Baukasten Modulares Antriebssystem kompakt verpackt

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Bei EBM-Papst wird das modulare Baukastensystem für Antriebe weitergedacht: Sämtliche individuell ausgewählten Komponenten erhält man in einem einzigen Gehäuse. Für den Anschluss genügt ein industrietauglicher Stecker, was das Handling bei der Inbetriebnahme erleichtert.

Wer für unterschiedliche Antriebsaufgaben verschiedene Antriebsvarianten braucht, muss mit hohem Entwicklungs- und Auslegungsaufwand rechnen – dass diese Aussage nicht immer stimmt, beweist EBM-Papst mit dem modular aufgebauten Antriebskonzept ECI 63 (ECI 63 = Elektronisch kommutierte BLDC Innenläufer der Baugröße 63 mm). Denn die individuelle Kombination vorgefertigter Module ermöglicht innerhalb kurzer Zeit immer genau den Antrieb herzustellen, den eine Applikation benötigt.

„Mit unserem Online-Portal ermöglichen wir den Kunden, selbstständig den geeigneten Antrieb auszuwählen, ohne notwendige Beratung. Ist diese allerdings gewünscht, hilft unser Telefon- oder Online-Support weiter. Und auch die Unterstützung vor Ort durch unseren erfahrenen Vertrieb oder einen Mitarbeitenden aus dem Applikationsbereich ist für uns eine Selbstverständlichkeit“, erklärt Patrick Schumacher, Leiter Produktmanagement industrielle Antriebstechnik bei EBM-Papst. Nach der Auswahl der benötigten Komponenten übernehmen die Antriebsspezialisten den Zusammenbau. Mit den vorvalidierten Einzelmodulen garantiert das Unternehmen eine kurze Time-to-Market. Definierte Vorzugstypen sind innerhalb von 48 Stunden verfügbar, z. B. für die Bemusterung.

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Eine gemeinsame elektrische Schnittstelle

Alle Komponenten, die im gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, lassen sich über eine elektrische Schnittstelle anschließen. Der standardmäßige radiale Winkelstecker mit Bajonettverschluss ist drehbar und rastet automatisch ein. Für enge Bauräume steht ein axialer Stecker zur Verfügung, alternativ ist auch ein konfektionierter Kabelanschluss möglich.

Als Motormodule für das Antriebssystem kommen prinzipiell alle EBM-Papst-Motoren mit 63 mm Durchmesser in Frage. Mit Nennmomenten bis zu 880 mNm bei 4.000 min^-1 und einem Motor-Wirkungsgrad bis zu 90 Prozent setzen hier die elektronisch kommutierten Motoren der Baureihe ECI 63 vor allem Maßstäbe in puncto Leistungsdichte. „Wir sprechen hier von indus­trietauglichen ‚multiple-use‘-Antrieben. Damit sind sie für viele Segmente und Applikationen innerhalb der Industrieautomation, z. B. in Fahrerlosen Transportsystemen, und der Medizintechnik, z. B. in OP-Tischen, interessant“, sagt Schumacher.

Da alle Motoren mit Schutzkleinspannung betrieben werden, sind sie für den Batteriebetrieb prädestiniert. Die Batteriespannung kann ohne Spannungswandler oder Wechselrichter direkt genutzt werden. Für den Betrieb an höheren Spannungsversorgungen bietet EBM-Papst derzeit keine Lösungen innerhalb des modularen Antriebssystems. Schumacher ergänzt: „Bei gegebenem Portfolio liegt die zulässige Dauerleistung des stärksten Antriebs bei 750 Watt. Kurzfristig können die Motoren um ein Vielfaches überlastet werden.“

Getriebemodule in fünf Ausführungen

Für die Untersetzung der schnelldrehenden ECI-Innenläufermotoren bietet der Baukasten fünf Getriebetypen:

• Das sehr leise Planetengetriebe Noiseless Plus eignet sich für Anwendungen in der Medizintechnik, wenn die Antriebe nah am Patienten arbeiten.

• Das Planetengetriebe Performax Plus ist ein Allrounder mit günstigem Preis-/Leistungsverhältnis.

• Für Applikationen, die hohe Drehmomente erfordern, gibt es das überlastfähige Planetengetriebe Optimax.

• Muss die Motorkraft um die Ecke gelenkt werden, kommt das Winkelgetriebe Eta Crown mit Kronenradstufe zum Einsatz oder

• kompakt bauend das Eta Crown Plus mit zusätzlicher Planetenstufe.

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Encoder- und Bremsmodule

Das Betreiben eines Motors an einem externen Regler mit Drehmomentsteuerung erfordert einen Sensor, der die Information liefert, wo die Welle im Verhältnis zum Stator steht. Hierfür genügen meist die im Motor integrierten Hallsensoren. Soll der Antrieb in der Anwendung Positionieraufgaben erfüllen, ist ein Encoder als Sensor nötig. Hier sind verschiedene Standards verfügbar:

• 360-Grad-Auflösung,

• 360-Grad-Auflösung plus Umdrehungszählung sowie

• kundenspezifische Geber, zum Beispiel für Simatic-Micro-Drive-Regler von Siemens.

Der magnetische Inkrementalencoder arbeitet mit einer Auflösung von 12 Bit, die sich je nach gewählter Getriebelösung noch erhöht, sodass eine Genauigkeit an der Abtriebswelle von bis zu 0,08° erreicht werden kann. Optional sind auch kleinere Auflösungen möglich.

Zudem gibt es ein absolutes Multiturn-Geber-Modul (bis 17 Bit Auflösung im Singleturn- und bis 32 Bit im Multiturnbereich). Der intelligente Geber, der bei einem Versorgungsausfall weiter seine Position behält, macht eine sonst notwendige Referenzfahrten überflüssig, arbeitet ohne Batterien, stattdessen nutzt er ein Energie-Harvesting-System, das auf dem Wiegand-Effekt basiert. Die für die Speicherung der Rotorlageinformation notwendige Energie wird also aus einem rotierenden Magnetfeld gewonnen. Das macht Backup-Batterien, geberintegrierte Getriebe und zugehörige Wartungsmaßnahmen überflüssig. Der für die Anwendung passende Encoder wird ebenfalls im Antriebsgehäuse untergebracht und die Signale stehen an der zentralen elektrischen Schnittstelle zur Verfügung. Je nach Anzahl der benötigten Pins ist hier auch ein Stecker mit Doppelbuchse sinnvoll.

Verlangt die Anwendung Halte- bzw. Sicherheitsbremsen für einen schnellen Not-Stopp oder um beispielsweise bei einer Hubeinrichtung bei Ausfall der Versorgungsspannung die Position sicher zu halten, können Module mit Haltebremsen ergänzt werden, die nach dem Federkraft-Prinzip arbeiten. Aber auch eine Arbeitsstrombremse lässt sich einsetzen.

Elektronikmodule und intelligente Zusatzfunktionen

Soll der Antrieb zuverlässig auf Drehzahl fahren, präzises Positionieren meistern oder mit integrierter Intelligenz bereit sein für IoT, Predictive Maintenance und Condition-Monitoring? Auch für diese Anforderungen bietet der Baukasten mit den verschiedenen K-Klassen der Elektroniken die passenden Lösungen. Die integrierte K4-Elektronik mit analogen oder digitalen Ein-/Ausgängen im Antriebssystem ermöglicht den Betrieb über eine externe Steuerung mit allen Standardbusschnittstellen. Die ebenfalls als Modul integrierbare K5-Elektronik bietet zahlreiche feste und – ähnlich wie bei einer SPS – frei programmierbare Funktionen, sodass die Antriebe unabhängig von der übergeordneten Steuerung Programmabläufe selbstständig abarbeiten können.

Auch für sicherheitskritische Anwendungen sind die Antriebssysteme bestens gerüstet. Die K4- und K5-Elektronik gibt es zukünftig mit STO-Funktion (Safe Torque Off). Bei einem sicherheitsrelevanten Fehler wird die Energieversorgung sofort unterbrochen und der Antrieb gemäß Performance Level d bzw. SIL2 stillgesetzt. Hinter der Elektronik lässt sich bei Bedarf zusätzlich ein externer, zertifizierter Sicherheitsgeber ergänzen. Auch der Einsatz eines zweiten Getriebes auf der B-Seite ist möglich, z. B. für schwenkbare Tore oder Laderampen.

„Derzeit arbeiten wir daran, die verfügbaren BUS-Schnittstellen zu erweitern und weitere Optionen für die funktionale Sicherheit anbieten zu können. Zudem stehen die Cloud-Anbindung und die Bereitstellung sowie Interpretation von Antriebszustandsdaten auf unserer Agenda“, sagt Schumacher.

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