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Motor-Feedback-System

Neue Getriebegattung setzt auf wartungsfreies Motor-Feedback-System

| Autor/ Redakteur: Kathrin Kritzer* / Sariana Kunze

Die Antriebssysteme „Galaxie“ eines Wittenstein-Start-ups ermöglichen einen nahezu vollständigen Flächenkontakt bei der Kraftübertragung. Sie sind hochpräzise, absolut spielfrei mit Hohlwelle und haben sich als eigenständige Getriebegattung etabliert. Hierfür wurde auf ein Motor-Feedback-System von Sick Stegmann gesetzt.

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Da das Antriebssystem Galaxie D in der Schwenkachse komplett unzugänglich verbaut ist, ist nur ein batterieloses Motor-Feedback-System eine geeignete weil dauerhaftservice- und wartungsfreie Lösung.
Da das Antriebssystem Galaxie D in der Schwenkachse komplett unzugänglich verbaut ist, ist nur ein batterieloses Motor-Feedback-System eine geeignete weil dauerhaftservice- und wartungsfreie Lösung.
(Bild: Wittenstein SE)

Das Wittenstein-Start-up Galaxie hat das Thema Antrieb von vorn gedacht. Das Ergebnis: Eine neue Getriebegattung. Die Kinematik von Galaxie ermöglicht einen nahezu vollständigen Flächenkontakt bei der Kraftübertragung. Dadurch erreichen die kompakten Antriebssysteme und Getriebe mit Hohlwelle hohe Leistungsdaten. Dazu zählen extreme Drehmomentdichte, Verdrehsteifigkeit, Gleichlaufgüte, Positioniergenauigkeit und absolute Spielfreiheit. Diese Entwicklung wurde auf der Hannover Messe 2015 mit der Hermes Award ausgezeichnet. „Seitdem hat sich Galaxie zu einem modularen Portfolio weiterentwickelt, das durch verschiedene Bauformen und Varianten neue Anwendungen mit besonderen Leistungs- oder Einbauanforderungen erschließt“, erklärt Nadine Hehn, Vertrieb Start-up Galaxie. „Die Merkmale – dynamisierte Einzelzähne, vollflächiger Kontakt beim Zahneingriff sowie die neue Lagerart mit segmentiertem Außenring – führen dazu, dass Galaxie bezogen auf den Marktstandard in allen wichtigen technischen Disziplinen bekannten Planeten-, Zykloid-, Exzenter- und Standard-Wellgetriebe um Faktoren überlegen ist“, führt Nadine Hehn die Merkmale für den Hochleistungsmaschinenbau aus. Bereits in der frühen Entwicklungsphase beschäftigte sich Wittenstein schon mit dem Motor-Feedback-System SEM90 von Sick Stegmann. Das Multiturn-Systeme für Hohlwellen mit 50 mm Durchmesser ist durch seine flache Bauform und die einfache Montage ohne Spezialwerkzeug direkt auf der Motorwelle eine platzsparende und integrationsfreundliche Antriebslösung. „Die Kompaktheit des SEM90 unter-stützt 1:1 den Ansatz des Galaxie Antriebssystems hinsichtlich höchstmöglicher Leistungsdichte“, bestätigt Tobias Burger, Manager Start-up Galaxie von Wittenstein. „Gleiches gilt für die hohe Genauigkeit des SEM90, die ebenfalls gut zur Präzision und Positionierwiederholgenauigkeit der Galaxie-Getriebekinematik von nur vier Winkelsekunden passt.“

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Batterieloser Multiturn schafft 4.096 Umdrehungen

Das Motor-Feedback-System SEM90 ist ein Hohlwellengeber mit Hiperface-Schnittstelle für Direktantriebe und Antriebssysteme, wie sie in zunehmendem Maße in Robotikapplikationen und Handlingsystemen eingesetzt werden. Die Weg-, Geschwindigkeits- und Positionserfassung bei maximaler Drehzahl – 6.000 Umin-1 basiert auf einem kapazitiven Messprinzip mit lagerlosem Sensorelement. Durch diesen Aufbau zeichnet sich das Gebersystem nicht nur durch eine hohe Genauigkeit aus, sondern ist auch robust: weder Schocks und Vibrationen noch Staub, Feuchtigkeit oder Magnetfelder im Einsatzumfeld beeinträchtigen die Funktion. Messtechnisch stellt das Motor-Feedback-Systeme seine Signale als 64 Sin-Cos-Perioden pro Umdrehung bereit und erreicht so eine hohe Regelungsgüte – die wiederum präzisen Bewegungsabläufe von beispielsweise Schwenkachsen unterstützt. Dabei ermöglicht die erstmals in einer solchen Bauform umgesetzte, mechanische Multiturn-Funktionalität mit bis zu 4.096 Umdrehungen einen Betrieb ohne zusätzliche Energieversorgung. „Dies bedeutet weniger Verdrahtungsaufwand vom Geber zur Batterie im Schaltschrank, zudem wird dort Platz gespart“, führt Tobias Burger aus. „Weniger Komponenten bedeuten zudem weniger Ausfallrisiko, weniger Schnitt-stellen verringern den Abstimmungsbedarf.“ Vor allem aber wird der Wartungsaufwand batteriegestützter Geber für den Endkunden des Maschinenbauers eliminiert. Zudem kann er die fällige Wartung weder vergessen noch läuft er Gefahr, beim Tausch der Batterie die absolute Multiturn-Position zu verlieren.

Motor-Feedback-Integration weitergedacht

Weiter gedacht haben die Entwickler von Sick auch hinsichtlich der Montage- und Integrationsfreundlichkeit. Aufstecken, fixieren, bis zum Einrasten drehen, fertig. Das wurde bereits beim Anbau der ersten Prototypen in der Testphase bei Wittenstein begrüßt – zumal auch keine Übertragungselemente wie Zahnriemen oder Kupplungen benötigt werden. Montagefehler sind also eigentlich ausgeschlossen – dennoch bietet der Multiturn die zusätzliche Möglichkeit, nach der Montage des Systems mit Hilfe des Programmiergerätes PGT11-S die Position des Rotors auszulesen und so mögliche Anbaufehler im End of Line-Test vor der Auslieferung des Motors zuverlässig zu erkennen. „Das SEM90 ist für die Antriebssysteme Galaxie DF sowie Galaxie D in den Baugrößen 110 und 135 gelistet“, erläutert Nadine Hehn. Hilfreich bei der elektrischen Integration von Galaxie Antriebssystemen beim Maschinenbauer ist dabei die Tatsache, dass mittlerweile zahlreiche Reglerhersteller die genannten Motor-Feedback-Systeme von Sick validiert haben. So geschehen unter anderem im Rahmen eines Kundenprojektes von Wittenstein bei der Hekuma, einem Hersteller von Hochleistungs-Automationssystemen für Kunststoff-Spritzgießanlagen. „Bei der Ausrüstung einer Hochleistungs-Transfereinheit mit etwa 270 kg bewegter Masse, die einen zweistufigen Spritzgießprozess mit duro- und thermoplastischen Substraten verbinden wird, sind wir von nicht ausreichend spielarmen und torsionssteifen Spannungswellgetrieben auf das Antriebssystem Galaxie D umgestiegen“, berichtet Alexander Kappes, teamleitender mechanischer Konstrukteur bei Hekuma. Mit an Bord des Antriebssystems und mit diesem komplett unzugänglich verbaut ist das Motor-Feedback-System. „Im Gegensatz zu batteriegepufferten Gebern ist das SEM90 wie auch das Galaxie Antriebssystem selbst eine dauerhaft service- und wartungsfreie Lösung“, bestätigt Reinhard Steinhoff von der Mechanischen Konstruktion bei Hekuma. „Es gibt keine Batterie, die aufwändig ausgetauscht werden müsste, keinen Wartungstermin, den der Endkunde versäumen kann, kein Risiko, dass beim Batterietausch die Absolutposition verloren gehen könnte.“ Ebenfalls wartungsvermeidend ist die Tatsache, dass weder bei der Getriebekinematik des Galaxie noch beim Multiturngetriebe des Motor-Feedback-Systems mit abriebbedingten Entstehen von Verschleißpartikeln gerechnet werden muss.

Die Vorbereitung für die Einkabeltechnik Hiperface DSL, das integrierte ASIC ist entsprechend ausgelegt, ermöglicht die Einbindung der Motor-Feedback-Systeme in das multisensensorfähige Automatisierungskonzept sHub von Sick und gewährleistet so über die Nutzung zusätzlicher Betriebsdaten der Geber zum Condition Monitoring ein zusätzliche Zukunftssicherheit. Da zudem das Thema Maschinensicherheit sowohl antriebs- als auch geberseitig immer wichtiger wird, werden die Motor-Feedback-Systeme in absehbarer Zeit über Functional-Safety-Zulassungen entsprechend PL d nach EN ISO 13849 Und SIL2 nach EN 61508 verfügen.

* Kathrin Kritzer, Produktmanagerin Motor-Feedback-Systeme / Motion Control Sensors, Sick Stegmann

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