Antriebe regeln im Großen und im Kleinen
VDI nachrichten, Düsseldorf, 10. 11. 06, ciu – Geregelte Antriebe stehen in der Automatisierungstechnik hoch im Kurs. Denn überall, wo Bewegungsabläufe präzise koordiniert werden müssen, spielt die integrierte Regelungstechnik ihre Vorzüge aus. Dabei können die Verfahrwege zwischen vielen Metern und wenigen Nanometern liegen. Aktuelle Anwendungsbeispiele bieten hier Diskussionsstoff zur Fachmesse SPS/IPC/Drives.
Ganz unterscheidliche Herausforderungen beschäftigen die Antriebsspezialisten von Bosch Rexroth. Allein in der niederländischen Niederlassung in Boxtel, nahe Eindhoven, reichen die Aufgaben vom exakten Positionieren feinster Strukturen unter einem Elektronenmikroskop bis zum geregelten Öffnen und Schließen von Sturmflutwehren.
Immer häufiger steht dabei in den Niederlanden das Projektgeschäft mit kundenspezifischen Lösungen im Vordergrund. Lucas Wintjes, Geschäftsführer von Bosch Rexroth Niederlande, verdeutlicht den Trend: „Früher wurde gezielt nach einer Hydraulik gefragt. Heute besteht die Aufgabenstellung darin, ein passendes Antriebssystem zu finden.“ Damit haben sich auch die Anforderungen an die Mitarbeiter und die internen Strukturen verändert. „Für uns heißt das, unser Know-how aus Hydraulik, Elektronik und elektrischer Antriebstechnik zusammenzubringen sowie die spezifischen Anforderungen der Anwender zu verstehen“, macht er deutlich.
Projektgeschäft bedeutet für die Niederlassung in Boxtel vor allem das Zusammenfügen von entsprechenden Standardkomponenten. „Wir entwickeln keine eigenen Komponenten, das geschieht bei Bedarf in der Unternehmenszentrale in Lohr“, so Wintjes. Immer häufiger werde dagegen von den Kunden eine weltweite Produktunterstützung erwartet, da diese sehr exportorientiert seien.
Norbert Armbrüster sieht dabei vor allem im Bereich Halbleiter und Medizintechnik gute Perspektiven für die Steuerungstechnik: „Es gibt nur wenige Anbieter für Kleinantriebe mit Steuerung und es gibt bei der Steuerungstechnik im Gegensatz zur Antriebstechnik keinen Verdrängungswettbewerb.“ Der Geschäftsleiter Vertrieb und Service des Bereiches Electric Drives and Controls bei Bosch Rexroth in Lohr ist daher davon überzeugt, dass „MotionControl“-Lösungen den Markt der Hightech-Automation weiter auf Touren bringen werden. Insbesondere bei sehr feinen Bewegungsabläufen in der Halbleiterindustrie sowie der Medizintechnik sieht er hier künftige Wachstumsmärkte.
Ein Beispiel dafür ist FEI Europe mit Sitz in Eindhoven. Das Unternehmen entwickelt und produziert Rasterelektronenmikroskope (REM), Transmissionselektronenmikroskope (TEM), DualBeam-Systeme für die 3-D-Mikroskopie sowie Ionenstrahlsysteme (Focused Ion Beam/FIB). Steuerungen und Antriebe spielen hier eine zentrale Rolle, gilt es doch die Objektträger bei der Untersuchung von Nanostrukturen auch millionenstel Millimeter genau zu positionieren.
Erstmals hatte der Mikroskopiespezialist 1998 die Entwicklung entsprechender Antriebssteuerungen an die damalige Nyquist Industrial Control abgegeben, die heute bei Rexroth für die Branche „Halbleiter und Medizintechnik“ verantwortlich ist. Als Leiter des Produktbereichs erklärt Erik Hezemans: „Die Prozesse sind eigentlich an allen Maschinen die gleichen, nur bei uns sind sie hundertfach schneller und hundertfach kleiner.“
FEI-Entwicklungsleiter Dr. Maarten Buijs nennt konkrete Zahlen: „Die Encoder an unseren Piezoantrieben haben Auflösungen zwischen 5 nm und 25 nm.“ Es kommt aber nicht nur auf die Präzision der Bewegung an. „Die größte Herausforderung ist dabei der absolute Stillstand, bei dem alle Vibrationen vermieden werden“, so Buijs. Hier müsse die Position während einer kompletten Analysephase gehalten werden.
Die genauesten Untersuchungen gelangen den Spezialisten dabei bisher mit einem Transmissionselektrononenmikroskop. Bis auf 0,7 Angstrom bzw. 0,07 nm genau können damit Strukturen auf der Ebene einzelner Atome betrachtet werden.
Deutlich gröber, aber ebenso komplex geht es dagegen bei einer anderen Systemanwendung zu. Beim Sturmflutwehr Maeslantkering in der Nähe von Rotterdam gilt es, die 360 m breite Öffnung eines Wasserweges bei steigendem Wasserspiegel gegen die Meeresströmung zu verschließen. Jeweils sechs hydraulische Motoren mit Leistungen von je 75 KW sind dazu an den beiden Torflügeln angebracht. Je zwei dienen zum Antrieb über Zahnräder, die anderen der Redundanz. Zwei Kugelgelenke von 10 m Durchmesser bieten den schwimmend gelagerten Schutzwänden Halt. Die Gelenkfundamente sind dabei so ausgelegt, dass sie zusammen einer Belastung von 70 000 t standhalten können.
Gesteuert wird der Schließvorgang per Computer, der kontinuierlich Vorhersagen zu den Wasserständen erhält. Im Ernstfall dauert das Schließen der beiden Tore zwei Stunden. Anschließend werden noch einmal 30 Minuten zum Absenken der Sperrwände auf den Grund benötigt.
Besondere Anforderungen an die Antriebsregelung stellt auch das Schiffshebewerk in Strahlsund. Im Projektgeschäft wurde hier eine Lösung mit 110 voll synchronisierten Einzelantrieben gefunden. Karsten Brabandt, Leiter des Geschäftsbereichs Systems bei Bosch Rexroth stellt dazu fest: „Ein Fehler kann hier alles stilllegen.“ Deshalb seien solche Projekte auch Vertrauenssache. M. CIUPEK
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