Intelligente, lineare und rotative elektromechanische Aktuatoren

Das All-in-one-Linearsystem

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Ein Pneumatik-Zylinder reicht nicht mehr aus, ein Servoantrieb ist zu teuer. Die Lösung dafür: Ein All-in-one-Linear-system, das durch die Integration aller aufeinander abgestimmten Einzelkomponenten wie Zylinder, Getriebe, Motor, Servo-regler, Feedbackeinheit, Haltebremse, Steuerung und Feldbus-Interface intelligente elektromechanische Aktuatoren zu einem drastisch günstigeren Preis ermöglicht.

Der Autor Dipl.-Ing. Heinz-D. Stührenberg ist Sales-Manager Ternary bei der Wittenstein motion control GmbH, Igersheim

Auf dem Gebiet der Servoantriebstechnik, der Sensorik und der Aktuatorik erwarten Maschinenbauer und Endanwender immer höhere Leistungsdaten. Gefordert werden schnellere Kommunikation der Komponenten und eine hoch dynamische, präzise Reaktion der Aktuatorik sowie die teilweise Substitution der Hydraulik und Pneumatik durch elektromechanische Problemlösungen. „One-stop-shopping“, einfache und schnelle Inbetriebnahme, einen hohen Servicegrad und weltweite Präsenz des Lieferanten sind weitere Erwartungen. In der Konsequenz werden immer mehr Einzelkomponenten, bzw. sogar Subsysteme bei zuverlässigen Lieferanten kostengünstiger und in ausgereifter Technik beschafft.
Ternary: Die „All-in-one“-Systemlösung
Das Igersheimer High-Tech-Unternehmen Wittenstein motion control (WMC) hat mit dem „Ternary“ als weltweit ers-ter Hersteller überhaupt ein All-in-one-Linearsystem vorgestellt, in dem Mechanik und Intelligenz verschmolzen sind. Ternary sind vollintegrierte intelligente lineare und rotative Aktuatoren. Integriert sind in diesem System eine Kombina-tion aus den Bausteinen: Elektronik, Präzisionsmechanik, Feedback, Steuerung und Software (Bild 1).
Einsatzfelder von Ternary sind die Bereiche, wo ein Pneumatik Zylinder nicht ausreicht und eine Servoregelung zu teuer und zu kompliziert ist. Mit dem WMC-Linearsystem lassen sich mit höchster Präzision eine Vielzahl von Positionen anfahren, dabei ist das System durch die „All-in-one“-Lösung sehr kos-tengünstig. Kennzeichen des Linearaktuators sind Kompaktheit, Kraft, Intelligenz und Präzision.
Die Aktuatoren ermöglichen programmierbare Positionierbarkeit mit erheblich gesteigerten Leistungsdaten. Der Maschinenbauer kann dadurch flexiblere Maschinen als bisher realisieren und gleichzeitig seinen Konstruktions-, Montage- und Inbetriebnahmezeitaufwand für diese Maschinen erheblich reduzieren.
Intelligente, komplette Systemlösung
Die im Aktuator integrierten sieben Funktionseinheiten (Bild 5) sind: der mechanische Teil (Zylinder oder Getriebe), der Motor, der Servoregler, die Feed-backeinheit, die Haltebremse (optional), die Steuerung und das optionale Feldbus-Interface (CAN-Open, Devicenet, Profibus DP). Diese Systemlösung mit hoher Minaturisierung erspart den Schaltschrank, die Verkabelung sowie die Steckverbinder. Das senkt die Kosten drastisch, sogar bei höherer Schutzart IP65. Zusätzlich ergibt sich dadurch eine höchstmögliche Störsicherheit, und die einfache schnelle Einbindung in die Gesamtanlage, da nur noch die 24-Volt-Stromversorgung und das zur Kommunikation mit der Anlagensteuerung erforderliche Daten-Interface angeschlossen werden müssen.
Die intelligenten, mechatronischen Aktuatoren in linearer (Bild 2) und rotativer Ausführung (Bild 3) sind Ausdruck von Miniaturisierung und einer hohen Vollintegration. Der Einsatz dieser kompletten, intelligenten Systemlösungen bringt dem Maschinenbauer – neben den Flexibilitäts-, Performance- und Kostenvorteilen – auch Wettbewerbsvorteile im time-to market seiner Maschinen. Die Voraussetzungen dafür wie Ausgereiftheit der Systemlösung, die leichte mechanische Integration und die einfache Kommunikationseinbindung durch Standard-Feldbus-Interfaces sind bei Ternary nämlich voll erfüllt.
Die Ternarys von WMC sind überall dort einsetzbar, wo präzise, kraftvolle und dynamische Stellbewegungen zu erfüllen sind. Die Applikations-Bandbreite reicht dabei von vollautomatischen Formatverstellungen, dynamischem Handling, über hochgenaue Dosierpumpen-Applikationen, robuste Schweiß-Zangen, bis zur feinfühligen Ventilansteuerung.
Sicherer Betrieb bei hohen Störgrößen
Durch den ständig geschlossenen Regelkreis mit Hilfe des hochauflösenden, aufwendigen Inkrementalgeber-Feed-backs wird ein sicherer Betrieb, auch bei hohen Störgrößen (z. B. Lastspitzen), gewährleistet.
Mit Ternary können 16 Positionen einfach programmiert und angesteuert werden. Alle Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Kraft-Daten werden dabei in einem Eeprom gespeichert. Sie können innerhalb weniger Sekunden heraus- oder hineingeladen bzw. verändert werden.
Ein komfortables Programmier-Tool (Bild 4) erlaubt eine schnelle und sichere Eingabe der positionsbezogenen Programmdaten wie: Positionen in mm bzw. Grad, Geschwindigkeit, Beschleunigung/Abbremsung, Fensterbreite der Quittiermeldung, Dynamischer Antriebsstrom, Statischer Antriebsstrom und Servo-Regelkreisverstärkung. Positionsbezogen sind die Betriebsarten Positionsregelung und Vorschubkraftregelung wählbar. Freiprogrammierbar lassen sich hochgenau die verschiedensten Positionen und zeitoptimierten Verfahrprofile realisieren.
Die Möglichkeit der exakten Positionierung machte mechanische Anschläge und Endlagenschalter überflüssig.
Durch die Kraftregelung können mit einer vordefinierten Kraft auch Positionen gehalten bzw. gegen einen Körper gedrückt werden. Ternary positioniert und stoppt schnell mit starker Haltekraft und schwingungsfrei.
Die standardmäßig vorhandene komfortable Speicher-Oszilloskopfunktion
nverkürzt die Inbetriebnahmezeit auf einen Bruchteil
nsenkt die Kosten bei besseren technischen Ergebnissen drastisch
nermöglicht, jeden Bewegungsablauf sekundenschnell zu beurteilen und zu optimieren
nzeichnet die Bewegungsabläufe als Geschwindigkeits- oder Positionsverlauf über der Zeit hochgenau auf
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