Neuer Schwung für modulare Maschinen in Verpackungslinien

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

Ostbayerisches Technologie- Transfer-Insitut e.V. ( OTTI )

Was sich bewährt hat, soll bleiben

Ziel war, das bewährte Konzept des bereits verfügbaren Acopos-Remote so weit wie möglich zu nutzen. Durch konzeptionelle Arbeit, Simulationen und Modellversuche wurde schnell klar, welche Baugruppen prinzipiell verwendbar sind.

Der Temperaturhaushalt in Kombination mit der avisierten kompakten Baugröße stellte eine Herausforderung dar. Zum einen würde die Elektronik auf einem Gehäuse sitzen, das sich im normalen Betrieb auf bis zu 110°C aufheizt. Ohne zusätzliche Maßnahmen würde das kein konventionelles Bauelement lange aushalten, denn es gilt die Faustformel: Eine Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt die Ausfallrate.

Auch der Motor würde zusätzlich belastet: Es würde effektiv weniger Fläche zur Verfügung stehen, um die entstehende Wärmeenergie abzugeben. Zur Lösung dieses Konfliktes wurden verschiedene Konzepte beleuchtet. Wasserkühlung, Peltier-Elemente und Zusatzlüfter erwiesen sich als ungeeignet und preistreibend. Die Entwickler von B&R suchten nach der bestmöglichen Lösung und starteten umfassende Versuche.

Extreme Anforderungen an Motor und Bauteile

Ein Motor wurde so umgearbeitet, dass er die charakteristischen thermischen Eigenschaften des Endprodukts aufwies und im Test danach extremer Belastung ausgesetzt. Dabei wurde die Temperaturverteilung in den Wicklungen, den Lagern und vor allem im Geber genauestens analysiert. Das Ergebnis: Verfügbare Motoren sind ohne Modifikationen nicht geeignet.

In der Elektronik waren die Betriebs- und Grenztemperaturen jedes einzelnen der weit über tausend benötigten Bauelemente zu ermitteln. Schnell wurde deutlich, welche Möglichkeiten offenstanden.

Während Komponenten der Leistungselektronik mit den höheren Temperaturen gut zurechtkommen, würde es bei hochintegrierten digitalen Komponenten kritisch. Das gilt auch für viele passive Bauelemente, wozu besonders die Zwischenkreiskondensatoren zählen. Um die Anforderungen an eine kompakte Bauform zu erfüllen, mussten diese zudem sehr klein bauen. Kleine Bauform und damit Kapazität birgt die Gefahr von Resonanzen in der Zwischenkreisversorgung.

„Das Ziel ist und bleibt die weitgehende Kompatibilität zu unseren übrigen Komponenten. Damit können sich unsere Kunden in jeder Applikation frei entscheiden, ob sie mit Acopos-Remote oder Acopos-Motor arbeiten möchten. Unsere Kunden sollen ihre Lösung jederzeit flexibel skalieren können“, bleibt Holzleitner hartnäckig.

Durch geschickte Anordnung der Bauelemente, verschiedenen Temperaturzonen und Einbeziehung von Herstellern kritischer Komponenten wurde der Durchbruch erzielt.

Acopos-Motor im Härtetest

Das Ergebnis hat alle Erwartungen in den Schatten gestellt. Es ist gelungen, ganz ohne Derating die volle Kompatibilität zum Acopos- und Motor-Portfolio von B&R zu gewährleisten. Ein einziges Hybridkabel bringt die Leistung aus dem Zwischenkreis des Acopos-Multi gemeinsam mit Powerlink direkt vor Ort. Über IP67-Stecker können Module der X67-I/O-Familie – auch Safety-Komponenten – beliebig zugefügt werden. Optional stehen alle aus der IEC 61800-5-2 bekannten Safe-Motion-Funktionen zur Verfügung. Damit kann die dezentrale Achse, völlig unabhängig vom STO-Signal (STO: Safe Torque Off) des Hybridkabels, sicher stehen oder unter anderem im Einrichtbetrieb mit sicherer Geschwindigkeit fahren.

Ocme-Entwicklungsleiter Antonio Mosca steht mit B&R-Mitarbeiter Beviglieri vor einer Dry-Block-Linie. Die Acopos-Geräte sind installiert und die Anlage läuft bereits mehrere Tage mit höchster Taktrate und bei Umgebungstemperaturen von knapp 50°C. „Dieser Antrieb hat uns entscheidend vorangebracht. Damit können wir auch unser Ziel, bei mehr Produktivität zugleich bis zu 36 Prozent Energie einzusparen, sicher erreichen.“

* Dr.-Ing. Thomas Schmertosch, B&R Industrie-Elektronik

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