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antriebstechnik 5/2016

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ELEKTROMOTOREN Was macht

ELEKTROMOTOREN Was macht eigentlich …? Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der integrierten Schrittmotorantriebe Angela Struck … der seinerzeit erste Schrittmotor in Serie mit direkt angebauter Steuerung und Controller heute? Der Vertriebspartner der sogenannten „Mdrives“ Koco Motion GmbH blickt zurück, wie 2001 alles begann, gibt ein Update über den Entwicklungsstand heute und wirft einen kleinen Blick in die Zukunft. M drive ist der Begriff für die Integration von Steuerungen in Schrittmotoren. David Coutu von der damaligen IMS Inc. hat zur Jahrhundertwende in einer Garage in Connecticut die erste Steuerung für einen Roboterantrieb in Form eines miniaturisierten Moduls entwickelt. Weil die Entwicklung so vielversprechend war, entschied sich der Ingenieur im Jahr 1986, sein eigenes Unternehmen zunächst in diesen vier Garagenwänden aufzubauen. Drei Jahre später war die Garage für die inzwischen sechs Mitarbeiter zu klein und man bezog neue Räume. In diesem Jahr 1989 lernte David Coutu seinen künftigen Partner Gerhard Kocherscheidt, heute Geschäftsführer der Koco Motion GmbH, kennen. Das war der Beginn einer geschäftlichen Kooperation, bevor David Coutu und Gerhard Kocherscheidt im Jahr 2001 mit der IMS Europe GmbH eine europäische Vertriebszentrale in Villingen-Schwenningen für die IMS-Produkte gründeten. Drei Generationen unter einem Dach Unter den zu vertreibenden Produkten befand sich auch die erste Generation der in tegrierten Schrittmotorantriebe Mdrive mit eigens entwickelten, anwendungsspezifisch integrierten Schaltungen, sogenannten Asics. Die Mdrives, die im Partymode auf bis 64 Stück miteinander synchronisiert werden können, gestatteten den Bau sehr kompakter Maschinen und Apparate. Sie wurden seit ihrer Einführung schon zigtausend Mal in Deutschland eingesetzt. In ein Mdrive-Paket bekommt der Anwender bis heute so einiges hineingepackt: Neben einem starken Hybrid-Schrittmotor enthält der Antrieb einen leistungsstarken, voll programmierbaren Controller mit onboard Ein-/Ausgängen, eine leistungsstarke Mikroschritt-Ansteuerung mit bis zu 256 Mikroschritten/Vollschritt sowie einen integrierten Encoder für Closed Loop-Betrieb. Das Hardware-basierte System „HM Technology“ (HMT) realisiert die Closed-Loop- Funktion. Diese servoähnliche Regelung verhindert das Außer-Tritt-Fallen des Schrittmotors durch Herunterregeln der Drehzahl und beugt so dem unerwarteten Blockieren bei Überlast vor. Die Kombi nation aus Leistungsfähigkeit sowie Robustheit gestattet dadurch eine große Anzahl von dezentralen Automatisierungseinsätzen. Im Jahr 2006 kam die zweite Generation Mdrive auf den Markt. Sie wurde mit einem neuen Asic ausgestattet: Es enthielt sowohl 01 Die Lexium Mdrive Schrittmotorantriebe sind für die Industrie 4.0- Zukunft gerüstet Angela Struck ist freie Journalistin und Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Langenpreising 42 antriebstechnik 5/2016

ELEKTROMOTOREN die Grundbausteine der Mikroschrittansteuerung als auch den Motion-Controller und einen voll programmierbaren Risc-Prozessor-Kern. Durch den Abschluss dieser langjährigen strategischen Asic-Entwicklung wurden die Ansteuerungen der integrierten Mdrive-Antriebe verbessert und vereinfacht. Dies erlaubte eine sehr kleine Bauweise für das Gesamtsystem, eine große Variantenvielfalt mit einer überschaubaren Anzahl von Olaf Kämmerling ist stellvertretender Geschäftsführer der Koco Motion in Dauchingen Komponenten sowie eine einfache Fertigung und Montage für kurze Lieferzeiten. Im Jahr 2008 hat die Schneider Gruppe die amerikanische IMS Inc. gekauft und firmiert seitdem unter Schneider Electric Motion USA. Die IMS Europe GmbH wurde umbenannt in Koco Motion GmbH. Im Jahr 2013 kam schließlich erstmals unter dem Schneider Label „Lexium Mdrive“ (LMD) die dritte Generation auf den Markt. Wie viele Mdrive Antriebe befinden sich heute im industriellen Einsatz? Das kann ich nur abschätzen. Allein in den vergangenen zwei Jahren sind ca. 45 000 Einheiten weltweit verkauft worden. Das bedeutet, dass diese Antriebe sich immer größerer Beliebtheit erfreuen. Einsatzgebiete sind Maschinenbau, Medizintechnik, Automatisierung, Geräte, Pumpen, Vorrichtungen, Analysegeräte usw. In wie weit sind Ihre Motoren Industrie 4.0 fähig? Unsere Antriebe sind vernetzbar und können kommunizieren. Über die Bussysteme wie Profinet kann der Antrieb seine Position, Temperatur und alle weiteren Statusdaten ausgeben. Das unterstützt die Fernwartung von Anlagen. Der Status des Antriebes kann über die Steuerung direkt abgefragt werden. Somit kann auf einen Serviceeinsatz verzichtet werden. Der Servicetechniker hat also weltweit Zugriff auf die Steuerung der Motordaten – ganz im Sinne von Industrie 4.0 eben. Welche Neuerungen sind demnächst beim Mdrive zu erwarten? Seit seiner ersten Vorstellung auf der Hannover Messe im Jahr 2013 wurde der Lexium Mdrive beständig weiter entwickelt: Schnittstellen-Erweiterungen, Schutzart IP65 und High-Torque-Ausführung sind nur einige der neuen Features. Der vielfache Kundenwunsch nach Ethercat und nach integrierten Absolutwertgebern sind die wichtigsten Punkte, die wir künftig umsetzen möchten. Integrierte Schrittmotoren heute Die integrierten Mdrive- und die Lexium Mdrive-Antriebe gibt es heute in kompakter Form in den Flanschmaßen Nema 14 – Nema 34. Die Ausführungen in Nema 17, 23 und 34 sind mit robusten M12-Schraubanschlüssen versehen. Damit werden sie der Schutzart IP65 gerecht. Auf diese Ausführungen haben die Maschinenbauer lange gewartet, denn für raue Umgebungsbedingungen gab es bislang keine Alternative. Für die netzwerkfähigen Schrittmotorantriebe stehen heute Schnittstellen und Feldbussysteme zur Verfügung wie Takt/ Richtung, RS 422/485, CANopen sowie Ethernet-basierende Protokolle: ASCII-Befehlssatz, Modbus/TCP, Ethernet/IP und Profinet IO. Die seriellen Schnittstellen und die Ein-/Ausgänge wurden galvanisch getrennt, wodurch diese elektrisch robust sind. Bis zu acht Ein-/Ausgänge stehen zur Steuerung weiterer Funktionen zur Verfügung. Alle notwendigen Steuerungsarten sind realisierbar: Geschwindigkeits-Mode, Positionier-Mode, Torque-Mode. Die Antriebe bieten Drehmomente bis 7 Nm an der Motorwelle und sie sind optional auch mit Getriebe erhältlich. Schrittmotoren mit High-Torque-Option bieten bis zu 50 % mehr Drehmoment in der Baugröße Nema 23. Dabei benötigen die High-Torque- Motoren den gleichen Bauraum wie Motoren ohne diese Option. Solche Torquemotoren finden z. B. Einsatz beim 3-D-Drucker, wo sie präzise die drei Achsen bewegen. Oder es lassen sich genaue Zustell be wegungen in der Formatverstellung zum Beispiel in Druckmaschinen, Holz bear bei tungsma schi nen sowie Pick & Place-Applikationen umsetzen. www.kocomotion.de 02 Separate Schrittmotorsteuerungen in Mdrive-Technologie antriebstechnik 5/2016 43

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