Antriebspakete für einfache und leistungsfähige Automation

Kompakt geschnürt

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Aufeinander abgestimmte Antriebspakete erleichtern die Auslegung eines passenden Servoantriebs-systems. In Tabellen und Grafiken hat ein Anbieter die am besten zueinander passenden Komponenten zusammengestellt. Anhand der Daten für Vorschubkräfte, Fahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen wählt der Anwender rasch das passende System aus.

Der Autor Dipl.-Ing. (FH) Christoph Lindemann ist Product Manager Mechanische Komponenten und Systeme bei Parker Hannifin GmbH EMD Hauser, Offenburg

Komplexe lineare Bewegungen wie sie beispielsweise beim Positionieren von Greifern in Handlingssystemen erfolgen, werden häufig mit umfangreicher Steuerungs- und Regelungstechnik ausgeführt. Diesem beträchtlichen Aufwand muss natürlich ein entsprechender Nutzen gegenüberstehen. Hohe Anforderungen werden an die Dynamik gestellt. Ziel sind möglichst hohe Fahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen und das bei gleichzeitig guten Wiederholgenauigkeiten – oft besser als 0,1 mm. Diese Forderungen stehen manchmal im krassen Widerspruch zueinander und lassen sich nur schwer erfüllen.
Hydraulische und pneumatische Antriebssysteme eignen sich unter diesen Voraussetzungen häufig nur bedingt für eine gute Automationslösung. Sie sind besonders stark von Temperaturänderungen oder Schwankungen anderer Betriebsbedingungen betroffen. Es tritt Driftneigung auf. Bei dynamischen Abläufen kann es lokal zu besonders starken Temperaturschwankungen kommen, welche die Ergebnisse des Positioniervorganges negativ beeinflussen.
Wegen des möglichen Verschmutzens der Umgebung mit Öl oder unreiner Abluft ergeben sich in einigen Branchen wie der Lebensmittel-, Pharma- und Elektronikproduktion noch zusätzliche Schwierigkeiten. Darüber hinaus verursachen manche zum Teil weitverzweigte fluidtechnische Systeme einen hohen Kosten- und Wartungsaufwand.
Elektromechanische Servoantriebe für genaue Positionierbewegungen
Besser eignen sich elektromechanische Servoantriebe für besonders dynamische und genaue Positionierbewegungen. Sie lassen sich in nahezu jeder Umgebung einsetzen. Der Elektrozylinder mit einer integrierten Spindel wird dabei über einen Servomotor von einer schnellen Servosteuerung direkt betrieben. Dieses Trio ist aufeinander abgestimmt und arbeitet mit entsprechend hohen Leistungswerten.
Oft bereitet allerdings die Auslegung eines passenden Servoantriebssystems dem Entwickler Schwierigkeiten. Er muss entscheiden, welche der zahlreichen verfügbaren Komponenten am besten zueinander passen und ermitteln, welche Leistungsdaten bezüglich Vorschubkraft, Geschwindigkeit, Beschleunigungsvermögen und Positioniergüte zuverlässig erreicht werden können. Zudem muss er wissen, welches das schwächste Glied im Antriebssystem ist.
Abgestimmte Antriebspakete für einfache Auswahl
Einfach und zuverlässig lassen sich die richtigen Antriebskomponenten mit den von Parker Hannifin EMD Hauser geschnürten Antriebspaketen finden. Die Spezialisten für elektrische Servoantriebstechnik und Handhabungsmechanik haben in Tabellen und Grafiken die am besten zueinander passenden Antriebskomponenten zusammengestellt. Anhand der Daten für Vorschubkräfte, Fahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen wählt der Anwender rasch und ohne weitere Spezialkenntnisse das für seine Anwendung passende Antriebssystem aus. Die Pakete bestehen jeweils aus der digitalen Servosteuerung Compax 1000 SL, einem speziell auf hohe Dynamik optimierten Servomotor der Baureihe HDY und einem Elektrozylinder der Baureihe ETB im Hublängenbereich bis zu 1 m. Letztere verfügen über eine verdrehgesicherte Kolbenstange. Sie wird von einer Kugelumlaufspindel der Genauigkeitsklasse C7 angetrieben. Damit erreichen die Elektrozylinder Wiederholgenauigkeiten bis zu 0,01 mm. Ihr mechanischer Wirkungsgrad beträgt etwa 90 %. So sind sie für flotten Dauerbetrieb bestens geeignet. Bei Hüben bis 400 mm positionieren sie hochgenau je nach Ausführung bei Geschwindigkeiten bis etwa 1 m/s. Längere – allerdings seltener benötigte – Hublängen können wegen der abfallenden kritischen Drehzahl der Spindel mit geringerer Geschwindigkeit bewältigt werden. Im Dauerbetrieb bieten die Elektrozylinder eine Vorschubkraft zwischen 200 und 1 300 N, kurzzeitig erreichen sie sogar zwischen 550 und 2 750 N. Im Gegensatz zu den in Hydraulik und Pneumatik üblichen Differentialzylindern sind die Vorschubkräfte symmetrisch, also bei Vor- und Rückhub stets gleich.
Den mit der Anwendung vorgegebenen Einbauverhältnissen kann durch variablen Motoranbau – wahlweise in Längsrichtung oder parallel über dem Zylinder liegend – und durch vielfältige Befestigungsmöglichkeiten Rechnung getragen werden.
Über Feldbus und SPS-Schnittstellen integrierbar
Die digitale Servosteuerung Compax 1000 SL ermöglicht eine Integration in umfassende Automatisierungssysteme. Sie verfügt über je acht digitale Ein- und Ausgänge, die zu allen üblichen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) kompatibel sind. Darüber hi-naus lässt sie sich an einen Feldbus, wahlweise über die Schnittstellen RS485, Profibus DP, CANopen, CAN-Bus, Interbus-S oder CS31, an-schließen. Mit ihrem internen Satzspeicher und vielfältiger Software übernimmt die digitale Servosteuerung dezentral umfangreiche Positionieraufgaben.
Zur Software gehören unter anderem hochwertige, ausgereifte Technologiefunktionen wie das elektronische Getriebe beziehungsweise die flexible elektronische Kurvenscheibensteuerung. Damit lassen sich Stellbewegungen in Abhängigkeit von anderen Positionier- oder Vorschubbewegungen einfach und problemlos programmieren. Versorgt wird die Servosteuerung aus dem einphasigen Wechselstromnetz mit einer Spannung von 240 V. Dadurch lässt sie sich überall problemlos installieren. Mit ihren ausschließlich von vorne zugänglichen Stecker und Bedienelementen kann die Servosteuerung einfach und komfortabel in Schaltschränke integriert werden.
Produktbeispiele
– Die digitalen Servosteuerungen Compax wurden um eine Baureihe mit der Leistung 1 kVA erweitert.
Der „Mini“ wird einphasig an 230 VAC angeschlossen. Er stellt 2,5 Aeff Dauerstrom und für 5 s einen Spitzenstrom von 5 A zur Verfügung. Alle Bedienelemente und elektrischen Steckkontakte sind an der Frontseite des kompakten Gehäuses angebracht.
Funktionell ist die Servosteuerung 1000SL zu den Mitgliedern der Compax-Familie kompatibel.
So stehen dem Anwender mit der Satzspeicherprogrammierung nicht nur die zum Positionieren erforderlichen Programmanweisungen zur Verfügung, sondern auch arithmetische, logische und Vergleichsoperationen sowie ein Variablenspeicher. In der Standardausführung hat die kleine Servosteuerung je acht digitale Ein- und Ausgänge.
Mit Technologiefunktionen wie „Elektronisches Getriebe“, „Rundtisch- und Synchrotaktsteuerung“ sowie der „Flexiblen elektronischen Kurvenscheibensteuerung“ entsprechen die Servos den Anforderungen des Automatisierungsmarktes.
Die Systemintegration in Maschinen und Anlagen sowie die Kommunikation zu übergeordneten Steuerungen stellen Feldbussysteme wie RS485, CANopen, InterBus-S, Profibus DP / FMS und CS31 sicher. Über eine integrierte Step/Direction-Schnittstelle oder das eingebaute +/-10V-Interface lässt sich die Servosteuerung auch konventionell ansteuern.
– Die Elektrozylinder ET sind in den Baugrößen 32, 50, 80 und 100 (wie Cetop) mit bis zu 0,6, 3,3, 8,3 oder 21 kN Vorschubkraft erhältlich.
Sie eignen sich für schnelle und genaue Arbeitsbewegungen im Dauerbetrieb. Die Zylinder sind mit hochwertigen Kugelumlaufspindeln der Genauigkeitsklasse C7 ausgerüstet, die einen Wirkungsgrad von rund 90 % haben. Das Umkehrspiel
beträgt +/- 0,01 mm.
Die verdrehgesicherte Schub- und Zugstange wird je nach Spindelsteigung mit 5, 10, 25 oder 40 mm pro Umdrehung gleichförmig und leise bewegt. Als Antrieb dient vorzugsweise ein Servomotor, der sich direkt oder über ein Zahnriemenvorgelege parallel anbauen lässt. Für einfachere Anforderungen lassen sich auch Schrittmotoren einsetzen.
Je nach Hublänge, Baugröße und Last ist der ET-Zylinder für Geschwindigkeiten bis 2 m/s und Beschleunigung bis 10 m/s² geeignet. Bezüglich der Leistungsdichte liegt er etwa zwischen Hydraulik und Pneumatik. Die Elektromechanik ist gegenüber der Hydraulik sauberer, da leckagefrei, und im Vergleich zur Pneumatik energiesparender. Zudem sind Positionierungen einfacher, driftfrei und die Verhältnisse bei Schub und Zug sind gleich.
Ausführliche Informationen
Antriebspaket
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