Komplexe Technologie in Bewegung bringen

Alles um uns herum ist in Bewegung – von Geräten und Maschinen bis hin zu Produktionslinien und Schiebetüren. Diese ständige Bewegung erfordert anspruchsvolle und zuverlässige Lösungen, um einen reibungslosen und effizienten Betrieb in verschiedenen Anwendungen zu gewährleisten. Sander van Vliet, Maschinenbauingenieur in der Abteilung Precision Motion & Control, gibt Einblicke, wie wir diese Lösungen entwickeln. Darüber hinaus zeigt er anhand mehrerer Fallstudien, wie mit Kunden Antriebssysteme entwickelt und implementiert werden.

Elektrische Antriebssysteme sind in nahezu jeder Anwendung zu finden. Eine Kombination aus Mechanik und Software vervollständigt diese Systeme. Die Steuerung der Antriebe ist häufig ein Zusammenspiel von Elektronik, Mechanik und Software. In nahezu allen Projekten, die von der Abteilung Precision Motion & Control bearbeitet werden, treffen diese Disziplinen aufeinander. Daher umfasst das Engineering-Segment von Precision Motion & Control spezialisierte Teams für Elektronik, Mechanik und Software, die jeweils über eigene Ingenieure verfügen.

«Während die Elektronikingenieure die Steuerungssysteme entwickeln und testen – wie etwa die Gestaltung von Leiterplatten 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 – von der Bereitstellung standardisierter Komponenten über kundenspezifische Anpassungen bis hin zur gemeinsamen Entwicklung kompletter Lösungen. Im ersten Fall werden Standardprodukte ausgewählt, die die erforderlichen Spezifikationen am besten erfüllen. Bei kundenspezifischen Anpassungen werden Standardprodukte an zusätzliche Kundenanforderungen angepasst. Im Co-Engineering-Prozess leiten unsere Ingenieure den Kunden von der Konzeptentwicklung bis zur finalen Implementierung der gemeinsam entwickelten Lösung.

Das Engineering beginnt stets mit den Kundenbedürfnissen. «Nahezu 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 ein Antriebssystem muss für die spätere Implementierung entworfen werden. Zusätzlich zum Antrieb selbst gibt es häufig zahlreiche weitere Anforderungen, die vom Industriebereich, der Produktionsumgebung oder den branchenspezifischen Standards abhängen.»

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

Im ersten Schritt wird die Komplexität und Machbarkeit der Kundenanforderungen geprüft. Dabei wird bewertet, ob das Projekt mit den vorhandenen Kapazitäten termingerecht umgesetzt werden kann.

«Gibt es eine Standardlösung, oder erfordert das Projekt eine Anpassung?» erklärt Sander. «Oft reicht ein Standardprodukt. Zum Beispiel, wenn eine Motor-Getriebe-Kombination existiert, die die Anforderungen erfüllt, ist dies häufig 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. Eine weitere Frage ist, wie sich die Gesamtbetriebskosten (TCO)  minimieren lassen. 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. 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 beginnt die Entwicklung. Die Ingenieure erstellen Konzepte, entwickeln Prototypen und führen Tests durch. Bei Grossserienproduktionen testen wir zunächst eine Pilotserie und erstellen eine Nullserie. Sobald der Kunde die Nullserie genehmigt hat, beginnt die Massenproduktion.

«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, au denen der Kunde 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 liesse sich 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 in ihre bestehenden Systeme integrieren können, um die Kompatibilität zu überprüfen. Dieser Ansatz reduziert Fehler, beschleunigt Anpassungen und sorgt für einen schnelleren, kostengünstigeren Entwicklungsprozess.»

Durch die Entwicklung einzigartiger, kosteneffizienter und zukunftsweisender Lösungen heben wir uns in der Industrie deutlich ab. Der Co-Engineering-Ansatz bildet die Basis für jeden Projekterfolg, indem Kunden Schritt für Schritt von der Konzeption bis zur Lieferung begleitet werden.

Ein internationaler Kunde, der Innentüren für Luxusjachten herstellt, suchte nach einem verbesserten Antriebssystem. Wir entwickelten eine kompakte und leise Lösung, die auch manuelle Bedienung im Notfall ermöglicht. «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 nicht selbsthemmend sein, was bei Kompaktantrieben mit hohen Übersetzungsverhältnissen üblich ist. Auf Yachten müssen Türen in Notfällen manuell bedient werden können. Zudem 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, verfeinerten wir schrittweise das 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 Kunden setzen Antriebssysteme in rauen Umgebungen ein, in denen die Bedingungen die Leistung und Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. «In der Landwirtschaft lässt Gülle die Komponenten korrodieren. 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 mit 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. Wir erreichen ein effektives Co-Engineering, indem wir den Kunden während des gesamten Prozesses einbeziehen und regelmässige Besprechungen haben, in denen unser Engineering-Team über den aktuellen Stand informiert.»

«Meiner Meinung nach liegt unser Mehrwert 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!»