Komplexität gestalten: Maßgeschneiderte Antriebssysteme

Alles um uns herum ist in Bewegung – von Geräten und Maschinen bis hin zu Fließbändern und Schiebetüren. Diese ständige Bewegung erfordert durchdachte, zuverlässige Lösungen, um einen reibungslosen und effizienten Betrieb in verschiedenen Anwendungen zu gewährleisten. Sander van Vliet, Maschinenbauingenieur in der Abteilung Precision Motion & Control, gibt einen Einblick in die Entwicklung dieser innovativen Lösungen bei ERIKS. Darüber hinaus zeigt er anhand mehrerer Case Studies, wie diese Abteilung mit Kunden zusammenarbeitet, um Antriebssysteme zu entwickeln und zu implementieren, die Maschinen und Geräte in Bewegung setzen.

Elektrische Antriebssysteme sind in fast jeder Anwendung zu finden. Eine Kombination aus Mechanik und Software vervollständigt diese Systeme. Die Steuerung des Antriebs ist oft ein Zusammenspiel von Elektronik, Mechanik und Software. In fast allen Projekten, die von der Abteilung Precision Motion & Control durchgeführt werden, treffen diese Disziplinen aufeinander. Daher umfasst der Engineering-Bereich von Precision Motion & Control spezialisierte Teams für Elektronik, Mechanik und Software, die jeweils aus eigenen Ingenieuren bestehen.

„Während die Elektronikingenieure die Steuerungssysteme entwickeln und testen – dazu gehören das Leiterplattendesign und elektronische Simulationen – konzentrieren sich die Maschinenbauingenieure auf die Konstruktion der beweglichen Komponenten wie Getriebe, Zahnriemen und Gehäuse“, erklärt Sander. „Die Softwareingenieure vervollständigen den Prozess, indem sie die passende Steuerungslogik programmieren.“

Precision Motion & Control bietet eine breite Palette an Produkten und Dienstleistungen an: von der Lieferung von Standardkomponenten bis hin zu kundenspezifischen Anpassungen und dem Co-Engineering von Komplettlösungen. Im ersten Fall werden Standardprodukte ausgewählt, die den erforderlichen Spezifikationen am besten entsprechen. Bei maßgeschneiderten Lösungen werden Standardprodukte an zusätzliche Kundenanforderungen angepasst. Im Prozess des Co-Engineerings begleiten die Ingenieure von ERIKS den Kunden während des gesamten Entwicklungsprozesses von der Konzeptentwicklung, einschließlich Design und Iterationen, bis zur finalen Implementierung der gemeinsam entwickelten Lösung.

Engineering basiert immer auf den Kundenbedürfnissen. „Fast jede Anfrage nach einem Antriebssystem ist einzigartig“, erläutert Sander. „Manchmal existiert die Maschine bereits, und der Kunde möchte ein bestehendes oder neues Antriebssystem integrieren. In anderen Fällen existiert die Maschine noch nicht, und es wird ein Antriebssystem für die spätere Implementierung benötigt. Neben dem Antrieb selbst kann es je nach Industriesektor, spezifischer Produktionsumgebung oder Industriestandards zahlreiche zusätzliche Anforderungen geben.“

Um den Erfolg eines Projekts für alle Beteiligten zu maximieren, folgt ERIKS einem strukturierten Engineering-Prozess:

Der erste Schritt im Konstruktionsprozess besteht darin, die Komplexität und Durchführbarkeit der Kundenanforderungen zu bewerten. Dabei wird auch durch das Konstruktionsteam bewertet, ob das Projekt mit den vorhandenen Kapazitäten termingerecht umgesetzt werden kann.

„Gibt es eine Standardlösung, oder muss das Projekt individuell angepasst werden?“ erklärt Sander. „Oft reicht ein Standardprodukt unserer Lieferanten aus. Wenn es beispielsweise eine Motor-Getriebe-Kombination gibt, die den Anforderungen des Kunden entspricht, ist dies oft die effizienteste Option. Basierend auf den Kundenspezifikationen führen wir Analysen und Berechnungen durch, um die erforderlichen Produktspezifikationen zu bestimmen. Das mag einfach klingen, erfordert aber ein hohes Maß an technischem Wissen, insbesondere bei der Motorauswahl: Welche Leistung wird benötigt? Welche Kupplungen und Anschlüsse sind erforderlich? Wie wird das ausgewählte Produkt vom Kunden eingesetzt?“

Bei größeren Projekten besuchen wir immer den Standort, um zu sehen, wo der Antrieb eingesetzt werden soll. „Eine Machbarkeitsanalyse bestimmt, ob das Projekt durchgeführt werden kann. Ist die Anfrage des Kunden erfüllbar? Wir prüfen zunächst auf häufige unerfüllbare Probleme, wie z. B. übermäßige Leistungsanforderungen auf kleinem Raum oder Umweltfaktoren, die das Projekt erschweren. So gelten in der Lebensmittelindustrie beispielsweise strenge Designregeln und Materialanforderungen, um Bakterienwachstum zu verhindern. Diese Faktoren können die Kosten erheblich erhöhen, worüber wir die Kunden frühzeitig im Prozess informieren.“

„Bei einigen Anwendungen sind Wasser- und Staubbeständigkeit von entscheidender Bedeutung. Es gibt zwar Lösungen, aber die Möglichkeiten mit Standardprodukten sind oft begrenzt. Unser Ingenieurteam schafft Mehrwert, indem es maßgeschneiderte wasserdichte Gehäuse entwickelt und so den Kunden entlastet. Eine weitere wichtige Frage ist, wie die Gesamtbetriebskosten (TCO) für den Kunden minimiert werden können. Können beispielsweise höhere Entwicklungskosten den Energieverbrauch senken, die Installation vereinfachen oder die Lebensdauer des Produkts verlängern?“

Wenn das Projekt technisch machbar ist und gemäß den geltenden Standards und Qualitätsanforderungen erfolgreich durchgeführt werden kann, legen wir einen Projektvorschlag vor. Dieser umfasst einen vorläufigen Entwurf und eine Kostenschätzung, die dem Kunden einen klaren Überblick verschaffen. Wichtige technische Komponenten werden konzeptionell entwickelt und ein Budget für Komponenten-, Entwicklungs- und Montagekosten erstellt. Wir stellen auch eine Auswahlliste potenzieller Lieferanten zusammen, um verschiedene Lösungen für den Kunden zu prüfen.

Nach der Genehmigung durch den Kunden, findet ein Kick-off-Meeting statt und das Ingenieurteam beginnt mit der Entwicklung des gewünschten Antriebssystems. Die Ingenieure erstellen Konzepte, entwickeln Prototypen und führen Tests durch.

„Das zentrale Element im Antriebssystem ist oft der Motor“, sagt Sander. “Wir entwerfen die erforderlichen Komponenten um ihn herum. Manchmal sind mehrere Lösungen möglich, und wir entwickeln mehrere Konzepte, damit der Kunde mit unserer Hilfe die beste Option auswählen kann. Zum Beispiel könnten wir Schrittmotoren in Betracht ziehen, die ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen liefern, oder Bürstenmotoren, die eine hohe Leistung bei hohen Drehzahlen liefern. Je nach Anwendung können wir auch eine Untersetzung für ein höheres Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen einbauen.“

„Nach der Optimierung und Kombination aller erforderlichen Komponenten beginnt die Entwicklung. Heutzutage verwenden wir oft 3D-Zeichnungen, die Kunden direkt in ihre bestehenden Systeme integrieren können, um die Kompatibilität zu überprüfen. Dieser Ansatz reduziert Fehler, beschleunigt Anpassungen und sorgt für einen schnelleren, kostengünstigeren Entwicklungsprozesss.“

Für die Großserienproduktion werden Prototypen und eine Nullserie für Tests erstellt. Sobald der Kunde die Nullserie genehmigt hat, beginnt die Massenproduktion. 

Innovation ist der Antrieb für die Produkte und Dienstleistungen von ERIKS. Durch die Entwicklung einzigartiger, kosteneffizienter und innovativer Lösungen, die auf aktuelle und zukünftige Herausforderungen zugeschnitten sind, hebt sich ERIKS im Bereich der Industriedienstleistungen hervor. Co-Engineering ist die Grundlage für jeden Projekterfolg, indem Kunden Schritt für Schritt von der Konzeption bis zur Lieferung begleitet werden.

Ein internationaler Kunde, der Innentüren für Luxusyachten herstellt, wollte ein bestehendes Antriebssystem verbessern und bat ERIKS um Unterstützung. „Um die Machbarkeit zu prüfen, haben wir zunächst die strengen Spezifikationen und Anforderungen für das Antriebssystem festgelegt“, erklärt Sander. „Luxusyachten sind oft mit komplexer Technologie ausgestattet, aber der Platz ist begrenzt. Ein kompaktes Antriebssystem war daher von entscheidender Bedeutung.“

„Das Antriebssystem durfte auch nicht selbsthemmend sein, was bei Kompaktantrieben mit hohen Übersetzungsverhältnissen üblich ist. Auf Yachten müssen Türen in Notfällen, wie z. B. bei Stromausfällen, manuell bedient werden können. Außerdem musste das System leise arbeiten – ein Muss für Luxusyachten. Diese Anforderungen führten zu einem ausgeklügelten Design.“

Nachdem wir gemeinsam mit dem Kunden mehrere Lösungen untersucht hatten, verfeinerte ERIKS schrittweise das beste Konzept. „Wir führten zahlreiche Berechnungen durch, um ein kompaktes, nicht selbsthemmendes System mit der erforderlichen Leistung zu entwickeln. Die Materialauswahl war ein entscheidender Faktor. Während für Zahnräder normalerweise Metall verwendet wird, erzeugt es erhebliche Geräusche. In Zusammenarbeit mit unseren Kunststoffexperten wählten wir ein Material mit ähnlicher Festigkeit, aber viel geringeren Geräuschpegeln aus. Die endgültige Lösung ist wirklich einzigartig auf dem Markt, und wir sind stolz darauf!“

Viele ERIKS-Kunden setzen Antriebssysteme in rauen Umgebungen ein, in denen die Bedingungen die Leistung und Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. „In der Landwirtschaft kann beispielsweise Gülle die Komponenten korrodieren lassen. Wir entwickeln abgedichtete Systeme, um Getriebe, Motoren und Elektronik vor solchen Schäden zu schützen“, erklärt Sander. „In anderen Fällen ist die Reinigung die Herausforderung. Wir haben Lösungen mit mehreren Dichtungen entwickelt, um die Wasserbeständigkeit zu gewährleisten und die Reinigung mit Hochdruckwasserstrahlen zu ermöglichen.“

„Die Entwicklung eines effektiven Gehäuses und einer effektiven Dichtung ist komplex. Die richtige Form und das richtige Material sind für die einwandfreie Funktion entscheidend. Wir verfügen über all dieses Fachwissen und sind bestrebt, dieses Wissen mit dem Kunden zu teilen, um die optimale Lösung zu finden.“ 

Das richtige Antriebssystem für eine bestimmte Anwendung zu finden, kann eine große Herausforderung darstellen. „Es ist schwierig, die Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden in ein Endprodukt umzusetzen“, sagt Sander. „Dies gilt insbesondere dann, wenn scheinbar einfache Anforderungen eine komplexe Technologie erfordern. Es ist wichtig, eng mit dem Kunden zusammenzuarbeiten, um klar zu identifizieren, welche Anforderungen kritisch sind und welche weniger wichtig sein können. Eine gute Kundenkommunikation ist entscheidend für das Ergebnis. Regelmäßige Besprechungen, um den Fortschritt und notwendige Anpassungen zu ermitteln, sind ein Muss. Wir erreichen ein effektives Co-Engineering, indem wir den Kunden während des gesamten Prozesses einbeziehen und ihn in regelmäßige Besprechungen einbeziehen, in denen unser Engineering-Team über den aktuellen Stand informiert.“

„Meiner Meinung nach liegt der Mehrwert von ERIKS in unserem umfassenden Wissen über Materialien, Technologien und deren geeignete Anwendungen. Unsere Fähigkeit, Lösungen im eigenen Haus zu entwickeln, zu testen und sogar zu produzieren, macht uns zu einem führenden Anbieter von Antriebssystemlösungen aller Art. Diese einzigartige Kombination ermöglicht es uns, unsere Kunden umfassend in den Entwicklungsprozess einzubeziehen. Auf diese Weise gelingt es uns immer wieder, komplexe Technologien zum Leben zu erwecken und gemeinsam mit unseren Kunden erfolgreich anzuwenden!“