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SIMATIC-Welt von Siemens: Kompakte Antriebs­sys­teme mit breitem Eins­satz­spek­trum

Bei der Antriebs­aus­wahl sind die Wünsche der Anwender viel­fältig, nicht nur was Antriebs­leis­tung, Getrie­be­aus­füh­rungen, Unter­set­zungs­stufen, Rege­lung oder Anschluss­technik betrifft, sondern auch wie sie sich in den über­ge­ord­neten Auto­ma­ti­sie­rungs­ver­bund und das Sicher­heits­kon­zept inte­grieren lassen. Die Anfor­de­rungen zur Bewe­gungs­steue­rung im Auto­ma­ti­sie­rungs­um­feld nehmen konti­nu­ier­lich zu und werden immer komplexer. Siemens hat darauf mit dem Servo­an­triebs­system SIMATIC MICRO-DRIVE reagiert; im modu­laren Antriebs­system von ebm-papst finden sich die dazu passenden Antriebe.


SIMATIC MICRO-DRIVE ist ein dank zahl­rei­cher Zulas­sungen der Name für ein welt­weit einsetz­bares Servo­an­triebs­system für den Schutz­klein­span­nungs­be­reich von 24 und 48 V DC. Dazu gehören ein kompakter Antriebs­regler für einfa­chere Anwen­dungen und Leis­tungen bis 280 Watt (F-TM Servo­Drive), ein Antriebs­regler für anspruchs­vol­lere Aufgaben (PDC, PROFI Drive Control) sowie flexibel einsetz­bare Motoren und indus­trie­taug­liche Anschluss­technik (Bild 1). Im Rahmen einer Produkt­part­ner­schaft mit Siemens bietet ebm-papst hierfür passende Motoren in verschie­denen Baugrößen, mit unter­schied­li­chen Getrieben, inte­grierten Enco­dern und Bremsen im Leis­tungs­be­reich von 50 bis 750 Watt. Profi­tieren kann der Anwender davon gleich in mehrerlei Hinsicht, ange­fangen von der Konfi­gu­ra­tion, Para­me­trie­rung und Inbe­trieb­nahme bis hin zu Diagnose oder Wartung.

Bild 1: Für SIMATIC MICRO-DRIVE bietet ebm-papst hierfür passende Motoren in verschie­denen Baugrößen, mit unter­schied­li­chen Getrieben, inte­grierten Enco­dern und Leis­tungen von 50 bis 750 Watt. (Foto | ebm-papst)

Alles wird einfa­cher

Die robusten, elek­tro­nisch kommu­tierten BLDC-Motoren aus dem modu­laren ECI Antriebs­system von ebm-papst bieten bei kleinem Bauraum eine hohe Leis­tungs­dichte und haben sich bereits in vielen Anwen­dungen in unter­schied­li­chen Bran­chen bewährt. Jetzt erleich­tern die im TIA-Portal hinter­legten Motor­daten bei Motion-Control-Anwen­dungen bereits die Projek­tie­rung; der Engi­nee­ring-Aufwand sinkt und die Konsis­tenz inner­halb des Projekts ist sicher­ge­stellt. Motion-Control-Anwen­dungen lassen sich so deut­lich schneller und einfa­cher reali­sieren.

Über die SIMATIC MICRO-DRIVE Antriebs­regler lassen sich die Antriebe dann komfor­tabel para­me­trieren und in Betrieb nehmen (Bild 2). Die Steue­rung erkennt auto­ma­tisch den jewei­ligen Antrieb. Während des Betriebs liefern System­dia­gno­se­mel­dungen wich­tige Infor­ma­tionen wie die Motor-Tempe­ratur, die sich zum Beispiel für vorbeu­gende Wartungs­maß­nahmen nutzen lassen. Über die stan­dar­di­sierte Kommu­ni­ka­tion auf Basis von Indus­trial Ethernet (PROFId­rive und PROFI­safe) lässt sich darauf ohne weiteren tech­ni­schen Aufwand zugreifen, entweder über das TIA-Portal, die Steue­rung sowie per HMI oder Web-Server, bei Bedarf auch aus der Ferne.

Bild 2: Im TIA-Portal lassen sich die Antriebs­sys­teme komfor­tabel para­me­trieren und in Betrieb nehmen. (Foto | ebm-papst)

Das Thema Sicher­heit spielt eben­falls in der Antriebs­technik oft eine wich­tige Rolle. Während sich der kompakte F-TM Servo-Drive Regler für Anwen­dungen mit einfa­chen Sicher­heits­an­for­de­rungen (STO) und Leis­tungen bis 280 Watt eignet, erfüllt der PDC-Servo­regler mit STO, SS1, SLT, SLS und SSM über PROFI­safe höchste Ansprüche. Die Kombi­na­tion aus dem Servo­regler und einem ECI-Antrieb hat sich beispiels­weise bei fahrer­losen Trans­port­fahr­zeugen (FTF) bereits in den unter­schied­lichsten Logis­tik­an­wen­dungen bewährt, ange­fangen vom Online-Handel bis hin zur Auto­mo­bil­fer­ti­gung oder auch in der Kran­ken­haus­lo­gistik. Wenn sich die Antriebe nahtlos in das Steue­rungs­system des FTF einbinden lassen, ist der Fahr­zeug­her­steller auf der sicheren Seite. Denn wenn die Kommu­ni­ka­tion läuft und Safety-Anfor­de­rungen erfüllt sind, unter­stützt ihn das beim Erstellen des eigenen Sicher­heits­kon­zepts und verein­facht die nach­ge­la­gerte Frei­gabe des Gesamt­fahr­zeuges bei der TÜV-Prüf­stelle.

Unter­schied­liche Leis­tungs­klassen für zahl­reiche Appli­ka­tionen

Die bürs­ten­losen, elek­tro­nisch kommu­tierten Innen­läu­fer­mo­toren von ebm-papst gibt es in drei Baugrößen:  Die ECI-42 Motoren mit 42 mm Durch­messer errei­chen mit Stator­bau­längen von 20 oder 40 mm Leis­tungen von 45 bis zu 92 Watt bei 110 bzw. 220 mNm Nenn­dreh­mo­ment und 4.000 U/min Nenn­dreh­zahl. Mit Stator­bau­längen von 20, 40 oder 60 mm decken die größeren ECI-63 Motoren den Leis­tungs­be­reich von 150 bis 370 Watt ab, bei bis zu 880 mNm Nenn­dreh­mo­ment und 4.000 U/min Nenn­dreh­zahl. Ihr Wirkungs­grad liegt bei über 90 %. Bei den ECI-80 Motoren stehen eben­falls eichen drei Stator­bau­längen zur Verfü­gung. Sie haben einen Durch­messer von 80 mm und errei­chen Nenn­leis­tungen bis 750 Watt.

Alle Ausfüh­rungen können mit Plane­ten­ge­trieben in der glei­chen Baugröße wie der Motor kombi­niert und mit hoch­auf­lö­senden inte­grierten Enco­dern ausge­stattet werden, so dass sich auch Anwen­dungen mit hohen Anfor­de­rungen an die Posi­tio­nier­ge­nau­ig­keit reali­sieren lassen. Für Letz­teres findet sich ein Beispiel bei der Kolbus GmbH, die ECI-42 Antriebe als Ersatz für einen älteren Motortyp in Kombi­na­tion mit dem kompakten Servo-Antriebs­regler SIMATIC F-TM Servo­Drive HF v2 zur Format­ver­stel­lung an Decken­ma­schinen einsetzt, mit denen hoch­wer­tige Buch­de­cken, Ordner, Displays, Kalen­der­rück­seiten oder Spiel­bretter herge­stellt werden (Bild 3).

Bild 3: Decken­ma­schine für die auto­ma­ti­sche Produk­tion von Buch­de­cken, Ordnern, Displays, Kalen­der­rück­seiten oder Spiel­bret­tern. Sie arbeitet mit einer Geschwin­dig­keit von bis zu 65 Takten/min. (Foto | Kolbus)

Indi­vi­du­elle Umrüs­tung der Format­ver­stel­lung

Bei der Umrüs­tung der Format­ver­stel­lung waren den Maschi­nen­bauern neben der hohen Posi­tio­nier­ge­nau­ig­keit vor allem zwei Punkte wichtig: Die naht­lose Inte­gra­tion des neuen Motors in die Siemens-Steue­rungs­um­ge­bung der Maschinen sowie ein mecha­ni­scher 1:1 Ersatz für die bishe­rige Antrieb­lö­sung. In diesem Zusam­men­hang kam die b-drives GmbH ins Spiel. Als System­partner von ebm-papst hat das Team von b-drives über zehn Jahre Erfah­rung in der Ausle­gung, Rege­lung und Appli­ka­tion von elek­tri­schen Antrieben, wovon jetzt die Maschi­nen­bauer profi­tieren.

Als Antrieb für die Format­ver­stel­lung haben wir einen ECI-42 Motor mit einem hoch­auf­lö­senden Absolut-Multi­turn­ge­ber­system aus dem Antriebs­bau­kasten sowie einem ange­passten Schne­cken­ge­triebe kombi­niert.

Robert Nohr, Projekt­in­ge­nieur bei b-drives

Robert Nohr, Projekt­in­ge­nieur bei b-drives berichtet: „Als 1:1 Ersatz für die bishe­rige Lösung haben wir einen ECI-42 Motor mit 90 Watt Leis­tung mit einem hoch­auf­lö­senden Multi­turn­ge­ber­system aus dem Antriebs­bau­kasten sowie einem speziell an diese Appli­ka­tion ange­passten Schne­cken­ge­triebe kombi­niert. Die Versor­gungs­span­nung wurde mit 48 V eben­falls auf die Anwen­dung abge­stimmt.“ (Bild 4) Durch Absolut-Multi­turn­geber an allen Achsen ist nach einem Maschi­nen­still­stand keine Refe­renz­fahrt notwendig, da der Posi­ti­ons­wert erhalten bleibt. Für den Maschi­nen­bauer ergab sich dadurch eine Plug-and-play-fähige Umrüst-Lösung.

Bild 4: ECI-42 Motor mit 90 Watt Leis­tung, hoch­auf­lö­senden Absolut-Multi­turn­ge­ber­system und Schne­cken­ge­triebe für den Einsatz­fall Format­ver­stel­lung bei Decken­ma­schinen. (Foto | b-drives)

Bild 5: Die kompakten Servo-Regler aus dem SIMATIC MICRO-DRIVE Antriebs­system benö­tigen nur wenig Einbau­platz. (Urheber | Kolbus)

„Die kompakten Servo­regler bezieht Kolbus direkt bei Siemens. Zur Verbin­dung mit dem Motor genügt ein Hybrid-Kabel, das am Motor über einen indus­trie­ge­rechten Stecker ange­schlossen wird“, ergänzt Robert Nohr (Bild 5). Die F-TM Module aus dem ET200SP Verbund werden im TIA-Portal über eine GSD-Datei einge­bunden und im Anschluss wird der Motor para­me­triert. Zusätz­lich ist ein TO-Antriebs­ob­jekt als Hard­ware­schnitt­stelle anzu­legen. An den Decken­ma­schinen setzt Kolbus heute je nach Ausbau­stufe bis zu 20 der ECI-42 Antriebs­sys­teme ein. Alle Betei­ligten sind mit dem Ergebnis der Umrüs­tung zufrieden und wollen auch in Zukunft bei weiteren Projekten gerne wieder zusam­men­ar­beiten.

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