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04.04.2019

Motor-Feedback-Systeme auf der Innovationsagenda

Vor fünf Jahren hat Kübler seinen Innovationsmarathon gestartet. Das Ziel: Innovationen und Kompetenzen in wichtigen Zukunftsfeldern erarbeiten und umsetzen. Als ein solches wurde auch die Antriebstechnik im Allgemeinen sowie vier Bereiche darin im Speziellen definiert. Neben großen ­Potenzialen bringen diese Bereiche auch spezifische Anforderungen mit, auf die Kübler mit innovativen Lösungen reagiert.

Sendix S36 – das Motor-Feedback-System für Servomotoren

Sendix S36 – das Motor-Feedback-System für Servomotoren

„Wir sind seit vielen Jahren erfolgreich in der Antriebstechnik unterwegs. Um eine bessere Einordnung und Abgrenzung für unsere Dreh­geber zu finden, haben wir diese in vier Bereiche unterteilt: Asynchronmotoren, Großmotoren/Getriebe, Direktantriebe und Servomotoren“, informiert Arnold Hettich, Produktmanager Positions- und Bewegungssensorik bei Kübler. Dabei liefert Kübler für alle Einsatzgebiete passende inkrementale und absolute Drehgeber. Zudem werden flexible Anbau- und Einbaulösungen bis hin zu individuell zugeschnittenen Messsystemen realisiert. Jüngstes Beispiel ist die gemeinsame Entwicklung mit Motorherstellern von smarten lagerlosen Drehgebern für die Integration in Asynchronmotoren entwickelt.

Servomotoren – die High Potentials

Großes Wachstumspotenzial sehen die Drehgeberspezialisten unter anderem bei Servomotoren. Ihre klassischen Anwendungsgebiete finden sich im Maschinenbau, zum Beispiel bei Handling- und Transportanlagen. „In einer Studie aus dem Jahr 2017 geht Quest davon aus, dass der Einsatz von Servomotoren im Maschinenbau bis 2020 um 8,2 % steigen wird“, informiert A. Hettich.  

Als weiteres Anwendungsfeld für bürstenlose Servomotoren nennt er Industrieroboter, die vielfach in der Automobil- und in der Elektronikproduktion zum Einsatz kommen. Auch hier wird bis 2020 weiteres Wachstum erwartet. „Laut IFR soll die Zahl der eingesetzten Industrieroboter bis 2020 auf mehr als 3 Mio. Einheiten steigen“, gibt er weiter an. „Und da rund 90 % der industriellen Roboter mit Servomotoren ausgestattet werden, sehen wir hier ebenfalls große Chancen für uns.“

Aufgrund der prognostizierten steigenden Stückzahlen rechnet er mit sinkenden Preisen für Servomotoren und daraus folgend deren Ausbreitung in weitere Anwendungs­gebiete. „Stückzahlträger sind aus unserer Sicht Servomotoren mit kleineren bis mittleren Drehzahlen und Leistungen“, sagt er weiter und verweist zusätzlich darauf: „Der vermehrte Einsatz bis in neue Anwendungsbereiche hinein bringen auch neue Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich Regelbarkeit und Dynamik sowie Energieeinsparung und Kompaktheit, mit sich.“

Diese geänderten Anforderungen an die Servomotoren betreffen in der Folge auch die Motor-Feedback-Systeme von Kübler. Das Unternehmen reagiert darauf unter anderem mit einer gleichbleibenden Baugröße von 36 mm bei allen Singleturn- und Multiturnvarianten sowie einer Auflösung von bis zu 2.048 Sinus/Cosinus-Perioden oder 24 bit voll­digital. „Dadurch können Servo­motorenhersteller ihre Variantenvielfalt reduzieren, den Anbau zwischen Drehgeber und Motor standardi­sieren und letztendlich Kosten ein­sparen“, sagt A. Hettich. Da­rüber hi­naus zeichnen sich die Motor-Feedback-Drehgeber durch den Einsatz bei Temperaturen bis 120°C, SIL3-Zertifizierung, die Umsetzung einer Vielzahl an Schnittstellen sowie Einkabellösungen aus. Zu den Neuheiten im Kübler-Portfolio gehört die Smart Technology für Analytics-Funktionen.


Durch die gleichbleibende Baugröße von 36 mm beim Sendix S36 ergeben sich als Vorteile: Reduzierung von Motorenvarianten, Einsparung von Platz und Kosten, Standardisierung des Anbaus zwischen Drehgeber und Antrieb


 

Der Trend zur Einkabellösung

Detaillierter geht Jonas Urlaub auf den Trend zur Smart Connectivity und in diesem Zusammenhang die Einkabellösungen ein. Zunächst verweist er jedoch darauf, dass Kübler von den althergebrachten sin/cos-RS-485- und sin/cos-Biss-Schnittstelle über Biss Interface und Biss Safety bis hin zu Biss Line und SCS Open link jeden Kundenwunsch erfülle. „Bislang wurde der heilige Gral unter den Schnittstellen noch nicht gefunden. Aus diesem Grund sind unsere Kunden Neuem gegenüber sehr aufgeschlossen. Das gilt auch und gerade für digitale Protokolle, dank denen nur noch ein Kabel benötigt wird“, erklärt er. Als weitere Vorteile der Einkabeltechnologie gibt er an, dass damit die Gefahr des Falschsteckens herabgesetzt würde, dank neuer Steckertechnologie kein Schrauben, sondern ein Schnappen erfolgen könne und man Verkabelungskosten einspare. „Alles in allem entsteht dadurch also ein größerer Kundennutzen“, fasst er zusammen.

Dabei bringen das Thema Smart Connectivity und speziell die Smart Technology Analytics von Kübler noch weitere Vorteile mit sich. So liefern smarte Drehgeber aufgrund ihrer Rechenleistung nicht nur die zur Regelung notwendigen Zustandsgrößen. „Stattdessen werden sie zusätzlich zum Informations-, Mess- und Datenzentrum für den Antrieb – und ermöglichen somit smarte Motoren“, erklärt J. Urlaub.

Als nächstes Stichwort führt er Smart Identification an, mit der sich Inbetriebnahmezeiten verkürzen und der Komponententausch beschleunigen lässt. Dazu erhalten die Geber einen „Personalausweis“, das elektronische Datenblatt (EDS). Dieses enthält wichtige Informationen zu den Kommunikationseigenschaften, über Geber und Antrieb sowie der Peripherie.

Immer mehr Bedeutung wird laut J. Urlaub dem Thema Condition Monitoring beigemessen, bei dem alle drei beteiligten Gruppen Mehrwert generieren können: Anwender gelangen dadurch an Informationen, mittels denen sie ihre Prozesse optimieren, regulatorisch eingreifen oder besser planen können. Anhand spezifischer Daten können Maschinenbauer aufgrund ihrer Erfahrung und zusätzlicher Effekte weiteren Aufschluss über ihre Maschine erlangen. Und wieder andere Daten geben dem Komponentenhersteller Aufschluss über seine Produkte, zum Beispiel wie diese eingesetzt werden und daraus ihre Abnutzung resultiert.

„Über unsere Geber liefern wir dem Maschinenbauer Lifetime-Histogramme, also eine einfache Form der Datenaufbereitung“, sagt J. Urlaub. Beispielhaft zählt er auf: die absolute Anzahl an Drehungen, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur, Erschütterungen bzw. Vibrationen, Versorgungsspannung sowie LED-Strom.

Smarte Sensoren für smarte Antriebslösungen

Abschließend bringt A. Hettich noch einmal die Vorzüge auf den Punkt: „Mit dem Sendix S36, der mit seiner gleichbleibenden Baugröße enorme Vorteile mit sich bringt, können heute schon Smart-Motor-Konzepte von Morgen realisiert werden. Funktionen, wie das elektronische Datenblatt, die Speicherung von kundenspezi­fischen Anwenderdaten und die Anbindung von zusätz­lichen Sensoren wie Temperatursensoren stehen für Analy­tics zur Verfügung. Mit einer dauerhaften Zustandsüberwachung des Motors werden Störungen frühzeitig erkannt und können umgehend beseitigt werden. Dies führt zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit und Verbesserung der Performance.“

„Wir haben in den letzten Jahren Viel Energie in unsere Smart Technology gesteckt. Dank ihr werden aus unseren Drehgebern – egal ob lagerlos, klassisch mit Lager oder Motor-Feedback-System – smarte Sensoren. Damit unterstützen wir unsere Kunden auf ihrem Weg, smarte Motoren zu bauen. Einige Antriebshersteller setzen diese bereits ein – Namen dürfen wir nicht nennen, aber solche Systeme werden unter anderem auf der SPS IPC Drives von ihnen gezeigt werden. Also, einfach mal die Augen offen halten“, macht J. Urlaub neugierig auf November.

www.kuebler.com


Innovation bei Asynchronmotoren

Im Bereich der Asynchronmotoren ist Kübler eine weitere Innovation gelungen: Gemeinsam mit Antriebstechnikherstellern wurde auf Basis der lagerlosen Dreh­geber ein integriertes Messsystem für Asynchronmotoren entwickelt. Im Vergleich zu gelagerten Drehgebern zeichnet es sich durch seine Leistungsfähigkeit, Kompaktheit und nicht zuletzt durch Einsparung von Platz und Kosten aus. „Eine enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit beider Partner war hier essenziell, um das kompakte magnetische Messsystem in den Motor zu integrieren“, sagt Key Account Manager Eduard Kiwitt. „Dank innovativer Abschirmtechnologie, welche auf FEM berechneten Simulationen basiert, und trotz magnetischer Störfelder, die beispielsweise beim Auslösen der elektromagnetischen Bremse entstehen, ist uns die Integration des kompakten magnetischen Messsystems vollends gelungen.“

Eine weitere Innovation in dieser Umsetzung besteht in der hohen Signalqualität und der daraus resultierenden hohen Regelgüte des Antriebs. Erreicht wird diese durch die smarte digitale Echtzeit-Signalverarbeitung. „Hinter dem Begriff ,smart‘ verbirgt sich in doppelter Hinsicht eine innovative Neuerung“, erklärt E. Kiwitt. So würde einerseits durch eine digitale, FPGA-basierte ­Signalverarbeitung ein Driften und ­Signalfehler, die zum Beispiel durch Temperatur, Alterung und Einbautoleranzen, hervorgerufen werden, aktiv ausgeregelt. „Somit werden trotz einer vergleichsweise groben Teilung der magnetischen Maßverkörperung genaue und hoch aufgelöste Zustandsgrößen ermöglicht“, informiert er weiter. Andererseits würde auch bei diesen Systemen mittels der ohnehin vorhandenen Kenntnis der Kerngrößen des Antriebssystems, Condition Monitoring und Predictive Maintenance ermöglicht. „Parametrierbarkeit, auch der integrierten digitalen Signalfilter mit Delay-Kompensation, die sich als sehr vorteilhaft in vielen Applikationen herausgestellt haben und ein elektronisches Typenschild inklusive Anwenderspeicher runden die Ausstattungsmerkmale ab“, gibt er an.

Den Experten von Kübler ist es so gelungen, Feedback-Systeme zu integrieren, die über eine hohe Signalgüte verfügen und dennoch bei einer Integration die nötige Kompaktheit und Zuverlässigkeit mitbringen.


 

 

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 22.10.2019