Integrierte Servo- und Schrittmotoren als Antriebe für mechanische Komponenten
Die antriebstechnische Basis
Um den gestiegenen Anforderungen des Marktes Rechnung zu tragen werden für den Antrieb von Linearachsen, Aktuatoren oder Spindelhubgetrieben heute Servo- oder Schrittmotoren eingesetzt. Auch bei der Firma Technische Antriebselemente (TEA) galt es, die vorhandenen mechanischen Komponenten mit programmierbaren Motoren auszustatten.
Bild: Technische
Antriebselemente GmbHZum Einsatz kommen bei TEA integrierte Servo- und Schrittmotoren. Treiber, Encoder und Ansteuerung in Form eines Kommunikationsmodules sind bei diesen Motoren in das Motorgehäuse integriert. So bleiben Schaltstörungen im Motorgehäuse und wirken sich nicht auf benachbarte Systeme aus. Die Motoren selbst haben eine höhere Störfestigkeit und sind EMV-geschützt. Durch die integrierte Bauweise werden nicht nur Kabel sondern auch Platz im Schaltschrank eingespart.
Bild: Technische Antriebselemente GmbHIntegrierte konfigurierbare Servomotoren
Um Antriebslösungen für einen großen Kundenkreis anzubieten war es wichtig die gängigen Bussysteme bedienen zu können. Integrierte Servomotoren der TAC-Serie verfügen über ein austauschbares Kommunikationsmodul, welches je nach Bussystem des Anwenders ausgewählt und ins Motorgehäuse integriert werden kann. Zur Verfügung stehen Module für Puls/Richtungs-Ansteuerung, Industrial Ethernet (Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink, Modbus TCP, Profinet, Sercos III), Feldbusmodule (CANopen, Profibus, Devicenet), Wireless-Module (WLAN, Bluetooth, ZigBee IEEE802.15.4) und Spezialmodule wie High Speed RS485. Für Standalone-Lösungen besteht auch die Möglichkeit, eine Nano-SPS in den Motor zu integrieren. Ein auf dem PC erstelltes Programm wird dann auf den Motor übertragen und dort von der Steuerung autark ausgeführt. Die integrierte Nano-SPS lässt sich auch als Slave an eine übergeordnete Steuerung anbinden, um Positionsrückmeldungen oder Steuersignale auszutauschen. TAC-Servomotoren gibt es von 46W bis 4,5kW. Ein Motor mit 7kW ist in Planung. Sie sind standardmäßig mit einem Singleturn-Encoder ausgestattet. Optional sind ein Absolutwertgeber sowie interne oder externe Bremssysteme erhältlich.
Integrierte Closed-Loop Schrittmotoren
Wie die TAC-Baureihe haben auch die Schrittmotoren der TIS-Serie integrierte Treiber und Encoder. Das Kommunikationsmodul ist hier jedoch nicht austauschbar. Der Motor muss für das gewünschte Bussystem bestellt werden. Zur Auswahl stehen hier ebenfalls die o.g. Industrial-Ethernet-Derivate und Wireless-Module sowie CANopen und Profibus. Die Nano-SPS und ein SSI-Modul für die Auswertung von externen Sensoren sind ebenfalls verfügbar. TIS-Schrittmotoren haben eine Closed-Loop-Steuerung wodurch auch noch bei höheren Drehzahlen ein nennenswertes Drehmoment zur Verfügung steht. Zudem sorgt die Closed-Loop-Steuerung dafür, dass keine Schritte verloren gehen. Ein Singleturn-Encoder, acht frei konfigurierbare I/Os sowie eine RS485- und eine RS422-Schnittstelle gehören zur Standardausstattung. Optional kann ein Multiturn-Encoder ergänzt werden. Die Schrittmotoren gibt es von 25 bis 400W und Haltemomenten von 0,36 bis 25Nm. Mit den effizienten und flexiblen Motoren eröffnen sich vielseitige Möglichkeiten, um mechanische Systeme wie Linearachsen, Aktuatoren oder Spindelhubgetriebe anzutreiben. Die im Folgenden beschriebenen Baugruppen stellen drei Beispiele aus dem TAE-Portfolio dar:
Bild: Technische Antriebselemente GmbHLinearachse mit Servoantrieb
Die Riemenachse AG420 aus dem Aluminium-Rollenführungssystem, kombiniert mit einem Planetenwinkelgetriebe und dem Servomotor TAC400 ist eine klassische Standalone-Lösung. Das Programm für den Bewegungsablauf wird mit Hilfe einer Software auf dem PC erstellt und im Servomotor gespeichert. Die integrierte SPS steuert die Bewegung. Nach dem Einschalten der Stromzufuhr beginnt der Motor mit einer langsamen Referenzfahrt gegen einen Endschalter und dann mit der Abarbeitung des Programms. Ein PC, eine übergeordnete SPS oder andere Steuerungen sind nicht notwendig. Mit der Riemenachse können Hübe bis über 20m realisiert werden. Sie kann fettfrei betrieben werden und Lasten bis 20kN sowie Drehmomente in X-Richtung bis 1.420Nm aufnehmen. Erfreulich ist auch die lange Lebensdauer der Riemenachse. Die vorgestellte Lösung ist nur eine von vielen Möglichkeiten. Linearachsen gibt es auch in kleineren Baugrößen mit Riemen-, Spindel- oder Kettenantrieb. Sie können zu Mehrachssystemen kombiniert werden. Ausgestattet mit zwei Führungsschienen und zwei Wagen können Sie als Greifer oder Reziprokator eingesetzt werden.
Hubspindel mit Servo- oder Schrittmotor
Hubspindeln der Serie HS sind neu im TEA-Portfolio. Sie basieren auf einem Kugelgewindetrieb mit Schubrohr, Schubstange sowie Motoradapter und bildet somit den mechanischen Teil eines Aktuators. Die Kugelumlaufspindel in Kombination mit einem Servomotor erlaubt einen kontinuierlichen Betrieb. Eine Klemmnabenkupplung ermöglicht den Anschluss eines Motors oder vorgeschalteten Getriebes. Durch die Vielzahl der Antriebsvarianten ergeben sich breit gefächerte Anwendungsmöglichkeiten. Servomotoren im Direktantrieb ermöglichen höchste Geschwindigkeiten bis zu 500mm/s. Für mittlere Lasten bei hohen Geschwindigkeiten kommen Servomotoren mit vorgeschalteten Planetengetrieben zum Einsatz. Ist bei langsamem Vorschub eine Positionierung mit hoher Wiederholgenauigkeit und das häufige Anfahren oder lange Halten der Position erforderlich, sind Schrittmotoren die richtige Wahl. TEA verbaut die Hubspindeln mit den hauseigenen TAC-Servo- oder TIS-Schrittmotoren. Es können aber auch kundeneigene Motoren oder Getriebemotoren zum Einsatz kommen. Der in der Hubspindel arbeitende Kugelgewindetrieb ermöglicht neben einer Einschaltdauer von 100 Prozent, eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit. Hubspindeln können in der größten Bauform mit 15kN belastet werden. Durch die verschiedenen Motorvarianten sind sie sehr flexibel einsetzbar.
Hochpräzise Planetengetriebe
Auf der Basis von hochpräzisen PTSC-Planetengetrieben in Flanschbauweise sind Kombinationen mit Servo- oder Schrittmotoren in Vorbereitung die z.B. als Drehtische zum Einsatz kommen. Sie können ebenfalls mit TAC-Servo- oder TIS-Schrittmotoren angetrieben werden. Der besondere Aufbau der Planetengetriebe ermöglicht ein sehr geringes Verdrehspiel welches über die gesamte Lebensdauer des Getriebes konstant bleibt. Sie bieten zudem Wirkungsgrade über 90 Prozent, ein niedriges Losbrech- und Leerlaufmoment sowie hohe Kipp- und Verdrehsteifigkeit. Die Planetengetriebe sind hochpräzise, laufen äußerst geräuscharm und sind für eine Lebensdauer von 20.000 Stunden konzipiert. Untersetzungen von i=36 bis i=200 stehen zur Verfügung. In der größten Baustufe können Drehmomente von 4.400Nm erzeugt werden. Bei Bedarf sind die Getriebe auch mit Hohlwelle erhältlich, z.B. um Kabel oder Leitungen hindurchzuführen.
Um den gestiegenen Anforderungen des Marktes Rechnung zu tragen werden für den Antrieb von Linearachsen, Aktuatoren oder Spindelhubgetrieben heute Servo- oder Schrittmotoren eingesetzt. Auch bei der Firma Technische Antriebselemente (TEA) galt es, die vorhandenen mechanischen Komponenten mit programmierbaren Motoren auszustatten.
Bild: Technische
Antriebselemente GmbHZum Einsatz kommen bei TEA integrierte Servo- und Schrittmotoren. Treiber, Encoder und Ansteuerung in Form eines Kommunikationsmodules sind bei diesen Motoren in das Motorgehäuse integriert. So bleiben Schaltstörungen im Motorgehäuse und wirken sich nicht auf benachbarte Systeme aus. Die Motoren selbst haben eine höhere Störfestigkeit und sind EMV-geschützt. Durch die integrierte Bauweise werden nicht nur Kabel sondern auch Platz im Schaltschrank eingespart.
Technische Antriebselemente GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 2 März 2020 - 03.03.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
