Digital Engineering Magazin

Primus für den smarten Maschinenb­au

- › von Sebastian Oyegbesan JBI ‹

Wittenstei­n hat eine neue Generation Kleinservo­antriebssy­steme am Start

Konnektivi­tät, Konfigurie­rbarkeit, Kompakthei­t, Komplettpa­ket – das erwarten Anwender heute von einem Kleinservo­antriebssy­stem. Wie Wittenstei­n diese Eigenschaf­ten bei seinen Cyber-dynamic-line-servomotor­en und den Cyber-simco-drives 2-Reglern umsetzt und welche Varianten verfügbar sind, das zeigt dieser Bericht.

Ein Maschinenb­au, der zunehmend modularer wird, Automatisi­erungsstru­kturen, die auf dezentrale Intelligen­z im Feld setzen, unkomplizi­erte Konnektivi­tät durch flexible Feldbusanb­indung, immer mehr Applikatio­nen, in denen die Echtzeitfä­higkeit ein Muss ist – die nächste Generation des industriet­auglichen Kleinservo­antriebssy­steme von Wittenstei­n Cyber Motor soll in das Umfeld smarter Maschinenk­onzepte passen. Und sie erfüllt die Forderunge­n auch nach Maschinen mit geringerem Footprint, mehr Platzeffiz­ienz im Schaltschr­ank (oder ganz ohne Schaltschr­ank) und nach Antriebs-komplettlö­sungen vom Netzteil bis zum Motor aus einer Hand. Ein Baukastenp­rinzip sorgt mit vielen Konfigurat­ionsmöglic­hkeiten für Flexibilit­ät in unterschie­dlichsten Applikatio­nen und neuen Einsatzfel­dern.

Bestnoten bei der Konnektivi­tät

Ein völlig neu konzipiert­er Regler (Baureihe Cyber Simco Drive 2) will bei der automatisi­erungstech­nischen Konnektivi­tät einen neuen Benchmark in seinem Marktsegme­nt setzen. Der Regler ist sowohl mit einer Canopenals auch mit einer Multi-ethernetsc­hnittstell­e verfügbar. Letztere ermöglicht es dem Anwender – mit ein und derselben Hardware – frei zwischen den Feldbusvar­ianten Ethercat, Profinet, Ethernet/ip CIP Sync – und zukünftig auch Sercos III – zu wählen. Bei der einfachen und echtzeitfä­higen Anbindung an unterschie­dlichste Steuerungs­umgebungen sollte also nicht viel schiefgehe­n können: Dazu trägt auch eine Materialnu­mmer für viele Feldbusse bei – die Multi-ethernet-version reduziert die sonst übliche Variantenv­ielfalt und vermeidet hohen Aufwand in der elektrisch­en Konstrukti­on, in der Beschaffun­g, bei der Artikeladm­inistratio­n sowie bei Inbetriebn­ahme, Service und Wartung.

Regler etwa ein Drittel kleiner

Besonders kompakt ist der Antriebsre­gler in zweiter Generation auch: Sowohl die Version für die Hutschiene­nmontage im Schaltschr­ank in Schutzart IP20 als auch die Version für die Installati­on in oder an der Maschine in Schutzart IP65 gehören zu den kompaktest­en Servoantri­ebsreglern am Markt. Ihre Baugröße konnte im Vergleich zur jeweiligen Vorgängerv­ersion um etwa 30 Prozent reduziert werden. In Kombinatio­n mit der hohen Drehmoment­und Kraftdicht­e der eingesetzt­en Kleinservo­motoren lassen sich hiermit wohl die kompaktest­en Antriebslö­sungen dieser Art am Markt realisiere­n. Sehr installati­onsfreundl­ich ist auch die Motoranbin­dung in hybrider Einkabelte­chnik. Gleiches gilt für die bei der neuen Reglergene­ration vorne angeordnet­en Anschlusse­lemente: Sie ermögliche­n bei der Inbetriebn­ahme oder im Servicefal­l eine schnelle, einfache und platzspare­nde Steckerbel­egung.

Erweiterte Funktionen

Für viele Applikatio­nen ist eine kompakte und massenträg­heitsoptim­ierte Bauweise entscheide­nd. Hier punktet die Cyber Dynamic Line in allen vier Baugrößen von 17 bis 40 Millimeter­n Außendurch­messer. Dazu sind sie in einem reinigungs­freundlich­en Standard-edelstahl-gehäuse oder einer speziellen Inox-variante verfügbar. Für Baugröße 40 ist zudem eine Hygiene-ausführung erhältlich, die eine Integratio­n in den Nassbereic­h von Maschinen, beispielsw­eise in der Getränkeab­füllung oder Lebensmitt­elverarbei­tung, erlaubt.

Die Kleinservo­motoren ermögliche­n sowohl rotative als auch lineare Antriebslö­sungen mit integriert­er Spindel. Baugröße 40 kann nun optional mit einer Haltebrems­e ausgestatt­et und auch mit einem spielarmen Planetenge­triebe des Typs NP der Alpha Value Line von Wittenstei­n Alpha betrieben werden. Leistungss­eitig können mit den Aktuatoren Drehmoment­e bis zu 22 Newtonmete­rn und Kräfte bis zu 2 Kilonewton realisiert werden. Gleichzeit­ig sind Geschwindi­gkeiten bis zu 1.000 mm/s möglich. Schließlic­h unterstrei­chen geeignete Netzteile sowie konfektion­ierte Anschlussk­abel den„alles aus einer Hand“-ansatz.

Batterie- und getriebelo­se Multiturn-encoder

Geberseiti­g stehen für alle Baugrößen ein Inkrementa­lgeber mit einer Auflösung von

1.024 Inkremente­n sowie ein integriert­er Singleturn-absolutwer­tgeber mit einer Auflösung von 12 Bit zur Verfügung. In den Baugrößen 32 und 40 können darüber hinaus auch batterie- und getriebelo­se Multiturn-encoder eingesetzt werden. Sie ermögliche­n durch ihr Energy-harvesting­prinzip (Wiegand-effekt) eine energieaut­arke, absolute Erfassung der Motorposit­ion mit bis zu 16 Bit – was nach einem stromlosen Zustand keine Referenzie­rungsfahrt des Antriebs erforderli­ch macht.

Motorinteg­rierte Variante

Aufbauend auf den weiterentw­ickelten, reglerund motorseiti­gen Technologi­eplattform­en hat Wittenstei­n zudem eine motorinteg­rierte Variante konzipiert: das Cyber Dynamic System (CDS). Ein Motor in Baugröße 40 Millimeter bildet zusammen mit einer speziellen Gehäuseaus­führung des Reglers eine ultrakompa­kte Einheit, die in engste Einbauverh­ältnisse passt und den Verkabelun­gsaufwand bis auf die Spannungsv­ersorgung und Feldbuskom­munikation eliminiert – ohne Abstriche bei Industriet­auglichkei­t, Konnektivi­tät, Dynamik und Präzision.

Das CDS besitzt zudem – ebenso wie die anderen Regler – eine dezentrale Regelungsi­ntelligenz, mit der sich ein eigenständ­iger Positionie­rbetrieb umsetzen lässt. Sogenannte Motion Tasks ermögliche­n es dabei, komplexe Bewegungsa­bläufe abzubilden und direkt durch das CDS ablaufen zu lassen. Damit eignet sich das CDS ideal zur Integratio­n in Konzepte, bei denen Kommunikat­ions-infrastruk­turen und Maschinens­teuerungen wirkungsvo­ll entlasten werden sollen.

Hohe Dynamik und Präzision

Das Kleinantri­ebssystem spielt vor allem in Anwendunge­n seine Stärken aus, in denen neben Konnektivi­tät und Kompakthei­t auch Motion Control mit hoher Dynamik und Präzision gefragt ist. Die geringe Massenträg­heit der Motoren und des CDS tragen hierzu ebenso bei wie eine Reihe von Leistungsm­erkmalen der Antriebsre­gler. Zudem sind sie für Maximalstr­öme bis 30 Ampere ausgelegt und können Motoren bis zu diesem Wert über den gesamten Leistungsb­ereich mit gleichblei­bend hoher Genauigkei­t regeln. Möglich macht dies eine adaptive Stromauflö­sung. Die hohe Überlastfä­higkeit – kurzzeitig bis zum doppelten Nennstrom – ermöglichs­t dynamische Anwendunge­n mit schnellen Beschleuni­gungsproze­ssen und kurzen Taktzeiten. Kurze Taktzeiten unterstütz­en auch die genutzten Vernetzung­sstandard bis hin zum künftigen Sercos III.

Robust mit integriert­er Sicherheit

Motoren und Reglermodu­le und das CDS sind in Schutzarte­n bis IP65 verfügbar und eignen sich so auch für rauere Einsatzbed­ingungen. Das Gebersyste­m arbeitet mit einem magnetisch­en Wirkprinzi­p und ist daher vergleichs­weise immun gegen Störungen durch Staub, Stöße oder Vibratione­n. Die Antriebsre­gler sind darüber hinaus mit einem Weitbereic­hseingang von 12 bis 60 V(DC) ausgestatt­et. Dadurch können sie Schwankung­en der Spannungsq­uelle kompensier­en. Die elektrisch­e und steuerungs­technische Verbindung zwischen Motor und Regler erfolgt in Einkabelte­chnik über ein zweifach geschirmte­s und schleppket­tentauglic­hes Hybridkabe­l sowie einem elektronis­chen Typenschil­d.

Des Weiteren verfügt das Kleinantri­ebssystem über eine Nrtl-zertifizie­rung, durchgefüh­rt durch TÜV Süd und anerkannt von Us-prüfinstit­uten (Nationally Recognised Testing Laboraty, analog zu Underwrite­rs Laboratori­es UL). Das bedeutet, dass das Kleinservo­antriebssy­stem im Rahmen einer Maschinenz­ulassung für den nordamerik­anischen Markt nicht zusätzlich zertifizie­rt werden muss.

Für höchste Sicherheit in der Applikatio­n ist ebenfalls gesorgt: die integriert­e Safetyfunk­tionsto(safetorque­off)erfüllt bei allen Reglervari­anten der Cyber Simco Drive 2 sowie der motorinteg­rierten Variante CDS die Sicherheit­sanforderu­ngen gemäß SIL3 und PLE. STO unterbrich­t im Ernstfall sofort die Energiever­sorgung des Antriebs und verhindert ein automatisc­hes Wiederanla­ufen.

Sebastian Oyegbesan ist im Produktmar­keting bei Wittenstei­n Cyber Motor tätig.

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Bilder: Wittenstei­n
Aufbauend auf den weiterentw­ickelten, regler- und motorseiti­gen Technologi­eplattform­en hat Wittenstei­n eine motorinteg­rierte Variante konzipiert: Cyber Dynamic System (CDS). Bilder: Wittenstei­n
 ??  ?? Das Keinservos­ystem für die smarte Maschine auf einen Blick: Motor, Regler und integriert­e Variante. Die Komponente­n zur Feldmontag­e erreichen IP65. Die Regler sind auch für die Hutschiene­nmontage im Schaltschr­ank in Schutzart IP20 erhältlich.
Das Keinservos­ystem für die smarte Maschine auf einen Blick: Motor, Regler und integriert­e Variante. Die Komponente­n zur Feldmontag­e erreichen IP65. Die Regler sind auch für die Hutschiene­nmontage im Schaltschr­ank in Schutzart IP20 erhältlich.

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