Antriebstechnik

5 Wettbewerbsvorteile, die Antriebstechnik schafft

| Autor / Redakteur: Markus Brändle / Ute Drescher

Um eine Unterdimensionierung oder Systemprobleme zu umgehen, müssen die Ingenieure geeignete Daten sammeln, um hochwertige Antriebskomponenten von minderwertigen Produkten zu unterscheiden.
Um eine Unterdimensionierung oder Systemprobleme zu umgehen, müssen die Ingenieure geeignete Daten sammeln, um hochwertige Antriebskomponenten von minderwertigen Produkten zu unterscheiden. (Bild: Thomson Industries)

Unser Autor hat fünf Herausforderungen an Maschinenbauer ausgemacht, bei denen innovative Antriebstechnik den Unterschied machen kann.

1. Kompakte Produkte schaffen

Entwickler arbeiten an Systemen, die kompakter, leichter zu tragen und platzsparender sind. Die Medizintechnik ist ein gutes Beispiel dafür: Viele Kunden möchten Analyse- oder Überwachungsgeräte möglichst nah an den Untersuchungsort bringen, um den Komfort für das medizinische Personal und die Patienten zu steigern.

Auch bei Fabrikanlagen muss der knappe verfügbare Platz besser genutzt werden. Sogar Hersteller großer Maschinen wie Mähdrescher wollen jeden Winkel effizienter nutzen, um Technologie für mehr Betriebseffizienz oder Sicherheit unterzubringen – oder um andere Vorteile zu realisieren, die ihnen Alleinstellungsmerkmale verschaffen.

Moderne Fertigungstechniken ermöglichen die Herstellung kleinerer Produkte mit höherer Effizienz, sodass Konstrukteure mehr Funktionalität auf kleinerem Raum unterbringen können. Für solche Geräte im Kleinformat werden immer häufiger Miniatur-Kugelgewindetriebe, motorisierte Leitspindeln und Linearlager eingesetzt. Zudem können elektromechanische Aktuatoren vermehrt Pumpen, Kompressoren, Leitungssysteme und sonstige platzraubende Komponenten ersetzen, auf die hydraulische und pneumatische Aktorik angewiesen sind.

Noch mehr Platz sparen Antriebssysteme mit integrierter Elektronik, wie smarte Linearaktuatoren, indem sie die Netzwerkkommunikation, Positionsüberwachung und weitere Funktionen unterstützen, für die bislang externe Vorrichtungen notwendig waren. Nicht zuletzt macht die eingebaute Elektronik eine komplexe, optisch wenig ansprechende Verdrahtung überflüssig. Aktuatoren der neuesten Generation lassen sich über wenige Drähte sowohl mit der Stromversorgung als auch mit den Kommunikationsnetzen verbinden.

2. Prototyping beschleunigen

Je stärker der Wettbewerbsdruck, umso mehr steigt auch die Forderung nach schnell lieferbaren individualisierten Produkten. Eine effektive Prototypen-Herstellung ist oftmals wichtig, da Konstrukteure üblicherweise mehrere Komponenten-Varianten testen müssen, bevor sie sich auf die bestmögliche Lösung für ihre Anwendung festlegen. Moderne Modellierungstechnologien wie 3D-Metalldrucker und Simulationssoftware bieten Entwicklern mehr Flexibilität und Schnelligkeit. Gleichzeitig setzen sie allerdings die Lieferanten der Antriebskomponenten unter mächtigen Druck. Während Konstrukteure in der Vergangenheit gewohnt waren, sechs bis acht Wochen auf eine Komponente zu warten, betragen heutige Fristen oft nur wenige Tage.

BUCHTIPPDas Buch „Additive Fertigung“ beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Das Buch richtet sich an Konstrukteure und Entwickler, um eine erfolgreiche Implementierung additiver Verfahren in ihren Unternehmen zu unterstützen.

Die schnelle Lieferung erfordert auf Ebene der Komponentenfertigung erhebliche Umstrukturierungen. Einige Hersteller haben ihre internen Prozesse überarbeitet, um Einzelstücke für das Prototyping am nächsten Tag liefern zu können. Andere stocken ihren Vorrat mit Komponenten auf, die häufiger für Prototyping-Projekte angefordert werden. Dasselbe gilt für die Vertriebskanäle, die ebenfalls Komponenten für das Prototyping in größerer Zahl vorhalten.

3. Komponenten optimal integrieren

Entscheidend für eine schnelle Markteinführung ist die Auswahl der passenden Komponenten und deren optimale Inte­gration. Nur so lassen sich maximale Wiederholgenauigkeit, Präzision, Geradheit, Laufruhe und weitere Leistungsmerkmale erreichen. Allerdings gestaltet sich die Optimierung der Antriebstechnik besonders komplex. Wenngleich es viele Systementwickler mit dem notwendigen Know-how zur Auswahl der benötigten Produkte gibt, steht ein Großteil von ihnen näher am Ende als am Anfang ihres Arbeitslebens. Für diese Experten passenden, kompetenten Ersatz zu finden dürfte nicht ganz einfach werden – nicht zuletzt aufgrund der wenigen auf Aktorik spezialisierten Ausbildungsgänge. Berufsanfänger rekrutieren sich daher in der Regel aus der Elektrotechnik oder dem Maschinenbau. Das Fachwissen zur Aktorik müssen sie häufig in der Praxis erwerben.

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2. Anwendertreff Maschinenkonstruktion

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15.11.18 - Am 21. Mai 2019 findet der 2. Anwendertreff Maschinenkonstruktion statt. Ab sofort können sich Interessierte für einen der begehrten Redner-Slots bewerben. Der Call for papers läuft bis zum 31. Januar 2019. lesen

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Mehr Informationen: Anwendertreff Maschinenkonstruktion

Elektroingenieure gehen das Problem aus elektrischer Perspektive an, während Maschinenbauingenieure einen eher mechanischen Ansatz verfolgen – aber keiner verfügt über ausreichend Erfahrung, um die komplexe Wechselwirkung aller Komponenten zu beurteilen. Um das auszugleichen, neigen Konstrukteure zum Überdimensionieren, d.h. sie spezifizieren mehr als notwendig und optimieren anschließend bei der Montage. Ein solches Vorgehen kann allerdings kostspielig werden, verlängert die Markteinführungszeiten und verursacht unnötig hohe Produktionskosten.

Die wachsende Bedeutung eines ganzheitlichen Systemdesigns in Verbindung mit dem Mangel an Aktorik-Experten spricht umso mehr dafür, die Hersteller der Komponenten bereits früh in den Prozess einzubinden. Sie verfügen über mehr Erfahrung bei der Integration in unterschiedlichen Anwendungen und können, sofern im Voraus konsultiert, im hohen Maße Zeit und Geld einsparen. Für Ingenieure, die dennoch lieber eigenständig vorgehen, bieten einige Hersteller Unterstützung mittels Online-Konfigurationstools. Thomson Industries bietet z.B. ein Online Tool, mit dem Ingenieure das für ihre Anwendung am besten geeignete Produkt aus dem wachsenden Angebot an Thomson-Online-Tools wählen können. Diese Tools decken die verschieden Produktreihen ab – von Linearaktuatoren bis zu Kugel- und Trapezgewindetrieben und Getrieben.

4. Kosten abwägen

Wenngleich Maschinenentwickler zumeist Komponenten hoher Qualität für ihre Systeme bevorzugen, müssen diese Teile jedoch nicht länger leben als die Maschine selbst. Der Einbau einer Antriebskomponente mit einer Lebensdauer von 20 Jahren in ein System, das nach fünf Jahren veraltet ist, ist weder wirtschaftlich noch technisch sinnvoll. Angesichts eines wachsenden Komponentenangebots können Entwickler, die sich die Zeit zum Vergleichen nehmen, ein Produkt finden, das ihren Anforderungen und Kostenvorgaben entspricht. Eine zuverlässige Bewertung erfordert in solchen Fällen jedoch mehr Kenntnisse über Achssteuerungssysteme – und nicht weniger: Ein Konstrukteur, der rein wirtschaftlich vorgeht, wird ein System eher unter- als überdimensionieren. Probleme werden erst im laufenden Betrieb der Anlage sichtbar.

Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Anwendungen, bei denen die Gesamtbetriebskosten einen entscheidenden Faktor darstellen. Ein Maschinenhersteller, der einen Großteil seiner Produkte im Mietmaschinenmarkt verkauft, wird die Gesamtbetriebskosten auf lange Sicht mehr schätzen als andere. Wäre der Kaufpreis der einzige Faktor, würde er vermutlich einen pneumatischen oder hydraulischen Aktuator einer intelligenten elektromechanischen Lösung vorziehen. Fließen jedoch weitere Faktoren wie Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Platzbedarf und Wartung mit ein, bietet der elektromechanische Aktuator deutlich mehr Vorteile.

5. Produktwert kontinuierlich steigern

Die vermutlich größte kommerzielle Herausforderung, der sich OEMs gegenübersehen, haben sie mit den Komponentenherstellern gemeinsam: voraussehen, was sich im Markt verkauft und Alleinstellungsmerkmale generieren. Viele Anwender von Achssteuerungssystemen setzen auf die Möglichkeiten vernetzter Produkte, die Daten über die Cloud austauschen.

Die Branche der Antriebstechnik geht denselben Weg. Sie macht sich bereit, solche Unternehmen dabei zu unterstützen, die Antriebstechnologie in ihre vernetzten Lösungen einzubinden. Zu diesem Zweck statten die Anbieter ihre Antriebskomponenten mit immer mehr Intelligenz aus, die für die notwendige Rechner- und Kommunikationsfähigkeit sorgt, um an vernetzten Strategien teilzunehmen.

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Ob es vernetzte Systeme oder andere Lösungen sind – die Antriebstechnik ist bestens aufgestellt, um OEMs mit der passenden Leistungsfähigkeit zum passenden Preis bei ihren Innovationen zu unterstützen. (ud)

BUCHTIPPDas Buch „Praxishandbuch Antriebsauslegung“ hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

* Markus Brändle ist Product Line Specialist, EMEA & Asien, Gewindetriebe, Linearlager, Führungen bei Thomson Industries

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