Primus für den smarten Maschinenbau
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.