Ökologische Motion Control

Leistungsfähige Servomotoren

Ökologische Motion Control

Um immer mehr Durchsatz und Ertrag zu erzielen setzen Maschinenbauer auf hohe Dynamik und Präzision. Doch solche Maschinen haben besondere Anforderungen an die Prozessmechanik – an Getriebe, Motoren und Servoregler, aber auch an Stromversorgung sowie an die SPS. Denn es gilt, trotz steigender Ansprüche eine höhere Umweltbelastung zu vermeiden.

Die mechanische Beanspruchung wird durch die Umwandlung elektrischer Energie in Maschinen- bzw. mechanische Kraft gesteuert. Wenn die von dem Stromnetz gelieferte Energie der aufgenommenen mechanischen Leistung entspricht, liegt ein idealer und effizienter Umwandlungsvorgang vor. Er zieht jedoch ineffiziente und umweltverschmutzende Abläufe nach sich. Der Ansatz von Elmo hilft dabei, den Prozess zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie möglichst grün zu gestalten.

Qualitative Energie

Verlustwärme ist normalerweise der erste Begriff, wenn über ein grünes Umfeld gesprochen wird, doch auch elektromagnetische oder mechanische Störungen sowie elektrische Instabilität führen zu einem höheren Stromverbrauch und höheren Verlusten. Der Begriff qualitative Energie bezieht sich auf die Fähigkeit, dem Prozess genau die benötigte Energie zuzuführen. Übermäßige oder ungenügende Energieübertragungen bringen hingegen folgende Probleme mit sich:

  • • störende und unerwünschte Oberwellen (elektrisch und mechanisch)
  • • übermäßige Hitze
  • • elektromagnetische Störung
  • • mechanische Vibrationen und Resonanzen

Diese Effekte beeinträchtigen die Leistung des Systems. Traditionelle Methoden, um diese Störungen zu vermindern, umfassen das Hinzufügen von speziellen Komponenten wie Netzfiltern, Kühlkörpern oder Ventilatoren. In einigen Fällen macht die Mechanik es notwendig, die Modifizierung belastbarer und stabiler zu machen. In anderen Fällen können Vibrationen und Resonanzen aber einfach durch eine Verlangsamung des Arbeitszyklus verhindert werden. Die meisten dieser Methoden vergrößern die Abmessungen der Maschine und erhöhen die Design- und Implementierungsarbeiten sowie die Kosten und Wärmeabgabe. Der Ansatz von Elmo besteht hingegen darin, dass der Antriebstechnik durch den Servodrive selbst und die anderen Komponenten des Antriebsstrangs eine dominante Rolle bei der Reduzierung der verursachten Umweltverschmutzung spielt. Entsprechend gilt:

  • • Wenn keine Hitze erzeugt wird, muss sie auch nicht wieder beseitigt werden.
  • • Wenn keine Störungen verursacht werden, müssen sie auch nicht wieder beseitigt werden.
  • • Der Einsatz intelligenter, hochentwickelter Steuerungen macht eine Modifizierung der Mechanik überflüssig.

Der ideale Servoantrieb reagiert durch die Zuführung von Energie zu der mechanischen Beanspruchung in Übereinstimmung mit der geforderten Leistung im Hinblick auf Größenordnung und Zeitplanung (Bild X). Der tatsächliche Energieumwandlungsvorgang ist jedoch bei Weitem nicht ideal und sieht eher folgendermaßen aus (Bild Y)

Parasitäre Effekte

Welche Verbindung besteht zwischen der Energieumwandlung und dem Servobetrieb? Der Servobetrieb betrifft hauptsächlich das Drehmoment- und Kraftverhalten. Allerdings repräsentiert die qualitative Energie eine hohe Leistung und reibungslosen Servobetrieb. Letzterer setzt sich aus wesentlichen Faktoren zusammen, die drei Zeitbereichsquellen für eventuelle Umweltschädigung umfassen:

  • • Geschwindigkeits- und Positionsschleifen, der mechanische Anteil
  • • Drehmoments- und Kraftverhalten, der elektrische Anteil
  • • Energieumwandlung, der Anteil der Pulsweitenmodulation (PWM)

Einige wichtige Faktoren für die Gesamtleistung des Servosystems werden vom Energiewandlungsvorgang durch PWM bestimmt: Dazu zählen: Effizienz, elektromagnetische Störung, Linearität, Reaktion und Bandbreite. Der Ansatz von Elmo mit dem Namen Fast and Soft Switching Technology (FASST) überwindet die beschriebenen Nachteile und Beschränkungen. Der Elmo-Miniatur-Servodrive Gold Twitter stellt ein gutes Beispiel dar. Es handelt sich hier um den leistungsstärksten, hocheffizienten, flexibel montierbaren Servoantrieb in Nanogröße mit vernachlässigbarer elektromagnetischer Störung und intelligenter Steuerung auf dem Markt.

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