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Motion Control

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Schritte zu Industrie 4.0

Text: Angela Struck für Koco Motion
Evolution der intelligenten Motion Controller: vom kleinen Steuerungsmodul hin zum netzwerkfähigen Schrittmotorantrieb.

Unter den Namen MDrive hat IMS (Intelligent Motion Systems) um die Jahrtausendwende die erste Generation Schrittmotoren mit integrierter ASIC-Steuerung und Controller auf den Markt gebracht. Parallel zu Weiterentwicklungen sind Varianten dieser Generation heutzutage immer noch im Einsatz. Das Prinzip, Steuerungen direkt auf dem Schrittmotor anzubringen, brachte einige Vorteile mit sich. Dadurch wird die Verkabelung von Motor und Steuerung überflüssig, der damit verbundene Aufwand und potentielle Fehlerquellen entfallen. Auch EMV-Probleme, etwa aufgrund von Störempfindlichkeit oder Störabstrahlung, treten seltener auf. Bis zu 64 MDrives lassen sich im Partymode miteinander synchronisieren, was einen kompakteren Bau gestattet. Neben einem leistungsstarken Hybrid-Schrittmotor und einem voll programmierbaren Controller mit Onboard-I/Os enthält MDrive eine Mikroschritt-Ansteuerung mit 256 Mikroschritten, hinzu kommt ein integrierter Encoder mit dem Hardware-basierten System hMTechnology für den Closed Loop-Betrieb. Durch Senken der Drehzahl sorgt diese servoähnliche Regelung dafür, dass der Schrittmotor nicht aus dem Tritt fällt und bei Überlast unerwartet blockiert.

Evolution setzt sich fort

2006 brachte die zweite Generation MDrive unter anderem ein neues ASIC (application-specific integrated circuit) mit sich: Neben Motion-Controller und Grundelementen der Mikroschrittansteuerung enthielt es einen voll programmierbaren RISC-Prozessorkern (Reduced Instruction Set Computer). Diese Weiterentwicklung vereinfacht neben der Ansteuerung auch die Fertigung und Montage der Komponenten, die eine große Variantenvielfalt erlauben. Eingebaute Netzteile für den direkten Betrieb vom 120/240V-AC-Netz ermöglichen nun auch den Einsatz in der Verpackungsindustrie sowie im Maschinenbau. Im Lauf der Zeit wurden die Funktionen der MDrives ausgebaut, Schnittstellen sowie analoge und digitale Ein- und Ausgänge hinzugefügt. Die Schrittmotorensysteme mit rotierenden Wellen wurden durch integrierte Linearachsen ergänzt.

Um ihre Produktion Industrie-4.0-gerecht automatisieren zu können, verlangten immer mehr Anwender nach netzwerkfähigen Motoren. Im Hinblick auf diesen Bedarf kam 2013 unter dem Schneider-Label Lexium MDrive die dritte Generation der Schrittmotoren auf den Markt. Die Antriebe lassen sich mithilfe der Lexium Software Suite für alle elektrischen Schnittstellen einfach parametrieren und programmieren. Unter dem ASCII-Befehlssatz MCode stehen RS-422/485 sowie CANopen zur Verfügung, darüber hinaus auch Ethernet-basierte Protokolle wie Modbus/TCP, Ethernet/IP und Profinet IO. Die galvanische Trennung der einzelnen Schnittstellen trägt zu ihrer elektrischen Robustheit bei. Über bis zu acht Ein-/Ausgänge ist die Steuerung verschiedener Funktionen realisierbar wie Geschwindigkeits-, Positionier- oder Torque-Mode. Torque kommt beispielsweise beim 3D-Druck zum Einsatz, wo drei Achsen präzise bewegt werden müssen. Aber auch in der Formatverstellung von Druckmaschinen, bei Holzbearbeitungsmaschinen sowie in Pick&Place-Applikationen werden die exakten Zustellbewegungen genutzt.

Robust und vielseitig

Die Antriebe sind für CE, RoHS, REACH, ISO 9001 sowie ISO 14001 zertifiziert und bieten Drehmomente bis 7 Nm an der Motorwelle; Schrittmotoren mit High-Torque-Funktion in der Baugröße NEMA 23 liefern bis zu 50 Prozent mehr Drehmoment. Für beengte Räume eignen sich die Ausführungen in den Flanschmaßen NEMA 14 bis NEMA 34. Mit ihren robusten M12-Schraubanschlüssen entsprechen die Varianten in NEMA 17, 23 und 34 der Schutzart IP64. Fehlt dem Anwender hinter dem Schrittmotor Platz, kann er zu Varianten mit separaten Steuerungen und Controllern greifen.

Bei der aktuellen Weiterentwicklung Lexium Motion Modul handelt es sich um einen programmierbaren Controller mit H-Brückentreiber, der in sehr kompakter Form die Flexibilität eines Chipsets mit der Funktionalität des Lexium MDrives vereint. Die integrierten Schrittmotorantriebe mit separaten Steuerungen und Controllern eignen sich durch ihre Flexibilität für die Branchen Medizintechnik, Verpackungstechnik, Geräte- und Apparatebau, Automatisierung und Maschinenbau.

Eingefangen: Von der Garage zur Vertriebszentrale

Im Auftrag von General Electric tüftelte der Ingenieur David Coutu in seiner Garage in Connecticut an einer Steuerung für Roboterantriebe. Heraus kam ein miniaturisiertes Modul für die Schrittmotorensteuerung, das kompakter war als vergleichbare Steuerungen am Markt. Seine Neuheit vermarktete Coutu unter der eigens gegründeten Firma IMS (Intelligent Motion Systems). Der Entwickler blieb nicht lange allein: 1989 holte er sechs Mitarbeiter an Bord und lernte Gerhard Kocherscheidt kennen, den heutigen Geschäftsführer von Koco Motion. Gemeinsam gründeten Kocherscheidt und Coutu eine europäische IMS-Vertriebs­zentrale in Villingen-Schwenningen. 2008 kaufte die Schneider Gruppe die amerikanische IMS, die seitdem unter Schneider Electric Motion USA firmiert. Die europäische IMS wurde in Koco Motion umbenannt. Nach wie vor bieten die Distributoren ihre Dienstleistungen in Verkauf und Beratung für die IMS-Produkte an.

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