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<H1>www.aud24.net : J. Rautert: "Preisgünstige Alternative zu High-End-Servosystemen"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>09.07.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>GROSCHOPP AG - Drives & More:</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>J. Rautert: "Preisgünstige Alternative zu High-End-Servosystemen"</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Innovative Motor-Geber-Kombination für kostensensitive Applikationen</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Anwender von High-End-Servosystemen, die eigentlich auf die vom bereits eingesetzten System angebotene hohe Dynamik und Positioniergenauigkeit verzichten können und Anwendungen, die in Bereichen neben der klassischen Servo-Applikation wie Roboter oder Werkzeugmaschinen liegen, steht jetzt eine preiswertere Antriebsalternative zur Verfügung. <BR><BR>Ein spezielles und neues Gebersystem in Verbindung mit dem modularen Konzept der neuen Groschopp-Motoren ‚New-Power-Generation‘ und der Erfahrung aus dem seit mehr als zehn Jahren vertriebenen High-End-Systemen (mit Resolver oder optischen Gebersystemen) sowie die Entwicklung eines kostengünstigen volldigitalen 4-Quadranten-Reglers ermöglichte die Entwicklung eines Low-cost-Servoantriebs. Einsatzgebiete neben den klassischen Servoapplikationen sind z.B. Verpackungsmaschinen, Handhabungssysteme wie Pick&Place-Systeme, geregelte Transportbänder z.B. in der Löt- und Schweißtechnik sowie Wickelmaschinen. <BR><BR>Das Low-Cost-Antriebssystem<BR><BR>Dieses innovative Low-cost-Servosystem ‚Volksservo‘ besteht aus dem Motor ‚BGK/N‘ der ‚New-Power’-Generation, einem im Motor integrierten Hall-Geber-System ‚V‘ und einem volldigitalen, sinusbestromten 4-Quadranten-Regeler ‚RBD‘.<BR>Die Motoren der Baureihe BGK/NV sind permanenterregte AC-Servomotoren mit Kunststoffgebundenen NdFeB-Magnetringen, die zur Vermeidung von Rastmomenten und zur Vermeidung einer Schrägung der Statoren speziell magnetisiert sind. Auch ohne Rotor-Panzerung sind Drehzahlen bis zu 8000 U/min möglich. Die Stromeinprägung in die Motorwicklung zur Erzeugung des Drehmoments erfolgt sinusförmig mit einer Phasenverschiebung von 120° (Wicklungsstrang zu Wicklungsstrang des Stators). Durch die exakte Rotorlageerkennung wird der Winkel zwischen dem von der Wicklung erzeugten Magnetfeld und dem vom Permanentmagnet erzeugten Feld bei konstant 90° gehalten, wodurch ein konstantes und winkelunabhängiges Drehmoment bei minimalem Strom erzeugt wird. <BR><BR>Das Gebersystem<BR><BR>Das Gebersystem zur Ermittlung der Rotorposition wurde von Groschopp entwickelt, da kein Hersteller von Gebersystemen in der Lage war, ein entsprechend preiswertes System anzubieten. Grundlage des Gebersystems ist die Rotorpositionserkennung, wie sie z. B. bei Resolvern verwendet wird. Beim Groschopp-System wird jedoch durch einen Ring-Magneten, der fest mit der Motorwelle verbunden ist und mittels zwei um 90° versetzter Hallsensoren, die auf der Geberplatine angebracht sind, ein Sinus- und Cosinus-Signal generiert. Der Ringmagnet ist so magnetisiert, dass sich an seinem Umfang ein sinusförmiges Magnetfeld ergibt und von den beiden Hallsensoren in eine proportionale Ausgangsspannung umgewandelt wird. Um die jedoch ebenfalls von Magneten erzeugten und unerwünschten Oberwellen, die zu Fehlern bei der Berechnung der Rotorposition führen, zu eliminieren bzw. zu dämpfen, werden zusätzlich zwei, in einem bestimmten Winkel angeordnete Hallsensoren verwendet. Durch die Überlagerung dieser Ausgangsspannungen wird eine Dämpfung der in den Gebersignalen enthaltenen harmonischen Schwingungen erreicht. <BR><BR>Der Regler<BR><BR>Der Regler vom Typ RBD wurde kostenminimiert konzipiert. Durch das o.g. Gebersystem konnte auf eine wie bei Resolvern erforderliche teure Geberauswertung verzichtet werden (Erzeugung und Auswertung des hochfrequenten Trägersignals). Ebenso wurde auf eine integrierte Positionssteuerung verzichtet und an deren Stelle eine als Steckoption verwendbare Inkrementalgeber-Nachbildung verwendet. Eine weitere Option besteht im sogenannten Schrittmotoren-Interface zum direkten Austausch von Schrittmotoren gegen einen selbst geführten Synchron-Servomotor, jedoch unter Weiterverwendung der bereits bestehenden Schrittmotoren Ansteuerung. Hierdurch besteht weiterhin die Möglichkeit, zur Verarbeitung von Quadratur-Zählsignalen oder Pulsrichtungs-Signalen. Mit der Inkrementalgeber-Nachbildung kann so eine elektrisches Getriebe und ein Master-Slave Betrieb realisiert werden. Der Regler RBD 325 kann an Ein-Phasen-Netzspannung angeschlossen und als Drehzahlregler oder Drehmomentregler betrieben werden. Selbst bei einer Umdrehung pro Minute zeichnet sich der Antrieb durch gute Rundlaufeigenschaften bei vollem Drehmoment (auch im Stillstand) aus. Der Stellbereich beträgt 1 zu 600. <BR><BR>Der Preis<BR><BR>Der Systempreis des Antriebssystems liegt bei etwa der Hälfte eines High-End-Systems. Hierdurch eignet sich das System auch für Anwendungen bei kleinen Stückzahlen in Bereichen der Verpackungsmaschinen- und Handhabungstechnik.<BR><BR>Die Einsatzgrenzen<BR><BR>Die Grenzen des Low-cost-Anstriebssystems gegenüber dem klassischen Servo liegen in folgenden Punkten: Die Überlastfähigkeit des Systems liegt beim doppelten Nennmoment, der Servo liegt dagegen zwischen Faktor drei bis fünf.<BR>Die Positioniergenauigkeit liegt beim Volksservogeber bei +/- einem Grad., ein Resolver-Gebersystem erreicht +/- 0,15 Grad, ein Syncoder +/- 0,05 Grad. Diese besseren Werte werden durch höhere Kosten, z.B. durch die Kosten für der Resolver (> 50 DM) und den Syncoder (>150 DM) und den höheren Kosten für die Auswerteelektronik erkauft.<BR>Der Stellbereich beträgt bei beiden Systemen 1 zu 6000 , wobei der Ungleichförmigkeitsgrad beim Servo bei 5% liegt, gegenüber 15% bei dem Volksservo.<BR><BR>Applikationsbeispiele<BR><BR>Ersatz für Frequenzumrichterantrieb<BR><BR>Durch die konstantere Regelbarkeit der BGK/NV-Motoren gegenüber Induktionsmotoren mit Frequenzumrichter konnten bei einem Hersteller von Handhabungssystemen für die Leiterplattenfertigung deutlich bessere Ergebnisse im Prozess erzielt werden. Bei niedrigen Transportgeschwindigkeiten (< 0,3 m/min) wurde der Prozess des Lötauftrages auf die Leiterplatten gegenüber der alten Antriebslösung deutlich verbessert. Weiterhin konnte durch Einsatz des Antriebssystems der mechanische Aufwand im Handhabungssystem reduziert werden. <BR><BR>Antrieb mit integrierter Elektronik und IP 65<BR><BR>In Zusammenarbeit mit einem renommierten Hersteller von Wägesystemen wurde auf Basis des Volksservo-Systems der Low-cost-Servomotor mit einer integrierten 24-V-DC-Regelung kombiniert (Abb. 3). Die Elektronik ist in einem Metallkasten auf dem Motor angebracht. Das System erreicht hierdurch eine Schutzart von mindestens IP 65. Die Spannungsversorgung und Ansteuerung erfolgt über einen 8-poligen Stecker am Elektronikkasten. Durch die direkt am Motor angebaute Regelelektronik konnte der Verdrahtungsaufwand reduziert und die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht werden. Die Ankopplung an die übergeordnete Steuerung erfolgt wahlweise über eine analoge 10-V- oder digitale RS232-Schnittstelle. In Verbindung mit der digitalen Sollwertvorgabe wird eine driftfreie Regelung erreicht. Störungen werden rechtzeitig erkannt und ausgeregelt. <BR>Der Kunde erreichte hierdurch ein dezentrales Antriebssystem und konnte auf den Anbau von Drehmoment verstärkende, aber mit Spiel behaftete Getriebe in Verbindung mit im Wirkungsgrad schlechteren Induktionsmotoren, verzichten. Unter Beibehaltung der gleichen Motorbaugröße (jedoch ohne Getriebe) konnte ein höherer Kundennutzen durch das intelligente Antriebssystem und eine Kostenreduzierung erreicht werden. <BR></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:54 Uhr aktualisiert</I></P>
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