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1 Herzlich willkommen! Systematik und Trends für innovative Antriebslösungen im Maschinenbau Dr. Edwin Kiel, Lenze AG Februar 2004 Referent: Nadine Dr. Edwin Fritzemeier/Jag Kiel

2 Übersicht Anwendungsstrukturierung in Beispiele für Produktionen und Logistikzentren Beispiel einer Antriebslösungen: Querschneider 2

3 Antriebs- und Automatisierungslösungen für Maschinen, Produktionen und Logistik: Frequenzumrichter Servoantriebe Getriebemotoren Dezentrale Antriebe Automatisierung MA, 621 Mio. Umsatz 07/08 Firmensitz: Hameln gegründet

4 Lenze weltweit 8 Entwicklungszentren in D (4), CH, A und USA (2) mit ca. 300 Mitarbeitern 8 Produktionen in D (3), F, PL, I, USA und CN lokale Montagen und Distributionszentren Lenze-Vertriebsgesellschaften in den wichtigsten Regionen der Welt (D, Europa, USA, CN, IND) Ergänzung durch lokale Handelspartner weltweiter Service der Lenze-Produkte gewährleistet 4

5 Der Markt von Lenze Maschinenbau mit den Schwerpunkten: Fördertechnik Robotik/Automotive Materialhandhabung Verpackungstechnik Druck- und Papierindustrie hochautomatisierte Fertigungsund Logistiksysteme insbesondere für Ge- und Verbrauchsgüter 5

6 Unsere Lenze-Vision 6

7 Produktionsleistung von Produktionen 7

8 Taktraten und Größen von Fabriken 1 Minute: Produkte, die im Abstand von Jahren gekauft werden (z.b. Autos, Möbel, Hausgeräte) (einige Stück / Jahr) 1 Sekunde: Produkte, die im Abstand von Wochen gekauft werden (z. B. Bücher, Lebensmittel) (ca. 10 Mio. Stück / Jahr) 10 / Sekunde: Produkte, die täglich gekauft werden (z.b. Tageszeitung) (>> 10 Mio. Stück / Jahr) sehr hohe Produktionsleistungen: Getränke, Zigaretten typ. Fabrikgrößen: Mio. Umsatz, MA Ausnahme: Automobilfertigung, mehrere Mrd. Umsatz, mehrere MA, sind die größten und komplexesten Massenfertigungen, haben Vorbildcharakter 8

9 Aufbau eines geregelten Antriebssystems dezentrale Wandlung elektrischer in mechanische Energie für den Arbeitsprozess dabei Steuerung und Regelung der Bewegung durch die Software im Umrichter geregelte Elektroantriebe sind mechatronische Aktoren in Automatisierungssystemen 9

10 Historische Entwicklung der Antriebe vor 1985: analoge Regelung abschaltbare Leistungselektronik wenig robust neben Drehstromantrieben auch DC-Antriebe und Schrittmotoren : Nutzung der Mikroelektronik ( Moore s Law ) Mikrorechner, Digitalisierung der Signalverarbeitung robuste Leistungselektronik (IGBTs + Leistungsmodule) Dominanz des Drehstrommotors: Asynchron- und permanenterrregte Synchronmotoren ( EC-Motor ) : Funktionserweiterung: Kommunikation, Sicherheitstechnik, Softwarefunktionen, dezentrale Antriebe 10

11 Klassifikation von Antrieben Klassisch nach Performance und Kosten Frequenzumrichter mit Standard-Drehstrommotoren Servo-Umrichter mit Servo-Motoren diese Klassifikation hat einige Schwächen nur geringer Anwendungsbezug es gibt zunehmend Produktüberlappungen daher neue Klassifikation geschaffen, die sich an den Anwendungen orientiert Anwendungen werden branchenübergreifend eingesetzt eine Anwendung ist immer die Zusamenstellung der Komponenten zu einer Lösung die Antriebsfunktion (Bewegungsführung) und die Antriebsperformance (Antriebsregelung) unterscheiden sich zwischen diesen 11

12 12

13 Zeitungsdruck Abwickler, Drucktürme, Faltapparat, Transportkette, Beilageninsertion, Stapelung, Verpackung, Druckplattenproduktion, kein automatisches Lagersystem =========================== Produktionstakt: Stck / h 10 Zeitungen / sec Exemplare pro Tag einer 4-farbigen Zeitung mit 32 Seiten für eine Bevölkerung von ca =========================== Für eine Bevölkerung von 100 Mio. werden ca. 300 Druckereien benötigt 13

14 Zeitungsdruck: Antriebslösungen Antriebe für Pumpen und Ventilatoren 17% Haupt- und Werkzeugantriebe 5% Antriebe für Querschneider und fliegende Sägen 2% Wickelantriebe 6% Förderantriebe 15% Fahrantriebe 1% Hubantriebe 1% Positionierantriebe 11% ca. 140 Antriebe ca. 80% der Antriebe sind geregelt (Frequenzumrichter, Servo) ca. 40 Servoantriebe in Drucktürmen und in der Druckplattenproduktion, ca. 70 Frequenzumrichter Automatisierung mit Industrie PC vollständige Feldbusvernetzung Gleichlaufantriebe 42% 17% Servo in den Druckwerken 22 % FU für Kette und Beilageninsertion 14

15 Kurztakt-Presse für Laminatfußboden Hydraulische Presse, Pressenzuführung, Aufteilsäge, Profilierung für die Panele, Verpackung, automatisches Hochregallager =========================== Produktion of Mio. m² / Jahr Produktionstakt: 48 m² / 20 sec (Presse) =========================== Für eine Bevölkerung von 100 Mio. werden ca. 2-3 Pressenstraßen benötigt 15

16 Kurztakt-Presse für Laminatfußboden Werkzeugantriebe 15% Antriebe für elektr. Kurvenscheibe 1% Wickelantriebe 1% Antriebe für Pumpen und Ventilatoren 5% Förderantriebe 26% Fahrantriebe 1% Hubantriebe 1% Ca. 200 Antriebe insgesamt alle Antriebe sind geregelt (Frequenzund Servo-Umrichter), alle mit integrierter Sicherheitstechnik Ca. 70 % Servo Positionierantriebe und 30 % Frequenzumrichter Steuerung durch 4 SPS-Systeme, Visualisierung mit Industrie-PCs Profibus und CAN als Kommunikationssyteme Positionierantriebe 50% 16

17 Logistikzentrum einer Supermarktkette Vollautomatisches Hochregallager einschl. Entpalettierung und Kommissioniersystem =========================== Kommissionierung von Kollis pro Tag für 800 Supermärkte, regelmäßiger Bedarf von ca. 1 Mio. Menschen Kommissioniertakt: 4-5 sec / Kolli / Maschine (bei insg. 24 Maschinen) =========================== Für eine Bevölkerung von 100 Mio. werden ca. 100 Logistikzentren benötigt 17

18 Logistikzentrum einer Supermarktkette Hubantriebe 6% Fahrantriebe 3% Positionierantriebe 1% ca Antriebe im Einsatz ca. 40% der Antriebe sind geregelt (Frequenzumrichter, Servo) ca. 50 Servo Positionierantriebe für die Kommissionierung Automatisierung mit 60 Anlagen-SPS Feldbustechnik: Interbus Förderantriebe 90% 18

19 Quantitative Bewertung für die Fabrikautomation in Europa Antriebsanzahl / Gesamtanzahl in % ,5 1, ,5 0,5 1,5 2,5 4 Förderantriebe Fahrantriebe Hubantriebe Koordinierte Antriebe Positionierantriebe Gleichlaufantriebe Wickelantriebe Antriebe für Querschneider und fliegende Säge Antriebe für elektronische Kurvenscheiben Antriebe für Umformprozesse Haupt- und Werkzeugantriebe Antriebe für Pumpen und Ventilatoren 7 19

20 Verteilung der Antriebslösungen 7 bis 10 Anwendungen wurden typ. in Produktionsanlagen eingesetzt, das Logistikzentrum nutzt nur 4 Anwendungen Insgesamt ist Fördern bei weitem die am häufigsten eingesetzte Anwendung (50 % der Stückzahl) Anwendungen ohne hohe Anforderungen an die Bewegungssteuerung umfassen ca. 60% des Marktes Antriebe für Pumpen und Ventilatoren werden auch im Maschinenbau häufig eingesetzt Nur in speziellen Produktionseinrichtungen steigt die Einsatzhäufigkeit von Positionierantrieben (diskrete Prozesse, Bewegen von Werkstücken bzw. zeugen) bzw. Wickel- und Gleichlaufantrieben (kontinuierliche oder schnell getaktete Prozesse, Bewegen und Bearbeiten von Endlosmaterial) 20

21 Aufbau einer Antriebslösung 21

22 Mechatronische Antriebslösung Querschneider Vereinzelung von Endlosmaterial nach einem kontinuierlichen Produktionsprozess (z.b. Drucken, Kaschieren) variable Einstellung der Schnittlänge entsprechend des Produktionsloses hohe Taktrate notwendig bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten 22

23 Kenndaten für Querschneider Anforderungen aus den Anwendungen Anwendungsgebiete für Querschneider Branche Geschw. (m/min) Genauigkeit (mm) Takte pro min Produktion und Konfektionierung von Wellpappen Papier ,1 0, Produktion und Konfektionierung von Stahldrähten Metall ,2 0, Konfektionierung von Verpackungsmaterial Verpackung , Schneiden, stanzen von Karton, Bögen, Folien Papier, Kunststoff ,

24 Aufbau Querschneider Servogerät mit Leistungselektronik, Regelung, Bewegungsprofile Zuführwalze Getriebe rotativer Querschneider Schnittmarken Schnittmarkensensor Erfassung der Leitgeschwindigkeit Getriebe Zuführwalze Referenznocke Referenzinitiator Servomotor Querschneider mit Rückführung über Resolver Messerwalze 24

25 Funktionalitäten der Antriebslösung Querschneider L Sensor Erfassung Drehzahl, Drehwinkel der Antriebe Erfassung Referenzmarken Maschinenfunktionen Kontinuierliches Schneiden Referenzfahrt Handfahren Einfachpositionierung Testbetrieb Steuern und Regeln Ablaufsteuerung des Schnittvorgangs Profilgenerierung für Winkel / Drehzahl Drehzahl- und Winkelregelung der Antriebe Aktor Servo-Umrichter Motoren Getriebe, Übertragungselemente Walzen 25

26 Querschneider: Kundenbeispiel 26

27 Trends bei Antriebssystemen Anzahl der Antriebe steigt (Automatisierung) Anteil der geregelten Antriebe steigt (bessere Funktionalität, Energieeffizienz) Mehr dezentrale Lösungen, mehr integrierte Lösungen Software erhält eine höhere Bedeutung (Antriebsregelung, Bewegungsführung, Diagnose von Antrieb und Prozess) Ansteuerung über Kommunikationssysteme, Umstellung auf Ethernet Integration der Sicherheitstechnik Einfaches Engineering, hierfür leistungsfähige Werkzeuge Fokus auf die Lebenszykluskosten 27

28 Buch Antriebslösungen Fachbuch, das die Anwendungen der elektronischen Antriebstechnik erstmalig ordnet und darstellt Anlass: 60 Jahre Lenze 2007 Gemeinschaftswerk von 26 Lenze- Autoren erhältlich in einer Lenze-Ausgabe und in einer Ausgabe vom Springer-Verlag jeweils deutsch und englisch 28

29 Hochautomatisierte Massenfertigungen für Ge- und Verbrauchsgüter sowie Logistiksysteme benötigen eine hohe Anzahl von geregelten Antrieben die Gesamtmenge der Anwendungen lässt sich in 12 Antriebslösungen einteilen für diese Antriebslösungen gibt es spezifische Anforderungen und Funktionalitäten am Beispiel eines Querschneiders wurde gezeigt, wie ein geregelter Antrieb als mechatronisches Maschinenelement einen mechanischen Prozess steuert die zeigen eine steigende Zahl und eine zunehmende Bedeutung der Software 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 30

31 Impressum Herausgeber Lenze AG Postfach D Hameln Standort: Groß Berkel Hans-Lenze-Straße 1 D Aerzen Telefon ( ) 82-0 Telefax ( ) Internet: Copyright 2007: Lenze AG Die in dieser Präsentation veröffentlichten Inhalte sind urheberrechtlich geschützt. Jede Reproduktion durch Nachdruck, Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren und Änderung nur nach schriftlicher Zustimmung der Lenze Drive Systems GmbH. Technische Änderungen vorbehalten Erstellt in Germany

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