umfassen verschiedene OEM-Geräte, wobei die Produkte über Transport- und Stauförderer zwischen den Maschinen transportiert werden. Diese Linien bieten vielfältige Möglichkeiten zur Integration pneumatischer und elektrischer Linearbewegungen.

Eine typische Produktionslinie für Getränkeverpackungen umfasst beispielsweise folgende Funktionen: Streckblasen, Füllen und Verschließen, Fördern und Stauen, Etikettieren, Prüfen, Füllen und Etikettieren, Verpacken der Flaschen in Kisten sowie Palettieren und Verpacken der Kisten in Schrumpffolie. Streckblasen, Faltschachteln und Leimauftrag profitieren von pneumatischen Antrieben, während Servoantriebe das Fördern und Positionieren der Flaschen in Abfüll- und Etikettieranlagen unterstützen.

Einfache Transportbänder und Palettiersysteme profitieren von beiden Bewegungsarten: Förderbänder können mit Elektromotoren angetrieben werden, Produktstopper und -tore lassen sich pneumatisch betätigen. Die Handhabung von Großgebinden kann pneumatisch erfolgen, während Interpolation und Feineinstellung der Position über Servomotoren gesteuert werden können.

Vorteile hybrider Automatisierungssysteme

Führende Anbieter von Motion-Control-Technologie bieten integrierte Komplettlösungen an, die elektrische, pneumatische oder hybride Motion Control umfassen. Diese umfassenden Lösungen umfassen intelligente Geräte auf Feldebene, Motion Control, Maschinensteuerung und Analysefunktionen.

Pneumatische Optionen umfassen einen Pneumatikzylinder, ein Ventilsystem, eine Steuerung, Analysefunktionen und ein Dashboard über ein Gateway. Elektrische Optionen umfassen einen elektrischen Linearantrieb, einen Servomotor und -antrieb, eine Steuerung und ein Dashboard über ein Gateway. Beide Technologien bieten Dashboards, die Daten sind jedoch direkt vom Servoantrieb verfügbar. Pneumatische Systeme erfordern zusätzliche Sensoren.

Komplette, integrierte Lösungen wie diese bieten sowohl OEMs als auch ihren Kunden viele Vorteile. Da hybride Automatisierungssysteme bereits konstruiert und montiert sind, können sie Beschaffung, Entwicklung und Inbetriebnahme rationalisieren. Andernfalls müssen OEMs Komponenten separat beschaffen und selbst anpassen und konstruieren. Dies dauert nicht nur länger und erhöht die Komplexität der Lieferkette, sondern kann auch zu Dimensionierungsproblemen führen.

Hybride Automatisierungssysteme bieten zudem Flexibilität. OEMs können Maschinen entwickeln, die eine Vielzahl von Produkttypen produzieren, Umrüstzeiten minimieren und sich im Laufe der Zeit ändernden Anforderungen gerecht werden. Da viele Unternehmen dem ständigen Druck ausgesetzt sind, den Durchsatz zu steigern und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken, kann dies die Produktionsläufe verkürzen, die Maschinenauslastung erhöhen und die Lebensdauer der Anlagen verlängern.

Mit der elektronischen Neukonfiguration der Bewegungssteuerung können Bediener Bewegungsprofile im laufenden Betrieb ändern. Einige Systeme bieten ein zukunftssicheres Design und sind mit Funktionen ausgestattet, die jetzt oder in zukünftigen Maschinengenerationen implementiert werden können. Um Ihren Kunden ein Höchstmaß an Flexibilität zu bieten, sollten Sie nach Systemen mit extrem vielseitigen elektrischen Antrieben suchen, die ein breites Spektrum an Anwendungsanforderungen abdecken.

Hybride Automatisierungssysteme sichern nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit, sondern verbessern auch die Nachhaltigkeit der Hersteller. Sie steigern die Maschineneffizienz und reduzieren Ausschuss, was wiederum Ressourcenverbrauch und Kosten senkt. Energieeffizienz trägt dazu bei, Nachhaltigkeitsziele besser zu erreichen, während Kosteneinsparungen die Gesamtbetriebskosten senken. Für höhere Wiederholgenauigkeit und Einheitlichkeit ist ein System mit elektrischer Linearbewegung wichtig, das höchste Zuverlässigkeit und Genauigkeit bietet.

Mehr Flexibilität, Effizienz und Leistung

OEMs können durch die Bewertung wichtiger Anwendungsfaktoren ermitteln, ob ein hybrides Automatisierungssystem für eine Anwendung von Vorteil ist. Dazu gehören:

1. Energieverbrauch,
2. Betriebskosten,
3. Positionsflexibilität,
4. Richtigkeit,
5. Vibrationen und Lärm,
6. Investitionsausgaben,
7. Konnektivität,
8. Größe,
9. Installation und
10. Inbetriebnahmezeit und Haltbarkeit.

Um die passenden Lösungen für die gewünschten Ergebnisse auszuwählen, ist die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Partner für Bewegungssteuerung und digitale Transformation mit einem umfassenden Portfolio an Technologien und Dimensionierungsoptionen entscheidend. Ein solcher Partner kann OEMs bei der Inbetriebnahme von Lösungen unterstützen und langfristigen Support bieten.

Mit hybriden Automatisierungssystemen müssen sich Unternehmen nicht zwischen Leistung, Flexibilität, Nachhaltigkeit, Konnektivität und Kosten entscheiden. Sie können alles haben: präzise, ​​leistungsstarke Linearbewegungen, die Flexibilität, sich an veränderte Produktionsanforderungen anzupassen, Daten und Erkenntnisse zur Maximierung der Produktion, optimierten Energieverbrauch und niedrigere Gesamtbetriebskosten.