Antriebstechnik

Jederzeit präzise und synchron durch Motion Control MC

Die statisch und dynamisch hochwertige Bewegungsführung und Positionierungssteuerung MC organisiert die logische und synchronisierte, ruckfreie wie schonende, präzise Zusammenarbeit mehrerer intelligenter Antriebssysteme mit höchster Wiederholgenauigkeit. Als branchenübergreifende, wachstumsstarke Disziplin wird MC zum Bestandteil kompletter Automatisierungskonzepte oder Maschinenlösungen. Dazu gehört die einachsige Positionierung ebenso wie die elektronische Nachbildung eines komplexen Mehrachssystems (Beispiel: Zentral-/Königswelle mit Maschinenelementen als Electronic- oder Intelligent-Line-Shaft). Solche Systeme organisieren als Mehrmotorenantrieb vieldimensionale, frei gestaltbare Bewegungsprofile (siehe Kasten). MC-gestützte Fertigungen sind agiler, flexibler, sicherer und kostengünstiger - sie steigern die Produktivität.

Beispiel für ein MC-System: IndraMotion MLC von Bosch Rexroth (Controller-basierte Verschmelzung von MC, Robot-Control und Logic-Control mit Technologiefunktionen für Mehrachsanwendungen).

MC ersetzt unflexible, verlustintensive Mechanik durch elektronische, quasi mechatronische, eneregieeffiziente Lösungen (Tabelle). Von hohen Taktraten, durch schnelle Start/Stopp-Abfolge und Richtungsänderungen überbeanspruchte Maschinenelemente entfallen. MC-Informationselektronik beherrscht neben dem antriebsspezifischen Teil zahlreiche technologie- und freiprogrammierbare sowie adaptive Steuerungs- und Regelungsfunktionen. Als aus Antriebs- und Automatisierungstechnik zusammengewachsenes Sub-System (mit Steuerungs-, Visualisierungs- und Kommunikationsfunktionalität) führt die Einrichtung Teilprozesse autark mit höchster statischer und dynamischer Genauigkeit aus. Die Tendenz zur Vereinzelung unterstützend entfällt die zeitkritische Kommunikation zwischen Leittechnikzentrale und Antrieb. Für diese Technologie spricht neben Reduzierung/Vereinfachung der Mechanik außerdem: Verkürzung der Maschinenumrüstzeit, Flexibilisierung von Fertigungsabläufen kombiniert mit schneller Programmierbarkeit. MC-Applikationen verfügen zugleich über effektive Software-Werkzeuge für ein durchgängiges Engineering von Projektierung bis Wartung.

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Komponenten

Die koordinierte Bewegung kann sowohl von zentraler Stelle IPC-basiert (Industrie-PC), Controller-basiert (Programmable Automation Controller PAC) als auch in einem intelligenten Masterantrieb organisiert werden (Bild). Das zentrale Konzept eignet sich für koordinierte Aktionen im Raum (Roboter, Bestückungsautomaten, Werkzeugmaschinen). Maschinen zum Verpacken, Materialbearbeiten/-transportieren u. ä. bevorzugen eine dezentrale Struktur. Jede Realisierung benötigt Hochleistungs-Busverbindungen. Digitale Regeleinrichtungen, Umrichterstellglieder mit Servomotoren eines Mehrmotorenantriebsführen die Bewegungen aus und/oder koordinieren zudem im Führungsantrieb die beteiligten Slaves. Ihre Arbeitsfähigkeit sichern Istwerte von Position, Drehzahl, -winkel, -richtung, Geschwindigkeit, Schrittmaß etc., sie kontrollieren rotatorische oder translatorische Bewegungen. Vielgestaltige, absolut oder inkremental messende, sich selbst überwachende, schnittstellenoptimierte Geber großer Störsicherheit für raue Umgebungen sind oft bereits in die Maschine integriert oder busfähig. Wegen der ständig steigenden Arbeitsgeschwindigkeiten werden standardisierte Hardware- und Software-Sicherheitsfunktionen gemäß IEC EN 62061, IEC 61508, EN 954-1, EU-Maschinenrichtlinie 89/392/EWG etc. eingebaut.

Der Servomotor erreicht unter Last in minimaler Zeit exakt eine bestimmte Position, operiert bevorzugt hochdynamisch im Beschleunigungs- oder Bremszustand vom Arbeitspunkt ¿ = 0 aus. Gegenüber der Bewegungsmaschine zeichnet er sich aus durch: hohes Anlauf-, Rast- und Betriebsmoment, große Kurzzeitüberlastung, gute Wärmeabfuhr, Wirkungsgrad > 90 %, geringe Baugröße, gleichförmige Drehbewegung, kleines Trägheitsmoment, einfache Montage von Dreh- und Winkelgebern sowie selbst von Getrieben u. a. Ein raumsparendes, wartungsarmes Design liegt mit dem Integral-Motor vor. Stellmotore gibt es sowohl in bürstenloser Gleichstrom- als auch in Drehstromausführung (Asynchron- und PM-Synchronmaschine), für Klein- und Niederspannung. Neben der klassischen Konstruktion existieren Schrittmotor, Glocken-, Scheibenläufer, Spindel-, Getriebe-, Linearmotor. Im Ausnahmefall unterstützen bei Bedarf spielarme Servogetriebe optimales Arbeiten. Gespeist werden die Maschinen von indirekten Umrichtern, die zusammen mit der Informationselektronik den Strom für das gewünschte Motormoment einprägen. Die Zusammenfassung von Hardware, Software und anderen Funktionen wie Condition Monitoring entspricht einer mechatronischen Lösung. Maschinenleistung und Implementierungskosten verbessern sich, weil die Optimierung das System, nicht nur einzelne Bauteile erfasst. Alle Komponenten zeichnet eine schlanke und verlustarme Bauweise für ein Höchstmaß der Gefäßnutzung aus.

Mehrmotorenantrieb

Kern von MC ist die von einem einzigen oder mehreren Stromrichtern versorgte und mittels des Führungssollwertes (vom Leitantrieb oder einem PAC/IPC) koordinierte Gruppe mehrerer intelligenter Standardsysteme mit Servo-Maschinen, aber auch mit Bewegungsmotoren, die synchron Verstell- und Bewegungsaufgaben ausführen. Bei netzrückwirkungsarmen, rückspeisefähigen Stellgliedern wird der Zwischenkreis oft von einem einzigen Netzstromrichter NSR größerer Leistung, jede Einzelmaschine von dem zugehörigen, an die Gleichspannungsschiene angeschlossenen Wechselrichter versorgt. Weniger Kabelaufwand, verringerter Netzstrom, einfaches Bremsen, vor allem hohe Energieeffizienz empfehlen diese Anordnung. Steht als NSR lediglich eine ungesteuerte Brücke bereit, stellt ein Management den Verbrauch des Bremsstromes jeden Motors innerhalb der DC-Kreises sicher. Systeme mit Synchronmaschinen erzielen auf natürliche Weise Gleichlauf.

Kommunikation

MC benutzt zur Quer- und Längskommunikation im Netzwerk alternativ, unterschiedliche, offene, herstellerübergreifende Feldbussysteme (Bild). Zugleich dienen sie Inbetriebsetzung/Parametrierung, Überwachung/Diagnose, Service/Wartung und der Kopplung mit übergeordneten Netzwerken.

Soft-Motion

Vergleichbar der Soft-SPS ist Soft-Motion ein Programm zur mehrachsigen Bewegungssteuerung. Solcher Art umgesetzte Funktionalitäten lassen sich beispielsweise auf einem IPC implementieren. Joachim Krause

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