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Antriebstechnik

Warum IMI Precision Engineering das Portfolio um elektromechanische Antriebe ergänzt

| Autor/ Redakteur: Rainer Rentschler, Stephan Merkelbach / Ute Drescher

Elektromechanische Antriebe spielen ihre Stärken immer dann aus, wenn es um komplexe Bewegungsabläufe geht. IMI Precision Engineering ergänzt das Portfolio daher um einen elektromechanischen Zylinder.

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IMI Precision Engineering ergänzt das Portfolio um Elektrozylinder auf Basis der ISO 15552.
IMI Precision Engineering ergänzt das Portfolio um Elektrozylinder auf Basis der ISO 15552.
(Bild: Copyright © Gareth Walker 2018/IMI Precision Engineering)

Die Anforderungen an moderne Maschinen und Anlagen wachsen stetig. Im Zuge der Flexibilisierung von Produktionsanlagen reicht ein "einfaches" zyklisches Verfahren zwischen zwei Endpositionen, wie man es aus der Pneumatik kennt, häufig nicht mehr aus.

Immer dann, wenn es um komplexere Bewegungsabläufe geht, spielen elektromechanische Antriebe ihre Stärken aus. Das Zusammenspiel von Servoregler und -motor sowie des mechanischen Linearantriebs bietet neben der einfachen und genauen Positionierung auch die Möglichkeit, die erzeugte Kraft und die Geschwindigkeit der Bewegung flexibel zu regeln. Durch die Unterstützung verschiedener Busprotokolle ist eine Anbindung an die Maschinen- oder Anlagensteuerung auf einfache Weise möglich.

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IMI Precision Engineering hat jahrzehntelange Erfahrung in der pneumatischen und hydraulischen Antriebstechnik. Aber auch elektrische Antriebe sind für das Unternehmen mit der Antriebsserie „Lintra“ kein Neuland.

Neu ist die Erweiterung des Portfolios um elektromechanische Zylinder sowie die Partnerschaft mit einem weltweit führenden Hersteller von Servomotoren und Servoumrichtern. Die Serie IMI Norgren Elion – entwickelt, produziert und geprüft am deutschen Hauptsitz in Alpen – ergänzt das bestehende Zylinderportfolio und versetzt das Unternehmen in die Lage, wirklich alles "aus einer Hand" anzubieten.

Elektromechanische Zylinder einfach in bestehende Maschinen integrieren

Pluspunkt für den Anwender: Auch wenn ein elektromechanischer Zylinder aufgrund des angebauten Motors nicht genau der ISO15552 für Pneumatikzylinder entsprechen kann, kommen die äußeren Maße des Elion dieser Norm sehr nahe. Die mechanischen Anschlussstellen am Zylinderprofil sowie das Kolbenstangengewinde entsprechen den Maßen der entsprechenden pneumatischen Zylinder. Aufgrund des mechanischen Antriebs und der Anbindung des Motors weicht die Einbaulänge jedoch von den bekannten pneumatischen Baureihen ab. Die Befestigungselemente aus dem Pneumatik-Sortiment, wie die des ISO-Zylinders ISO-Line, sind weitestgehend kompatibel.

Verschiedene Zylinder-Baugrößen und diverse Spindelsteigungen decken Kundenbedürfnisse ab

Überhaupt ist der neue IMI Norgren Elion breit aufgestellt. Neben sechs Zylinder-Baugrößen (Ø32 …Ø100), gibt es diverse Spindelsteigungen, mit denen sich die Bedürfnisse der Kunden abdecken lassen. Die Zylinder werden mit Hüben von 100 mm bis 1500 mm und Kräften bis 30,4 kN angeboten. Optional sind die Antriebe mit internem Kolbenstangengewinde, Kolbenstangenverlängerung oder Faltenbalg auf der Kolbenstange verfügbar. Auf die Antriebe abgestimmte Servomotoren runden das Portfolio ab. Die Servomotoren sind mit verschiedenen Feedback-Systemen sowie mit oder ohne Haltebremse erhältlich. Auch die Servoumrichter sind flexibel an die Kundenanforderungen anpassbar. So kann aus sechs verschiedenen Kommunikationsprotokollen gewählt werden. Overengineering wird vermieden.

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Warum Vibration und Lautstärke ein Thema sind

Ziel bei der Entwicklung des IMI Norgren Elion war die weitestmögliche Reduktion von Vibrationen und Laufgeräuschen. Dieses Ziel wurde erreicht. Vibrationen sind im Antrieb unerwünscht, da sie unter anderem einen negativen Einfluss auf die Genauigkeit haben. Deshalb ist die Auswahl geeigneter Führungselemente und Lager besonders wichtig. Auch führen Vibrationen zu einer erhöhten Lautstärkeentwicklung. Die Vermeidung einer erhöhten Lautstärkeentwicklung dient dem Schutz der Arbeiter an der Anlage, in der die Antriebe eingesetzt werden. Vibrationen können sich weiterhin auf die gesamte Anlage übertragen und dort Beschädigungen hervorrufen. Letzten Endes steigen auch die Belastungen auf den Antrieb durch Vibrationen, was wiederum die Lebensdauer der Antriebe beeinträchtigen kann.

Industrie-4.0-fähig für den flexiblen Einsatz

Um eine flexible und energieeffiziente Lösung anzubieten, lag ein besonderes Augenmerk bei der Entwicklung auf der Wahl geeigneter Kommunikationsprotokolle. Neben den klassischen Feldbusprotokollen (z. B. CAN-Open), wurde auch auf leistungsstarke Industrial Ethernet Protokolle, wie Profinet oder Ether-CAT, geachtet. Diese gewährleisten die Echtzeit-Kommunikation zwischen Motor-Feedback, Servocontroller und der übergeordneten Steuerung. Damit ist es ein Leichtes, auch anspruchsvolle und synchrone Bewegungsabläufe zu steuern.

Aufgrund des integrierten Feedback und der Regelung der Antriebe im geschlossenen Kreis steht zudem eine große Anzahl von Betriebsdaten ständig zur Verfügung. Änderungen im Prozess oder Verschleiß an der Anlage können so bei entsprechender Auswertung einfach erkannt und behoben werden. In Zukunft könnte die Auswertung dieser Daten für Konzepte wie Condition Monitoring oder Predictive Maintenance genutzt werden. Die große Flexibilität der Antriebe erleichtert dem Anwender außerdem die Anpassung seiner Maschine/Anlage an wechselnde Anforderungen und Anwendungen.

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Die Vorteile der Servoumrichter

Die angebotenen Servoumrichter eignen sich für den flexiblen Einsatz in der industriellen Automatisierung. Besonders hervorzuheben ist ihre Leistungsdichte bei minimalem Bauraum. Zusammen mit dem guten Temperaturmanagement ermöglicht dies die Verwendung kompakter Schaltschränke. Die hohe Leistung bei gleichzeitiger Einbindung des Positionsfeedbacks ermöglicht eine genaue und schnelle Regelung der Antriebe. Besonders hervorzuheben ist der einfache Wechsel des Kommunikationsprotokolls. Dafür muss lediglich eine Interface-Karte getauscht werden, was völlig ohne Werkzeug möglich ist.

Mit dem neuen Portfolio bietet IMI Precision Engineering eine komplette Antriebslösung aus Antrieb, Servomotor und Servoumrichter sowie allem nötigen Zubehör. Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, nur den Antrieb ohne Motor zu beziehen. Dafür gibt es verschiedene Adaptersätze, die den Anbau eines kundenspezifischen Motors vereinfachen. Die Wahl besteht zwischen einem axialen Motoranbau – in Linie mit dem Antrieb – oder einem parallelen Motoranbau. Beim parallelen Motoranbau kann darüber hinaus auch eine beliebige "Himmelsrichtung" für die Position des Motors gewählt werden.

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Konfiguratoren erleichtern die Integration

Für die Konfiguration der Zylinder stehen zwei Online-Konfiguratoren zur Auswahl. Kunden, die über einen Beispiel-Anwendungszyklus ihren Zylinder definieren möchten, können dies mit dem Applikations-Konfigurator. Das Tool führt den Anwender intuitiv anhand spezifischer Fragen durch seine eigene Anwendung. Danach berechnet der Konfigurator mit den eingegebenen Werten technisch geeignete Produkte und empfiehlt die beste Lösung. Hierbei wird auch die Produkt-Lebensdauer berücksichtigt. Am Ende des Auslegungsprozesses kann mit dem Tool eine Anfrage oder direkt eine Bestellung generiert werden.

Mit dem CAD-Konfigurator kann das Produkt über Dropdown-Listen exakt nach den gewünschten Anforderungen ausgelegt werden. Der Konfigurator unterstützt mehr als 60 native CAD-Formate, darunter Auto-CAD, Solidworks, Pro/Engineer, NX oder auch Catia.

Schutz vor Eindringen von Partikeln in „gerfährlicher Größe“

Die Antriebe sind in Standardausführung mit der Schutzart IP40 ausgestattet. Dies wird z. B. durch geeignete Dichtungen sowie in der Pneumatik bewährte Abstreifelemente an der Kolbenstange erreicht. Dadurch sind die Antriebe gegen das Eindringen von Partikeln in "gefährlicher Größe" geschützt.

Die Führung der Kolbenstange ist durch eine interne Lagerung gewährleistet. Bei großen Hüben und/oder Querlasten sollte jedoch eine externe Führung vorgesehen werden. Hier bietet IMI Precision Engineering verschiedene, in der Pneumatik bewährte Lösungen zur externen Führung der Last an.

Die Magnetschalternut ist entsprechend der IMI-Norgren-Pneumatikzylinder gewählt. Damit lassen sich alle Magnetschalter aus dem IMI-Norgren-Portfolio, wie der M/50 mit IO-Link sowie alle gängigen Magnetschalter am Markt verwenden.

Kosten elektromechanischer Antriebe oft niedriger als pneumatischer

In vielen Anwendungen sind die Kosten elektromechanischer Antriebe über den gesamten Lebenszyklus vergleichbar oder geringer als die von pneumatischen Antrieben. Insbesondere bei hohen Anforderungen an die Flexibilität wird ein elektromechanischer Antrieb aufgrund seiner hohen Energieeffizienz geringere Lebenszykluskosten aufweisen. Pneumatische Antriebe spielen ihre Stärken immer dort aus, wo langes Halten bei hohen Kräften oder einfache Punkt-zu-Punkt-Bewegungen erforderlich sind.

In der Regel gibt die Anwendung die Wahl der geeigneten Technologie vor. Bei einfachen Linearbewegungen zwischen zwei fixen Endpunkten ist die Pneumatik kaum zu überbieten. Je höher die Anforderungen nach komplexen oder flexiblen Bewegungsabläufen sind, desto eher lohnt sich die Betrachtung einer elektromechanischen Lösung.

Für IMI Precision Engineering hat die Reise aber erst begonnen. Noch für Ende dieses Jahres ist die Markteinführung zweier Baureihen kolbenstangenloser Antriebe geplant. (ud)

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* Rainer Rentschler ist Product Manager Motion Control (D-CH) Electric Drives, Stephan Merkelbach Application Engineer bei IMI Precision Engineering

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