Mechatronik hilft OEMs beim Kosten sparen
Virtuelle Designtools unterstützen Maschinenhersteller dabei, mit weniger Prototypen auszukommen, Energie zu sparen und ihre Maschinen schneller auf den Markt zu bringen
von John Pritchard, Global Product Marketing Manager, Kinetix Motion Control bei Rockwell Automation
Um ihre Initiativen auf dem Gebiet der Nachhaltigkeit zu unterstützen, benötigen Endanwender Maschinen, die weniger Abfall erzeugen und weniger Ressourcen wie etwa Wasser und Energie verbrauchen. OEMs wiederum wissen: Je weniger Zeitaufwand beim Bau der Maschine, desto geringer die Entwicklungskosten, schneller die Markteinführungszeit und größer der Gewinn.
Vor diesem Hintergrund setzt sich gerade ein neues Designkonzept durch, das OEMs beim Erreichen ihrer geschäftlichen Ziele unterstützt. Die Mechatronik – also die Kombination aus Maschinenbau und Elektrotechnik – ist ein kooperationsorientierter, interdisziplinärer Ansatz für die Konstruktion von Maschinen.
Die Mechatronik hilft OEMs dabei, technische Prozesse zusammenzuführen, um schneller auf den Markt zu kommen und die Designund Entwicklungskosten zu senken. Das Konzept bringt ebenfalls Verbesserungen im Hinblick auf die nachhaltige Produktion – eine echte ‚Win-Win‘-Situation für OEMs und ihre Kunden.
Die Motion Analyzer-Software von Rockwell Automation unterstützt Maschinenbauer dabei, ihre Achssteuerungssysteme schneller und mit weniger Aufwand auszuwählen, zu dimensionieren und zu optimieren. Der Ingenieur muss nur noch Informationen über die Last eingeben und spezifizieren, wie sie bewegt werden soll. Aus einem Pulldown- Menü können Entwickler beispielsweise einen Aktor auswählen, ohne komplexe Berechnungen durchführen oder technische Daten aus den Datenblättern des Herstellers heraussuchen zu müssen.
Das Ergebnis des mechatronischen Konzepts ist eine Maschinenkonstruktion, die für leistungsfähige Steuerungen optimiert ist. OEMs profitieren davon, wenn sie eine Maschine entwerfen, die sich kostengünstiger herstellen lässt und weniger Energie verbraucht. Geld sparen sie nicht zuletzt auch deshalb, weil sie dank des virtuellen Designtools weniger Prototypen anfertigen müssen. Unter anderem lässt sich mit dem virtuellen Designwerkzeug analysieren, ob eine Maschine zuverlässig arbeiten wird. Es verknüpft Mechanik und Steuerungen, um Analysen, Optimierungen, Simulationen und Auswahlprozesse in einer virtuellen Umgebung durchführen zu können, bevor die Festlegung auf eine endgültige Maschinenkonstruktion erfolgt.
Mechatronik in der Praxis
Ein Unternehmen, für das sich die Mechatronik als vorteilhaft erwies, benötigte ein Vorschubverfahren für das Thermoformen von Kunststoffprodukten mit einem Durchsatz von 400 ppm. Ziel war es, den Ausstoß zu verdoppeln, was einen schnelleren Vorschub erforderlich machte, sowie den auf Fehlauslösungen zurückzuführenden Ausschuss zu verringern.
 |
1. Analyse des Systems
2. Ermittlung der kettengetriebenen Förderanlage als hauptsächliche Verbesserungsmöglichkeit
3. Optimierung der neuen Konstruktion auf Basis eines Servoantriebs
4. Simulation des Designs zum Verifizieren der Stabilität und der thermischen Eigenschaften
Mit dem Mechatronik-Konzept konnte das Unternehmen seine Zielvorgaben komplett umsetzen. Die Getriebeverluste wurden gesenkt. Der Antrieb konnte von 13,5 auf 4 kW verkleinert werden, jeglicher Ausschuss infolge von Fehlauslösungen wurde eliminiert und die Arbeitsgeschwindigkeit heraufgesetzt. Das Resultat war ein höherer Ausstoß bei gleicher Maschinengröße. Ein weiteres Beispiel für die Vorzüge der Mechatronik ist ein Glashersteller, der Glasplatten mit einer Masse von über 300 kg durch verschiedene Verarbeitungsschritte bewegen muss. Dem Unternehmen lag daran, den Ausstoß durch ein Anheben der Taktgeschwindigkeit zu erhöhen, die Qualität durch Verbesserung der Stabilität zu steigern und die Ausschussquote durch präzisere Abstände zu senken. Die alte Lösung basierte auf einer größeren Motor-, Antriebs- und Bedieneinheit mit höherem Energieverbrauch und nur marginaler Senkung des Ausschusses. 82 % der mechatronischen Verluste gingen auf das Konto der Getriebeeinheit, während auf die eigentliche Funktion der Maschine, nämlich den Vorschub der Glasplatten, nur ganze 7 % entfielen.
Für das Mechatronik-Konzept wurde zunächst das gesamte System analysiert, wobei wiederum das Getriebe als wichtigste Verbesserungsmöglichkeit ermittelt wurde. Anschließend wurde das Design auf der Grundlage einer integrierten Motor/Antriebseinheit optimiert. Es folgte eine Simulation des Designs, um die Einhaltung der Genauigkeitsanforderungen zu verifizieren. Auch dieses Unternehmen sah alle seine Vorgaben verwirklicht. Nach der Implementierung der mechatronischen Designprinzipien sanken die Getriebeverluste, sodass jeder Motor nur noch 131 anstatt bisher 905 W leisten musste. Für die Maschine insgesamt brachte dies eine Ersparnis von 15,5 kW. Die größere Taktgeschwindigkeit erhöhte den Ausstoß; die Genauigkeitssteigerung ließ die Ausschussquote sinken.
|
Folgende Vorteile hat Mechatronik zu bieten:
• Erhöhter Maschinennutzen: Der Nutzwert einer Maschine steht in unmittelbarem Zusammenhang mit ihrer Produktivität (Produkt aus Durchsatz und Gesamtanlageneffektivität). Eine Design-Optimierung bewirkt nicht selten eine Anhebung des Maschinendurchsatzes, ohne dass dafür Mehrkosten entstehen.
• Nachhaltigkeit: Das Thema Nachhaltigkeit wird für die Eigner und Betreiber von Maschinen immer wichtiger.
Effizienzanalysen können helfen, Energieverbrauch und Abfallaufkommen zu senken.
• Mehr Agilität bei Innovationen: Kürzere Vorlaufzeiten machen es oft möglich, Aufträge zu gewinnen oder sogar höhere Preise zu erzielen. Design-, Entwicklungsund Lieferzeiten lassen sich durch Virtual Prototyping verkürzen.
• Risikominderung: Jede Konstruktionsänderung bringt Risiken mit sich. Diese lassen sich durch Simulation reduzieren, da sie die Auswirkungen von Designänderungen im Voraus abschätzen.
Die genannten Simulationswerkzeuge beschleunigen das Design und minimieren Fehler, die sonst möglicherweise erst in einer deutlich späteren Phase des Entwicklungsprozesses ans Licht kämen. Wichtiger noch ist, dass die erhöhte Zuverlässigkeit, die Optimierung von Leistungsfähigkeit und Energieverbrauch sowie die kürzeren Markteinführungszeiten, die mit der Motion Analyzer Software möglich sind, für zufriedenere Kunden und ein besseres Ergebnis sorgen.
Bei Interesse an weiteren Informationen senden Sie eine E-Mail an folgende Adresse: info_at@ra.rockwell.com Betreff: Mechatronics
Drucken der Seite
Worldwide Bitte kontaktieren Sie uns Sitemap Legal Notices