Antriebstechnik Intelligente Antriebe: Die große Expertenumfrage

Anbieter zum Thema

SEW Eurodrive

KBK Antriebstechnik GmbH

WITTENSTEIN SE

Nabtesco Precision Europe GmbH

Maxon Motor GmbH

mehr weniger

Dunkermotoren GmbH

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

AMKmotion GmbH + Co. KG

halstrup-walcher GmbH

Heidrive GmbH

AMD Advanced Micro Devices GmbH

weniger

Smarte Antriebe sind ein Schlüsselelement in der Transformation hin zu einer vernetzten, flexiblen und effizienten Industrie. Was derzeit die wichtigsten Herausforderungen sind, welche Vorteile intelligente Antriebe bieten und wohin die Reise in Sachen Energieeffizienz geht, erläutern uns neun Antriebstechnik-Experten.

Fragen an die Experten:

• 1. Was sind Ihrer Meinung nach aktuell die wichtigsten Herausforderungen in der Antriebstechnik?
• 2. Welche Vorteile haben Maschinenbauer von intelligenten und smarten Antriebslösungen?
• 3. Wohin geht die Reise in Sachen Energieeffizienz in der Antriebstechnik?

Intelligente Antriebe: Neu und alt kombinieren

1. Eine der größten Herausforderungen sind die langjährige Verfügbarkeit, immer kürzere Innovationszyklen gepaart mit der Rückwärtskompatibilität sowie der steigende Kostendruck bei den Maschinen- und Anlagenbauern. Optimalerweise sollten sich bewährte und neue Technik miteinander kombinieren lassen. Dadurch hat der Maschinen- und Anlagenbauer einen signifikanten Vorteil: Er kann nach wie vor seine bisherigen Konzepte einsetzen und zusätzlich von Innovationen für seine neuen und bestehenden Maschinen profitieren.

2. Fehlendes Fachpersonal erfordert zunehmend intelligente Funktionen, um die Inbetriebnahme und Diagnose der Antriebstechnik zu vereinfachen, zum Beispiel Autotuning. Dabei wird die Achse vermessen, und die Parametrierung der Antriebsregler erfolgt automatisch. Bei der Inbetriebnahme werden daher nur noch bei Bedarf Spezialisten für das Finetuning benötigt.

3. Eine aktive Versorgungseinheit ermöglicht die Regelung des Zwischenkreises. Dadurch lassen sich Spannungsspitzen von Maschinen und die notwendige Einspeiseleistung des Antriebssystems signifikant verringern. Zusätzlich lässt sich die überschüssige Energie ins Netz zurückspeisen. Auch Lösungen für Maschinen, die rein über DC-Netze gespeist werden, sind stark im Kommen. Damit lassen sich Leistungsüberschüsse über den gesamten Maschinenpark optimal nutzen. Zusätzliche Komponenten, die für AC-Netze erforderlich sind, können dadurch eingespart werden. Wir bei AMKmotion bieten seit Jahren passende Lösungen für diese Anforderungen.

Cloud-Lösung für intelligente Antriebe

1. Aus meiner Sicht sind die wichtigsten Herausforderungen für die Antriebstechnik sehr vielschichtig und, abhängig von den diversen Zielmärkten, unterschiedlich stark ausgeprägt. Zu den wichtigsten Punkten zählen die Themen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit, um den Anforderungen der CO2-Reduktion gerecht zu werden. Weiter sind robuste Antriebe mit hoher Leistungsdichte die Grundlage für jede Anwendung. Darüber hinaus ist das Thema Digitalisierung und Vernetzung für IoT-Funktionalitäten wie Remote Monitoring und Predictive Maintainance zunehmend wichtiger, damit eine hohe Anlagenverfügbarkeit sichergestellt werden kann. Zu den bisher genannten Punkten kommen aus meiner Sicht noch die Themen sichere Lieferketten und natürlich wettbewerbsfähige Marktpreise hinzu.

2. Smarte Antriebslösungen, vor allem mit integrierter Regelelektronik, sind einfach in bestehende Bus- oder Ethernet-Topologien zu integrieren und benötigen keinen zusätzlichen Platz im Schaltschrank. Komplexe Motion-Profile werden durch den smarten Antrieb eigenständig berechnet, abgefahren und überwacht. Die intelligenten Antriebslösungen können durch die Vernetzung mit der Maschinensteuerung oder einer angebundenen Cloud-Lösung kommunizieren. Durch Echtzeit-Datenanalysen lassen sich Prozesse optimieren, und vorausschauende Wartungen reduzieren die Ausfallzeiten.

3. Die EU-Verordnung 2019/1781 (Ökodesign-Anforderungen an Elektromotoren und Drehzahlregelungen) beschreibt das Thema Energieeffizienz für die elektrische Antriebstechnik. Die Anforderungen an effiziente Antriebslösungen werden stetig steigen, und gerade für mobile Lösungen mit Batteriebetrieb ist ein bestmöglicher Wirkungsgrad notwendig. Dunkermotoren

Manuelle Prozesse effizient ersetzen

1. ‚Effizient produzieren ab Losgröße 1‘ ist eine zentrale Anforderung der Maschinenbauer. Aus dem engen Kontakt mit unseren Kunden erkennen wir nach wie vor den Trend zu einer steigenden Dynamik bei dezentralen Antriebslösungen. Gleichzeitig führt die immer stärkere Modularisierung dazu, dass standardisierte Antriebe unterschiedlichste Anforderungen abdecken sollten, damit sie in der Breite und mit geringem Verkabelungsaufwand einsetzbar sind. Zudem spielen die Energieeffizienz sowie die Bereiche funktionale Sicherheit und Cybersicherheit eine entscheidende Rolle.

2. Durch den Einsatz von integrierten Antrieben werden manuelle Prozesse ersetzt. Durch das automatisierte Verstellen, zum Beispiel von Maschinenachsen, ist höchste Positionier- und Wiederholgenauigkeit sichergestellt, was Rüstzeiten deutlich reduziert. Einstellfehler lassen sich vermeiden, was wiederum Ressourcen durch geringeren Ausschuss schont. Smarte Antriebslösungen unterstützen ebenfalls, wenn Personalressourcen für Rüstprozesse fehlen oder wechselnde Hilfskräfte häufig neu eingelernt werden müssen. Und natürlich bieten die intelligenten Lösungen auch die Möglichkeit, datenbasiertes Condition Monitoring zu betreiben und eine vorbeugende Maschinenwartung zu realisieren, um Ausfälle zu vermeiden.

3. Ressourcen schonend einzusetzen, steht derzeit im Fokus – das gilt natürlich auch für den Energieverbrauch von Antriebs­lösungen. Sowohl eine optimale Konstruktion der Antriebselemente als auch eine auf die Applikation optimierte Antriebsauslegung ermöglichen eine Maximierung des Wirkungsgrades und somit eine Steigerung der Energieeffizienz der Maschine. Darauf legen auch wir in unserer internen Entwicklungsarbeit einen großen Fokus. Halstrup-Walcher

Prozesse automatisieren durch intelligente Antriebe

1. Unsere Antriebselemente von KBK Antriebstechnik kommen überall dort zum Einsatz, wo Prozesse automatisiert werden sollen. Da dies in den unter­schiedlichsten Branchen gilt, sind auch die Anforderungen an unsere Kupplungen, Spannsätze und Klemmringe sehr vielfältig. Da manche Anwendungen beispielsweise auf höchste Produktion und Effizienz ausgelegt sind, andere dagegen auf Sicherheit, bieten wir ein breit gefächertes Portfolio an, um möglichst für jede Anwendung die perfekt geeignete Verbindung zu liefern.

2. Man kann wesentlich besser erkennen und vorbeugen, bevor es irgendwo zu einem Ausfall oder einer Störung kommt. Weiterhin ist das Sammeln und Auswerten von Betriebsdaten sehr wertvoll, um Optimierungen und Anpassungen am Antriebsstrang vornehmen zu können. Hier wird die interessante Frage sein, wie viele Komponenten im Antriebsstrang welche Art der Rückmeldung geben sollen.

3. Schon seit langem verfolgen wir den Trend, immer kompaktere, leichtere und leistungsstärkere Lösungen zu entwickeln und anzubieten. Eine auf ihre Massenträgheit optimierte Kupplung kann beim Einsatz mit einem Servoantrieb im 24/7-Betrieb einen deutlichen Unterschied ausmachen. Hier haben wir schon sehr viele bewährte Lösungen im Programm und werden auch zukünftige Entwicklungen immer unter dem Aspekt der Energieeffizienz vorantreiben.

Fragen an die Experten:

• 1. Was sind Ihrer Meinung nach aktuell die wichtigsten Herausforderungen in der Antriebstechnik?
• 2. Welche Vorteile haben Maschinenbauer von intelligenten und smarten Antriebslösungen?
• 3. Wohin geht die Reise in Sachen Energieeffizienz in der Antriebstechnik?

Predictive Maintenance & Industrie 4.0: Fokus auf Simplicity

1. Energieeffizienz, Miniaturisierung und Digitalisierung sind weiterhin die großen Herausforderungen für Unternehmen in der Antriebstechnik. Die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Verbesserung der Effizienz sind zentrale Themen, um die Trends bei batteriebetriebenen Fahrzeugen oder in der Robotik weiter voranzutreiben. Die dadurch erreichte Verlängerung der aktiven Betriebsstunden fällt direkt betriebswirtschaftlich ins Gewicht. Zudem spielen Gewicht und Größe bei gleicher oder besserer Performance eine große Rolle bei modernen Antriebssystemen. Die betrifft alle Komponenten wie Motoren, Getriebe, Bremsen und Encoder. Die Integration von ­digitalen Zwillingen und vernetzten Systemen in der Antriebstechnik ermöglicht präzisere Steuerungen und Wartungen und stellt große Herausforderungen an die Sicherheit der Datenverarbeitung.

2. Durch die Integration von Sensoren und Überwachungs­systemen lassen sich Antriebe kontinuierlich überwachen. ­Dies ermöglicht vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), wodurch Ausfallzeiten reduziert werden und die Lebensdauer der Maschinen besser bestimmt oder gar verlängert wird. Dies hilft, den Produktionsprozess stabil zu gestalten und die Ausfallzeiten zu reduzieren oder dann herbeizuführen, wenn die Anlage geplant ruht. Auch der Antrieb selbst wird zukünftig als Sensor in komplexen Anlagen agieren und zusätzliche Informationen über den Zustand der Applikation liefern können.

3. Themen wie Automatisierung, Digitalisierung, Industrie 4.0, Verfügbarkeit und Miniaturisierung verlieren so schnell nicht an Aktualität und werden uns auch 2025 – und darüber hinaus – begleiten. Im Bereich der Steuerungstechnik wird der Fokus weiter auf Simplicity liegen, das heißt, dem Anwender einfache, aber sehr performante Systeme zur Verfügung zu stellen. Maxon

Sensorik als Helfer aus der Ferne

1. Die Fülle an neuen und kommenden europäischen Gesetzen hat tiefgreifenden Einfluss auf die Produktentwicklung. Hier werden wir als Hersteller bei SEW-Eurodrive wieder die Aufgabe übernehmen müssen, die Auswirkungen und Konsequenzen an die Ausrüster und Betreiber zu vermitteln. Technologisch machen die digitale Transformation und die Vernetzung der Antriebe weitere Fortschritte.

2. Ausrüster nehmen einen wichtigen Platz zwischen Herstellern und Betreibern ein. Wenn die Ausrüster eigene Geschäftsmodelle aus der Digitalisierung herleiten und deren Anforderungen an die Hersteller vermitteln, werden Vorteile für den Betreiber auch erkennbar. Klassische Betätigungsfelder wie Wartung und Inspektion lassen sich bei entsprechender Gestaltung und Verwendung von Sensorik auch vorausschauend und aus der Ferne umsetzen. Digitale Zwillinge senken die Einstiegshürden zur Identifizierung von Einzel- und Ersatzteilen und ermöglichen dadurch auch eine einfachere Beschaffung über den Ausrüster.

3. Nach den europäischen Energiespargesetzen zu den Komponenten aus den 2010er Jahren werden bis Ende der 2020er Jahre die Nachhaltigkeitsgesetze als delegierte Rechtsakte umfangreichen Einfluss auf Produkte und deren Anwender haben. Dazu müssen Hersteller, Ausrüster und Betreiber kooperieren, ansonsten wird der Industriesektor die CO2-Ziele im Jahr 2030 verfehlen.

Intelligente Antriebe: Getriebe für die Zukunft

1. Nachhaltigkeit, Energieeffizienz, Digitalisierung, Individualisierung, Industrie 4.0, Automatisierung, Robotik, künstliche Intelligenz (KI), Big Data, Safety, Simplicity, Mass Customisation und Low-Code-/No-Code-Konzepte gehören nach wie vor zu den wichtigsten Themen in der Antriebstechnik. Die Musik spielt dabei vor allem in den Bereichen Software und Steuerungselektronik. Aber nur in Kombination mit hochwertiger Hardware-Technologie lassen sich die Performance- und Effizienzpotenziale der Software-Innovationen voll ausschöpfen. Mechatronische Systeme sind die Zukunft.

2. Intelligente und smarte Antriebslösungen machen Produktionsprozesse effizienter, erhöhen die Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit, reduzieren Stillstandzeiten und führen zu einer höheren Produktivität. Das sorgt für enorme Performance-Steigerungen, Energieeinsparungen und Kostensenkungen. Im Fokus stehen vor allem die Echtzeitüberwachung (Condition Monitoring) und die vorausschauende, bedarfsgerechte Wartung (Predictive Maintenance). Sensorisierte Getriebe und der digitale Getriebe-Zwilling von Nabtesco unterstützen dabei.

3. Angesichts steigender Energiepreise und immer strengerer Umweltauflagen steht die Industrie unter enormem Druck, auf energieeffiziente, ressourcenschonende und emissionsarme ­Antriebstechnologien umzusteigen. Hybridisierung, Elektrifizierung und Downsizing sind dabei die zentralen Schlagworte. Zykloid­getriebe sind in vielen Fällen eine effiziente elektromechanische ­Alternative. Dank ihrer hohen Steifigkeit und kompakten Bauweise ermöglichen sie zudem den Bau kleinerer Maschinen und Anlagen. Das wirkt sich positiv auf den Energie- und Ressourcenverbrauch sowie die Gesamtbetriebskosten aus.

Kombination aus Mechanik, Sensorik und Digitalisierung

1. Die Digitalisierung spielt eine zentrale Rolle in der modernen Entwicklung von Antriebssystemen, insbesondere durch den Einsatz von Simulationstechnologien wie Mehrkörpersimulationen (MKS) und Fluidsimulationen. Diese Werkzeuge ermöglichen eine präzise Vorhersage des Verhaltens von Systemen und Komponenten, noch bevor physische Prototypen gebaut werden.
Ein weiterer Schlüsselbereich der Digitalisierung ist die Entwicklung von digitalen Zwillingen. Diese digitalen Abbilder der physischen Getriebe und Antriebssysteme erfassen Daten aus jeder Phase des Produktlebenszyklus – von der Fertigung über Tests bis hin zum Betrieb. Durch die nahtlose Integration dieser Informationen können Unternehmen wie SPN die Leistung der Systeme nicht nur über die gesamte Lebensdauer optimieren, sondern auch tiefere Einblicke in Effizienz und mögliche Verbesserungen gewinnen. Auch die Vernetzung von Antriebssystemen und die Integration in übergeordnete IT-Systeme bieten neue Chancen.

2. Wir als Getriebespezialist sehen in intelligenten und smarten Antrieben die Kombination aus mechanischen Getrieben und Sensorik, Datenverarbeitung sowie Kommunikationstechnologie. Mit unseren smarten Sensoren können Maschinenbauer Getriebedaten in Echtzeit erfassen und analysieren, was eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) ermöglicht. Durch direkte Messwerte aus den Kundenprozessen ist die Optimierung des Antriebes möglich. Als Beispiel wäre hier der SPN-Low-Cost-Drehmomenten-Sensor zu nennen, welcher in der Abtriebswelle integriert ist. Durch den Einsatz von smarten Lösungen erhöhen wir die Anlagenverfügbarkeit, senken Ausfallzeiten und verbessern die Effizienz.

3. Die wesentlichen Energieverbraucher in der Antriebstechnik sind die Prozesse, die durch diese Technologie gesteuert werden. Um den Energiebedarf langfristig zu senken, ist eine ganzheitliche Strategie zur Reduzierung von Verlusten unerlässlich. Durch den Einsatz von IoT-Technologien und Datenanalyse lassen sich Energieeffizienzpotenziale ermitteln und Betriebszustände kontinuierlich optimieren. Zusätzlich tragen eine Verringerung des Gewichts und der Einsatz von Hochleistungsstählen zur Steigerung der Steifigkeit und der Reduktion des Energieverbrauchs bei. Neue Materialien und innovative Konstruktionsansätze spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Effizienz.

KI-unterstützte Zustandsüberwachung 

1. Wir bei Wittenstein sehen aktuell zwei zentrale Herausforderungen. Zum einen gilt es, innovative mechatronische Antriebslösungen für einen Maschinenbau zu bieten, der zunehmend durch modulare Maschinenkonzepte, die Dezentralisierung von steuerungstechnischer Intelligenz sowie vielfältige Formen von OT- und IT-Konnektivität gekennzeichnet ist. Zum anderen erkennen immer mehr Maschinenhersteller, wie wichtig die Sicherstellung der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Produktionsmaschinen durch eine automatisierte und KI-unterstützte Zustandsüberwachung in Zukunft sein wird – sowohl als Merkmal einer Maschine als auch als Basis für neue, digitale Geschäftsmodelle.

2. Intelligente Antriebe und smarte Lösungen wie die Getriebe mit Cynapse-Funktionalität in Kombination mit Smart Services von Wittenstein stoßen auf reges Interesse bei Maschinenherstellern. Denn sie sind in der Lage, zustandsrelevante Betriebsdaten von sich selbst und ihrer Umgebung selbstständig zu erfassen und zu verarbeiten. Die Hersteller können den Betreibern dadurch sowohl echte Mehrwerte hinsichtlich Verfügbarkeit und Produktivität bieten als auch, darauf aufbauend, dazu befähigen, eigene digitale Services zu entwickeln und zu verkaufen. Voraussetzung dafür ist die industriegerechte Konnektivität. Daher wird beispielsweise unser Kleinservo-Antriebssystem sowohl mit einer CANopen- und Multi-Ethernet-Schnittstelle für die IT-Anbindung als auch mit OPC UA als OT-Schnittstelle für Industrie 4.0 und das IIoT ausgerüstet.

3. Antriebe haben auch heute noch einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch der Industrie. Entsprechend wichtig ist es, das Potenzial zur Verbrauchsreduzierung in der Antriebstechnik zu erschließen. Energieeffizienz bleibt daher eines der wichtigsten Innovationsfelder bei der Entwicklung und Auslegung von Antriebssystemen.