Alles integriert

Antriebstechnik

Servomotor – Integrierte Servomotoren kombinieren AC-Servomotor mit Verstärker und Ansteuereinheit in einem Gerät. Neben einem niedrigeren Preispunkt steht dabei höhere Wirtschaftlichkeit im Vordergrund.

31. August 2010

Geht es um Wechselstrom-Servo- oder Schrittmotoren, ist die Firma JVL Industrie Elektronik, mit ihren vollintegrierten Antriebslösungen, der richtige Ansprechpartner. Die dänische Firma wurde 1986 von den beiden Studenten Bo Valeur Jessen und Mads Vernon Jørgensen gegründet und entwickelte sich schnell zu einem soliden Unternehmen. Zu Beginn konzentrierte sich JVL auf die Entwicklung und Vermarktung kompakter Treiberstufen für Schrittmotoren. Aus strategischen Gründen übernahm das Unternehmen schon bald eine dänische Firma, die im Bereich Servotechnik tätig war, und erweiterte seine Produktpalette um AC- und DC-Servoverstärker. Nach diesem Schritt entwickelten die Unternehmensgründer die Idee, Motor und Verstärker komplett zu intergieren und als eine Einheit anzubieten.

Komplett integriert

Der integrierte Servomotor ist ein kompletter AC-Servomotor mit Verstärker und Ansteuereinheit in einem Gerät. Die Antrieb verbindet einen niedrigen Preis mit hoher Wirtschaftlichkeit und einer modular aufgebauten, exakt passenden Lösung. Die Einbindung der Elektronik in einen Motor wurde bis zur Markteinführung des ersten integrierten Servomotors vor circa zehn Jahren lediglich mit Invertern durchgeführt, nicht aber mit Motoren, die Servoleistung bieten konnten. Für diese Kompaktservos wurden Motor, Hallsensoren, Encoder, Endstufe und Controller neu entwickelt, um zum Beispiel Erschütterungen besser standhalten zu können und unnötige Temperaturentwicklung zu vermeiden.

Als Motor kommt ein bürstenloser Servomotor zum Einsatz, dessen Rotor aus Hochleistungsmagneten besteht. Am hinteren Ende des Motors befindet sich der Hallgeber, der während des Anlaufs Informationen über die Lage der Rotormagneten ausgibt. Mit den Signalen der Hallsensoren wird die richtige Kommutierung des Motors gewährleistet, indem die Spannung an den drei Motorphasen so eingestellt wird, dass die magnetische Ausrichtung für ein maximales Drehmoment bei minimalem Strom optimiert ist. Nach dem Motoranlauf ist ausschließlich der hinter dem Hallgeber platzierte Encoder für die Rückmeldung von Position und Geschwindigkeit zuständig und der Motorbetrieb erfolgt hundertprozentig digital.

Der Steuerschaltkreis der das Drehmoment, die Geschwindigkeit sowie die Position regelt, besteht aus einem digitalen Regler und einer Treiberstufe. Die Rechenzentrale ist ein äußerst leistungsfähiger Hochleistungsmikroprozessor. Der Prozessor empfängt seine Vorgaben über ein eingebautes Erweiterungsmodul und führt entsprechend die digitale Strom-, Geschwindigkeits- und Positionierregelung durch. Die Signale des optischen oder auch mechanischen Encoders werden zum Ermitteln der Geschwindigkeit und der Position verarbeitet.

Betriebsart wählen

Der integrierte Servomotor verfügt über unterschiedliche Betriebsmodi, um mit der Basiskonfiguration möglichst viele Applikationen abdecken zu können. Die Betriebsart wird über eine Parametrier-Software ausgewählt, die eine Geschwindigkeits-, Drehmomentregelung oder Positionierung über ±10 VDC ebenso beinhaltet, wie die Ansteuerung über Puls-/Richtungssignal. Letzteres bietet die Möglichkeit, eine bisherige Schrittmotoren-Applikation auf Servo-Leistung aufzurüsten. Die Nullstellung des Antriebs kann applikationsgerecht ausgewählt werden, entweder durch Referenzpunktschalter, einen mechanischen Anschlag im Drehmomentverfahren oder das Setzen des Nullpunkts per Software. Bei einem Servomotor mit mechanischem Absolutwertencoder ist diese Maßnahme nur einmal erforderlich.

Effizienter Antrieb

Die Vorzüge einer Applikationslösung mit kompakten Servomotoren sind unter anderem die Dezentralisierung der Systemintelligenz und das Einsparen von Leitungen zwischen Motor und Verstärker. Dadurch wird die Installation deutlich vereinfacht, Platz im Schaltschrank gespart, Fehler bei der Verdrahtung vermieden und EMV-Probleme vermindert. Ein weiterer Vorteil ist die Anpassung der Antriebe an die Bedürfnisse der Applikation durch den Einsatz von Erweiterungsmodulen. Neben Modulen mit NanoPLC sind die herkömmlichen Feldbusse Profibus, CanOpen, Device Net und Modbus, aber auch exotischere Netzwerke wie Bluetooth, Zigbee und WLan erhältlich. Selbstverständlich werden auch Industrial Ethernet Module wie Ethercat angeboten.

Integrierte Servotechnik, wie sie von JVL angeboten wird, erfreut sich immer größerer Beliebtheit und regt viele Konstrukteure zum Umdenken an. Heute bietet JVL integrierte Servomotoren in den Modellreihen MAC50 bis 141, 400 und 800 in unterschiedlichen Leistungsklassen, Bauformen und Abmessungen an. Die MAC50- bis 141-Klasse erreicht bei 50 bis 141 Watt, Drehmomente von 0,11 bis 0,48 Newtonmeter, die MAC400-Klasse bei 400 Watt, 1,3 Newtonmeter und die MAC800-Klasse bei 800 Watt, 2,4 Newtonmeter. Die kleineren Ausführungen sind in der Schutzart IP67, MAC400- und MAC800-Systeme in IP66 erhältlich.

Erschienen in Ausgabe: 06/2010