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Aktuelles über den Motor

Servomotor, DC Motor, Brushless Motor, Gleichstrommotor, Torquemotor, Schrittmotor

nord10613Titelstory

Nach umfassender Beratung durch Nord Drivesystems fällte Symach Palletizers eine Grundsatzentscheidung: Die Zukunft der Palettiermaschinen sollte dezentral aussehen. Antriebseinheiten aus Getriebemotor und dezentralem Frequenzumrichter bieten die notwendige dynamische Performance, eröffnen den Entwicklern neue konstruktive Möglichkeiten und führen auf verschiedenen Wegen zu Kosteneinsparungen. Das anspruchsvolle Engineering-Projekt wird langfristig umgesetzt. Mittlerweile sind die ersten Serien der dezentral angesteuerten Palettierer weltweit erfolgreich im Einsatz.



nord20613Palettiermaschinen von Symach haben gegenüber anderen verfügbaren Systemen die Besonderheit, dass sie jedes Produkt einzeln auf Paletten platzieren. Erreicht wird das durch einen speziell konstruierten Kopf, der eine genaue und sanfte Handhabung ermöglicht. Die 3 bis 4 m hohen Maschinen werden über ein Transportband beschickt. Jeder Sack, jeder Karton und jede Kiste wird einzeln von einem Manipulator aufgefangen. Säcke beispielsweise gleiten gegen einen Festanschlag und werden von einer Zentriereinheit ausgerichtet, sodass der Manipulator sie exakt an der programmierten Position fallen lassen kann. Das ermöglicht eine genaue und überlappende Stapelung der Säcke bei optimaler Stabilität.

Es lassen sich unterschiedliche Stapelmuster und Geschwindigkeiten programmieren. Je nach Palettierermodell variiert die maximale Stapelgeschwindigkeit zwischen 15 und 36 Säcken pro Minute. Die Paletten liegen auf einem Palettentisch, der während des Stapelprozesses abgesenkt wird, bis die definierte Palettenhöhe erreicht ist. Die beladene Palette wird über eine Rollenbahn zu einer Palettenwickelmaschine transportiert und für den Weitertransport mit Folie umwickelt.

Umstellung von zentraler auf dezentrale Antriebstechnik

nord30613Palettiermaschinen nehmen eine Schlüsselfunktion im Produktions- und Vertriebsprozess ein. Sie müssen reibungslos funktionieren, damit Produktströme nicht ins Stocken geraten, und sich flexibel verschiedenen Gütern und Anwendungen anpassen lassen. In der Vergangenheit setzte der Maschinenbauer komplett auf zentrale Antriebssteuerungen. Hierfür waren auf der Maschinenoberseite montierte Schaltkästen notwendig, die viel Platz beanspruchten und zusätzliche Kosten verursachten. „Die Höhe einer Palettiermaschine erfordert für die Ausführung von eventuellen Wartungsarbeiten die Installation einer Treppe“, erklärt Sacha Bakker, Geschäftsführer und Mitinhaber des niederländischen Maschinenbauunternehmens Symach. „Die Schaltschränke für die Servosteuerungen behinderten den Zugang. Durch Umrüstung mit kompakten Antriebseinheiten von Nord konnten wir dieses Problem einfach aus der Welt schaffen.“

In den neuen Palettierern verrichten Getriebemotoren mit direkt auf dem Motor montierten Frequenzumrichtern der Baureihe SK 200E ihren Dienst und steuern die komplexen Bewegungsabläufe des Manipulators und der Zentriereinheit. Auf Empfehlung des Antriebsspezialisten entschied man sich anstelle von Servotechnik für dynamische Asynchrontechnik. Die Vorteile dieser Lösung liegen nicht nur in niedrigeren Beschaffungskosten sondern auch in größeren Auswahlmöglichkeiten für die Maschinenkonstrukteure. Denn Asynchronmotoren sind überall verfügbar und wartungsfreundlich lassen sich problemlos mit verschiedenen Getriebetypen kombinieren. Darüber können sie in Aufsteckausführung einfach ausgetauscht werden. Rechnet man all diese Vorteile zusammen, verursachen mit Asynchronmotoren ausgestattete Palettierer geringere Gesamtbetriebskosten als mit Servomotoren ausgestattete.

Dezentrale Frequenzumrichter für Präzision und Dynamik

nord40613Dezentrale Automatisierungsanwendungen stellen hohe Anforderungen an Antriebssysteme. Die in abgestuften Leistungsklassen und mit verschiedenen Upgrade-Möglichkeiten lieferbare Frequenzumrichterserie SK 200E  ermöglicht es Anwendern, maßgeschneiderte Lösungen gemäß den jeweiligen Anforderungen auszuwählen. Mit der modular aufgebauten Frequenzumrichterserie lassen sich dezentrale Anwendungen von einfachen Steuerungsaufgaben bis hin zu komplexen Positionierungsanwendungen kostengünstig umsetze. Modelle in den Baugrößen 1 bis 4 mit Leistungen zwischen 0,25 und 22 kW stehen zur Verfügung. Die Erweiterungsoptionen umfassen externe Bremswiderstände und ein separates 24-V-Netzteil für eine Steuerspannungsregelung auf Stand-Alone-Basis.

Neben Feldbus-Interfaces für CAN open, Devicenet und Profibus gibt es auch Gateways für die Anbindung an Profinet- und Ethercat-Netzwerke. Schnittstellen für weitere Industrial-Ethernet-Standards sind in der Entwicklung. Die Feldbus-Kommunikationsschnittstellen sind als externe Bus-Technologieboxen – wahlweise mit und ohne zusätzliche I/Os – verfügbar. Sie können direkt am Umrichter oder abgesetzt am Maschinengerüst bzw. Anlagenteil montiert werden.

Dynamisch und genau positionieren

nord50613Die Palettiermaschinen nutzen die Frequenzumrichterfunktion "Posicon", eine Standardfunktionalität jedes SK 200E-Umrichters, die sehr dynamische Positionierfunktionalitäten mit einer maximalen Genauigkeit von ca. 1/100 einer Motorumdrehung ermöglicht. Für die Lage-/Positionserfassung kommt das kompakte Gebersystem MG von Nord zum Einsatz. Der dezentrale Umrichter sorgt für eine erhebliche Vereinfachung der Installation und Verdrahtung. Der Antriebshersteller liefert Motor, Bremswiderstand und Motorhaltebremse fertig verdrahtet.

Symach nutzt Umrichter des Typs SK 215E mit der Zusatzfunktion „Sicherer Halt“, die jederzeit für den erforderlichen Personenschutz sorgt. In den Palettiermaschinen kommen weitere Eigenschaften des Multitalents SK 215E zum Einsatz: Sensoren und Aktoren werden einfach an die vorhandenen I/Os des direkt in der Maschine befindlichen Umrichters angeschlossen. Dieser sendet diese Information mit der normalen CAN open-Kommunikation an die Steuerung. Auch hier werden Kabel in der Installation gespart.

Systemübergang sorgfältig überlegt

nord60613Bei der Entwicklung der neuen Palettierer wurde das dezentrale Antriebskonzept Schritt für Schritt in die Praxis umgesetzt. Nach jeder Phase des Re-Engineering-Prozesses wurden die Maschinen umfassenden Tests unterzogen. So behielt man die vollständige Kontrolle über das gesamte Engineering. „Nord spielte als unser Lieferant und Berater eine wichtige Rolle“, so Bakker. „Ein solcher Neuentwurf ermöglicht es, sich von überholten Konzepten zu verabschieden. Als Maschinenbauer scheuen wir vor Veränderungen erst einmal zurück, auch wenn wir genau wissen, dass diese notwendig sind. Hat man dann einen Zulieferer, der einem Dinge abnimmt und mitdenkt, ist das eine großartige Chance. Genau das war bei hier der Fall. Für uns war nicht nur die Qualität der Produkte ausschlaggebend. Genauso wichtig sind die guten Beziehungen, die wir in den letzten Jahren zu Nord als unseren weltweiten Partner aufgebaut haben.

Bakker kann sich weitere Synergieeffekte vorstellen: „Im Maschinenbau gibt es einen deutlichen Trend zu einem durchdachten, ansprechenden Design. Dies möchte ich auch bei uns durchsetzen. Das Niveau der Technik gleicht sich stetig an. Jeder Konstrukteur greift auf dieselben Technologien zurück. Dadurch kann man sich als Maschinenbauer nur noch mühsam von den Mitbewerbern abgrenzen. Ein gutes Design jedoch kann den Unterschied ausmachen, wenn Kunden zwischen verschiedenen Fabrikaten auswählen können. Auch auf diesem Gebiet erwarte ich von unseren Zulieferern, dass sie mitdenken und uns unterstützen.“

Energieeffizienz ist Abwägungssache

Der Antriebshersteller empfahl den Einsatz von Motoren der Energieeffizienzklasse IE2. Die IE2-Motoren unterscheiden sich in mehreren Details von den bisher üblichen Bauarten. So setzen die Norddeutschen bei der Herstellung beispielsweise auf die Verwendung von mehr Aktivmaterial im Statorpaket mit höherwertigen Blechqualitäten, die Erhöhung der Kupferfüllfaktoren und den Einsatz eines optimierten Wickelschemas. Die energiesparenden Motoren bieten nicht nur eine verbesserte Leistung, sondern haben auch eine längere Lebensdauer. Ausschlaggebend war letztendlich ihre im Vergleich zu IE1-Drehstrommotoren verringerte Wärmeabgabe, die eine kompaktere Konstruktion der Maschinen ermöglicht.

Der Energieverbrauch spielte bei der Motorauswahl keine große Rolle. Bakker erklärt: „Angesichts der Tatsache, dass bei unseren Palettierern mit ihrer installierten Motorleistung von maximal 20 kW nur wenig Einsparpotenzial besteht, ist das Interesse unserer Kunden an effizienteren Antrieben noch nicht sonderlich hoch. Das wichtigste Merkmal ist weiterhin, dass die Maschine ihre Aufgaben störungsfrei erfüllt. Energieeinsparung ist dabei nur ein untergeordnetes Thema. Doch ich erwarte auch hier bald eine Veränderung. Zum jetzigen Zeitpunkt ist Energie vielleicht noch nicht teuer genug, das wird sich jedoch sicher ändern.“


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