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DER KONSTRUKTEUR 9/2019

DER KONSTRUKTEUR 9/2019

ANTRIEBSTECHNIK EIN

ANTRIEBSTECHNIK EIN GROSSER SCHRITT NACH VORN Autor: Jörg Paulus, General Manager, Sales – Europe, POSITAL FRABA Europa, Köln PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Schrittmotoren nähern sich in Sachen Performance immer mehr den deutlich aufwändigeren Servoantrieben an. Forciert wird dies durch neue magnetische Stepper Kits, die sich als montagefreundliche Feedbacksysteme einfach und schnell in marktgängige Motoren integrieren lassen. Als wirtschaftliche Lösung liefern sie absolute Positionsdaten und Multiturn- Funktionalität – und das energieautark und wartungsfrei. Schrittmotoren gehören zu den klassischen Basis-Komponenten, wenn es um offene Regelkreise zur Positionssteuerung geht. Die einfach und kompakt aufgebauten Gleichstrommotoren haben einen breiten Anwendungsbereich, von kleinen Werkzeugen und Geräten über Drucker bis hin zu Fahrzeugen. Im industriellen Umfeld werden sie etwa für Positionieraufgaben in Maschinen oder für Pick-and-Place-Prozesse mit hoher Geschwindigkeit genutzt. Gegenüber Servomotoren, die mit komplexer Regelelektronik auf Höchstleistungen getrimmt sind und in Sachen Beschleunigung, Präzision und Laufverhalten das Highend-Segment unter den Elektromotoren darstellen, fallen Schrittmotoren sehr einfach aus. Dies erklärt auch den eklatanten Preisunterschied: Im Schnitt sind Servomotoren zehn Mal teurer. Die Steuerung erfolgt – quasi systemimmanent – über das schrittweise rotierende elektromagnetische Feld der Statorspulen. Dabei bewegt sich der Rotor mit jedem Impuls um einen klar definierten Schritt bzw. Winkelversatz vorwärts. Üblich sind bis zu 200 Schritte pro Umdrehung, wobei auch Motoren mit 400 oder mehr Schritten erhältlich sind. Durch Mikroschrittbetrieb ist ein Auflösungsvermögen von unter 0,1 ° erreichbar. Die Schrittgenauigkeit liegt meist im Bereich von einigen Prozent. Während Schrittmotoren im Prinzip ohne Feedback-System positionieren können, kommen oft einfache optische Inkrementalgeber zum Zug. Diese Low-Cost-Encoder gleichen typische Schwachstellen der Schrittmotoren aus. Durch das Erfassen und Bereitstellen von Winkelwerten kompensieren sie Schrittverluste, die etwa durch zu hohe Lastmomente entstehen und zu ungenauer Positionierung führen können. DROP-IN FÜR INKREMENTAL-GEBER Wo die inkrementalen Kits das Level bei Schrittmotoren bereits leicht angehoben haben, setzen die magnetischen Stepper Kits jetzt konsequent nach. Die von dem Sensorhersteller Posital entwickelten und Ende 2018 vorgestellten Montage-Kits sorgen für frischen Wind im Stepper-Segment. Die ursprünglich für Servo-Antriebe konzipierten magnetischen Feedback-Systeme, die Absolut- und Multiturn-Funktionalität in einem energieautarken, batterielosen und von Rechenpower getriebenen Gesamtpaket garantieren, wurden in knapp zweijähriger Arbeit auf die spezifischen Vorgaben für Schrittmotoren angepasst. Herausgekommen sind dabei kostengünstige Montage-Kits, die das Performance-Level bei Schrittmotoren deutlich anheben. Das Ergebnis reicht von besserem Rundlauf über mehr Transparenz bei den Steuerungsprozessen bis zu mehr Qualität bei der eigentlichen Positionieraufgabe. Bewusst hat man die Stepper-Kits so konstruiert, dass sie sich direkt in gängigen Schrittmotoren installieren lassen. Dabei greifen 44 DER KONSTRUKTEUR 9/2019

ken Rotationszähler festgehalten. Statt Batteriepower sorgen dabei Impulse aus einem von Posital in Eigenregie gefertigten Wiegand-Draht für cleveres Energy- Harvesting. MAGNETISCHE ABTASTTECHNIK DIE MONTAGE KITS ERMÖGLICHEN DAS AUFRÜSTEN VON SCHRITTMOTOREN ZU ABSOLUTER POSITIONSSTEUERUNG BEI GLEICHZEITIGER MULTITURN-FÄHIGKEIT LÖSUNGEN FÜR DIE DAUERHAFTE KENNZEICHNUNG aserbeschrier Integrierbar - Stand-Alone - Sonderbau CO2-, Green-, Hybrid- und Faserlaser Nadelpräger Ritzmarkierer Weltweiter Service die Vorgaben des US-Verbandes NEMA (National Electrical Manufacturers Assocation), die traditionell die Normung von Stepperantrieben bestimmen – auch wenn längst mehr als 90 % der Motoren dieser Kategorie in Asien gefertigt werden. Footprint und mechanische Anbindung sind so ausgelegt, dass die Kits als direkter Drop-In für klassische Inkremental-Encoder genutzt werden können. Aus dem Stand ermöglichen sie das Aufrüsten von Schrittmotoren zu absoluter Positionssteuerung bei gleichzeitiger Multiturn- Fähigkeit. Absolutgeber ordnen einer Weg- und Winkelposition jederzeit einen eindeutigen Positionswert zu und speichern diesen sicher – auch bei Stromausfall. Während sie beim Singleturn- Betrieb einen Messbereich von 360 ° überwachen, erfolgt das Multiturn-Monitoring über eine Vielzahl von Rotationen. Bei den magnetischen Stepper Kits, die mit 17 Bit Singleturn- und 16 Bit Multiturn-Auflösung aufwarten, sind sämtliche Komponenten in einem kompakten Elektronikpaket (d: 37 mm) untergebracht. Ein paar Handgriffe reichen, um das Paket – nebst kleinem Permanentmagnet, der auf der Welle fixiert wird – im Motor zu montieren. Während die Hall-Sensoren über das rotierende Magnetfeld die Singleturn-Position erfassen, werden die Umdrehungen über einen energieautar- 01 Autarkes Energy-Harvesting-System für den batterielosen Betrieb des Rotationszählers bei Multiturn-Einsätzen 02 Footprint und mechanische Anbindung sind so ausgelegt, dass sich die neuen Multiturn-Kits als direkter Drop-In für einfache Inkremental-Encoder nutzen lassen Die von Posital seit Jahren als Alternative zu optischen Systemen forcierte magnetische Abtasttechnik entpuppt sich auch bei den Stepper Kits als echtes Plus. Die kontaktfreie Messtechnik verfügt – außer dem Permanentmagnet – über keinerlei bewegliche Teile, ist stoß- und vibrationsresistent und lässt sich auch von Schmutz oder Feuchtigkeit nicht irritieren. Stark ist auch die integrierte elektronische Kalibrierfunktion. Es reicht, die Motorwelle kurz mit konstanter Geschwindigkeit zu drehen. Dabei werden die motorspezifisch individuellen Eigenheiten erfasst und in der Software hinterlegt. Als Schnittstellen wurden SSI und BiSS C zur bidirektionalen Kommunikation implementiert. Beide sind ‚Open Source’-Interfaces, die sich über einfache Computer auslesen lassen. Mit den neuen Stepper-Kits spricht Posital nicht nur den OEM-Markt, sondern gezielt auch die Anwender an. „Die Kits lassen sich einfach nachrüsten, was aus einem simplen Schrittmotor im Handumdrehen einen echten Performer macht“, so Christian Leeser, CEO von Fraba-Posital. „Unsere größte Herausforderung besteht darin, dem Markt aufzuzeigen, wie viel Potenzial tatsächlich in einem Schrittmotor steckt.“ Bilder: Maridav/Fotolia, Posital www.posital.com Besuchen Sie uns! 02 01 Unsere MARKEN Halle 11 - Stand F83 GravoTech GmbH • Am Gansacker 3a • D-79224 Umkirch Tel. +49 7665 5007-0 • Fax +49 7665 5007-77 info.germany@gravotech.com • www.gravotech.com

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