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Sonntag, September 24, 2017
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B+RInterview mit

Markus Sandhöfner,

Mitglied der Geschäftsleitung bei der B+R Industrie-Elektronik GmbH, Eggelsberg/A

"Die Antwort von Bernecker und Rainer auf die Herausforderungen der Werkzeugmaschinenbauer ist die Integration aller Automatisierungs- komponenten in ein System."



Neben Energieeffizienz stehen Systemintegration, Skalierfähigkeit, Bauraumeinsparung und Produktivitätssteigerung bei gleichzeitig höherer Leistung und Präzision auf dem Anforderungskatalog der Werkzeugmaschinenbauer an die Antriebstechnik. B+R Bernecker und Rainer setzt insbesondere auf die Integration aller Automatisierungskomponenten. developmentscout sprach mit Markus Sandhöfner unter anderem über den Entwicklungsstand der Antriebstechnik für die Branche, die Trends und den bevorstehenden EMO-Messeauftritt des Unternehmens.

developmentscout: Wie ist der aktuelle Entwicklungsstand Ihrer Antriebe für Werkzeugmaschinen?

Sandhöfner: B&R bietet die komplette Palette von Antrieben für Werkzeugmaschinen von 50 W bis 500 kW an. Die große Skalierfähigkeit im Leistungsbereich sowie die Möglichkeit unterschiedliche Technologien einzusetzen, ermöglichen es dem Maschinenbauer, genau den Antrieb zu wählen, der für die jeweilige Aufgabe benötigt wird. Das Konzept unserer Automatisierungstechnik zeichnet sich durch Integration und Durchgängigkeit aus. Das Besondere daran sind die Möglichkeiten, Haupt- und Nebenachsen nebeneinander zentral im Schaltschrank oder dezentral an der Maschine in hoher Schutzart am ultraschnellen Powerlink betreiben zu können. 'Generic Motion Control' steht auf der Software Seite dafür, dass unterschiedliche Antriebstechnologien im CNC Verbund mit einer identischen Maschinensoftware betrieben werden können. Damit spart der Kunde Geld, Bauraum und Projektierungszeiten. Gleichzeitig gewinnt er Flexibilität in der Umsetzung der Maschine bis kurz vor der Auslieferung.

developmentscout: Welches sind die größten Herausforderungen, die Ihre Kunden der Werkzeugmaschinenbranche an Ihr Unternehmen stellen?

Sandhöfner: Werkzeugmaschinenbauer sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, die Produktivität Ihrer Maschinen zu steigern und gleichzeitig den Aufwand für die Projektierung der Maschine zu minimieren. Die Antwort von B&R auf diese Herausforderungen ist die Integration aller Automatisierungskomponenten in ein System. Bisher bestanden Systemgrenzen zwischen CNC und SPS, Robotik und Prozess, funktionaler Steuerung und fehlersicherer Steuerungs- und Antriebstechnik. Durch deren Aufhebung können mit unserer Automatisierungslösung jetzt Funktionen einfach realisiert werden, die vorher unmöglich erschienen. Hierfür ein ganz konkretes Beispiel: Auf der Euroblech Ende letzten Jahres in Hannover wurde vom Werkzeugmaschinenbauer Trumpf die weltweit schnellste Biegezelle vorgestellt. Eine B&R CPU steuert dabei die komplette Biegezelle, bestehend aus einer elektrischen Biegemaschine und zwei Robotern. Durch die Transparenz der Daten innerhalb der Steuerung können so Ausregelungsvorgänge am Hinteranschlag der Biegemaschine vom Roboter „fliegend“ ausgeführt werden. Das Resultat lässt sich mit der Uhr stoppen: In weniger als 300 Millisekunden ist der Ausregelvorgang in den meisten Fällen bereits schon beendet. Unser Lösungsansatz besteht darin, dass die Maschinensteuerung jetzt auch die Ansteuerung der Roboter bis hin zu komplexen Sicherheitsfunktionen wie 'Sichere begrenzte Geschwindigkeit' am Tool Center Point des Roboters übernimmt. Zuvor wurden dort separate, in sich gekapselte Robotersteuerungen eingesetzt, die diesen Ausregelvorgang so nicht durchführen konnten.

developmentscout: Wie viel Potenzial Energieeffizienz steht für die Antriebstechnik von Werkzeugmaschinen noch zur Verfügung?

Sandhöfner: Das hängt davon ab, welche Energiespartechnologien in der Werkzeugmaschine bereits genutzt werden. Sehr viele Investitionen in Energieeffizienz lohnen sich sofort oder amortisieren sich innerhalb kurzer Zeit. Betrachtet man die Lebenszykluskosten eines Antriebs, verbraucht dieser sehr viel mehr an Energiekosten im Laufe seines Lebens als er selbst wert ist.

Wir halten ein ganzes Bündel von Effizienzmaßnahmen für die Werkzeugmaschine bereit. Das beginnt mit vollintegrierten Frequenzumrichtern, die einen einfachen Asynchronmotor immer im optimalen Arbeitspunkt betreiben. Damit lassen sich im Durchschnitt 40 Prozent an Energie einsparen, verglichen mit einem Betrieb des Motors direkt am Netz.

Für die Hydraulik bieten wir Lösungen zur Einsparung von bis zu 70 Prozent der Antriebsenergie. Direkt ans Netz angeschlossene Flügelpumpen werden durch einfache Zahnradpumpen, die mit Servo- oder Frequenzumrichter angetrieben werden, ersetzt. Der Antrieb wird so gesteuert, dass Druck und Volumen nur dann vom geregelten Antrieb zur Verfügung gestellt werden, wenn diese tatsächlich benötigt werden. Im Teillastbetrieb läuft der Antrieb bis zu 70 Dezibel ruhiger. Durch Einsatz des geregelten Antriebs können Einsparungsmöglichkeiten bei Pumpe, Verrohrung und Kühler erzielt werden, so dass die Amortisation oft schon am ersten Betriebstag erzielt wird.

Im Servobereich haben wir mit unserer 'Acopos Multi'-Baureihe als einer der ersten Anbieter Akzente in der Energieeffizienz gesetzt. Durch die Nutzung der Energiespartechnologien Rückspeisung ins Netz, Zwischenkreiskopplung und 'Cold Plate'-Montage im Schaltschrank können bis zu 80 Prozent der gesamten Antriebsenergie einer Maschine eingespart werden. Die Leistungsfaktorkorrektur sorgt für eine Resourceneinsparung von über 50 Prozent bei der Energieversorgungstechnik zum Antrieb. Optimal durch Software ausgelegte Antriebsstränge und im Antrieb integrierte Funktionsmodule zur Engergie- und Leistungsmessung ermöglichen eine energieeffiziente Gestaltung der Maschine und des Antriebsprozesses.

developmentscout: Welche Genauigkeiten werden heute von Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen gefordert und was bedeutet dies für Ihre Antriebstechnologien?

Sandhöfner: Unter der Voraussetzung eines steifen Antriebsstrangs, einer hohen Auflösung der Rückführung und einer optimalen Einstellung der Regelkreise liefern PID Reglerkaskaden schon sehr gute Genauigkeitsergebnisse. Leider sind diese Bedingungen nur selten überall erfüllt. Genau hier setzt B&R an: Im intelligenten Acopos-Servodrive können Aufschaltungen von Kräften, Drehzahl, Position und Massenträgheit als Standardfunktionalität genutzt werden. Durch die Vorsteuerung der Massenträgheit lassen sich so selbst mechanisch sehr weiche Antriebe mit höchster Dynamik bewegen. Anstatt das Antriebsmoment aus dem Schleppfehler zu bestimmen, kann im Acopos das erforderliche Antriebsmoment aus der jeweiligen Beschleunigung und dem Massenträgheitsmoment berechnet werden, und zwar voll synchron mit dem Positionsregelkreis. In konkreten Anwendungen konnten wir hier die Präzision von Hauptachsen in Fräsbearbeitungsmaschinen um den Faktor zwei verbessern. Die erforderlichen Einstellungswerte werden einfach automatisch über eine umfangreiche 'Autotuning'-Funktionalität bei stillstehendem Antrieb ermittelt. Zusätzliche Regelstrukturen können auf dem Antrieb durch die 'Smart Process Technology' (SPT) Funktionen des Acopos-Drives verwirklicht werden.

Nicht zu vernachlässigen für die Genauigkeit der Antriebe ist die Sollwertvorgabe. Hier bieten wir ein vollsynchrones Automatisierungssystem, in dem SPS und CNC Tasks mikrosekundengenau mit der Powerlink-Kommunikation und dem Positionsregelkreis des Acopos-Drives synchronisiert werden. Mit allen diesen Möglichkeiten erreichen unsere Kunden neue Dimensionen in der Genauigkeit ihrer Maschinen.

developmentscout: Welchen Einfluss hat der Einzug der Generativen Fertigung in neue Anwendungsgebiete wie dem Maschinenbau sowie Werkzeug- und Formenbaus auf die Antriebstechnik?

Sandhöfner: Zunächst einmal vereinfacht der Wegfall der hohen Prozesskräfte bei der spanabhebenden Bearbeitung die Komplexität des Antriebsregelungssystems. Die zu bewegenden Massen werden kleiner. Damit gewinnen die Dynamik der Antriebe sowie die Präzision und Geschwindigkeit der Sollwertvorgabe mehr an Gewicht. Hierfür zeichnen sich unsere Antriebe mit ihrer hohen Bandbreite von Technologien und ihrer hohen Skalierfähigkeit aus.

developmentscout: Welche Trends sehen Sie bei der Entwicklung des Antriebsstrangs für Werkzeugmaschinen?

Sandhöfner: Es findet eine weitere Differenzierung der Antriebsarten statt. Jeder Antrieb wird heute auf die Werthaltigkeit im Prozess überprüft und die Antriebstechnologie den Anforderungen entsprechend gewählt. B&R erleichtert dabei die Wahl für den Maschinenbauer, da alle Antriebstechnologien nahtlos ins Projektierungswerkzeug 'Automation Studio' integriert und mit der identischen Maschinensoftware betreibbar sind.

So bietet der Schrittmotor mit Rückführung bei kleineren Leistungen eine preiswerte Alternative zum Servo. Pneumatik und Hydraulik werden mehr und mehr aus Energieeffizienzgründen durch elektrische Antriebe ersetzt. Der Servoantrieb selbst differenziert sich immer mehr dadurch, dass verschiedene Rückführungssysteme, unterschiedliche Massenträgheiten, lineare und rotative Direktantriebstechnik wahlweise eingesetzt werden können.

Die Sicherheitstechnik spielt in der Antriebstechnik eine immer zentralere Rolle. 'Open Safety' in Verbindung mit Powerlink bietet die Möglichkeit, durch mikrosekundenschnelle Fehlererkennung den Antrieb mit hundertfach kürzerem Anhalteweg gegenüber herkömmlichen Sicherheitssteuerungen stillzusetzen. Daraus ergeben sich höhere sichere Geschwindigkeiten, womit sich im Einrichtprozess die Produktivität drastisch erhöhen lässt. Der geringere Abstand der Umhausung führt zu einer verkleinerten Standfläche der Maschine und gleichzeitig zu einer höheren Flexibilität im Betrieb der Maschine.

developmentscout: Welche Neuheiten werden Sie auf der EMO präsentieren und welche Features verbergen sich dahinter?

Sandhöfner: B&R bietet mit Generic Motion Control eine Automatisierungslösung, die Maßstäbe in der CNC Bearbeitung setzt. Dabei verschmelzen die Welten von Robotik, CNC, gekoppelter Achsbewegungen und Einzelachspositionierung zu einem homogenen System. Die Erkenntnisse der komplexen Bahnplanung für Roboter werden auch für Werkzeug- und Produktionsmaschinen übernommen. Die Steuerung von Knickarm-Robotern ist ebenso möglich wie komplexe CNC Bearbeitung in 3D.

Die nahtlose Integration der Generic Motion Control Komponenten in das Echtzeit-Betriebssystem bietet durch die Einbindung von I/O-Knoten sowie die direkte Verknüpfung mit SPS-Funktionen zusätzliche Vorteile für die einfache Verwirklichung von Automatisierungsabläufen. Der Maschinenbauer spart Zeit und Kosten während des gesamten Produktlebenszykluses vom Entwurf über die Projektierung, Inbetriebnahme, Serienfertigung bis zum Service der Maschine.

Grundpfeiler der Generic Motion Control sind die volle Synchronität von SPS, CNC, Antriebsregelkreis und Kommunikation. Der flexible GMC Interpreter und die Verschmelzung von SPS und CNC Steuerung auf einem Kern vereinfachen die Programmierung und verkürzen die Entwicklungszeit. Existierende, für eine andere Plattform übernommene NC Programme können weiterverwendet werden. Das deterministische Echtzeit Ethernet Powerlink ermöglicht dezentrale Automatisierungsstrukturen und hilft Schaltschrankvolumina zu minimieren. Die vollskalierbare Hardware bietet vielfältige Optionen für jegliche Maschinen- und Bearbeitungskonfigurationen und spart Kosten durch den genauen Zuschnitt auf die Anforderungen der Maschinenbedürfnisse.

EMO Halle 25, Stand B14

Das Interview führte Chefredakteurin Angela Scheufler.


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