Intelligente Antriebe: Die große Expertenumfrage

Energieeffizienz ist seit Jahren ein – eher technisches – Thema in der Antriebstechnik und auch Lieferfähigkeit war immer wichtig. Aktuelle und latente Krisen und damit verbundene teils flächendeckende Lieferengpässe insbesondere mit Blick auf die in der Antriebstechnik essentielle Elektronik und neue Gesetze zum Klimaschutz scheinen den Fokus noch stärker auf diese Aspekte zu lenken. Aber lassen wir nun unsere neun Experten zum Thema intelligente Antriebe zu Wort kommen.

Unsere Fragen an die Experten:

1. Intelligente Antriebe für den Maschinen- und Anlagenbau sind die Zukunft. Was sind aktuell die wichtigsten Trends in der Antriebstechnik?
2. Welche Vorteile haben Maschinenbauer von intelligenten und smarten Antriebslösungen?
3. Viele Hersteller leiden unter Materialknappheit, gestörten Lieferketten und stark gestiegenen Energiepreisen. Welche Auswirkungen hat dies für Sie als Hersteller von Antriebslösungen und wie reagiert Ihr Unternehmen darauf?

Intelligente Antriebe mit maximaler Wirkung

1. Wir beschäftigen uns aktuell mit der Energieeffizienzklasse IE4, die ab 2023 für Dreiphasenmotoren mit einer Leistung zwischen 75 und 200 Kilowatt gelten wird. Die Anforderungen an die Energieeffizienz von Elektromotoren steigen damit weiter und erfordern von uns Konstrukteuren angepasste Lösungen. Bei Asynchronmaschinen können höhere Qualitäten des Elektroblechs für Stator und Rotor eine höhere Energieeffizienz bewirken. Alternativ prüfen wir mit Blick auf die IE4 den Einsatz von Synchron-Reluktanzmaschinen, die durch ihre Topologie höhere Energieeffizienzklassen erreichen können.

2. „Smart“ beginnt bei der Motorauslegung immer im Vorfeld. Bedeutet: Wenn alle technischen Details vorab geprüft werden, kann die bestmögliche Lösung für das Gesamtsystem in Sachen Kosten, Performance, Effizienz sowie Langlebigkeit gefunden werden. Während der Inbetriebnahme sollte ein Parameterlauf erfolgen, um möglichst viele Informationen zu sammeln. Intelligenter Betrieb wiederum bedeutet bei unseren Motoren die Regelung in Betriebspunkten mit maximalem Wirkungsgrad, unter Einsatz entsprechender Sensorik.

3. Die Lieferzeiten von Materialien und Komponenten sind bereits seit längerem verzögert. Tatsächlich konnten wir Motoren aus diesem Grund teilweise nicht termingerecht liefern, auch wenn Kunden fast jeden Preis gezahlt hätten. Unser Einkauf plant inzwischen sehr langfristig und kauft in großen Losgrößen ein, um stets genügend Ausgangsmaterial vorhalten zu können. Zudem stellen wir eine sprunghafte Zunahme der Frachtkosten fest: Im Vergleich von 2020 zu 2022 haben sich die Containerkosten verfünffacht. Um steigende Logistikkosten zu vermeiden, überprüfen wir unsere eigenen Lieferketten genau.

1. In jeden Fall liegt im Trend, dass die Leistung von Applikationen weiter steigen soll – aber das soll bei weniger Bauraum und reduziertem ökologischen Fußabdruck ermöglicht werden.

2. Anwender von Antriebstechnik können heute große Einsparungen erzielen, wenn sie die digitale Produktentwicklung – etwa in Form von Simulationen und Berechnungen nutzen. Das minimiert die Entwicklungs-Zeiten sowie den Aufwand in Design, Entwicklung und Versuch bis zur Produktfreigabe. Wir haben unsere Prozesse darauf ausgerichtet und möchten mit unseren Anwendern partnerschaftliche Mehrwerte erarbeiten.

3. Meiner Meinung nach gilt es, stets transparent zu kommunizieren; deshalb reagieren wir mit schon teils „brutaler Ehrlichkeit“ und mit kundenspezifischer Bevorratung. Wir nehmen unsere Kunden an die Hand und begleiten Sie durch die vorgegebenen, leider nicht zu ändernden Rahmenbedingungen. Wir nutzen Projektmanagement auf Basis von Ablaufplänen, Gantt-Diagrammen und ständig aktualisierten Logistikplanungen, auch um alle Beteiligten auf denselben Informationsstand zu bringen. Die Randbedingungen lassen sich so auch nicht ändern, aber wir tun alles dafür, um Informationen ideal zu nutzen und für unsere Anwender zu agieren.

KI und IoT sind der Schlüssel für die Zukunft

1. Industrie 4.0, Internet of Things und künstliche Intelligenz beeinflussen die Fertigungsprozesse in jedem Unternehmen. Auch bei uns wird die industrielle Produktion neu definiert, denn komplexe mechatronische Systeme funktionieren nur, wenn alle Komponenten höchste Qualität aufweisen und aufeinander abgestimmt sind. Ein wichtiger Trend, der in Zukunft auch noch zunehmen wird, sind möglichst kleine Antriebssysteme ohne Abstriche bei der Performance. Leistungsstarke Gleichstrommotoren mit dazugehörigen Komponenten wie Getriebe und Encoder, die auch auf engem Raum in Anwendungen eingebaut werden können, sind sehr gefragt. Darüber hinaus geht es nicht mehr nur um die reine Bereitstellung des Antriebs, sondern auch um die Versorgung der Kunden mit relevanten Daten des Antriebs. Hierbei spielen sowohl Echtzeitdaten als auch daraus abgeleitete Vorschau-Analysen eine immer wichtigere Rolle.

2. Vorteile lasen sich in einer Vielzahl von Bereichen erzielen, hier würde ich allen voran die Predictive Maintenance nennen. Je mehr Daten ich während der Nutzung des Motors sammeln und auswerten kann, umso konkreter können Voraussagen zur Lebensdauer beziehungsweise zu vorbeugenden Maßnahmen getroffen werden, um einen Ausfall zu verhindern. Das wiederum ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler Produktionsprozesse, was sich dann wiederum positiv auf die Produkte und die damit zusammenhängenden Kosten auswirkt.

3. Während den weltweiten Einschränkungen und den logistischen Engpässen erhalten wir etablierte Lieferketten aufrecht. Schlüsselkomponenten wurden teils zu signifikant höheren Preisen gekauft und bevorratet. Wir haben rasch und auch etwas mutig reagiert, als Bauteile für unsere Produkte (Motoren, Getriebe und elektrische Steuerungen) weltweit knapp wurden.

1. Wir erfahren aktuell ein zunehmendes Interesse an immer kompakteren Antriebssystemen. Gerade in der Robotik ist eine hohe Leistungsdichte auf engstem Bauraum mit integrierter Sensorik gefragt. Selbstverständlich gewinnt auch das Thema Energieeffizienz aktuell extrem an Bedeutung. Nachhaltigkeit und damit verbundene Umweltaspekte sind stark in den Vordergrund gerückt. Die Digitalisierung ermöglicht es dem Anwender der intelligenten Antriebe, Energiesparpotentiale zu identifizieren und damit im nächsten Schritt die umweltorientierte Optimierung der Anlagen anzugehen.

2. Intelligente und smarte Antriebslösungen ermöglichen durch die verbesserte Diagnostik eine höhere Verfügbarkeit der Produktionsanlagen. Auch Optimierungsprozesse lassen sich mit smarten Antriebslösungen effizienter gestalten. Die verbesserte Kommunikation innerhalb des Gesamtsystems ermöglicht insgesamt eine höhere Anlagenkomplexität bei gleichbleibendem Entwicklungsaufwand. Smarte Antriebe öffnen zudem die Tür zu zusätzlichen, serviceorientierten Geschäftsmodellen.

3. Für uns als europäisches Entwicklungs-Headquarter des MinebeaMitsumi-Konzerns hat die Knappheit wichtiger Rohstoffe und Komponenten zwei Auswirkungen: Zum einen das Risiko, nicht lieferfähig zu sein und zum anderen die Verschlechterung der Profitabilität. Wir versuchen dem entgegenwirken, indem Expertenteams auf der Einkaufsseite das globale Lieferantennetzwerk optimieren. In Absprache mit unserer Kundschaft suchen wir zudem nach Alternativen im Produktdesign, bei denen wir eine höhere Verfügbarkeit erwarten können. Bei kritischen Komponenten starten wir die Make-or-Buy-Analyse gegebenenfalls neu und schauen, ob wir sie selbst herstellen können.

Unsere Fragen an die Experten:

1. Intelligente Antriebe für den Maschinen- und Anlagenbau sind die Zukunft. Was sind aktuell die wichtigsten Trends in der Antriebstechnik?
2. Welche Vorteile haben Maschinenbauer von intelligenten und smarten Antriebslösungen?
3. Viele Hersteller leiden unter Materialknappheit, gestörten Lieferketten und stark gestiegenen Energiepreisen. Welche Auswirkungen hat dies für Sie als Hersteller von Antriebslösungen und wie reagiert Ihr Unternehmen darauf?

1. Künstliche Intelligenz wird den Maschinenbau verändern: Maschinen werden selbständiger Entscheidungen treffen und der Eingriff von Personal in Produktionsablauf wird ein anderer werden. Der Einsatz von intelligenter Sensorik auf Maschinendaten in immer mehr, auch passiven Komponenten wird Prozesse effizienter und reaktionsschneller machen. Aber ebenso spielt Energieeffizienz bei intelligenten Antriebslösungen eine wichtige Rolle: Energiespartechniken, die vor einigen Jahren nicht möglich waren, stellen in heutigen Anlagen durch Digitalisierung und KI kein Problem mehr dar.

2. „Mitdenkende“ Maschinen eröffnen ihren Entwicklern und Herstellern völlig neue Ansätze. Von der Überwachung der Maschinenkomponenten über PLC, IPC, Tablet oder Smartphone bis hin zur Vernetzung unterschiedlicher Maschinenteile an unterschiedlichen Standorten ist vieles möglich. Wartungsintervalle können individueller angepasst werden, da ein permanentes Monitoring den Verschleiß individuell erfasst. Dadurch werden Stillstandzeiten reduziert. Durch die kontinuierliche Erfassung von Maschinendaten können zukünftige Maschinen-Generationen schneller optimiert werden.

3. Da unser Portfolio mehrere Produktlinien beinhaltet, sind wir mit allen nicht gleich stark betroffen. Der Bereich elektronischer Komponenten hat uns am härtesten getroffen. Gestiegene Lieferkosten kommen dann noch on Top. Wir versuchen durch ein verbessertes Supply-Chain -Risikomanagement schneller und agiler auf Risiken zu reagieren und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen einzuleiten, bevor ein Schaden entsteht. Wir sprechen bei Problemen früh mit unseren Abnehmern, um besser in die Zukunft planen zu können und passen unsere Lagerbestände und Produktionsprozesse früh an kritische Situationen an.

Condition Monitoring und Predictive Maintenance für intelligente Antriebe

1. Einer der interessantesten Trends für uns ist die smarte Integration von Sensoren in Getriebe durch den Einsatz von Miniatursensoren wie MEMS. Zudem sehe ich die Entwicklung der Anomalie-Erkennung und Predictive Maintenance mit KI-Methoden stark im Kommen. Ein weiterer Trend in der Antriebstechnik ist die Entwicklung und Bereitstellung von Digital Twins für modellbasiertes Systems Engineering (MBSE)

2. Intelligente Antriebe reichern wir mit smarten Sensoren und Monitoringsystemen an, was wir auch gerne bei laufenden Weiterentwicklungen durch entsprechende Prototypen und Tests unterstützen. Wettbewerbsvorteile bringen heute insbesondere das optimale Zusammenspiel von Condition Monitoring und Predictive Maintenance, Strategien, die Defekte früher sichtbar machen und damit Ausfallzeiten reduzieren und die Gesamtanlageneffektivität sowie die effektive Getriebelebensdauer erhöhen können. Ein weiterer Vorteil, den Maschinenbauer haben, die unsere Lösungen nutzen, ist die Expertise, die wir durch Wissensextraktion aus Feld-Messdaten und deren Verknüpfung mit Simulationsdaten erreicht haben.

3. Wir haben uns in den letzten Jahren stark für regenerative Energien engagiert, zum Beispiel mit der Installation großer Photovoltaik Anlagen und der Umstellung auf Fernwärme. Die Auswirkungen der Energiepreise spüren wir natürlich immer noch, aber unsere Erfahrungen mit regenerativen Energien bestärken uns, weitere entsprechende Maßnahmen umzusetzen. Die Verzögerung bei der Auslieferung unserer Antriebssysteme an Übersee trifft unsere Kunden ebenfalls immer wieder. Hier versuchen wir mit entsprechender Vorlaufzeit entgegenzuwirken. Auch allgemein bevorraten wir heute viele kritische Materialien für einen längeren Zeitraum.

1. Energieeffizienz und Lieferfähigkeit sind heute essentielle Ziele. Zur Umsetzung treiben wir die Digitalisierung voran – etwa in Form von Konzepten wie virtuelle Inbetriebnahme, Predicitve Maintenance, Vernetzung von Antrieben und Maschinen sowie Smart Factory.

2. Smarte, intelligente Antriebe umfassen den gesamten Antriebsstrang von der Energieversorgung bis zur Abtriebswelle. Dabei kommt es auf das Zusammenspiel der Komponenten an und auf deren Kombination mit entsprechenden Services. Smart ist eine Antriebslösung insbesondere dann, wenn dem Kunden ein besonderer Mehrwert entsteht. Entsprechende Lösungen verarbeiten Informationen, die von den Komponenten zur Verfügung gestellt werden. Ein moderner Getriebemotor lässt sich beispielsweise mit Sensoren ausstatten, damit der Umrichter detailliert den Energiefluss erfassen kann. Diese Daten fließen in die übergeordnete Steuerung ein. Dadurch lassen sich Bewegungen überwachen und automatisiert optimieren. Wir arbeiten kontinuierlich an diesen Themen. Etwa mit der robusten und sehr performanten Einkabellösung DDI oder Steuerungstechnik, die mit entsprechender Software wie dem Movikit ModelBasedMonitoring ausgestattet ist und mit OPC-UA eine passende, offene Schnittstelle zur Kommunikation in solchen Szenarien bereitstellt. Der Service DriveRadar liefert Software und Dienstleistungen rund um das Thema Datenauswertung.

3. Auch für uns ist die Liefer- und Energiemarktsituation angespannt. Beispielsweise sind viele elektronische Bauteile nur in begrenzten Mengen oder gar nicht verfügbar. Wir haben bereits viele Maßnahmen eingeleitet und unter anderem Redesigns vorgenommen. Die erschwerten Abwicklungen kosten uns ebenso wie anderen Unternehmen Zeit und Geld. Die Folgen für die Wirtschaft sind derzeit noch nicht absehbar. Wir beobachten sehr genau die Märkte und reagieren vorausschauend, um unsere Anwender bestmöglich versorgen zu können.

Flexibilität ist gefragt

1. Im Zentrum des aktuellen Interesses steht die Verfügbarkeit von Daten, von Personen, die mit den Antrieben arbeiten und die Verfügbarkeit der Antriebe selbst. Daten müssen im Sinne von Industrie 4.0 schnell und einfach bereitgestellt und genutzt werden können, um sie zum Beispiel für Condition Monitoring nutzen zu können. Zudem sollte die Projektierung von Antriebssystemen mit möglichst wenig Aufwand möglich sein, damit Zeit für andere Themen bleibt.

2. Sagen wir es so: Für Positionieraufgaben benötigen unsere Kompaktantriebe ausschließlich eine Spannungsversorgung und eine Feldbusverbindung. Standardmäßig ist ein batterieloser Absolutwertgeber integriert, der Referenzfahrten und -initiatoren überflüssig macht. Da auch der Regler und die Leistungselektronik direkt im Antrieb untergebracht sind, wird Platz im Schaltschrank gespart, und zusätzlich vereinfacht sich die Projektierung und Verkabelung. Sämtliche Steuer- und Zustandsdaten können über die integrierte Feldbusschnittstelle ausgetauscht werden. Zur einfachen Diagnose steht bei Geräten mit Profinet ein Webserver zur einfachen Nutzung mit Standardbrowser zur Verfügung. Zur einfachen Umsetzung der Maschinensicherheit ist optional die Sicherheitsfunktion STO (safe torque off) integriert. Von diesen
Eigenschaften können viele Maschinenbauer profitieren.

3. Hier kommt uns unsere Flexibilität und Dynamik eines mittelständischen Unternehmens zugute. Wir konnten und können bei Materialengpässen sehr schnell auf alternative Komponenten ausweichen, Redesigns in der hausinternen Elektronikfertigung sehr schnell in Serie bringen und dabei auch die Kosten im Blick behalten. Da bei uns schon immer Wert auf vorausschauende Beschaffung und solide Lagerbestände gelegt wurde, liefern wir auch aktuell in den allermeisten Fällen termingerecht.

1. Die elektrische Antriebstechnik kommt künftig ohne den standardisierten Digitalen Zwilling als virtuelle, digitale Repräsentanz eines physisch greifbaren Getriebes und Servoaktuators nicht mehr aus. Er verbindet über IIoT-Plattformen hinweg den Entstehungsprozess und Lebenszyklus eines Produktes mit dessen Nutzungskreislauf beim Kunden und in der Applikation. Dies erschließt enorme Potenziale für eine digitale Wertschöpfung – sowohl bei uns intern als auch bei den Kunden und Anwendern.

2. Ausfallrisiken antizipieren, Wartungsbedarf erkennen, Verfügbarkeit vorhersagen, Ausschuss vermeiden, bevor er entsteht – intelligente Antriebe und Getriebe in Verbindung mit digitalen, smarten Services können Maschinenbauern viele Vorteile bieten. Unsere smarten Getriebe sind in der Lage, das Betriebsverhalten von Antriebsachsen zu erkennen – und mit ihrer Konnektivität sind sie direkt in digital vernetzte Umgebungen smarten Maschinen oder Fabriken integrierbar. Intelligente Antriebslösungen ermöglichen es Maschinenbauern, die smarten Services in ihre eigene Serviceumgebung zu integrieren, wie diese bereits von einigen Anwendern unserer smarten Getriebe beispielsweise in Verpackungsmaschinen umgesetzt wird.

Die Fragen stellte Jan P. Bihn, Redakteur.

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