Wirtschaftlichkeit ohne Systembruch

Der globale Kostendruck im Maschinenbau zwingt viele Konstrukteure, die Balance zwischen Performance und Wirtschaftlichkeit neu zu justieren. Das gilt insbesondere für Standardanwendungen in Serienmaschinen und den Export in preissensitive Märkte. Hier sind Lösungen gefragt, die Investitionskosten senken, ohne nennenswerte Abstriche bei Funktionalität und Qualität machen zu müssen. Beckhoff reagiert darauf mit dem Economy Drive System: Die aufeinander abgestimmte Plattform aus Servomotoren, Servoverstärkern und Frequenzumrichtern ermöglicht kompakte, kosteneffiziente Maschinenkonzepte bei voller Integration in die Welt von PC-based Control.

Die Vielfalt in der industriellen Fertigung nimmt stetig zu. Während Highend-Applikationen nach wie vor möglichst hohe Taktraten und extrem genaue Synchronisation erfordern, wächst parallel der Bedarf an soliden Automatisierungslösungen, die unter Kostengesichtspunkten besonders attraktiv sind. Bislang stehen Konstrukteure hier oft vor einem Dilemma: Entweder setzen sie überdimensionierte Antriebe ein, um im vertrauten Systemumfeld zu bleiben. Oder sie weichen auf günstige Alternativen aus, was jedoch die Systemkomplexität und den Engineering-Aufwand erhöht. Deshalb hat Beckhoff an dieser Stelle sein Economy Drive System ins Rennen geschickt. Es bietet eine Antwort darauf, wie sich Funktionalität, Zuverlässigkeit und Systemdurchgängigkeit mit einem optimierten Preis-Leistungs-Verhältnis vereinbaren lassen.

Technologischer Spagat

Die Herausforderung bei der Entwicklung des Economy Drive System bestand darin, die Kerneigenschaften moderner Servotechnik zu erhalten, gleichzeitig aber die Komplexität und Hardwarekosten deutlich zu reduzieren. Das Ergebnis folgt einer Plattformstrategie, bei der Servoverstärker und Frequenzumrichter technologisch eng verwandt sind und sich Gehäusekonzepte sowie Leistungselektronik teilen.

Zentrales Element der neuen Topologie ist der Servoverstärker AX1000. Er deckt den Nennstrombereich von 1,65 A bis 12 A ab und ist sowohl für einphasige (1 x 230 V AC) als auch dreiphasige Netze (3 x 400 V AC) verfügbar. Bemerkenswert ist die hohe Packungsdichte: Netzteil, Zwischenkreiskondensatoren und Ballastschaltung sind vollständig integriert, obwohl die Abmessungen äußerst kompakt ausfallen. Das Gehäuse ist aus robustem Kunststoff gefertigt, was das Gewicht und die Materialkosten reduziert. Im Schaltschrank können die Geräte ohne Mindestabstände der Verstärker nebeneinander montiert werden.

Servotechnik für den Weltmarkt

Eine perfekt passende Symbiose geht der AX1000 mit dem neu entwickelten Synchron-Servomotor AM1000 ein. In extrem kompakter Bauform und verfügbar in den international gängigen Flanschmaßen 40, 60 und 80 mm (I1, I2, I3), deckt der Motor einen Leistungsbereich bis 1.000 W (bei 230 V) bzw. 1.700 W (bei 400 V) ab.

Entscheidend für Maschinenbauer ist dabei, dass trotz der Positionierung im Economy-Segment nicht auf etablierte Features verzichtet werden muss. So unterstützt der AM1000 die One Cable Technology (OCT), bei der Power und Feedback-Signale über eine Motorleitung übertragen werden. Das reduziert den Verkabelungsaufwand und die Fehleranfälligkeit bei der Installation enorm. Der Motor zeichnet sich durch eine niedrige bis mittlere Trägheit aus, was ihn für dynamische Positionieraufgaben in Verpackungsmaschinen oder Handling-Systemen prädestiniert. Die Ausstattung mit batterielosen Encodern (Single- oder Multiturn) eliminiert zudem wartungsintensive Batteriewechsel im Feld.

Umrichter mit Doppelachs-Topologie

Eine außergewöhnliche Neuerung bringt der Frequenzumrichter AF1000 als Teil des Economy Drive System mit. Während Doppelachs-Module in der Servotechnik etabliert sind, ist deren Transfer auf Frequenzumrichter ein Novum. Da der AF1000 die gleiche Hardware-Plattform wie der AX1000 nutzt, wird er von Beckhoff auch in einer Doppelachs-Variante angeboten. Die Vorteile dieser Architektur liegen auf der Hand:

• Wichtige Baugruppen wie das EtherCAT-Interface, das Gehäuse, der Microcontroller und das Netzteil werden für zwei Achsen genutzt, was die Kosten pro Achse deutlich senkt.
• Beide Achsen arbeiten auf einem gemeinsamen Zwischenkreis. Generatorische Energie einer bremsenden Achse kann direkt wiederverwendet werden, was die Energieeffizienz des Gesamtsystems verbessert.
• Die Integration zweier Frequenzumrichter in einer Gehäusebreite von nur 50 mm (bzw. 60 mm bei 3-phasig) ermöglicht Schaltschrankdesigns mit extrem hoher Leistungsdichte.

Der AF1000 deckt Leistungen von 370 W bis 5,5 kW ab und eignet sich für Synchron-, Asynchron- und Reluktanzmotoren im sensorlosen Betrieb (U/f oder Vektorregelung). Das macht ihn zum geeigneten Antrieb für Förderbänder, Pumpen oder Lüfter innerhalb einer komplexen Maschine.

Versteckte Kosten reduzieren

Der wirtschaftliche Hebel des Economy Drive Systems liegt nicht allein im Komponentenpreis, sondern in der Reduzierung der Peripheriekosten und Installationszeiten. Ein besonderes Feature ist die interne Erzeugung der 24-V-Steuerspannung direkt aus dem Zwischenkreis. Es ist also kein separates 24-V-Netzteil für die Versorgung der Antriebselektronik und der Motorbremse nötig. Die 24-V-Erzeugung zieht permanent Energie aus dem Zwischenkreis, was die Spannungsreserven für dynamische Bremsvorgänge erhöht und die Aktivierung des internen Bremswiderstands verzögert. Das verringert den Wärmeeintrag im Schaltschrank. Auch der Verkabelungsaufwand sinkt.

Zusätzlich sind alle Anschlüsse (außer optionalen Safety-Eingängen) von vorne zugänglich, was die Ergonomie bei der Montage verbessert. In Kombination mit OCT des AM1000 und der teilgeschirmten Motorleitung des AX1000, die geringere Biegeradien und dünnere Kabeldurchmesser ermöglicht, ergeben sich signifikante Platzeinsparungen bei Kabelkanälen und Schleppketten.

Eine Plattform, ein Tool

Der entscheidende Unterschied zu kostenoptimierten Lösungen anderer Anbieter ist die vollständige Integration in die Beckhoff Motion-Plattform. Sowohl AX1000 als auch AF1000 sind vollwertige EtherCAT Devices. Es gibt keinen Bruch in der Kommunikation und keinen Bedarf für Gateways. Die Inbetriebnahme erfolgt über den Drive Manager 2 in TwinCAT, mit dem bereits alle bestehenden Beckhoff Antriebe unterstützt werden. Der Anwender muss sich nicht in spezifische Tools von Drittanbietern einarbeiten. Features wie das elektronische Typenschild beim AM1000 ermöglichen eine Plug-and-Play-Inbetriebnahme. Diagnose- und Tuning-Features wie Autotuning oder Bode Plot stehen auch für das Economy Drive System uneingeschränkt zur Verfügung.

Auch im Bereich der funktionalen Sicherheit werden keine Abstriche gemacht. Der Economy-Servoverstärker AX1000 unterstützt standardmäßig TwinSAFE zur Realisierung der antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen STO/SS1 gemäß IEC 61800-5-2. Optional ist er mit vielen weiteren TwinSAFE-Sicherheitsfunktionen verfügbar.

Fazit und Ausblick

Mit dem Economy Drive System unterstreicht Beckhoff, dass „Made in Germany“ und Kosteneffizienz keine Widersprüche sind. Die Erweiterung des Antriebsportfolios ermöglicht es, Applikationen modular zu skalieren ohne auf die gewohnte Regelungsgüte verzichten zu müssen: von der High-Performance-Achse mit dem Multiachssystem AX8000 oder dem Stand-alone-Gerät AX1000 bis zum kosteneffizienten Förderantrieb mit AF1000 – alles auf Basis einer Automatisierungsplattform. Das stärkt die Wettbewerbsfähigkeit von Anwendern im Maschinenbau, die globale Märkte mit zuverlässiger, aber wirtschaftlicher Technik bedienen müssen.