Modular, integriert, flexibel: Moderne Maschinenkonzepte mit Stellantrieben realisieren

Modulare Maschinen lassen sich schneller und kostengünstiger an wechselnde Kunden- bzw. Produktionsanforderungen anpassen, einfacher warten und problemloser in Betrieb nehmen als traditionelle Maschinen. Bevor es soweit ist, muss der Maschinenbauer seine Maschine in Funktionsbereiche aufteilen und die entsprechenden Funktionsmodule mittels Einzelkomponenten realisieren. Genau hier liegt auch die Herausforderung. Denn die passenden Komponenten müssen identifiziert, ihre mechanischen und elektrischen Schnittstellen auf Kompatibilität geprüft werden. Anschließend müssen sie von den unterschiedlichen Anbietern bezogen werden. Dieser Prozess kann bereits viel Zeit und Nerven in Anspruch nehmen. Spätestens wenn die Einzelkomponenten vorliegen, kommt oft die Ernüchterung: Ohne Spezialwissen, Nacharbeiten oder Modifikationen wollen die Komponenten ihre Arbeit im Zusammenspiel trotz passender Schnittstellen (jedenfalls laut Datenblatt) und intensiver Bemühungen gar nicht oder nur unzureichend aufnehmen. Die pünktliche und kostengünstige Fertigstellung der gesamten Maschine ist damit in Gefahr. Häufig treten diese Probleme bei der Umsetzung von Antriebsfunktionen in einzelnen Maschinenmodulen auf. Das ist nicht verwunderlich, schließlich müssen hier Komponenten wie Umrichter, Motor, Steuerung (Hard- und Software) und ggf. noch Getriebe und applikationsspezifische Schaltungen unter einen Hut gebracht werden. Das setzt bei den verantwortlichen Mitarbeitern ein entsprechend breit gefächertes Fachwissen voraus, das von der Antriebs- und Steuerungstechnik über Kommunikationsschnittellen und -busse bis hin zur Berechnung des erforderlichen Getriebes und Kenntnis der EMV-Richtlinien sowie der Maßnahmen zu deren Umsetzung reicht. Dieses umfangreiche Know-how stellt TR-Electronic in Form eines schlüsselfertigen und abgestimmten Pakets aus Absolut-Encoder, Motor, Umrichter und Getriebe zur Nutzung bereit. Um die Integration des encoTrive in die Maschine für den Anwender möglichst einfach zu gestalten, hat das Unternehmen den Stellantrieb mit umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten ausgestattet. Damit entfallen die sonst erforderliche umfangreiche Integrationsarbeit und die separate Inbetriebnahme der Einzelkomponenten. Zudem wird dem Kunden die Adaption an die eigene Anwendung grundlegend erleichtert – besonders durch die applikationsorientierten Anpassungen, die TR kurzfristig realisieren kann. Stell- und Positionierantrieb TR Electronic hat ein ständig wachsendes Produktportfolio im Angebot, sodass für alle Zustell- und Positionierungsaufgaben eine Lösung in Form von Stellantrieben mit Absolut-Encoder zur Verfügung steht. Typische Anwendungsbereiche sind die Registerverstellung in Druckmaschinen, die Werkzeugverstellung bei der spanenden Metallbearbeitung, die Anschlagverstellung in Holz- und Metallbearbeitungsmaschinen, die Messereinstellung in Rollenschneidern oder die Formateinstellung in Verpackungsmaschinen. Für die genannten Anwendungsbereiche werden in der Regel Antriebe mit einer Leistung von unter 300W im Dauerbetrieb benötigt. Daher hat TR-Electronic die Gerätevariante encoTRive MD 300 realisiert. Dessen wartungsfreier EC Motor stellt eine Leistung von 270W im Dauerbetrieb (S1) bei 48V Versorgungsspannung bereit. Für geringere Leistungsanforderungen und kleinere Budgets steht der noch kompaktere MD-025 (mit 24V Betriebsspannung) zur Verfügung. Hier wird ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor eingesetzt. Auf der Hannover Messe 2006 wurden weitere Lösungen vorgestellt, die in punkto Leistung und Kosten zwischen dem MD-025 und dem MD-300 angesiedelt sind. Die encoTRive-Produktfamilie verwendet einen Absolut-Multiturn-Encoders als Gebersystem. Er ermöglicht, ohne weitere unterstützende Maßnahmen die Position zu jedem Betriebszeitpunkt zu ermitteln. In vielen Applikationen ist das ein Pluspunkt, wie das unten beschriebene Praxisbeispiel zeigt. Absolut-Geber bieten damit eine Betriebssicherheit, die bei anderen Systemen – wenn überhaupt – nur mit zusätzlichen Schaltungen erreicht werden kann. Schneller Anschluss Der encoTRive hat eine hohe Flexibilität und umfassende Adaptionsmöglichkeiten an die Kundenapplikation. So stehen für die Anbindung zur SPS Profibus DP und CANopen DSP 402 zur Verfügung. Der Hersteller hat dabei die encoTRive-Modelle mit Profibus-Unterstützung mit der Version 3.0 des Profidrive-Standards ausgestattet. Diese Modelle bieten alle Merkmale des Profibus DP V1, wie azyklische Dienste. Sie ermöglichen das bedarfsgerechte Schreiben oder Lesen von Antriebsdaten für Diagnose- und Parametrierungszwecke, ohne den zyklischen Betrieb zu beeinträchtigen. Der Austausch von Daten zur SPS, die zeitkritisch und laufend zur Verfügung stehen müssen, ist damit sichergestellt. Dadurch kann ein abgesetzter PC mit Feldbusschnittstelle als DPM2-Master (Diagnosemaster) angeschlossen und zur Parametrierung und Diagnose genutzt werden. Das ist in vielen Fällen bequemer und kostengünstiger zu bewerkstelligen, als der Anschluss des PCs an die integrierte serielle Schnittstelle des Antriebs im Feld. Das Parametrier- und Diagnosetool von TR Electronic und SPS-Funktionsbausteine erleichtern die Inbetriebnahme und Diagnose zusätzlich. Der elektrische Anschluss des Antriebs ist ebenfalls einfach. Es müssen lediglich das Feldbuskabel und die Energieversorgungsleitungen angeschlossen werden. Damit der Kunde hohe Freiheitsgrade genießt, bietet TR-Electronic nicht nur Standard- sowie kundenspezifische Anschlussformen an, sondern ermöglicht zusätzliche Anpassungen auf dem Applikationsmodul. Auf diese Weise können auf Wunsch z.B. properitäre Kommunikationsschnittstellen oder zusätzliche E/As integriert werden. Der Anwender des encoTRive kann aus einer breiten Palette verfügbarer spielarmer Planetengetriebe und Winkelplanetengetriebe auswählen. Als Welle stehen verschiedene Durchmesser und Varianten mit und ohne Flächen oder mit Passfedernut zur Verfügung. Auch der Flansch kann gemäß der Kundenanforderung als Rund- und Viereck-Flansch realisiert werden.Aufgrund dieser Vielseitigkeit und einfachen Handhabung ist der encoTRive für Maschinen geeignet, mit denen Produkte in kleinen Losgrößen flexibel gefertigt werden, wie dies z.B. in der Holz-, Papier-, Druck- und Kartonageindustrie immer häufiger der Fall ist. Beispiele aus der Praxis Zwei Anwendungsbeispiele aus der Praxis zeigen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Stellantriebs encoTRive. Beispiel 1: Ein Hersteller von Druckmaschinen hat bei der Neukonzeption einer Maschinenserie die vormals unterschiedlichen Stellantriebstypen durch einen encoTRive ersetzt. Damit wurde die Projektierung vereinheitlicht, die Ersatzteilbevorratung reduziert und die Wartung vereinfacht. Die vielfältigen Adaptionsmöglichkeiten mit Hilfe der encoTRive-Software haben das ermöglicht. Die bisher für die Synchronmotoren genutzte digitale Schnittstelle (die Dauer des angelegten Signals ist proportional zum Sollweg) ist applikationsspezifisch in encoTRive integriert. So konnte der Antrieb nahtlos in die bestehende Steuerungslandschaft integriert werden. Zusätzlich kann die Stellpositionen über den Feldbus zurück gelesen werden. Beispiel 2: In einer Rollenschneidemaschine verstellen 20 encoTRive-Antriebe auf einer gemeinsamen Zahnstange die Position der Rollenmesser. Diese Anwendung nutzt den integrierten Absolut-Encoder des Stellantriebs: Da alle Messereinheiten auf einer gemeinsamen Zahnstange montiert sind, steht den Einheiten durch die Baubreite bedingt nicht der gesamte Arbeitsbereich zur Verfügung. Damit die Messereinheiten am Ende der Zahnstange referenziert werden können, müssen die Einheiten für jeden Referenzdurchlauf am Anfang der Zahnstange ausgebaut werden. Stillstandszeiten und damit verbundene Kosten wären die Folge. Aufgrund des integrierten Multiturn-Absolut-Encoders von TR-Electronic müssen die Antriebe nur noch einmalig beim Aufbau der Anlage referenziert werden. Die benötigten Teile für ein geregeltes Positionieren sind dabei in einer Komponente integriert. Fazit