Dezentralisierung reduziert die Verkabelung massiv und vereinfacht die Systemarchitektur

April 09, 2016, by Reid Hunt

Bei der Entwicklung einer neuen Maschine konzentrieren sich Maschinenbauer in erster Linie auf Funktionalität und Zuverlässigkeit. Ideen werden zu Papier gebracht und Funktionskomponenten in Blockdiagrammen miteinander verbunden. Dünne Linien zeigen, wie die einzelnen Teile zusammengehören. Das ist die kreativste Phase des gesamten Entwicklungsprozesses. Da sich alles nur auf einem Whiteboard befindet, lassen sich die Teile mühelos hin- und herschieben. Auch wenn der Prozess schon so weit fortgeschritten ist, dass Sie an einem CAD-Modell arbeiten, erfordern Änderungen noch keine physische Arbeit. Die Montage der einzelnen Komponenten geschieht auch in diesem Stadium nur in Ideenform.

Langsam aber sicher erscheinen nun die Kabelverbindungen auf dem Plan. Die meisten Entwickler nutzen die vorherige Generation oder Variante der Maschine als Ausgangspunkt, damit nicht vergessen wird, dass man all diese Teile mithilfe von Kabeln verbinden muss. Viel zu viele von ihnen denken jedoch nicht daran, das Kabelmanagement als Gelegenheit zu betrachten, einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen. Ihre Installation ist arbeitsaufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Da die Anschlüsse bis zu den Klemmenblöcken der DIN-Schiene geführt werden müssen, ist die Verkabelung im Schaltschrank eine ähnlich anspruchsvolle Herausforderung. Jedes Kabelende muss abisoliert, etikettiert und mit einer Klemmhülse versehen werden. Verglichen mit der Arbeit am Computer scheint dies der zeitaufwendigste Teil des Entwicklungs- und Fertigungsprozesses zu sein.

Doch jetzt gibt es Hilfe. Im Kampf mit der Verkabelung und Verdrahtung haben Maschinenbauer endlich die große Bedeutung des Konzepts der Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit verstanden. Gegenwärtig befinden sich unzählige Systeme auf dem Markt, die Maschinenfunktionen und Konnektivität integrieren. Zwar zeichneten sich bereits die frühen derartigen Produkte durch Einfachheit und Effektivität aus; sie entsprachen jedoch nicht den Leistungsanforderungen industrieller Maschinenbauer. Integrierte Antriebssysteme hatten um die 500 Watt und die Leistung war begrenzt. Seit einigen Jahren werden jedoch immer mehr und größere Varianten angeboten. Bei einer anderen neuen Entwicklung werden separate Antriebe und Motoren verwendet, wobei die Antriebe jedoch sehr nah an der Motorachse platziert werden – wegen deren Abdichtung gegenüber Umgebungseinflüssen. Diese Lösung bietet maximale Leistung ohne Einbußen bei der Flexibilität des Motors. Sie stellt ein dezentrales Antriebssystem dar.

Jedem Konstrukteur, der einmal an großen mehrachsigen Maschinen gearbeitet hat, stehen die Vorteile dieser neuen Lösung klar vor Augen. So sind zum Beispiel für eine achtachsige Maschine mit drei Metern Abstand zwischen den Motoren (wie bei einem langen Bearbeitungsprozess an einer Fertigungslinie) in der herkömmlichen Ausführung mit Antrieb im Schaltschrank 372 Meter Kabel erforderlich. Bei der dezentralen Lösung verlaufen Rückführung, Stromversorgung und Bus über einen einzigen Leitungsstrang. Da sich die Antriebe jetzt draußen auf dem Maschinengehäuse befinden, ist nur eine Direktverbindung erforderlich. Um die Rückführung eines Bündels von Kabeln zum Schaltschrank zu vermeiden, werden die Antriebe verkettet. Diese Konstruktion hat eine einfache Architektur und – aufgrund der kürzeren Verbindungsstrecken – eine zuverlässigere Maschine zur Folge.

 dezentrales Antriebssystem
Links: 372 Meter bei der herkömmlichen Ausführung. Rechts: 42 Meter mit einer dezentralen Lösung

Auch im Schaltschrank sieht die Sache deutlich anders aus. Die Anzahl der Klemmenblöcke wird drastisch reduziert, sodass ein viel kleinerer Schaltschrank benötigt wird. Als Faustregel erfordert ein Antrieb etwa 15 Klemmenblöcke.

Wenn Ihnen bisher Kabelwege Ihre Arbeit als Maschinenkonstrukteur schwer gemacht haben, ist jetzt die Zeit gekommen, einen Blick auf diese neuen Ansätze zu werfen. Diese tragen nicht nur dazu bei, Kosten und Mühe bei Verkabelung und Verdrahtung zu vermeiden. Sie eröffnen außerdem die Möglichkeit, viel kleinere Maschinen zu bauen. Vernachlässigen Sie diese Vorteile nicht. Wenn der Gedanke an die Verkabelung auf dem Papier auch an letzter Stelle stehen mag, wirkt sich diese doch in der physischen Maschine auf so gut wie alle Aspekte der Konstruktion aus.

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