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Kurvenantrieb, elektropneumatischer und servoelektrischer Antrieb – ein Vergleich aus der Praxis
In den Montageanlagen, die wir bauen, setzen wir unterschiedliche Antriebssysteme ein: pneumatisch, kurvengesteuert oder servoelektrisch. Jeder dieser Antriebe hat seine Stärken und Schwächen – und die Wahl des richtigen hängt stark von den spezifischen Anforderungen der Montageaufgabe ab.
In diesem Artikel beschreiben wir Ihnen die Funktionsweise der drei Antriebe und nennen die Vor- und Nachteile jeder Antriebsform aus technischer und wirtschaftlicher Sicht. Aus dieser Bewertung ergibt sich dann, bei welcher Aufgabe welcher Antrieb punkten kann.
Alle Angaben basieren auf unserer langjährigen Erfahrung. Wir haben Hunderte von Montagemaschinen gebaut. Dabei setzen wir alle drei Antriebsarten ein, haben aber einen klaren Favoriten. Hier erfahren Sie, warum.
Anlagen mit elektro-pneumatischem Antrieb: Der Klassiker
Funktionsweise
Elektro-pneumatische Montageanlagen nutzen hauptsächlich Druckluft als Energieträger. Das Prinzip ist denkbar einfach: Druckluft wird in einen Zylinder geleitet und bewegt einen Kolben, der mechanische Bewegungen durchführt. Durch Ventile lässt sich die Luftzufuhr steuern und somit die Bewegung des Kolbens kontrollieren.
Vorteile
- Robust, auch für raue Umgebung geeignet
- Flexibel und einfach zu installieren
- Oft kostengünstig in der Anschaffung
Nachteile
- Geringe Präzision: Positionierung und Steuerung sind weniger exakt als bei den anderen Antrieben
- Begrenzte Geschwindigkeit der Montageleistung
- Schlechte Energieeffizienz: Rund 80 % der eingesetzten Energie verpufft als Wärme
- Gefahr von Druckluftverlust
- Hohe Betriebskosten durch den Druckluftverbrauch
- Regelmäßige Wartung des Druckluftsystems erforderlich
- Hoher Geräuschpegel
- Kürzere Lebensdauer als die anderen Antriebe
Wirtschaftliche Aspekte
Bei geringen Leistungsanforderungen sind pneumatische Systeme günstig in der Anschaffung und bieten eine gewisse Flexibilität. Aufgrund des Druckluftverbrauchs verursachen sie jedoch hohe Betriebskosten. Die Lebensdauer ist geringer als bei Kurvenantrieben. Sie kann durch die regelmäßige Wartung und Kontrolle des Druckluftsystems verlängert werden, wofür aber wiederum Kosten anfallen.
Ideale Einsatzzwecke
Der pneumatische Antrieb ist geeignet für einfache Bewegungen wie Greifen oder Positionieren. Er kommt vor allem in Produktionsanlagen zum Einsatz, bei denen es nicht auf höchste Präzision ankommt und keine hohe Leistung verlangt ist.
Kurvengesteuerte Anlagen: Präzise Marathonläufer
Funktionsweise
Beim Kurvenantrieb werden Bewegungen rein mechanisch über individuelle Kurvenscheiben gesteuert. Die Form der Kurvenscheibe bestimmt den exakten Bewegungsablauf.
Unter dem Maschinentisch sitzt eine zentrale Welle, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei größeren Anlagen können es auch mehrere Wellen sein, die über Zahnriemen synchronisiert sind.
Auf der Welle sitzen Kurvenscheiben. Jede Scheibe wird von unseren Konstrukteuren individuell mit optimiertem Ablauf ausgelegt und von Spezialisten gefertigt. Auf den Kurvenscheiben laufen Kurvenrollen. Sie übersetzen die Rotationsbewegung der Scheiben über Hebel in lineare oder Schwenkbewegungen. Die Hebel laufen über Aussparungen durch den Maschinentisch. Oberhalb des Tisches steuern sie die Prozesse an den einzelnen Stationen.
Das klingt kompliziert, lässt sich aber gut hier erkennen: Link zum Film
Vorteile
- Sehr hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit der Bewegungsabläufe
- Hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen möglich
- Energieeffizient, da Druckluft nur für Hilfsbewegungen notwendig ist
- Lange Lebensdauer, da die Technik relativ einfach und robust ist
- Geringer Wartungsbedarf aufgrund weniger beweglicher Teile mit hoher Verschleißfestigkeit
- Relativ einfach einzustellen und zu warten
- Reparaturen sind vergleichsweise einfach
Nachteile
- Begrenzte Flexibilität: Änderungen an Produktionsprozessen sind aufwändig
- Bei niedrigen Leistungsanforderungen sind die Anschaffungskosten höher als bei pneumatischen Antrieben
Wirtschaftliche Aspekte
Allgemein gelten pneumatisch gesteuerte Anlagen in der Anschaffung als günstiger als kurvengesteuerte. Das gilt aber nur für Anlagen mit geringen Leistungsanforderungen. Sobald höhere Ausbringungsmengen gefordert werden, kann eine kurvengetriebene Anlage in der Anschaffung günstiger sein als eine mit pneumatisch gesteuerten Prozessen: Denn eine kurvengesteuerte Anlage lässt sich oft einbahnig auslegen, während für die gleiche Produktionsmenge eine pneumatisch angetriebene zwei- oder mehrbahnig ausgelegt werden muss. Mehrbahnige Anlagen benötigen zudem mehr Produktionsfläche.
Falls die Anschaffungskosten höher sind als bei einer pneumatisch angetriebenen Anlage, wird dies langfristig durch die bessere Energieeffizienz und geringere Betriebskosten mehr als ausgeglichen. Dies sowie die lange Lebensdauer und der geringere Wartungsbedarf machen den Kurvenantrieb auf Dauer wirtschaftlicher bei konstanten Bewegungsprozessen.
Im Vergleich mit servoelektrischen Antrieben sind die Anschaffungs- und Betriebskosten von Kurvenantrieben günstiger.
Im Vergleich aller drei Antriebsarten sind Kurvenantriebe am wenigsten störanfällig. Zudem lassen sich Störungen oft schneller und mit weniger Fachwissen beheben. Stillstandszeiten sind seltener und kürzer.
Ideale Einsatzzwecke
Ein Kurvenantrieb ist ideal für hochpräzise Montageprozesse sowie schnelle, komplexe Bewegungsabläufe. Er spielt seine Stärken bei Anlagen mit hohen Produktionsmengen aus, bei denen über lange Zeit immer die gleichen Prozesse mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durchgeführt werden.
Auch wenn für Wartungs- und Reparaturaufgaben kein speziell ausgebildetes Personal zur Verfügung steht, bietet sich die Kurvensteuerung an, da das Hauptverschleißteil, die Kurvenrolle, auch von angelerntem Personal ausgetauscht werden kann.
Servoelektrische Anlagen: Digital und flexibel
Funktionsweise
Servoelektrische Antriebe bestehen aus einem Elektromotor, einem Encoder zur Positionsrückmeldung und einem Steuergerät, das kontinuierlich Position, Geschwindigkeit und Drehmoment überwacht. Durch digitale Signale lässt sich die Bewegung des Motors präzise steuern und bei Bedarf anpassen.
Vorteile
- Sehr genau
- Sehr flexibel: Bewegungsprofile können per Software angepasst werden, ohne mechanischen Umbau
- Schnelles Umrüsten, relativ einfache Produktanpassung
- Energieeffizient, da der Druckluftverbrauch niedriger ist
- Betriebsdaten lassen sich leicht erfassen und auswerten
Nachteile
- Anschaffungspreis ist deutlich höher als bei den anderen Systemen
- Reparatur und Wartung sind aufwändig, erfordern sehr gutes Fachwissen
Wirtschaftliche Aspekte
Erfordert die Montage allerhöchste Präzision oder stehen häufige Produktwechsel an, kann ein servoelektrischer Antrieb trotz hoher Anfangsinvestition die wirtschaftlichste Lösung sein. In diesem Fall wiegt die schnelle, flexible Anpassung der Prozesse die hohen Anschaffungskosten auf, zumal servoelektrische Antriebe auch energieeffizient sind. Voraussetzung dafür ist, dass hoch qualifiziertes Personal für das Programmieren der Steuerungen vorhanden ist.
Ideale Einsatzzwecke
Servoelektrische Antriebe sind perfekt für Anwendungen, bei denen höchste Präzision und Flexibilität gefragt sind.
Fazit: Es kommt darauf an
Es gibt nicht den „besten“ Antrieb, sondern nur den für Ihre Anwendung „richtigen“. Die Wahl des Antriebssystems ist immer eine Abwägung zwischen technischen Anforderungen und Wirtschaftlichkeit. Während pneumatische Antriebe durch einen niedrigen Anschaffungspreis und Einfachheit überzeugen, punkten kurvengesteuerte Systeme mit Zuverlässigkeit und Effizienz bei hohen Taktraten. Servoelektrische Antriebe bieten unübertroffene Flexibilität und Präzision.
Die meisten Anlagen, die wir bauen, montieren Serienprodukte in hohen Stückzahlen, oft 24/7. Die Produktion ist auf längere Zeit angelegt, die Produktvarianten sind festgelegt. Bei solchen Anforderungen ist der Kurvenantrieb unschlagbar. Deshalb setzen wir ihn mit Abstand am häufigsten ein.
Ist es sinnvoll, kombinieren wir, zum Beispiel Kurvenantrieb für die Hauptbewegungen und servoelektrische Antriebe an einzelnen Stationen, bei denen es auf feinste Justierung ankommt oder Flexibilität gefordert ist. Solche Hybridantriebe vereinen das Beste aus beiden Welten.
Hin und wieder bauen wir auch Maschinen mit einfachen Montageprozessen, bei denen eine niedrigere Anfangsinvestition im Vordergrund steht. Hier punktet der elektropneumatische Antrieb.
Wir beherrschen alle drei Varianten, solo oder in Kombination. So finden wir die ideale Lösung für Ihre Aufgabe.
Möchten Sie mehr zu diesem Thema wissen, dann melden Sie sich gerne bei uns unter marketing@las-automation.de oder Tel. +49 (0) 7172 18917-601.