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antriebstechnik 5/2019

antriebstechnik 5/2019

ELEKTROMOTOREN

ELEKTROMOTOREN SCHRITTMOTOREN SIND CLOSED-LOOP-STEPPER DIE NEUEN KLEINSERVOS? Durch die konsequente Nutzung der Möglichkeiten von Software und Elektronik und einen verbesserten Aufbau der Antriebe hat sich die Zahl der Anwendungsgebiete für Stepper in kurzer Zeit vervielfacht. Tom W. Kiel ist Geschäftsführer der A-Drive Technology GmbH in Taunusstein Hybrid-Schrittmotoren sind der Erfolgsantrieb in der Gerätetechnik, aber in Industrie-Anwendungen kamen sie wegen ihres niedrigen Wirkungsgrades und der hohen Geräuschentwicklung bisher kaum zum Einsatz. Durch die Möglichkeiten von Elektronik und Software bekommt der Schrittmotor Eigenschaften eines BLDC-Servoantriebes. Der Antriebstechnik-Spe zialist A-Drive empfiehlt Closed-Loop-Stepper deshalb jetzt für Anwendungen im Maschinenbau, bei denen es auf Baugröße und Preis ankommt. CLOSED-LOOP-TECHNOLOGIE VERHINDERT ERWÄRMUNG Ein wesentlicher Nachteil von Schrittmotoren war bisher die große Erwärmung. Sie entstand, da diese Antriebe auch im Stillstand den Nennstrom aufnehmen, den sie in diesem Zustand aber nicht in Bewegung umsetzen können. Mit der feldorientierten Closed- Loop-Regelung (geschlossener Regelkreis) wird dieses Manko aufgehoben, denn sie ermöglicht es, den Schrittmotor genauso zu regeln wie einen Servomotor. Mithilfe eines Encoders wird die Rotorlage erfasst, sodass im Zusammenspiel mit der Vektorregelung des Magnetfelds gewährleistet ist, dass das Stator-Magnetfeld immer senkrecht zum Rotor-Magnetfeld steht und die Feldstärke dem gewünschten Drehmoment entspricht. Das bedeutet in der Praxis, dass der Motor nur so viel Strom aufnimmt, wie er gerade benötigt und so der Wirkungsgrad dramatisch verbessert wird. Mit Closed-Loop-Regelung kann der Antrieb mit Momenten-, Drehzahl- oder Positions-Regelung betrieben werden. Erforderlich ist hierfür ein Istwert-Signal für Rotorlage, Drehzahl und Position. Geberlose Regelungen sind für kleine Antriebsleistungen nur mit Einschränkungen möglich. Daher ist ein externer Geber erforderlich, sodass mehr Bauraum benötigt wird. Durch diese zusätzliche Komponente entstehen für den Anwender zudem höhere Montage- und Inbetriebnahme-Kosten. MAGNETISCHER SENSOR INTEGRIERT Bei der Entwicklung der Closed-Loop- Motoren und -Aktuatoren CLM und CLA hat man diese Herausforderung angenommen. Sie wurden als integrierter Antrieb konzipiert, der bereits über einen eingebauten Geber mit minimalen Abmessungen verfügt. Die Closed-Loop-Motoren bieten darüber hinaus weitere Vorteile. So ist im Antrieb ein magnetischer Sensor integriert, dessen Signale CLOSED-LOOP-STEPPER SIND DIE KOMPAKTESTEN UND GÜNSTIGSTEN SERVOMOTOREN BEI KLEINEN LEISTUNGEN per Chip auf der am Motor angebauten Ansteuerplatine verarbeitet werden. Die integrierte Elektronik regelt die stepIM-Schrittmotoren mit Sinuskommutierung und feldorientierter Geschwindigkeits-, Positions- und DQ-Stromregelung und macht sie so zu einem momenten starken integrierten Motor, der ohne Getriebe z. B. der ideale Antrieb für Linear- Aktuatoren ist. Wichtig für die Auslegung ist, dass – anders als bei Open-Loop-Motoren – bei Closed-Loop- Steppern keine Dimensionierung mit Kraftreserve erforderlich ist, die i. d. R. mindestens 20 % über dem für die Anwendung nötigen maximalen Drehmoment liegt. Stattdessen erfolgt die Auslegung auf die in der jewei ligen Anwendung auftretenden Effektivwerte. 50 antriebstechnik 2019/05 www.antriebstechnik.de

ELEKTROMOTOREN 01 02 Genau wie bei einem Servoantrieb, bei dem bei jeder Drehzahl das maximale Drehmoment sichergestellt ist. Da Schrittmotoren mit Closed-Loop-Technologie inzwischen an die Leistungsfähigkeit von Servoantrieben heranreichen und in der Anschaffung günstiger als diese sind, empfiehlt A-Drive seinen Kunden die Stepper auch für den Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau. „Das sind quasi Torque-Motoren, nur ohne die damit verbundenen hohen Kosten“, erläutert Manfred Brucksch-Richter, Manager Business Development bei A-Drive, die Vorteile für den Kunden. „Man kann auch sagen: Closed-Loop-Stepper sind die kompak testen und günstigsten Servomotoren bei kleinen Leistungen.“ Im Maschinenbau stellen Closed-Loop-Schrittmotoren aufgrund ihrer guten Regelbarkeit in vielen Anwendungen eine Alternative zu Servoantrieben dar. Das betrifft vor allem die Miniaturisierung, die in der Industrie in den verschiedensten Branchen zu finden ist. Was bisher Schrittmotor-Antrieben noch zum Erfolg fehlte, waren schnelle Kommunikationsschnittstellen und die Industrie tauglichkeit durch eine höhere Schutzart und Industrie-Stecker. Neben CANopen und EtherCAT bietet der StepIM deshalb z. B. Schutzarten bis IP65 und Standard-Industriestecker. SYSTEMINTEGRATION DURCH DEN SPEZIALISTEN Die Zusammenstellung einer Antriebs lösung auf der Basis eines Closed-Loop-Steppers und ihre Implementierung in eine konkrete Anwendung ist eine komplexe Angelegenheit. Es sind einige Fragen zu klären: Wie sind die Systemvoraussetzungen? Welche Geber werden eingesetzt? Muss der Antrieb autark arbeiten? Hier setzt die Dienstleistung von A-Drive an: Die Antriebstechnik-Experten haben jahrzehntelange Erfahrung mit der Auswahl, Zusammenstellung und Integration von Antriebslösungen in zahlreichen Branchen. Sie verfügen über enge Kontakte zu speziellen Antriebstechnik-Produzenten und können deshalb herstellerübergreifend beraten. „Wir wissen, welche Technologie sich für eine bestimmte Anwendung am besten eignet und finden deshalb die kostengünstigste Lösung mit der optimalen Performance für unsere Kunden“, so Brucksch-Richter. „Bei unserer Beratung betrachten wir auch die Verfügbarkeit, die immer wichtiger werdende Systemfähigkeit und die internationale Einsetzbarkeit der Produkte.“ Die Wahl des Antriebskonzeptes richtet sich heute u. a. nach den in der Anwendung eingesetzten Kommunikationsschnittstellen. Die neuen Closed-Loop-Schrittmotoren haben die gängigen Interfaces mittlerweile an Bord, die man bei herkömmlichen Steppern vergeblich sucht. Die Closed-Loop-Aktuatoren verfügen z. B. über eine CANopen- oder eine EtherCAT- Schnittstelle. ANWENDER SPART ZEIT Durch die Dienstleistung von A-Drive sparen Unternehmen bei der Suche nach einer passenden Antriebslösung nicht nur die aufwändige Produkt-Recherche. Sie können auch sicher sein, die bestmögliche Lösung zu erhalten: „Wir sind nämlich erst zufrieden, wenn wir die Aufgabenstellung des Kunden gelöst haben“, so Brucksch-Richter. Fotos: A-Drive Technology GmbH www.a-drive.de 01 A-Drive versteht sich als Systemintegrator: Die Spezialisten arbeiten mit namhaften Antriebstechnik-Herstellern zusammen und liefern auf die Anwendung abgestimmte Lösungen 02 Schrittmotoren mit Closed-Loop-Technologie sind genauso geregelt wie Servomotoren. Sie eignen sich deshalb für jede Art von Aufwickel-, Spann- und Pressaufgaben DIE IDEE „Durch den Closed-Loop-Betrieb mit Geber, Elektronik und Software wird der Schrittmotor in einen Servo- Antrieb umgewandelt – und zwar in bisher nicht erhältlichen Abmessungen und im Vergleich zum Servomotor zu deutlich niedrigeren Preisen. Wir empfehlen Maschinenbauern diese Schrittmotoren, wenn im Zuge der Miniaturisierung nur wenig Bauraum zur Verfügung steht. Konstrukteuren eröffnen sich darüber hinaus in den Bereichen Robotik und Handling völlig neue Möglichkeiten.“ Manfred Brucksch-Richter, Manager Business Development, A-Drive Technology GmbH www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/05 51

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