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Antriebssteuerung

Maschinenperformance beginnt mit der Antriebstechnik

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Wagenbach / Ute Drescher

Wer sich mit seiner Maschine oder Anlage differenzieren möchte, und zwar nicht nur über den Preis, sollte bei der Antriebstechnik anfangen. Unser Autor verrät, welche Komponenten wie zusammenspielen müssen. Eine Schlüsselrolle nimmt die Antriebssteuerung ein.

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Das Antriebspaket mit Dynamik.
Das Antriebspaket mit Dynamik.
(Bild: Maxon Motor)

Für moderne Maschinen, Anlagen und Geräte sind eine umfangreiche Funktionalität und hohe Zuverlässigkeit zwei Grundvoraussetzungen, um am Markt zu bestehen. Allerdings erlauben diese beiden Faktoren heute nur noch wenig Spielraum zur Differenzierung. Es stellt sich für Maschinen- und Gerätebauer deshalb zunehmend die Frage, wie ein Marktvorteil gegenüber der Konkurrenz, außer über den Preis, erzielt werden kann. Einerseits wird versucht, dies über das Produktdesign, Handling und die Benutzerschnittstelle zu erreichen, andererseits gewinnen die „Randbedingungen“ neben der eigentlichen Funktionalität an Bedeutung:

  • Kompaktheit, d.h. geringer Platzbedarf und einfacherer Maschinentransfer
  • Modularität, d.h. anwendungsspezifische Auf- und Umrüstung
  • Flexibilität, d.h. schnell und effizient auf kleine Produktionslosgrößen adaptierbar
  • Dynamik, d.h. hoher Produktionsausstoß und große Rentabilität
  • Energie-Effizienz, d.h. geringe Betriebskosten

Diese Randbedingungen bieten dem Maschinen- oder Gerätebauer wieder die Chance, eine funktionale Differenzierung zu erreichen und seine Leaderrolle im Markt zu finden. Der Vorteil einer Fokussierung auf „Randbedingungen“ liegt auch darin, dass Konkurrenten nur mit großem Aufwand und häufig nur in Form von Neuentwicklungen die Konzepte und das Knowhow kopieren können. Unter diesem Gesichtspunkt kommt der Antriebstechnik frühzeitig in der Entwicklung eine wesentliche Rolle zu. Die Antriebstechnik, inklusive deren Ansteuerung wirkt sich entscheidend auf die zu erzielende Flexibilität, Dynamik und Energieeffizienz aus.

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Energieeffizienz & Dynamik: Der Motor

Bei Asynchronmotoren ist die Energieeffizienz eine (auch staatlich) definierte Anforderung. Eine wesentliche Energieeinsparung lässt sich im „kleinen“ Leistungsbereich bis 500 W durch den Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad für den Spannungsbereich von 24 V bis 48 V DC erzielen. Die eisenlosen Maxon DC-Motoren und die bürstenlosen EC-Motoren (= BLDC) bieten hierfür optimale Voraussetzungen mit einem Wirkungsgrad von teilweise mehr als 90%. Die Maxon Motoren besitzen eine sehr hohe Leistungsdichte, was im Vergleich zu konventionellen DC- und AC-Motoren sehr kompakte Automatisierungs- und Montagelösungen ermöglicht. Die hohe Dynamik der Maxon Motoren, welche mit Beschleunigungswerten im Bereich einiger Millisekunden extrem schnelle, präzise Bewegungen ermöglicht, ist die Voraussetzung, um der Anforderung nach massiv gesteigerter Maschinenperformance (= Produktionsstückzahlen/Stunde) gerecht zu werden. Die häufig wenig beachtete Auswahl des „richtigen“ Motortyps ist dabei von zentraler Bedeutung und es sollten nicht nur „alte“ Konzepte kopiert, sondern diese kritisch hinterfragt werden. Neue Lösungsansätze auf Basis von Maxon DC- und BLDC-Motoren können alle Anforderungen nach Energieeffizienz, Kompaktheit und Dynamik herausragend befriedigen und die Maschinenperformance deutlich steigern.

Präzision: Die Sensorik

Um die Bewegungsvorgänge zu erfassen wird eine Information über die aktuelle Position, typischerweise bezogen auf die Motorwelle benötigt. Zur Erfassung dieser IST-Position kommen direkt auf der Motorwelle montierte Drehgeber oder spielfrei angekoppelte Linearmaßstäbe zum Einsatz. Aus der Ableitung der Positionsinformation wird von der Antriebssteuerung im Reglertakt auch die Drehzahlinformation (d.h. Positionsänderung pro Zeiteinheit) ermittelt. Es gilt dabei, dass umso höher die Geberauflösung ist, umso exakter kann die Position erfasst und die Motordrehzahl selbst bei hohen Abtastraten exakt berechnet und geregelt werden. Die Sensorauflösung definiert direkt die bestmöglich zu erzielende Positioniergenauigkeit und beeinflusst auch die Qualität der Drehzahlkonstanz insbesondere bei sehr langsamen Bewegungsvorgängen. In der Praxis haben sich verschiedene inkrementelle und absolute Sensortypen, sowie digitale, analoge und protokollorientierte Formen der Sensorsignalübermittlung etabliert. Die Maxon Produktpalette umfasst magnetische und optische Drehgeber, die direkt auf dem Motor montiert sind und eine sehr kompakte, kosten-optimale Lösung für die präzise Antriebstechnik bieten.

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