Motion & Drives Optimaler Blick ins All

So ambitioniert wie die Positionieraufgabe am Radioteleskop in Effelsberg ist, die Lösung lässt sich auf alle automatisierten Anlagen übertragen. Das Antriebskonzept setzt dabei auf Positionierantriebe mit integrierter, dezentraler Intelligenz. Solche intelligenten Kleinantriebe sind zudem auch Alternative zum Verstellen per Handrad.

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Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Baumer GmbH

Prof. Ernst Fürst vom Radio-Observatorium Effelsberg ist zufrieden: „Mit dieser Verbesserung besitzt Europa auch in der Zukunft eines der flexibelsten und leistungsfähigsten Radioteleskope.“ Ein neuer Sekundärspiegel des 100-m-Radioteleskops am Max-Planck-Institut für Radioastronomie kompensiert vollständig die lageabhängige Verformung des Hauptspiegels. Dabei werden 96 Einzelplatten der Sekundärspiegeloberfläche individuell in Abhängigkeit vom Neigungswinkel motorisch positioniert, und zwar mit einem Antriebskonzept von Baumer Electric.

So lassen sich mit dem Radioteleskop nicht nur die Überreste gewaltiger Supernova-Explosionen beobachten, sondern es liefert auch Daten zur Erforschung der Sternenentstehung und zum Bestimmen des Magnetfeldes unserer Milchstraße. Für den Empfang der zu interpretierenden Radiowellen im Sekundärfokus (Zentrum des Hauptspiegels – Bildkreis) werden diese zuerst vom Hauptspiegel und dann vom Sekundärspiegel reflektiert. Der schwenkbare Hauptreflektor verformt sich trotz einer speziellen Stützkonstruktion beim Kippen infolge der Schwerkraft. Deshalb weicht er von der Idealform eines Paraboloids zum optimalen Fokussieren der Radiostrahlung ab. Eine Abweichung, die sich mit den Sekundärspiegeln kompensieren lässt. Um das Eigengewicht des Sekundärspiegels und damit dessen Verformung möglichst gering zu halten, ist das Gewicht der Antriebe und deren Verkabelung zur Positionierung der Einzelplatten entscheidend. Ebenso wichtig ist eine geringe Störaussendung der Antriebslösung, um die fokussierten Radiowellen und die daraus gewonnenen Daten nicht zu beeinflussen.

Erfassen der Position ist der Schlüssel zum Erfolg

Gleichzeitig muss eine hohe EMV-Störfestigkeit der Antriebe und Zuleitungen gewährleistet sein, um die komplexen Positionieraufgaben trotz fokussierter Radiostrahlung mit höchster Zuverlässigkeit erfüllen zu können. Weil die Antriebe in der begehbaren, offenen Gondel des Sekundärspiegels bedingt der Witterung ausgesetzt sind, müssen alle Funktionen auch bei hoher Luftfeuchtigkeit und tiefen Temperaturen zur Verfügung stehen. „Die hohe EMV-Festigkeit ist nicht nur bei dieser Anwendung entscheidend“, weiß Steffen Günther, Produktmanager Motion Control bei Baumer Electric in Friedberg. „Unsere Kunden erwarten höchste Zuverlässigkeit auch im schwierigen Umfeld komplexester Anlagen.“

Bei Anforderungen wie diesen bieten Positionierantriebe mit integrierter, dezentraler Intelligenz das optimale Antriebskonzept. Sie vereinen Motor, Positionserfassung, Regler und Leistungselektronik zu einem System mit intern geschlossenem Regelkreis. Zum Parametrieren und Ansteuern lässt sich eine Feldbusschnittstelle nutzen. Die Max-Planck-Forscher haben von mehreren Herstellern Produkte mit vergleichbaren Leistungsdaten getestet und sich entschieden: Der Positionierantrieb FlexiDrive von Baumer Electric ist besonders kompakt gebaut, wiegt nur wenig, ist besonders EMV-fest und sendet nur geringste Störstrahlungen aus. Steffen Günther: „...außerdem ermöglicht die patentierte Positionserfassung eine bisher unerreichte Zuverlässigkeit.“ Um das Gewicht der Verdrahtung in dieser Anwendung zu reduzieren, wird nicht nur der Feldbusanschluss, sondern auch die Speisespannung der Antriebe im Positionierantrieb geschleift. Hierfür gibt es insgesamt vier Steckplätze am Antrieb. Zum Verdrahten lassen sich vorkonfektionierte Standardkabel von einem Antrieb zum nächsten verlegen. Dabei sorgt ein intelligentes Power-Management dafür, dass der Leistungsbedarf der Antriebsgruppe von je sechs Antrieben die verfügbare Leistung des Netzteils nicht überschreitet. Nicht nur, weil der Verdrahtungsaufwand geringer ist, auch weil alle Komponenten dezentral im Antrieb integriert sind, lassen sich die Schaltschränke kleiner dimensionieren. Somit werden diese Antriebe auch modularen Anlagenkonzepten gerecht, weil sie nur mit der Spannungsversorgung und dem Feldbusanschluss betrieben werden. Das automatische Positionieren von Komponenten in der Anlage sowie das Automatisieren von Umrüst- und Einrichtvorgängen bietet grundsätzlich Möglichkeiten, die Anlagenverfügbarkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen, Kosten zu senken und die Qualität zu verbessern. Auch als Alternative zum Verstellen per Handrad bieten intelligente Kleinantriebe ideale Voraussetzungen.

Die jeweilige Performance und Prozesssicherheit der Antriebe hängen in erster Linie vom eingesetzten Sensor ab. Diesem nämlich kommt die zentrale Aufgabe zu, die Rotorlage der Antriebswelle zu erfassen und dem Regler Informationen zum Regeln der Lage und Drehzahl zur Verfügung zu stellen. Baumer Electric setzt bei seinen Stell- und Positionierantrieben auf vollwertige Absolut-Multiturn-Drehgeber, die auch im unbestromten Zustand eine eindeutige und lückenlose Positionserfassung ermöglichen. Das sorgt für ein Höchstmaß an Prozesssicherheit in der Anwendung. Referenzfahrten sind nicht erforderlich. Das sog. Touchless-Encoderprinzip arbeitet berührungslos und hat sich über mehr als ein Jahrzehnt in Drehgebern bewährt. Er gilt als besonders schock- und vibrationsbeständig. Steffen Günther nennt die Gründe: „Weil keine optischen Elemente vorhanden sind, ergibt sich eine hohe MTBF-Zeit sowie eine hervorragende Performance bei tiefen Umgebungstemperaturen und Temperaturwechseln. Auch ein Betrieb um den Taupunkt ist kein Problem.“ Als Ursache für die hervorragende EMV-Festigkeit gelten zum einen die kompakte Bauform der Positionserfassung und auch die kompakte Bauweise des gesamten Stellantriebs. Steffen Günther bilanziert: „Das breite Spektrum an kompakten Stell- und Positionierantrieben mit integrierter Intelligenz von Baumer electric ermöglicht nicht nur den Spezialeinsatz in Forschung und Wissenschaft, sondern leistet auch in Standard-Industrieanwendungen, wie im grafischen Maschinenbau, in der Verpackungstechnik oder der Medizinindustrie, zuverlässige Dienste.“(klu)

Baumer ElectricTel. +49(0)6031 60070

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