CEO von Servomotoren-Hersteller Heidrive sieht Komplettsysteme im Trend
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CEO von Servomotoren-Hersteller Heidrive sieht Komplettsysteme im Trend

Servomotoren
CEO Pirthauer von Heidrive sieht Komplettsysteme im Trend

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Die Digitalisierung bringt für Antriebstechnik-Hersteller einige Herausforderungen mit sich. Helmut Pirthauer, CEO der Heidrive GmbH in Kelheim, erklärt im Interview mit KEM Konstruktion welche Rolle kundenspezifische Komplettsysteme inklusive Softwarepaket diesbezüglich spielen. Zudem erläutert er, warum der Servicegedanke in der Antriebstechnik immer wichtiger wird.

Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Heidrive sieht sich als Spezialist für kundenspezifische Antriebstechnik. Welche Entwicklungen beziehungsweise Trends beobachten Sie derzeit im Markt?

Pirthauer: Der größte Trend ist, dass die Kunden spezifische Komplettsysteme fordern, also nicht nur einen Motor wollen, sondern auch die dazugehörige Elektronik mit einem entsprechenden Geber sowie ein Getriebe. Darauf haben wir uns als Motorenhersteller mittlerweile eingestellt. Ein zweiter Trend in der Antriebstechnik ist die Entwicklung hin zu Kleinspannung oder Niederspannung mit 24 beziehungsweise 48 Volt. Man hat bei der Niederspannung zwar hohe Ströme aber aufgrund der niedrigen Spannung keine EMV-Probleme. Dadurch kann wesentlich kompakter gebaut werden, was es ermöglicht die Antriebe auch zu dezentralisieren.

KEM Konstruktion: Welche Herausforderungen muss ein Antriebstechnik-Anbieter meistern, um auch in Zeiten der Digitalisierung wettbewerbsfähig zu bleiben?

Pirthauer: Eine Herausforderung speziell für die Antriebstechnik ist die zunehmende Geschwindigkeit der Entwicklungszeit. Daher möchten Kunden immer schneller eine Vielzahl unterschiedlicher Motoren und nicht mehr sechs, acht Wochen auf ein Muster warten. Es muss einfach schnell gehen und auch wenn bemustert wird, sollte das Ganze relativ schnell in die Serie überführt werden. Natürlich ist uns diese Entwicklung in den letzten Jahren auch aufgefallen. Daher haben wir unseren modularen HeiMotion-Baukasten entwickelt. Damit können wir innerhalb kürzester Zeit, in fünf bis zehn Tagen, Musterantriebe bauen. Diese gehen dann direkt nach der Bemusterung in Serie.

Ein zweiter Punkt ist der Service. Der Servicegedanke wird in der Antriebstechnik immer wichtiger. Denn die Kunden wollen nicht nur schnell die Produkte geliefert bekommen, sondern einen Antrieb inklusive Softwarepaket, bei dem die Inbetriebnahme per Plug & Play funktioniert, also bei dem er nur noch das Kabel einstecken muss, um den Antrieb zum Laufen zu bringen. Dabei geht es nicht um den Servicegedanken bezüglich Reparatur oder Reklamation, sondern um einen entsprechenden Inbetriebnahme-Service und die Zustandsüberwachung. Dazu gehört auch ein elektronisches Typenschild, das im Geber integriert ist. Dieses protokolliert den Zustand des Motors, die Anzahl der Zyklen, die Drehzahl oder auch den Temperaturverlauf und kann dann von einer Elektronik ausgelesen werden. Dank dieser Daten ist es dem Kunden möglich, den Motor rechtzeitig zu warten. Das bedeutet aber, dass im Motor wesentlich mehr Sensoren verbaut sind, die mit dem Geber und der Elektronik kommunizieren. Diese Temperatursensoren, Drehmomentsensoren, etc. überwachen permanent alle wichtigen Parameter.

KEM Konstruktion: Was bedeutet die zunehmende Verknüpfung von Hard- und Software für die Entwicklungs- und Konstruktionsarbeit bei Heidrive?

Pirthauer: Themen wie der digitale Zwilling sind für uns nicht so relevant, weil wir ein Komponentenhersteller sind und kein Maschinen- und Anlagenbauer. Wichtig sind für uns die Softwarepakete zum Entwickeln des Motors. Da geht es nicht nur um 3D oder FEM-Analysen, sondern letztendlich um die Finite-Elemente-Methode hinsichtlich Magnetkreisentwicklung. Wir setzen hier auf eine Standardberechnungssoftware, die wir aber bezüglich der Motorberechnung für uns intern deutlich weiterentwickelt haben. Damit können wir den Motor komplett analysieren und berechnen, vom Magnetkreis über den Wärmehaushalt, von der Drehmoment-Charakteristik bis hin zur Dynamik und letztendlich der Lebensdauer. Das ist ein wichtiger Baustein bei unserer Entwicklung, schließlich ermöglicht uns das, direkt aus der Motorentwicklung, bzw. Software-Berechnung in die Serienlieferung gehen zu können, ohne dass wir diesen Antrieb noch mal bemustern müssen. Das verkürzt den Entwicklungszeitraum natürlich deutlich. Denn heutzutage hat keiner mehr die Zeit, zwei, drei Jahre Produkte zu bemustern und zu testen, bevor sie in Serie gehen. Mit unserer Software sind wir sogar in der Lage, FEM-Analysen durchzuführen, die vom TÜV abgenommen werden. Wir können mithilfe von Simulationen die Lebensdauer oder auch die Steifigkeit von Produkten nachweisen und auch auf einfachste Weise feststellen, welche Drehmomente die Motoren im Dauerbetrieb erreichen. Nur aufgrund der Simulation bekommen wir die TÜV-Abnahme, ein Muster müssen wir da nicht mehr zur Verfügung stellen. Neben verkürzten Entwicklungszeiten ermöglicht uns diese Vorgehensweise auch schnell ins Projektgeschäft mit den Kunden einzusteigen.

KEM Konstruktion: Und wie verändert die Digitalisierung und die Vernetzung von Maschinen und Anlagen Ihr Geschäft als Hersteller von Antriebssystemen?

Pirthauer: Es geht nicht nur darum, dass Kunden teilweise neue Anforderungen oder Wünsche haben, sondern es entstehen komplett neue Märkte. Ein Beispiel ist die Logistik. Wenn über Digitalisierung gesprochen wird, geht es beispielsweise darum, dass die Ware schneller von A nach B transportiert werden muss. Man möchte den Transportfluss transparent und smart gestalten. Es stellt sich somit die Frage, wie man die Ware vom Lastwagen ins Lager oder vom Lager über die Qualitätskontrolle in die Produktion überführt. Hier entstehen Märkte für AGVs (Automatic Guided Vehicles). Bei diesen autonomen fahrerlosen Transportsystemen kommen eine Vielzahl an Antrieben zum Einsatz – Servoantriebe mit integrierter Elektronik für die Steuerung und angebautem Getriebe sowie allen notwendigen Sicherheitsfunktionen. Antriebe, die in AGVs verbaut sind, müssen natürlich kompakt sein und hier kommen unsere HeiMotion-Dynamic-Motoren ins Spiel, bei denen wir schon früh auf Niederspannung mit 24 beziehungsweise 48 V gesetzt haben, und deren Baulänge wir bei der neuesten Generation nochmals verkürzen konnten. Dieser Markt ist für Heidrive momentan sehr lukrativ und wir arbeiten hier an vielen Projekten.

KEM Konstruktion: Heidrive bietet Servomotoren, Getriebemotoren sowie elektrische Regelungen an. Welcher dieser Bereich ist am wichtigsten für Sie?

Pirthauer: Unser Hauptmarkt ist und bleibt der Motor. Wir kommen aus dem Motorenbau, aus der Motorenentwicklung und wir machen circa 70% vom Gesamtumsatz mit dem Motorgeschäft. Immer wichtiger wird aber die Elektronik, im Speziellen die Regelung in Kombination mit dem Motor und dem richtigen Geber. Heidrive ist aus der Firma Heidolph entstanden, einem Unternehmen, das sich über viele Jahrzehnte mit dem Getriebebau beschäftigt hat. Vor dem Hintergrund der verstärkten Nachfrage nach Komplettsystemen, werden wir daher in Zukunft unsere Servermotoren mehr und mehr mit Planetengetrieben kombinieren. Das bedeutet, Heidrive wird sich in den nächsten Jahren zu einem Komplettanbieter weiterentwickeln, der das gesamte Antriebssystem bestehend aus Motor, Elektronik, Geber, Anschlusstechnik sowie einem integrierten oder angebauten Getriebe liefert.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt dieser Systemgedanke beim Thema Energieeffizienz?

Pirthauer: Das Thema Energieeffizienz spielt bei uns keine große Rolle. Denn wir sind in der Synchron-Technik unterwegs und in diesem Bereich sprechen wir von ganz anderen Wirkungsgraden als in der Asynchron-Technik. In der asynchronen Welt, in der Motoren mit einem Frequenzumrichter asynchron betrieben werden, erreichen wir Wirkungsgrade von 60, 70%, im Einzelfall auch darüber, hierbei sind die diversen IE-Normen natürlich wichtig. Bei synchroner Technik hat der Servomotor mit der geringsten Effizienz einen Wirkungsgrad von mehr als 80%. Die Normen sind für uns natürlich auch gültig, haben aber keine große Relevanz, weil wir deutlich höhere Werte erreichen, als für die Einhaltung der Normen gefordert werden. Unser Ziel war es im Bereich der Synchronmotoren einen Wirkungsgrad von über 90% zu erreichen. Mit den neuen HeiMotion-Dynamic-Motoren haben wir das auch überwiegend umsetzen können.

KEM Konstruktion: Heidrive hat kürzlich zur SPS 2019 die neue Servomotoren-Baureihe HeiMotion Dynamic (HMD) vorgestellt. Wie integriert sich die Motorenserie in Ihren Servobaukasten?

Pirthauer: Um diese Frage zu beantworten, muss zunächst unser HeiMotion-Baukasten verstanden werden. Die HMD-Motoren der nächsten Generation sind keine zusätzliche Baureihe, die in den bestehenden Baukasten integriert wurde. Es ist eine Weiterentwicklung der vorhandenen Motoren und sie kann sämtliche bestehenden Optionen aus diesem Baukasten wie Geber, Bremse, Lagerschilde, Wellen, Gehäuse oder Stecker etc. verwenden. 70% aller Teile bleiben identisch, wir duplizieren die Motoren durch den Austausch des Magnetkreises. Das bedeutet, wir haben keine zusätzliche Baureihe, sondern nur einen zusätzlichen Magnetkreis. Der Kunde nimmt das als neue oder zusätzliche Baureihe wahr, obwohl wir lediglich zwei Komponenten austauschen. Mechanisch sind alle diese Motoren vollkommen kompatibel, das heißt, Anwender können problemlos einen bisherigen HeiMotion-Premium-Motor gegen einen HMD-Motor tauschen und auf diese Weise die zusätzlichen Features wie niedriges Trägheitsmoment, hohe Beschleunigungen, ein deutlich höheres Drehmoment, einen besseren Wirkungsgrad sowie eine kürzere, kompaktere Bauweise nutzen. Der Vorteil für uns liegt natürlich darin, dass wir die Teilevielfalt auf ein Minimum reduzieren können.

Darüber hinaus haben wir die Geberschnittstelle standardisiert. Wir haben derzeit 30 verschiedene Geber im Einsatz und diese verwenden alle die gleiche Schnittstelle. Somit kommt auch hier unser Baukastengedanke zum Tragen. Unser Ansatz ist es zu ermöglichen, dass der Kunde sich in kürzester Zeit den Motor konfigurieren kann und wir bauen das Ganze dann wie Lego zusammen. Unser modularer Motorenbaukasten ist sozusagen ein Legosystem für Erwachsene. Und dieser Baukasten ist bei uns in SAP volldigital hinterlegt. Auch das ist Industrie 4.0, denn wir fertigen keine Zeichnungen mehr von Hand, diese erstellt das System vollautomatisch. In unserem Konfigurator sind alle Zeichnungen variabel hinterlegt und somit können wir aus 100 Millionen verschiedenen Varianten innerhalb kürzester Zeit den Motor aufbauen. Auch Stücklisten, Arbeitspläne sowie produktionsbegleitende Blätter werden bei uns virtuell und vollautomatisch aus dem System generiert. Bei uns beginnt Industrie 4.0 also nicht erst in der Produktion, sondern bereits in der Entwicklung.

KEM Konstruktion: Welche Verbesserungen haben Sie mit der neuen Generation HMD-Motoren gegenüber der Vorgängerserie erreicht?

Pirthauer: Die HeiMotion-Dynamic-Motoren haben wir 2016 eingeführt. Letztes Jahr konnten wir die ‚Next Generation‘ präsentieren. Diese Motoren wurden im Hinblick auf den Magnetkreis noch einmal komplett von uns überarbeitet und optimiert. Wir haben gezielt auf die Anforderungen des Marktes – nämlich noch kompaktere und leistungsfähigere Produkte zu entwickeln – hin entwickelt und eine Verkürzung der Baulänge von weiteren 25% erreicht. Ermöglicht wird die Längenreduzierung durch standardmäßig kurze Endkappen für diverse Encoder und Stecker sowie einen Vollverguss am Stator und eine nochmals verbesserte Wicklungs- und Magnettechnologie mit gesteigertem Wirkungsgrad. Wir sind bei den HMD-Motoren jetzt bei einem Wirkungsgrad von 93%. Dadurch ist die Wärmeabgabe relativ gering und wir können entsprechend kurz bauen. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Halbierung der Abgabewärme die Elektronik viel leichter direkt in den Motor integriert werden kann. Wir erreichen mit den HMD-Motoren mit integrierter Elektronik eine Leistung von 1000 W bei einem Kantenmaß von 80 x 80 mm. Das war vorher nicht möglich, sondern auf etwa 500 W begrenzt. Darüber hinaus sorgt der verbesserte Vollverguss der Spule für eine Spannungssteilheit von 14kV/μs. Und auch die Massenträgheitsmomente haben wir nochmals optimiert, wenn auch nur minimal.

KEM Konstruktion: Auch im Bereich der elektrischen Regelungen haben Sie mit Actilink eine neue sichere Reglerlösung präsentiert. Welche Sicherheitsfunktionen haben Sie in die Lösung integriert und welche Sicherheitslevel erfüllt dieser Regler?

Pirthauer: Die Entwicklung von Actilink verlief parallel zur Konzeption der HMD-Motoren. Die Kriterien höherer Wirkungsgrad und Niederspannung mit 24 beziehungsweise 48 V waren gewissermaßen gesetzt. Dazu haben wir dann nach der passenden Elektronik gesucht, die wir in den Motor integrieren können. Wir entwickeln Elektroniken selbst, etwa hinsichtlich CAN Bus, DPS 302, etc. Wenn es beispielsweise um Ethercat und Safety-Funktionalitäten geht, arbeiten wir aber auch eng mit einem Partner zusammen. Aus diesem Grund haben wir uns parallel zur HMD-Motorentwicklung mit einem Reglerhersteller zusammengetan und diese Antriebseinheit gemeinsam entwickelt. So konnten wir den optimalen Motor entwickeln und produzieren. Der Partner konnte die Elektronik, die er bereits auch schon in der ersten Version zur Verfügung gestellt hatte, noch einmal hinsichtlich der Leistung optimieren. Wichtige Sicherheitsfunktionen wie Safe Torque Off (STO) und Safe Brake Control (SBC) sind nun bereits standardmäßig integriert. Weitere Optionen sind zugunsten der funktionalen Sicherheit gemäß IEC 61800–5–2 verfügbar, sodass wir SIL 3 (PL e) erreichen. Und es werden weitere Sicherheitsfunktionalitäten folgen. SS1 und SS2 (Safe Stop 1 und 2) können schon Mitte des Jahres zur Verfügung stehen, zusätzliche wie SLS (Safely limited speed), BBT, BLP, BP, BLT und BT implementieren wir dann bis Ende dieses Jahres bzw. Anfang nächstes Jahr. Bis Mitte 2021 sind dann sämtliche Sicherheitsfunktionalitäten im Antrieb integriert.

KEM Konstruktion: Für welche Applikationen bzw. in welchen Branchen finden die HMD-Motoren sowie die Actilink-Reglerlösung Verwendung und welchen Mehrwert haben Anwender von deren Einsatz?

Pirthauer: Die HMD-Motoren eignen sich aufgrund ihrer geringen Massenträgheit und der hohen Beschleunigungswerte für dynamische Applikationen. Das können zum Beispiel Deltaroboter sein, Pick-and-Place-Applikationen oder auch Schießanlagen, also Anlagen in denen beispielsweise Wurst geschnitten wird. Hier geht es zum einen um sehr kurze Zykluszeiten im Millisekunden-Bereich und zum anderen um Anwendungen bei denen die Drehzahlen schnell reversiert werden müssen. In Kombination mit der integrierten Elektronik Actilink geht es nicht nur um Dynamik, sondern um Präzision und Sicherheit. Das bedeutet, unsere Produkte werden in Automatisierungsapplikationen wie z.B. Bandantrieben, die sozusagen die Teile an den Maschinen zur Verfügung stellen, verbaut. Diese Antriebskombination findet auch in der Logistik Anwendung. Dort spielen unter anderem die Sicherheitsfunktionalitäten der Regelung eine große Rolle. Einsatz findet das System etwa in fahrlosen Transportsystemen (AGVs). Zudem wird die Actilink-Lösung auch in Handling- und Greif-Robotern eingesetzt. Alles Applikationen, bei denen Teile sicher übernommen, gehalten und positioniert werden müssen. Zusammenfassend kann man sagen, dass unsere HMD-Motoren und die Reglerlösung Actilink hauptsächlich in der Robotik, der Automatisierung und vor allem im Transportwesen zum Einsatz kommen. Das sind die Märkte, auf denen wir uns mit unseren neu entwickelten Produkten verstärkt präsentieren werden.

Details zur Baureihe HeiMotion Dynamic (HMD) von Heidrive:

http://hier.pro/wj0se

Kontakt:

Heidrive GmbH
Starenstraße 23
93309 Kelheim
Tel. +49 9441 707–0
Fax +49 9441 707–259
info@heidrive.de
www.heidrive.de


Helmut Pirthauer, CEO, Heidrive GmbH, Kelheim
Bild: Christopher Civitillo/Konradin Mediengruppe

„Die HMD-Motoren sind aufgrund der geringen Trägheit, hinsichtlich der hohen Beschleunigungswerte insbesondere für dynamische Applikationen geeignet.“


Helmut Pirthauer, CEO, Heidrive GmbH, Kelheim
Bild: Christopher Civitillo/Konradin Mediengruppe

„Ein weiterer Trend in der Antriebstechnik ist die Entwicklung hin zu Kleinspannung oder Niederspannung mit 24 beziehungsweise 48 Volt.“


Helmut Pirthauer, CEO, Heidrive GmbH, Kelheim
Bild: Christopher Civitillo/Konradin Mediengrupp

„Der Servicegedanke wird in der Antriebstechnik immer wichtiger. Denn die Kunden wollen einen Antrieb inklusive Softwarepaket, bei dem die Inbetriebnahme per Plug & Play funktioniert.“


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70 Jahre Erfahrung in der Antriebstechnik

Die Geschichte der Firma Heidrive lässt sich bis in das Jahr 1720 zurückverfolgen. Aus einer Schmiede in Schwabach entstand 1938 eine Metallwarenfabrik, die weltweit expandierte. Nachdem im Jahre 1951 die ersten Elektromotoren entwickelt und produziert wurden, wurde 1961 das Werk in Kelheim, der heutige Hauptsitz eröffnet. Im Jahre 1968 folgte ein weiteres Geschäftsfeld in Kelheim, spezialisiert auf Systemeinheiten und 1995 die Tochterfirma Heidrive s.r.o. in Mrakov, Tschechien. Seit Januar 2015 firmiert der Geschäftsbereich Systemtechnik unter dem eigenen Namen Pasotec GmbH. Seit Januar 2016 gehört die Heidrive GmbH zum US-amerikanischen Antriebstechnikhersteller Allied Motion Technologies Inc.


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