Kompaktbauende Servoantriebe als Telemetriegeräte

Weniger Kosten für Mechanik

Ein Aspekt, dem beim Thema Industrie 4.0 bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde, ist das Motion Control, das viele der gesetzten Ziele vorantreibt. Kleine, intelligente, kompakte und effizient kommunizierende dezentrale Servoantriebe, die tief in der Maschine verbaut sind, fungieren schon jetzt als Telemetriegeräte, die messen, überwachen und reagieren. Sie führen zu schlankeren Maschinendesigns und höherem Durchsatz.
Der neue Gold Twitter mit 80 Ampere von Elmo Motion Control ist der kleinste STO-zertifizierte Servoantrieb der Welt.
Der neue Gold Twitter mit 80 Ampere von Elmo Motion Control ist der kleinste STO-zertifizierte Servoantrieb der Welt.Bild: Elmo Motion Control Ltd.

Bei einem Bestückungsautomaten für Leiterplatten mit hohem Durchsatz und hoher Qualität, mit doppelter Gantry-Bauweise und Montageköpfen auf der Z-Achse, die die Längen- und Winkelausrichtung der Bauteile steuern, ist es durch den Einsatz der kompakten, aber leistungsstarken Servoantriebe Gold Twitter von Elmo Motion Control gelungen, das Gewicht von ursprünglich 2.000kg bei einem Volumen von 5,2m³ auf 1.200kg und ein Volumen von 3,9m³ zu reduzieren. Dadurch ergeben sich 33 Prozent weniger Mechanik. Darüber hinaus ließ sich der hohe Durchsatz der Pick&Place-Maschine noch steigern. Doch wie ist es möglich, dass die kleinere, leichtere und dadurch scheinbar weniger leistungsfähige Maschine die schwere Maschine in ihrer Ausbringungsmenge übertrifft?

16 ultrakompakte Hochleistungs-Servoantriebe von Elmo Motion Control.
16 ultrakompakte Hochleistungs-Servoantriebe von Elmo Motion Control.Bild: Elmo Motion Control Ltd.

Was ist Pure Power?

Pure Power bezieht sich auf die Fähigkeit, dem System exakt die Leistung zuzuführen, die benötigt wird. Normalerweise führen übermäßige oder ungenügende Energieübertragungen zu mechanischen Beanspruchungen, die Störungen darstellen und eine elektrische und mechanische Belastung verursachen. Das sind in der Regel störende und unerwünschte elektrische oder mechanische Oberwellen, übermäßige Hitze im Antrieb sowie elektromagnetische Störungen, mechanische Vibrationen und Resonanzen. All diese Effekte beeinträchtigen im Wesentlichen die Leistung des Systems. Die herkömmlichen Methoden, um diese Störungen zu vermindern oder zu vermeiden, umfassen das Hinzufügen von speziellen Komponenten wie voluminöse Netzfilter, zusätzliche Induktivitäten, Kühlkörper und Ventilatoren. In einigen Fällen ist es notwendig, die Mechanik belastbarer und stabiler zu machen. In anderen Fällen können einige Vibrationen und Resonanzen durch eine Verlangsamung des Arbeitszyklus verhindert werden. Die meisten dieser Methoden vergrößern allerdings die Abmessungen der Maschine und erhöhen die Design- und Implementierungsarbeiten sowie die Kosten und die Wärmeabgabe. Jedes Teil der Antriebskette trägt zu dieser Aufblähung bei. Der Ansatz von Elmo Motion Control zur Lösung dieses Problems besteht darin, dass der Servoantrieb Gold Twitter durch den Antrieb selbst und die anderen Komponenten der Servokette eine dominante Rolle bei der Reduzierung der Störfaktoren spielt. Die Philosophie ist ganz einfach: „Wenn keine Hitze erzeugt oder Störungen verursacht werden, müssen diese auch nicht wieder beseitigt werden“, weiß Stefan Schmitz-Galow, Geschäftsführer der deutschen Niederlassung von Elmo Motion Control.

Gantry Antrieb mit nur zwei Servoantrieben von Elmo Motion Control ermöglicht einen echten „Pure Power“ Betrieb.
Gantry Antrieb mit nur zwei Servoantrieben von Elmo Motion Control ermöglicht einen echten „Pure Power“ Betrieb.Bild: Elmo Motion Control Ltd.

Sehr kleiner Ethercat-Servoantrieb

„Der Einsatz unseres intelligenten Servoantriebs mit bis zu 5.000W Nennleistung, Nennströmen bis 80A und maximalen Versorgungsspannungen bis 196VDC macht die Modifizierung der Mechanik überflüssig“, erklärt Schmitz-Galow weiter. Mit 20g und einer Größe von 35x30x11,5mm passt der Antrieb in sehr kleinen Bauraum, selbst mit ungünstiger Entwärmung, denn im Gold Twitter steckt die FASST (Fast and Soft Switching Technology)-Schalttechnik, die einen Wirkungsgrad >99% ermöglicht. Die Kommunikation erfolgt über Ethercat- oder CANopen-Schnittstellen in Echtzeit und erlaubt somit auch einen problemlosen Mehrachsbetrieb. Zudem überwacht der Antrieb das Konsequenzverhalten und begegnet den parasitären Resonanzen mit Smart-Motion- und Servosteuerungsfunktionen, wie mehrdimensionaler Anlagenidentifikation, Gain Scheduling, Filtern höherer Ordnung mit Polynomen 5. oder 7. Ordnung. Die Polynome sind online mit der Anwendersoftware EASII konfigurierbar und zeigen in Echtzeit per Bode- und Nichols-Diagramm, wie die Filter reagieren. Eine vorausschauende Verarbeitung von Schwingungssignalen ist ebenfalls möglich. Dieser Ansatz ist nicht nur kostengünstiger als der der mechanischen Fixierung, sondern garantiert auch Pure Power innerhalb des Systems, da nur wenig Leistung auf die Mechanik aufgewendet wird. Blindleistungen, Overhead und Netzverschmutzung gehören damit der Vergangenheit an. Der Antrieb entspricht zudem allen internationalen Standards in Bezug auf EMV und funktionale Sicherheit nach STO und SIL3 und ist damit einer der kleinsten STO-zertifizierten Servoantriebe.

Fortgeschrittene Erkennung von parasitären Verhaltensweisen, die mit Smart Control bewältigt werden können.
Fortgeschrittene Erkennung von parasitären Verhaltensweisen, die mit Smart Control bewältigt werden können. Bild: Elmo Motion Control Ltd.

Gantry Control und intelligente Servoantriebe

Die ursprüngliche Maschinenkonstruktion bestand aus einer komplexen zentralen Gantry-Steuerungsarchitektur mit einem Master-Controller und mehreren Antrieben für jede Achse. Abgesehen von der physischen Komplexität neigen solche Systeme dazu, Feldbus-Netzwerke übermäßig zu beanspruchen. Durch den Einsatz des Servoantriebs ließ sich die Steuerungsarchitektur aufteilen und dadurch verschlanken. Das Design der Maschine ist nun auf zwei Gantry-Steuerungen aufgeteilt worden, mit je zwei kleinen, hochleistungsfähigen Servoantrieben. Das Resultat des neuen Bestückungsautomaten ist eine deutliche Reduzierung der Kosten, da kein Controller und wenige Antriebe benötigt werden. Zudem wurden Kabel, Steckverbinder, Kühlkörper und Kabelführungen, die ansonsten übermäßig viel Leistung verbrauchten, reduziert oder komplett eliminiert. Ein Schaltschrank ist daher nicht mehr notwendig. Aufgrund seiner Robustheit lässt sich der Antrieb auf, neben oder sogar im Motor sowie auf sich bewegenden Lasten montieren. Der Gold Twitter harmoniert mit jedem Servomotor, kann in Strom-, Geschwindigkeits- und allen Modi von Lageregelung betrieben werden, für Single-, Dual-Loop und Gantry-Applikationen. Dabei werden alle gängigen Gebersysteme unterstützt. Das geringere Gewicht des neuen Bestückungsautomaten wurde auch dadurch erreicht, dass sich die Größe des Montagekopfs reduzieren ließ. Die baukleinen Servoantriebe wurden zudem direkt an den beweglichen XY-Achsen montiert und ließen sich somit präziser auf die Last abstimmen. Damit wurde sichergestellt, dass die Montageköpfe weniger Leistung verbrauchen, da die von bewegten Kabeln, den Schleppketten und Steckverbindern benötigte parasitäre Leistung reduziert wurde.

Seiten: 1 2 3Auf einer Seite lesen

Elmo Motion Control Ltd.
http://www.elmomc.com

Das könnte Sie auch Interessieren

Weitere Beiträge

Bild: ©Andreas Schebesta/Schneider Electric GmbH
Bild: ©Andreas Schebesta/Schneider Electric GmbH
Nachhaltig 
erfolgreicher wirtschaften

Nachhaltig erfolgreicher wirtschaften

Wer Nachhaltigkeit als ressourcenschonende und smarte Wirtschaftsweise versteht, kann damit langfristig seine Wettbewerbsfähigkeit und Standortresilienz sichern. Bei der erfolgreichen Umsetzung spielen Robotiklösungen, die von industrieller Bildverarbeitung, digitalen Technologien und künstlicher Intelligenz unterstützt werden, eine entscheidende Rolle. Wie solch eine Lösung aussehen kann, zeigt das KIT-Projekt zum Halbleiter-Recycling.

mehr lesen
Bild: SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG
Bild: SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG
Movi-C: Systemkompetenz von SEW-Eurodrive

Movi-C: Systemkompetenz von SEW-Eurodrive

Wie viel Systemkompetenz braucht man heute als Antriebsanbieter? Der rote Faden, mit dem SEW-Eurodrive diese Fragestellung zeitgemäß beantwortet, ist fest im Elektronikbaukasten Movi-C verankert. Was genau dahinter steckt, und wie stark das eigene Selbstverständnis davon geprägt wird, erklärt Geschäftsführer Hans Krattenmacher im Interview mit dem SPS-MAGAZIN und dem anschließenden Rundgang durch die Elektronikfertigung in Bruchsal.

mehr lesen
Bild: Stiwa
Bild: Stiwa
Die treibende Kraft der Kompaktautomation

Die treibende Kraft der Kompaktautomation

Modular aufgebaute mechatronische Systeme können heute bei der Kleinteilefertigung die aufeinanderfolgenden Fertigungsschritte als sogenannte Kompaktautomation eigenständig durchführen. Die treibende Kraft der Schieber, Greifer und Schwenkeinheiten sind in erster Linie kleine Linearantriebe und bürstenlose DC-Motoren. Dabei überzeugen die langlebigen Antriebe von Faulhaber mit ihrer Schnelligkeit und Positioniergenauigkeit sowie einer hohen Leistungsdichte.

mehr lesen
Bild: Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG
Bild: Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG
Smart Farming: Mit dem Roboter aufs Feld

Smart Farming: Mit dem Roboter aufs Feld

Wie und vor allem wer kann die Nahrungsproduktion auch in Zukunft effizient umsetzen? Um diese Herausforderungen meistern zu können, braucht der Mensch Unterstützung. Die moderne Automatisierungs- und Antriebstechnik haben das Potential, die Effizienz in der Landwirtschaft erheblich zu steigern. Faulhaber bietet für den Smart-Farming-Bereich bereits ein breites Spektrum passender Antriebe.

mehr lesen
Bild: Thomson Industries Inc.
Bild: Thomson Industries Inc.
Elektrische Alternative zu Hydraulik- oder Pneumatikzylindern

Elektrische Alternative zu Hydraulik- oder Pneumatikzylindern

Elektrische Linearaktoren heben die Materialhandhabung auf ein neues Niveau. Angesichts der digitalen Transformation, die das Potenzial der Automatisierung auf mehr Achsen ausdehnt, sowie elektrischen Linearaktoren, die immer höhere Lasten bewegen, stellen immer mehr Entwickler von Systemen für den Materialfluss hydraulische und pneumatische Antriebssteuerungen auf elektrische um, insbesondere bei neuen Projekten. Entsprechend reagieren die Anbieter von Linearaktoren mit Innovationen, um die Möglichkeiten der automatisierten Materialhandhabung in Bezug auf Lastmanagement, Dimensionierung, Intelligenz, Langlebigkeit, Energieeffizienz, Sicherheit und Ergonomie zu erweitern.

mehr lesen