Warum es nicht reicht, aus eins und eins einfach zwei zu machen

Autor: Klaus Dierkes, Produktmanager mechatronische Antriebssysteme, Lenze

Die Lenze Smart Products sind speziell zugeschnitten auf die horizontale Fördertechnik | Bild: Lenze
Die Lenze Smart Products sind speziell zugeschnitten auf die horizontale Fördertechnik | Bild: Lenze

 

Mit dem neuen intelligenten Getriebemotor g350 hat Lenze einen spitz auf die Belange der Behälter-Fördertechnik ausgelegten Antrieb konzipiert. Das durch und durch mechatronische System hat der Spezialist für Motion Centric Automation als so genanntes Smart Product ins Portfolio aufgenommen. Die Besonderheiten des g350 werden vor allem im Kontext der Entwicklung der Mechatronik in der Antriebs- und Automatisierungstechnik deutlich.

Der neue Getriebemotor g350 ist eine integrierte Einheit aus Kegelradgetriebe und intelligentem Motor | Bild: Lenze
Der neue Getriebemotor g350 ist eine integrierte Einheit aus Kegelradgetriebe und intelligentem Motor | Bild: Lenze

Der bisher übliche Ansatz im Maschinenbau ist ja nicht wirklich schlecht: Man kombiniere einzelne Standardprodukte zu einem, zur jeweiligen Anwendung einigermaßen passendem, Ganzen. Und sicherlich wird die Lösung verlässlich funktionieren, eine hohe Verfügbarkeit an den Tag legen und zu einem adäquaten Preis zu haben sein. Doch diese Vorgehensweise schafft etwas, „was nur einigermaßen gut passt“ – aber eben nicht perfekt. Viele mechatronische Antriebslösungen sind in den letzten zehn Jahren auf ähnliche Weise entstanden. Damit lässt sich jedoch das Potenzial, das im ureigenen Mechatronikgedanken steckt, bei ehrlicher Betrachtung höchst selten vollständig ausschöpfen. Eins und eins sind zwei – aber auch nicht mehr. Intelligent umgesetzt, kann die Mechatronik jedoch mehr.

Stecken geblieben?

Warum ist die Mechatronik in ihrer Evolution scheinbar nicht so richtig weiter gekommen? Die Frage lässt sich anhand typischer Getriebe-Motor-Kombinationen gut beantworten. War der erste mechatronische Entwicklungsschritt zunächst davon gekennzeichnet, den Motor direkt mit dem Getriebe zu verbinden, entwickelt sich dieser Ansatz dahingehend, auch die Antriebselektronik zu integrieren. Das Resultat waren bei Lenze zum Beispiel Lösungen wie die Verbindung aus Getriebemotor und dezentralem Frequenzumrichter 8200 motec.

Der Erfolg einbaufertiger Kombinationen aus Elektromechanik und Elektronik bestand in der Vergangenheit vor allem darin, dass aufgrund hoher Schutzarten keine Schaltschränke mehr notwendig waren und die Einheiten über die Feld- und Energiebusanbindung vor allem in weit ausgedehnten Förderanlagen Vorteile hatten. An erster Stelle sind die Einsparungen bei der Installation zu nennen, weil mit den dezentralen Antriebslösungen auf die aufwändige Sternverdrahtung verzichtet werden konnte. Auch wenn im Weiteren die Integration von Intelligenz in Form von Software den Mechatronikgedanken scheinbar komplettierte, blieb es – provokant ausgedrückt – immer noch dabei, dass der Mehrwert recht gering ausfiel. Dreimal eins sind drei.

Standardkombinationen setzten Grenzen

Welche Ursachen liegen dieser These zugrunde? Indem das Entwicklungsziel vornehmlich darin bestand, Motor, Antriebselektronik und Softwareintelligenz zu verschmelzen, ist dieses auf Grundlage von Standardkomponenten erfolgt. Ein Normmotor mit 0,25 kW Leistung bekam einen 0,25 kW Frequenzumrichter auf den Klemmenkasten gesetzt – fertig war der mechatronische, drehzahlveränderliche Getriebemotor. Hierbei wird jedoch übersehen, dass die Anwendungen möglicherweise ganz andere Anforderungen an solche Antriebslösungen stellen.

Die Lenze Smart Products sind speziell zugeschnitten auf die horizontale Fördertechnik | Bild: Lenze
Die Lenze Smart Products sind speziell zugeschnitten auf die horizontale Fördertechnik | Bild: Lenze

Gerade in der horizontalen Fördertechnik kann so ein Normmotor durchaus die perfekte Wahl sein – aber vielleicht besser zusammen mit einem Umrichter der 1,1 kW Leistung liefert, um die Losbrechmomente beim Anfahren verlässlich zu beherrschen. Dieses knappe Beispiel zeigt anschaulich, dass die Mechatronik mehr erfordert, als das Zusammenfügen einzelner Komponenten. Ohne Frage: Die können, für sich allein genommen, durchaus perfekt gebaut sein. Nur macht eben ein toller Motor mit einem tollen Umrichter zusammen noch keinen tollen mechatronischen Antrieb.

Auf die Lösung zugeschnitten schafft Vorsprung

Lenze ist vor diesem Hintergrund dazu übergegangen, parallel zum eigenen Anspruch an die weitreichende Standardisierung einer Antriebs- und Automatisierungsplattform, passend auf eine Anwendung zugeschnittene Lösungen zu bauen. Hierbei handelt es sich eben nicht um die Weiterentwicklung einzelner Komponenten, sondern um ein „Füreinander“ Entwickeln. Dieser mechatronische Ansatz hat zwei wesentliche Konsequenzen. Die Hersteller von Antriebs- und Automatisierungstechnik müssen sich hin und wieder davon verabschieden, mit Standardprodukten spezielle Anforderungen perfekt umsetzen zu können.

Das universelle Schweizer Messer hat ohne Frage seinen Wert, verlangt der Spitzenkoch aber nach einem perfekten Werkzeug, dann muss der Griff zum Spezialmesser kommen. 

Reflektiert auf die Antriebstechnik mündet dieser Ansatz aktuell bei Lenze im Getriebemotor g350. Das mechatronische Paket integriert Getriebe, Motor, Elektronik und Software zu einer Einheit, die als Spezialist ganz gezielt für horizontale Fördertechnik entwickelt ist. Vier mal eins sind jetzt tatsächlich mehr als vier. Den Profi für den Materialfluss gibt es in drei Leistungsgrößen mit Drehmomenten von 25, 50 und 75 Nm.

Lenze hat bei der konsequenten Umsetzung des Mechatronikgedanken die Übersetzung des Getriebes weit in den Motorraum gelegt – also nicht nur miteinander aus zwei Einzelkomponenten verschraubt. Vergleichbares gilt auch für die Elektronik und die Software, mit der sich die Festdrehzahl des Motors über eine Lenze-Smartphone-App per NFC-Verbindung variabel einstellen lässt. Auf diese Weise sind, bei gleichem Drehmoment, Geschwindigkeiten am Getriebeausgang von 42 bis 221 Umdrehungen in der Minute frei wählbar. Das macht es in der Praxis sehr einfach, den g350 optimal in die Applikation zu integrieren. Weil es den g350 in nur zwei Ausbaustufen, mit und ohne Bremse, gibt, besteht die komplette Reihe mit den drei Leistungen aus gerade einmal sechs Varianten. Das macht die Handhabung auch die Integration in die Anwendung so einfach. Die dadurch ebenfalls erzielte Standardisierung erspart zudem erheblich Aufwand im gesamten Materialhandling. Dieser Vorteil wird zum Beispiel greifbar durch einfacheres Engineering, weniger Varianten sowie einer insgesamt schnelleren und weniger komplexen Abwicklung im gesamten Bestellwesen.

Schlank mit hoher Effizienz

Nach innen hinein betrachtet, arbeitet das neue mechatronische Antriebspaket energieeffizienter als alle üblicherweise in der horizontalen Fördertechnik eingesetzten Antriebe. Dieser Vorteil resultiert vor allem daraus, dass das Getriebe des g350 einstufig aufgebaut ist und folglich weniger Reibungsverluste auftreten. Ferner setzte Lenze eine optimierte Kegelradverzahnung ein, damit sich das g350 als Winkelgetriebe ohne nennenswerte Störkonturen in eine Fördertechnikanwendung einfügen lässt. Typische Einsatzgebiete sind hier vor allem Materialflusssysteme von Behältern, die von diesem Mehrwert profitieren.

Der g350 Getriebemotor von Lenze bietet – eben exakt auf die Behälterfördertechnik zugeschnitten – integrierte Rampen sowie die Möglichkeit, Bremsen anzusteuern. Beide Funktionen sorgen in der Praxis dafür, dass sich das Fördergut ruckfrei und damit schonend transportieren lässt. Generell betrachtet, ist der g350 eine universelle Standardlösung für den weltweiten Einsatz. Zubehörbauteile machen es dabei möglich, die mechatronische Antriebseinheit auch mit einer zusätzlichen Drehmomentstütze oder einer Vollwelle auszustatten und damit an die Maschinenerfordernisse individuell anzupassen.

Fazit: Das Beispiel des g350 von Lenze zeigt, dass sich die Vorteile einer mechatronischen Herangehensweise im Entwicklungsprozess erst dann wirklich nutzen lassen, wenn über die Grenzen etablierter Komponenten hinaus gedacht wird. Aus 1 und 1 wird erst dann mehr als zwei, wenn ein raffiniertes Miteinander entsteht. Hierbei lohnt es sich deshalb auch, nicht nur auf Einzelebene zu entwickeln, sondern das Ganze zu optimieren. Der Erfolg dieser Arbeit für den Maschinenbauer: Das Leben wird einfacher.