Antriebslösung

Liften ohne Leerzeit

"Die Taktzeit ist der zentrale Punkt in der Fördertechnik, um den sich alles dreht", weiß Karl Schnaithmann. Vor diesem Hintergrund hat der Systemlieferant ein neues Liftsystem entwickelt, das auf einer einzigartigen Kombination aus Getriebemotor und Frequenzumrichter basiert. Vorteil: servoelektrische Eigenschaften gepaart mit wirtschaftlichen Standardkomponenten.

Mit dem neuen Liftsystem für zwei übereinanderliegende Bandstrecken zeigt Schnaithmann Maschinenbau, dass bisherige Taktzeiten auf die Hälfte verkürzt werden können. (Fotos: Siemens)

„In der Fördertechnik gehören die Taktzeiten zu den vieldiskutierten Aufgabenstellungen; aus diesem Grund widmen wir in unserer Entwicklungsabteilung diesem Thema viel Aufmerksamkeit“, betont Karl Schnaithmann, Geschäftsführender Gesellschafter von Schnaithmann Maschinenbau in Remshalden bei Stuttgart. Im konkreten Fall meint er damit sein neu entwickeltes Liftsystem, das die Taktzeit bisheriger Lösungen sogar halbiert. Seiner Erfahrung nach beträgt nämlich typischerweise die Zykluszeit eines Hubs mit 1.000 Millimetern bei zwei übereinanderliegenden Bandstrecken – bestehend aus Fahr- und Leerzeit – etwa 13 Sekunden. „Wir schaffen das in sechs Sekunden, weil es keine Leerzeit gibt“, freut sich der Praktiker.

Der Grund dafür liegt zum einen in der besonderen Kinematik dieser Lösung und zum anderen in der antriebstechnischen Finesse, die hier zum Einsatz kommt. Prinzipbedingt bewegen sich zwei um 180 Grad versetzte Hubeinheiten zwangsgeführt in einer elliptischen Nutkurve. Dieses Prinzip gewährleistet, dass bei maximaler Hubhöhe ein minimaler Platzbedarf in der Breite benötigt wird. Damit können Werkstückträger bis zu 50 Kilogramm Gesamtgewicht und einer Breite von 800 über Hubhöhen von 1.500 Millimeter wirtschaftlich von einem Band zum nächsten transportiert werden

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Zweistufiger Getriebemotor

Das Liftsystem wird von einem zentral montierten Rotationsantrieb über zwei separate Kettensysteme bewegt. Der hier eingesetzte Getriebemotor Simogear von Siemens der Baugröße B29 in Aluminiumausführung enthält ein zweistufiges Kegelstirnradgetriebe. "Dieser arbeitet mit einem Wirkungsgrad von rund 96 Prozent energieeffizienter als vergleichbare Schneckengetriebemotoren", begründet Volker Sieber. Energieeffizienz und Nachhaltigkeit spielen bei Schnaithmann neben der Wirtschaftlichkeit eine zentrale Rolle. In Verbindung mit dem dezentralen Frequenzumrichter Sinamics G120D spielt diese Antriebsvariante ihre volle Leistungsfähigkeit aus. Volker Sieber fasst das folgendermaßen zusammen: "Hätte Siemens diese einzigartige Kombination aus Getriebemotor und Frequenzumrichter nicht entwickelt, hätten wir uns bei unserem Liftsystem für eine servomotorische Lösung entscheiden müssen."

Präzise positionieren

Die servomotorische Lösung wäre aus technischer und wirtschaftlicher Sicht deutlich anspruchsvoller gewesen. Stattdessen hat sich der Getriebemotor mit einem Drehstrom-Asynchronmotor als Antrieb plus einem zusätzlichen Geber bewährt. Die Dynamik und die Präzision in der Positionierung der beiden Hubeinheiten werden mithilfe des erwähnten Frequenzumrichters erreicht, denn den Frequenzumrichter Sinamics G120D gibt es mit Positionierfunktion, der die Gebersignale (inkremental und absolut) aufnimmt und direkt verarbeitet. "Dadurch ist diese Kombination auch aus steuerungstechnischer Sicht sehr komfortabel und erreicht die hier geforderte hohe Dynamik und Positioniergenauigkeit", bestätigt Marc Hentzner, Bereichsleiter Steuerungstechnik bei Schnaithmann.

In der Praxis lässt sich damit das Liftsystem auf etwa 0,5 Millimeter Genauigkeit positionieren, was in der Fördertechnik einen überaus guten Wert darstellt. Diese Genauigkeit ist allein schon deshalb bemerkenswert, weil durch die beschriebene Zwangsführung zu jedem X-Achsenversatz ein Y-Achsenversatz dazu kommen würde. Volker Sieber: „Auch einfache Pick-and-Place-Anwendungen profitieren von dieser neuen Gesamtlösung aus Getriebemotor und Frequenzumrichter mit integrierter Positionierfunktion, wie sie Siemens anbietet.“ Die Anforderung beim neuen Liftsystem mit zwei Bandstrecken übereinander waren eindeutig: langsam in die Endlage fahren und dabei möglichst genau positionieren. Interessant war zudem noch, dass der Frequenzumrichter mit der hohen Schutzart IP65 in direkter Nähe zum Getriebemotor platziert werden konnte.

Integrierte Sicherheitsfunktionen

Die Kommunikation mit der Maschinensteuerung - einer fehlersicheren Simatic S7-317 F von Siemens - erfolgt über Profinet. Auch der Frequenzumrichter für den Liftantrieb ist auf diese Weise mit der Maschinensteuerung verbunden. Dabei liefert das Gerät eine Reihe wichtiger Diagnoseinformationen, was sich auch für den Remote-Service nutzen lässt. Volker Sieber erklärt: "Mit dieser Neuentwicklung haben wir gleich in zweifacher Hinsicht Neuland betreten, nämlich die Positionierung ohne Servomotor und die Integration der Sicherheitstechnik in die Maschinensteuerung." Denn den Umrichter Sinamics G120D im Leistungsbereich zwischen 0,75 und 7,5 Kilowatt gibt es mit eingebauten fehlersicheren Ein- und Ausgängen. Während bisher schon die Sicherheitsfunktionen SS1, STO und SLS vorhanden waren, sind nun SDI und SSM hinzugekommen. Zum Beispiel erweist sich die sichere Drehrichtung SDI beim Betrieb von Querverschiebewagen als wertvolle Ergänzung zum bisherigen Leistungsumfang. Für die sichere Geschwindigkeitsüberwachung SSM gibt es ebenso wichtige Anwendungsfälle, zum Beispiel Förderbänder oder Elektrohängebahnen, die Werkstücke befördern, an denen während des Transports gearbeitet wird. Selbst auf zusätzliche Geber könnte aus sicherheitstechnischer Sicht im Einzelfall verzichtet werden, weil der Frequenzumrichter seine Sicherheitsfunktionen ohne Geber realisiert.

Karl Schnaithmann ergänzt: „Im Verlauf der Unternehmensentwicklung haben wir immer wieder besondere Lösungen auf den Markt gebracht, die Querdenken und Kreativität voraussetzen – dafür sind wir bekannt, und das haben wir auch hier wieder einmal bewiesen.“ Ein weiterer Grund für die Zufriedenheit mit dieser besonderen Kombination aus Getriebemotor und Frequenzumrichter mit Positionierfunktion ist deshalb auch die mögliche Energierückspeisung. Denn der Umrichter Sinamics G120D – ebenso wie die zentral einsetzbare Variante Sinamics G120 – ist modular aufgebaut und kann mit einem entsprechenden Power-Modul ausgestattet werden. Dieses speist dann bei Senkvorgängen die Energie in den Zwischenkreis und dann ins Netz zurück. Vorteil: Einsparung von Energie plus Vermeidung von Bremswiderständen.

Johanna Gebhardt/bw

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