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antriebstechnik 9/2015

antriebstechnik 9/2015

Flexibel durch

Flexibel durch integrierte Elektronik Bürstenloser Gleichstrommotor mit Intelligenz für vernetzte Maschinen Gerhild Hustädt Ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor mit integrierter Regelelektronik bietet Möglichkeiten, die weit über das einfache Ansteuern der Motorwicklungen hinaus reichen. Erfahren Sie mehr über diese interessante Lösung. „Integrated Industry – Joint the Network“ war das Motto der Hannover Messe 2015, denn die vernetzte Produktion steht auf der Tagesordnung. Und Antriebskomponenten werden in intelligenten, vernetzten Anlagen der „Smart Factories“ eine Schlüsselrolle einnehmen. Für Anlagen und Maschinen, die miteinander Informationen austauschen, sich selbst überwachen und optimieren, sind intelligente Antriebe ein Muss. Für diese Anforderungen entwickelte der Bremerhavener Kleinmotorenhersteller Rotek seinen integrierten EC-Antrieb Romotion. Der Romotion ist ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor mit integrierter Regelelektronik. Die Kommutierung erfolgt sensorlos, durch die Auswertung des magnetischen Flusses kann auf den Einbau von zusätzlichen Sensoren zur Rotorlageerkennung verzichtet werden. Das spart Platz Gerhild Hustädt ist Leiterin Presseund Öffentlichkeitsarbeit bei der Rotek GmbH & Co. KG in Bremerhaven beim Einbau der Steuerung. Weitere wichtige Vorteile: Zum einen entfallen die Kosten für die Sensoren nebst Verdrahtung, zum anderen läuft der Motor ruhiger und mit absolut gleichem Drehmoment in beiden Richtungen. Gleichzeitig lässt sich der Antrieb in einem weiten Drehzahlbereich von 750 bis über 4 000 min -1 betreiben. Einfaches Funktionsprinzip Der Drehzahlregler der Elektronik erhält seinen Sollwert durch ein dazugehöriges Gleichspannungssignal von 0 bis 10 V. Die Gleichspannung wird von der Elektronik in ein Digitalsignal umgewandelt. Den Istwert der Drehzahl erhält die Elektronik über die Frequenz der EMK des Motors. Aus dem Vergleich wird der Strom zur Ansteuerung der Motorspulen berechnet. Durch den Regler wird die Drehzahl auf den gewünschten Sollwert gebracht und weitgehend unabhängig von dem geforderten Drehmoment gehalten. Die intelligente Elektronik bietet Möglichkeiten, die weit über das einfache Ansteuern der Motorwicklungen hinausgehen. So kann der Antrieb eigenständig Funktionen übernehmen, die übergeordnete Steuerungen entbehrlich machen oder erheblich vereinfachen. Das verringert die Kosten des Anlagendesigns. Dabei kann der Antrieb sowohl über analoge, als auch über einen integrierten Bus mit Steuersignalen versorgt werden. Eine zentrale Rolle spielt die integrierte serielle Schnittstelle, ein 1-Draht-Bus, der nach dem Modbus-Protokoll (Modbus RTU) arbeitet. Sie dient dazu, die Elektronik zu parametrieren, also an die Anwendung anzupassen, und ermöglicht die Vernetzung von mehreren Motoren. Über Gateways lassen sich die Antriebe auch in andere Bussysteme wie CAN-Bus oder Profibus integrieren. Neben dem Analogeingang für den Drehzahlsollwert gibt es Digitaleingänge z. B. für die Freigabe und die Drehrichtung. Zusätzlich steht ein Open- Collector Ausgang zur Fehler- oder Drehzahlsignalmeldung zur Verfügung. Auch Bremschopperausgänge sind integriert. Darüber hinaus stehen drei unbelegte digitale Ein-/Ausgänge zur Verfügung, die anwendungsabhängig genutzt werden können. Beispielsweise können dort Endlagenschalter oder Sensoren angeschlossen werden. Für die Parametrierung wird eine komfortable PC-Software kostenlos angeboten, mit der zum Beispiel Rampen zur Beschleunigung und zum Bremsen oder die Zuordnung des analogen Sollwerts zur Drehzahl eingestellt werden können. Beispiele aus der Intralogistik Müssen unterschiedlich schwer beladene Kisten bei höchsten Taktzahlen positioniert werden, kann die Software so programmiert werden, dass der Haltepunkt bestmöglich und ohne zeitaufwendige Nachregelung angefahren wird. Bei der Beschleunigung der Behälter mit Maximalstrom wird die Gesamt dynamik ermittelt. Daraus wird während der Fahrt mit Höchstgeschwindigkeit der je nach Beladung variierende Bremszeitpunkt errechnet. Nach der aktiven Bremsung wechselt der Motor für die letzte kurze Wegstrecke in den Schrittmotormodus und fährt synchron mit hoher Übererregung taktgenau den Haltepunkt an. Wenn Behälter während des Transports permanent gerade ausgerichtet werden sollen, bietet Rotek an, einen Neigungssensor 20 antriebstechnik 9/2015

ELEKTROMOTOREN direkt in den Antrieb einzubauen und an die Elektronik anzuschließen. Der Antrieb kann bei der Inbetriebnahme kalibriert werden. So erspart sich der Anlagenbauer Zusatzaufwendungen für die Montage und Verdrahtung des Sensors. Zudem erlaubt die direkte Anbindung des Sensors an die Motorelektronik eine schnelle Regelung und damit eine besonders ruhige Fahrt. Bei einem Regalbediengerät werden mehrere Motoren über ein CAN-Bus-Gateway untereinander vernetzt und erledigen so in Abstimmung miteinander ihre jeweiligen Aufgaben. Und falls einmal ein Motor ausgetauscht werden muss, erkennt das CAN- Bus-Gateway den neuen Antrieb nach dem Einbau und parametriert ihn automatisch. Das spart wertvolle Zeit im Servicefall. Sollen Zugfenster geöffnet oder geschlossen werden, hinterlegt man den gesamten Steuerungsablauf im Antrieb und legt die externen Sensoren auf die entsprechend programmierten Eingänge der Motorelektronik. Es können Lastgrenzen parametriert werden, z. B. um ein hohes Anlaufmoment bei Vereisung zu gewährleisten oder für einen geringeren Fahrstrom, um Schäden an der Mechanik zu verhindern. Fehler wie zu lange Fahrzeiten können erkannt und gemeldet werden. Und damit sich das Fenster nicht unbeabsichtigt öffnet, ist eine kostengünstige Haltemomentbremse angebaut, die stromlos, verschleißfrei und absolut ausfallsicher arbeitet. 01 Romotion mit Planetengetriebe 03 Vernetzung mehrerer Motoren über einen CAN-Bus-Gateway 02 Integrierter EC-Antrieb Romotion Baukasten bringt Vielfalt Geeignet ist der Romotion für Anwendungen, bei denen eine variable, aber vom Drehmoment unabhängige Geschwindigkeit, eine hohe Leistungsdichte und lange Lebensdauer gefordert sind. Für den Einsatz in kundenspezifischen Anwendungen mit mehreren Antrieben kann durch individuelle Softwareanpassungen ein direkter Netzbetrieb über den 1-Draht Bus genutzt werden. So arbeitet ein Antrieb im Mastermodus und die anderen als Slaves, wobei die dann freien Anschlüsse als Meldeeingänge und -ausgänge genutzt werden können. So lassen sich komplexe Abläufe ohne separate Elektroniksteuerung umsetzen. Obwohl der Antrieb sensorlos arbeitet, eignet er sich für einfache Positionieraufgaben. Für höhere Ansprüche wird Rotek eine Lösung mit integrierten Hallsensoren anbieten. Optional können hochauflösende Optosensoren oder Winkelgeber angebaut und an die freien Elektronikeingänge angeschlossen werden. Außerdem ist die Integration der Sicherheitsfunktion Safe Torque Off (STO) in Vorbereitung. Denn wenn Sicherheits funktionen gleich in den Antrieb integriert werden, wirkt sich das unmittelbar kostensenkend auf die Maschine oder Anlage aus. Sollte nach einer besonders preiswerte Lösung nachgefragt werden, z. B. für den Antrieb eines Stufenförderers, bietet Rotek den Romotion mit reduziertem Funktionsumfang an. Der Anwender wünscht zur Verbesserung der Lebensdauer anstelle eines Gleichstrommotors einen bürstenlosen Antrieb. Die erforderliche Drehzahl wird durch Parametrierung einmalig vor dem Einbau eingestellt. Danach sind im Betrieb neben der Freigabe keine Steuersignale notwendig, was eine besonders preiswerte Verdrahtung erlaubt. Die Elektronik des Romotion ist standardmäßig direkt im Antrieb integriert. Optional ist es möglich, die Steuerung extern zu platzieren, insbesondere dann, wenn erhöhte Temperaturbereiche abgedeckt werden sollen. Mechanische Anpassungen sind für Rotek praktisch der Normalfall. Zunächst wird der Motor mit einer maximalen Ab gabeleistung von bis zu 100 W angeboten. Man arbeitet bei Rotek derzeit an weiteren, leistungsstärkeren Varianten für 24 und 48 V. Aus dem Baukastensystem stehen vielfältige Getriebelösungen zur Verfügung. Standardmäßig wird der Romotion zunächst in Verbindung mit den Planetengetrieben (Baugrößen 42 – 62 mm) und Schneckengetrieben (Achsabstand 31 mm) angeboten. Mit den Romotion EC-Antrieben hat Rotek neben den Robase Standardmotoren, den energieeffizienten Rosync Motoren und den Low-Noise Motoren der Roslyde Serie eine vierte Produktlinie geschaffen, die sich mit allen Komponenten des Baukastens kombinieren lässt. Fotos: Aufmacher: Harry Zier, Bild 01-03: Rotek www.rotek-motoren.de antriebstechnik 9/2015 21

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