Je nach Komple­xität und Anfor­de­rungen einer Posi­tio­nier­auf­gabe haben sich unter­schied­liche Antriebs­kon­zepte etabliert. Zu den gängigsten gehören AC-Servos, DC-Motoren – entweder mit Bürsten oder bürs­tenlos mit elek­tro­ni­scher Kommu­tie­rung (BLDC) – oder auch Schritt­mo­toren. Für alle gibt es typi­sche Einsatz­be­reiche, in denen sie ihre jewei­ligen funk­ti­ons­be­dingten Vorteile ausspielen können.

AC-Servo- oder Schritt­motor

AC-Servo­mo­toren gelten als beson­ders leis­tungs­stark und reak­ti­ons­schnell. Ein typi­sches Einsatz­feld finden sie wegen ihrer hohen Dynamik beispiels­weise bei schnellen Bestü­ckungs­au­to­maten. Für viele Posi­tio­nier­auf­gaben über­steigt ihre Leis­tungs­fä­hig­keit die Anfor­de­rungen und die Antriebe sind daher für diese Appli­ka­tionen über­teuert. In „einfa­cheren“ Anwen­dungen findet man deshalb oft Schritt­mo­toren, die entweder mit offenem oder geschlos­senem Regel­kreis arbeiten.

Bei offenem Regel­kreis gibt es keine Posi­ti­ons­rück­mel­dung. Dabei wird der Motor meist über­di­men­sio­niert, um die Dreh­mo­ment­an­for­de­rungen stets zu erfüllen und sicher­zu­stellen, dass keine Schritte verloren gehen. Das spart zwar Sensorik ein, Anwender können jedoch nicht eindeutig erkennen, ob der Motor tatsäch­lich in die gewünschte Posi­tion gebracht wurde. Zudem benö­tigen die über­di­men­sio­nierten Motoren viel Energie. Arbeiten Schritt­mo­toren im geschlos­senen Regel­kreis, also mit Posi­ti­ons­rück­mel­dung über einen Encoder, lässt sich die Dreh­mo­ment­marge redu­zieren, weniger Energie wird erfor­der­lich und die Motoren können wesent­lich kleiner ausfallen.

Solche leis­tungs­mäßig auf die Anwen­dung ange­passten Schritt­mo­toren sind aller­dings nicht über­last­fähig. Mit Wech­sel­be­las­tungen kommen sie nicht klar, z. B. wenn auf einem Förder­band unter­schied­lich schwere Pakete trans­por­tiert werden. Bei einem Roboter oder Schwenkarm, der immer unge­fähr gleich schwere Teile greift, können solche Antriebe aber durchaus die rich­tige Wahl sein. In einigen Berei­chen sind aller­dings die bei Schritt­mo­toren unver­meid­baren Geräu­sche im Hinblick auf den Arbeits­schutz nicht tole­rierbar.

Bild 1: Posi­tio­nier­an­triebe aus dem modu­laren Antriebs­system: Das Herz­stück bilden die Innen­läu­fer­mo­toren mit Abga­be­leis­tungen von 30 bis zu 750 Watt. Je nach Anwen­dung lassen sie sich indi­vi­duell mit Regel­elek­tronik, unter­schied­li­chen Getriebe-, Bremsen- und Encoder-Modulen kombi­nieren. (Grafik | ebm-papst)

DC-Servo­mo­toren aus dem Baukasten

DC-Servo­mo­toren sind eben­falls häufig in Posi­tio­nier­an­wen­dungen zu finden. Die elek­tro­nisch kommu­tierten Vari­anten kennen prak­tisch keinen Verschleiß und sind sehr lang­lebig. Durch die Schutz­klein­span­nung (24 VDC oder 48 VDC) ist sowohl der Anspruch an die Ausbil­dung der Personen, die einen solchen Antrieb instal­lieren, als auch der Doku­men­ta­ti­ons­auf­wand für den Anwender deut­lich geringer als bei den bereits erwähnten AC-Servo­mo­toren und die Antriebe bauen kleiner. Im Vergleich zu Schritt­mo­toren posi­tio­nieren sie genauer, sind dyna­mi­scher sowie ausge­spro­chen leise und ener­gie­ef­fi­zient. Zudem lassen sich für die unter­schied­lichsten Posi­tio­nier­auf­gaben passende Antriebs­sys­teme „von der Stange“ finden, was die Kosten für die leis­tungs­fä­higen Antriebe im Rahmen hält. Das beweist der Moto­ren­spe­zia­list ebm-papst mit seinem modu­laren ECI-Antriebs­system. Das Herz­stück der Baureihe bilden die Innen­läu­fer­mo­toren mit Abga­be­leis­tungen von 30 bis zu 750 Watt (Bild 1). 

Bild 2: Ausge­stattet mit einem inte­grierten Elek­tronik­modul können viele intel­li­gente Funk­tionen direkt im Antrieb reali­siert werden; die bisher erfor­der­liche SPS wird entlastet oder kann im Ideal­fall komplett entfallen. (Grafik | ebm-papst)

Je nach Anwen­dung lassen sie sich indi­vi­duell mit Regel­elek­tronik, unter­schied­li­chen Getriebe-, Bremsen- und Encoder-Modulen kombi­nieren. Zudem ist in die Entwick­lung dieses Baukas­tens viel Appli­ka­tions-Knowhow geflossen. Die Experten wissen, was die Anwender aus den unter­schied­lichsten Bran­chen von der Auto­ma­ti­sie­rungs­technik über die Logistik bis hin zur Medi­zin­technik brau­chen. So sind präzise Bewe­gungen bei kleinen Dreh­zahlen ebenso möglich wie der schnelle Wechsel zu einem dyna­mi­schen Betrieb. Die Antriebe arbeiten mit hohen Wirkungs­graden und lassen sich auch bei beengten Einbau­ver­hält­nissen gut unter­bringen.

Die Aktiv­teile (bewi­ckelter Stator und mit Magneten bestückter Läufer) sind ledig­lich 20, 40 oder in der leis­tungs­stärksten Vari­ante 60 mm kurz. Ausge­stattet mit einem inte­grierten Elek­tronik­modul können viele intel­li­gente Funk­tionen direkt im Antrieb reali­siert werden (Bild 2). Die bisher erfor­der­liche SPS wird entlastet oder kann im Ideal­fall komplett entfallen. Die Ansteue­rung ist dabei über die digi­talen und analogen Ein- und Ausgänge möglich. Der Inte­gra­tion in Indus­trie 4.0 Konzepte steht damit nichts im Weg.

Breites Einsatz­spek­trum

Bild 3: Eine typi­sche Anwen­dung für die ECI-Antriebe sind Werk­stück­träger-Trans­port­sys­teme, die Teile in der Produk­tion schnell und effi­zient von einem Monta­ge­schritt zum nächsten bringen. (Foto | ebm-papst)

Typi­sche Posi­tio­nier­an­wen­dungen für die ECI-Antriebe gibt es viele. Ein Beispiel sind Werk­stück­träger-Trans­port­sys­teme, die Teile in der Produk­tion schnell und effi­zient von einem Monta­ge­schritt zum nächsten bringen. Dabei darf nichts ruckeln oder wackeln, damit empfind­liche Produkte nicht beschä­digt werden. Bild 3 zeigt eine Anwen­dung, bei der ECI-Motoren mit inte­grierter Elek­tronik und Schne­cken­ge­triebe die ehemals einge­setzten AC-Getrie­be­mo­toren abge­löst haben. Anwender sparen dadurch bis zu 80 % Energie.

Die ECI-Motoren punkten zudem durch ihre Dreh­mo­ment­re­ge­lung und die große Über­last­fä­hig­keit. Da der Motor Dreh­mo­ment und Strom regu­liert, können unter­schied­lich schwere Werk­stücke bei gleich­blei­bender Geschwin­dig­keit trans­por­tiert werden.

Bild 4: Die Antriebe lassen sich einfach und platz­spa­rend montieren und machen zudem aufwen­dige Pneu­ma­tik­lö­sungen an Weichen oder Hubein­rich­tungen über­flüssig. (Grafik | ebm-papst)

Auch bei der Post­sor­tie­rung in großen Logis­tik­zen­tren haben die kompakten bürs­ten­losen Gleich­strom­an­triebe an den Bändern, Schleusen und Weichen die früher übli­chen AC-Motoren mit ihren großen Schalt­schränken für die Regler abge­löst. Die ECI-Antriebe lassen sich einfach und platz­spa­rend montieren (Bild 4) und machen zudem aufwen­dige Pneu­ma­tik­lö­sungen an Weichen oder Hubein­rich­tungen über­flüssig.

Bild 5: In Zahn­arzt­stühlen erfüllen die ECI-Motoren die Forde­rungen nach kompakten Abmes­sungen, hoher Halte­kraft und möglichst geräusch­freiem Betrieb. (Grafik | ebm-papst)

Die indus­trie­ge­recht ausge­legten Antriebe eignen sich für zahl­lose weitere Posi­tio­nier­an­wen­dungen, zum Beispiel in der Medi­zin­technik: In Zahn­arzt­stühlen erfüllen sie die Forde­rungen nach kompakten Abmes­sungen, hoher Halte­kraft, EMV, Ausfall­si­cher­heit und möglichst geräusch­freiem Betrieb (Bild 5). Zudem kann der passende Antrieb schnell gefunden werden. Dank defi­nierter Vorzugs­typen sind ausge­wählte Antriebs­kon­fi­gu­ra­tionen inner­halb von 48 Stunden versand­fertig. So können beispiels­weise Bemus­te­rungen in kürzester Zeit reali­siert werden.