Servoverstärker

Viel Aufwand für die Automatisierung: Als die Basis noch analog lief

| Autor / Redakteur: Torsten Blankenburg / Karin Pfeiffer

Ein Prüffeldarbeitsplatz in den 1980ern: Was einst aussah wie ein HiFi-Turm, war seinerzeit eine CNC-Steuerung der neuesten Generation.
Ein Prüffeldarbeitsplatz in den 1980ern: Was einst aussah wie ein HiFi-Turm, war seinerzeit eine CNC-Steuerung der neuesten Generation. (Bild: Sieb & Meyer)

50 Jahre Firmengeschichte von Sieb & Meyer skizzieren auch die Entwicklungen in der Antriebs- und Steuerungselektronik. Innovative Lösungen geben hier einmal mehr einen faszinierenden Einblick in den technologischen Fortschritt der vergangenen Jahrzehnte.

Hamburg im Jahr 1962: Der Elektroingenieur Reinhard Sieb und der Physiker Johannes Meyer haben eine Vision. Sie wollen an der rasanten Entwicklung der Industrieelektronik teilhaben. Gemeinsam gründen sie das Unternehmen Sieb & Meyer und entwickeln in ihrer Werkstatt kundenspezifische Elektroniklösungen, etwa eine Nadelricht-Einrichtung. Wenige Jahre und viele durchgetüftelte Nächte später haben die beiden Firmengründer ein kleines Entwicklungsteam um sich geschart und erste Produkte konstruiert.

Speziallösungen für komplexe Anwendungen sind schon damals ein Markenzeichen der noch kleinen Technikschmiede. Bei den Kunden kommt dies offenbar bestens an. Das Unternehmen wächst stetig, in den vorhandenen Räumlichkeiten wird es eng. 1967 zieht Sieb & Meyer deshalb nach Lüneburg, wo es schon bald erneut anbauen muss und bis heute seinen Stammsitz hat.

Die Anfänge: Viel Aufwand für die Automatisierung

Kurz darauf legt Sieb & Meyer mit der Entwicklung der ersten NC-Steuerung die Grundlage für ein echtes Erfolgsprodukt. Zudem präsentiert das Unternehmen die ersten statischen Frequenzumformer für Schnelllaufspindeln und DC-Servoverstärker und kann seinen Kunden damit erstmals die komplette Steuerungs- und Antriebselektronik aus einer Hand anbieten. Ein Konzept, das sich bewährt. Auch technisch liegt Sieb & Meyer im Trend. Die fortschreitende industrielle Automatisierung wird von Gleichstrom-Servomotoren angetrieben. Servoverstärker „Made in Lüneburg“ werden entsprechend stark nachgefragt. 1976 präsentiert Sieb & Meyer mit dem TYP CNC 25.00 die erste computergestützte numerische Steuerung für Leiterplattenbohrmaschinen.

In den 1980er Jahren sind bürstenlose DC-Servomotoren auf dem Vormarsch und nutzen dabei unterschiedlichste Messsysteme zur Drehzahlrückführung. Aufgrund seiner Robustheit und guten Auflösung setzt sich im europäischen Raum der Resolver als Standard gegen Inkremental- oder Hallgeber durch. Die Basis jedes Servoverstärkers und jedes Frequenzumrichters ist zu dieser Zeit die analoge Schaltungstechnik. Die ist zwar hochdynamisch, hat aber durchaus ihre Schwachpunkte: Temperaturdrift, integrale Nichtlinearität und Parametrierungsproblem sind Vokabeln, die in der Lüneburger Werkstatt recht häufig zu hören sind. Jedes Gerät ist durch die aufwendige Einstellung der Hardware praktisch ein Unikat. Die Inbetriebnahme, der Austausch und der Service sind äußerst aufwendig. Doch mit den Eigenentwicklungen erzielte das Unternehmen stetiges Wachstum.

1983 stellt Sieb & Meyer die ersten Servoverstärker in überlegener AC-Technologie vor, wächst kontinuierlich, der Standort Lüneburg wird weiter ausgebaut: Dank der hohen Fertigungstiefe und industrieller Produktionsabläufe können die Antriebstechnikspezialisten jetzt in enger Abstimmung mit ihren Kunden komplette Lösungen von der Idee bis zur Installation realisieren.

Linearmotoren: Kommutierungslage gefunden

Anfang der 1990er Jahre geht die Evolution der Antriebstechnik in die nächste Phase. Die ersten Linearmotoren werden eingesetzt und sind aufgrund der erforderlichen hohen Regeldynamik neue Herausforderungen an die Servoverstärkertechnik. Sieb & Meyer gilt als einer der Pioniere in diesem Bereich, hat durch die eigene Entwicklungsarbeit Fragestellungen wie das Finden der Kommutierungslage des Linearmotors bereits erfolgreich gelöst. 1992 setzen die Lüneburger mit neuen Servoverstärkern für Linearmotoren technische Maßstäbe. Und das tut sie bei der Regelungstechnik für Linearmotoren bis heute. Ende der 1990er Jahre entwickelt das Unternehmen mit der Serie CNC-61 seine erste frei programmierbare Einachs-CNC und baut Frequenzumrichter mit geregeltem Ausgangsfilter, welche aufgrund sinusförmiger Ausgangsströme und Ausgangsspannungen niedrigste Motorerwärmung garantieren.

Software passt sich inzwischen an die Hardware an

Zu Beginn des neuen Jahrtausends hält die Digitalisierung auch in der Schaltungstechnik unaufhaltsam Einzug. Zunächst noch verhalten in der Parametereinstellung, doch schon kurz darauf ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit so rasant gestiegen, dass komplette Regelungsstrukturen digital realisiert werden. In die Welt der Antriebsverstärker dringt die digitale Kommunikation über Feldbus-Antriebsbussysteme vor. Immer neue Antriebs- und Steuerungsfunktionen werden integriert – bis hin zu einer nahezu freien Parame­trierung aller zur Verfügung stehenden digitalen Werte.

Unterschiede in der Hardware verlieren damit immer mehr an Bedeutung. Ein Gerät lässt sich für unterschiedliche Anwendungsgebiete einsetzen, und die ursprünglich eigenständigen Produkte Servoverstärker und Frequenzumrichter verschmelzen zu einer gemeinsamen Hardwareplattform. Der Unterschied liegt nur noch in der Software, mit der das Gerät an die spezifischen Anforderungen angepasst und für die jeweilige Anwendung fitgemacht wird. Eine immer höhere Rechenleistung ermöglicht in der Welt der Antriebstechnik den Betrieb unterschiedlichster Motortypen, die Auswertung verschiedener Messsysteme und lässt Antriebsverstärker komplexe Steuerungsfunktionen bis hin zu kompletten Motion-Control-Lösungen übernehmen. Aber damit nicht genug: Webserver, Datenbank- oder Sicherheitsfunktionen gehören mittlerweile schon zum Standard.

Schließlich kommt ab etwa 2010 vermehrt das Schlagwort Industrie 4.0 auf – die vierte industrielle Revolution. Das Ziel: die Smart Factory mit einer intelligenten, vernetzten und effizienten Fertigung. Bedingt durch den rasant gestiegenen Rationalisierungs- und Automatisierungsbedarf bei modernen Produktionsmaschinen und -anlagen haben sich auch die Anforderungen an leistungsfähige Servoverstärker stark verändert. Der generelle Trend geht nun zunehmend dahin, immer mehr Funktionen zu integrieren.

Mit dem SD3 folgt Sieb & Meyer diesem Trend und hat eine Lösung speziell für komplexe Antriebsaufgaben wie hochdynamische Positionieranwendungen oder für das servomotorische Schrauben und Pressen entwickelt. Neben einer offenen Systemarchitektur, mit der sich nahezu alle Steuerungs-, Antriebs- und Visualisierungsaufgaben applikationsspezifisch lösen lassen, profitieren SD3-Anwender nun auch von einem breiten Spektrum an bereitgestellten Funktionsbausteinen. Auf die offene Softwarearchitektur aufbauend kann der Kunde Applikationslösungen, die seine Kernkompetenzen darstellen, eigenständig auf Basis der Funktionsbibliotheken etwa in C/C++ programmieren und sein Know-how schützen. Durch die Unterstützung einer OPC-UA-basierten Kommunikation ist die Grundlage für das große Themenfeld Industrie 4.0 gelegt.

Klassiker immer wieder neu erfinden

Der SD3 ist übrigens eine direkte Weiterentwicklung der Servoverstärker-Serie CNC-61 aus den 1990er Jahren – so schließt sich der Kreis. Aber auch ein weiterer Klassiker im Sortiment von Sieb & Meyer ist nach wie vor aktuell: Die CNC-Steuerungen des Unternehmens werden nach wie vor weiterentwickelt und schreiben ihre Erfolgsgeschichte fort. So präsentierte der Geschäftsbereich „CNC-Steuerungen für die Leiterplattenbearbeitung“ auf der Fachmesse HKPCA 2017 in China erfolgreich die neue Steuerungsgeneration CNC 95.00. Bewährte Technik wird eben nicht so schnell alt – vor allem dann, wenn sie sich wie bei Sieb & Meyer immer wieder neu erfindet.

* *Torsten Blankenburg, Vorstand Technik bei der Sieb & Meyer AG, Lüneburg

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