In nahezu allen Branchen geht der Trend zu immer kürzeren Produktlebenszyklen und damit ständig kleineren Losgrößen. Produktionsverantwortliche fordern darum von Maschinenherstellern kürzere Umrüstzeiten und eine höhere Flexibilität bei der Zusammenstellung von Verarbeitungsstationen. Immer häufiger kommen deshalb Servoantriebe zum Einsatz, die bislang mechanische Funktionen in die Software verlagern. Gleichzeitig schafft das auch die Voraussetzungen für modulare Maschinenkonzepte. Bislang erschwerte die konventionelle Antriebstechnik eine konsequente Modularisierung von Maschinen durch umfangreiche Installationsarbeiten. Alle Motoren müssen dabei über ein Kabel für die Leistungsversorgung und ein Kabel für den Geber mit dem jeweiligen Antrieb im Schaltschrank verbunden werden.

Das entfällt bei den schaltschranklosen Servoantrieben Indra Drive Mi der zweiten Generation. Mit diesen erweitert Bosch Rexroth die Einsatzmöglichkeiten durch eine Multi-Ethernet-Schnittstelle, Auskopplung der Führungskommunikation sowie zertifizierte Sicherheitsfunktionen von Safe Torque Off bis zu Safe Motion. Das grundlegende Konzept der Antriebe ist das Verschmelzen von Antriebselektronik und Motor zu einer integralen Einheit. Antriebsfunktionen, Bewegungssteuerung und Ablauflogik ergeben ein Motion Logic-System nach IEC 61131-3, das auch komplexe Bewegungsaufgaben regelt.

Die Verkabelung der motorintegrierten und motornahen Antriebe erfolgt schon bei der Modul-Montage. Für die spätere elektrische Integration in die Maschine genügt es dann, nur noch ein Hybridkabel für die Stromversorgung und die Kommunikationsanbindung in den Schaltschrank zu führen. Dort beansprucht lediglich die Leistungsversorgung einen minimalen Platz. Sie ist modular mit Ansteuerelektroniken erweiterbar. Der Maschinenhersteller muss lediglich den ersten Antrieb mit dem Versorgungsmodul im Schaltschrank verbinden. Alle weiteren Antriebe werden in Reihe an einem Kabel miteinander verbunden. An einem bis zu 200 Meter langen Kabelstrang können Maschinenhersteller bis zu 20 Servoantriebe anschließen.

Die schaltschranklose Antriebstechnik ermöglicht völlig parallelisierte Montage- und Installationsarbeiten an verschiedenen Prozessstationen. Außerdem sinkt bei jedem Modul der Aufwand. Ein Beispiel: Bei einer Anwendung mit 60 Motoren beträgt der mittlere Abstand zwischen den Motoren einen Meter. Der erste Motor ist 5 Meter vom Schaltschrank entfernt. Unter diesen Bedingungen benötigt der Maschinenhersteller bisher insgesamt 4140 Meter Kabel: 2070 Meter Motorkabel und 2070 Meter Geberkabel. Die schaltschranklose Antriebstechnik kommt dagegen mit lediglich 128 Metern Hybridkabel aus. Damit spart sie allein rund 4000 Meter Kabel ein und verringert den Zeitaufwand für die Verkabelung.

Fast 50 Prozent Engergie gespart

Damit erfüllt diese Technik die Anforderung der Maschinenanwender, Maschinen und Schaltschränke möglichst kompakt zu halten. Mit den Antrieben aus Lohr können sie den Volumenbedarf von elektrischen Antrieben im Schaltschrank um bis zu 90 Prozent reduzieren. Ein Nebeneffekt: Auch beim Retrofit älterer Anlagen reicht der vorhandene Schaltschrank oft aus, selbst wenn zahlreiche zusätzliche Servoantriebe zum Einsatz kommen. Gleichzeitig sinkt der Kühlbedarf im Schaltschrank um bis zu 90 Prozent, da Kühlaggregate am Schaltschrank und deren benötigte Energie entfallen. Denn anders als in einem geschlossenen Schaltschrank muss die Verlustwärme nicht energieintensiv abgeführt werden. Die Kühlung erfolgt über die Motormantelfläche eines jeden motorintegrierten Antriebs. Durch die gemeinsame Versorgung über ein Kabel sind die Antriebe eines Stranges ebenso energetisch gekoppelt wie die einzelnen Antriebsstränge. Die beim Bremsen generierte Energie eines Antriebs kann unmittelbar von einem beschleunigenden Antrieb genutzt oder in zentralen Energiespeichern gepuffert werden. Damit erreicht der Antrieb Energieeinsparungen von bis zu 50 Prozent. Zusätzlich kann der Maschinenhersteller ein-/rückspeisende Versorgungsmodule einsetzen und überschüssige Energie ins Stromnetz zurückspeisen.

Zudem sind die dezentralen Antriebe reinigungsfreundlich und erfüllen die Schutzart IP65. Mit Safety on Board stehen Maschinenherstellern die derzeit umfangreichsten Sicherheitsfunktionen für schaltschranklose Antriebe zur Verfügung. Über Safe Torque Off hinaus bieten sie mit Safe Motion auch zertifizierte sichere Bewegungen. Sie decken sowohl geberlose Sicherheitsfunktionen als auch solche mit Geber ab. Die Sicherheitsfunktionen ohne Geber wie SS1, SS1-ES oder STO sind mit Kat 4 PL e gemäß EN ISO 13849-1 und SIL 3 gemäß EN 62061 zertifiziert. Zusätzlich umfasst der Servoantrieb viele Sicherheitsfunktionen mit Geberrückführung wie SS2, SOS, SLS, SMS, SMD, SLI oder SDI. Sie entsprechen Kat 3 PL d gemäß EN ISO 13849-1 und SIL 2 gemäß EN 62061. Das Gerät nutzt CIP Safety on Sercos zur Protokollsicherung. Die Signale werden einfach neben den Standarddaten des Automatisierungsbus Sercos echtzeitfähig eingetaktet. Die Integration von Antriebs-, Peripherie- und Sicherheitsbus sowie Standard-Ethernet in einem einzigen Netzwerk vereinfacht die Handhabung und reduziert Hardware- und Installationskosten. Die einfache Sicherheitsfunktion „Safe Torque Off“ kann unterschiedliche Sicherheitszonen innerhalb eines Antriebsstrangs bilden.

Neben den vollständig motorintegrierten Antrieben umfasst das System auch eine motornahe Antriebsvariante. Sie eignet sich besonders dann, wenn der Einbauraum für den Motor begrenzt ist, der Konstrukteur aber dennoch die Vorteile der schaltschranklosen Antriebstechnik nutzen will. Dazu platziert er einen motornahen Servoantrieb an einer geeigneten Stelle in der Nähe des Motors. Dies reduziert das Gesamtbauvolumen im Vergleich zu klassischen Servoantriebslösungen und gegenüber anderen integrierten Lösungen. Mehr noch: Die motornahe Variante ermöglicht die Integration von Rexroth- sowie Third-Party-Motoren in einen Indra Drive Mi-Antriebsstrang. jg