Servoantriebe mit viel Intelligenz

Den Wechsel erleichtern und beschleunigen komfortable Servo-Lösungen mit integrierten Hilfs- und Zusatzfunktionen. So erledigt der intelligente Servoantrieb Nordac SK1000E von Getriebebau Nord antriebsnahe Steuerungsaufgaben gleich mit: Dazu verfügt er über eine integrierte echtzeitfähige SPS, die mindestens bis zu 200, auf Wunsch bis zu 700 Zeilen speichert. Bei geringer bis mittlerer Anlagenkomplexität kann sie eine übergeordnete Maschinensteuerung vollständig ersetzen.

Vor allem aber stellt der Regler sofort einsetzbare Technologiefunktionen bereit, die keine Programmierung mehr erfordern, sondern nur noch parametriert werden müssen. Eine potenzielle Fehlerquelle – und damit ein bisheriges Argument gegen die Elektronik – ist so weitgehend ausgeräumt. Die Bandbreite verfügbarer Funktionen reicht vom Förderbandseparator oder Werkstückausrichter z.B. bis zur Fliegenden Säge, der Tänzer-/-Wicklerregelung oder dem elektronischen Getriebe, das zwei oder mehr Servos über ein frei einstellbares Übersetzungsverhältnis koppelt.

Ein Paradebeispiel für die Leistungsfähigkeit elektronischer Steuerungen ist die Ablösung von zuvor mittels Kurvenscheiben kontrollierter Mechanik, die etwa bei Verpackungsmaschinen bereits weit verbreitet ist. Der Nordac SK1000E verfügt über eine Kurvenscheibefunktion, die die Speicherung von bis zu 2000 Punkten für eine Profilbewegung erlaubt. Die Punkte können sowohl örtlich wie zeitlich definiert sein: Auf Relativbewegungen einer Leitachse kann also ebenso synchronisiert werden wie über vorgegebene Getriebefaktoren.

Der volldigitale, feldorientierte SK 1000E erfüllt mit Abtastzeiten von bis zu 50 µs bei der Strom-, Drehzahl- und Lageregelung auch höchste Dynamikanforderungen. Mehrere Regler kommunizieren untereinander und mit den weiteren Automatisierungskomponenten via CANopen-Feldbus. Die einzelnen Servos können zum Bei-spiel von Bedienfeldern parametriert und Statusinformationen visualisiert werden.

In zahlreichen Anlagen in der Prozessindustrie haben sich elektronische Steuerungen nicht nur als entscheidender Produktivitätsfortschritt erwiesen, sondern es wurden auch höhere Einsparungen bei den Betriebskosten erzielt als erwartet.

Bei der Ab- oder Aufwicklung von Endlosmaterial, etwa in der Kunststoffverarbeitung, muss das Material trotz zu- oder abnehmendem Rollenradius meist mit kon-stanter Geschwindigkeit transportiert werden, um den Abriss zu vermeiden. Bei konventionellen Antrieben wird die Drehzahl der Materialrolle anhand laufender messtechnischer Erfassungen der Rollendurchmesser angepasst. Digitale Servoregler setzen stattdessen einen Wickelrechner ein, der zu jeder Zeit für optimalen ruckfreien (momentensprungfreien) Zug bzw. die vorgegebene Zugabnahme sorgt. Aus den Anfangsdurchmessern der Spulen und dem Sollzug wird unter Berücksichtigung der Reibwerte und Trägheitsmomente laufend der aktuelle Rollendurchmesser, und daraus das Moment für die Zugkraft berechnet. Die herkömmlichen Messungen der Radien entfallen also. Bei zyklisch startenden und stoppenden Systemen, in denen eine Tänzerwalze Schwankungen der Zugkraft ausgleicht, kann deren Lage durch ein Potentiometer erfasst und an die Servosteuerung gemeldet werden. Produktivitätssteigerungen um ein Drittel – bei verbesserter Produktqualität – sind in Anlagen dieser Art typische Ergebnisse der Umrüstung.

Auch bei Kolbendosieranlagen, etwa für Kosmetik oder Lebensmittel kann die Steuerung über Servos erfolgen, vor allem wenn besondere Variabilität und zugleich Präzision der Ansaug- und Ausstoßgeschwindigkeiten der Kolben gefragt sind, um eine Anlage je nach Viskosität des zu verarbeitenden Mediums flexibel steuern zu können. Bei erhöhter Leistung und Dosiergeschwindigkeit sind Ersparnisse von etwa zwei Drittel der Betriebskosten aufgrund des geringeren Verschleißes der Steuermechanik erreichbar. Die übrigen Vorteile der Servotechnologie, etwa dass intelligente Umrichtertechnik mehr Komfort bei der Überwachung der Betriebsparameter und deren Weitergabe an die Prozessleittechnik mit sich bringt, werden darüber beinahe zur Nebensache.

Auch und gerade spezialisierte und eher exotische Anlagen lassen sich durch Servotechnologie optimieren. Ein Beispiel ist die Umrüstung trockenlaufender Vakuumpumpen, in denen Schraubenspindeln als Verdrängungskörper einströmendes Gas zum Auslass befördern. Ein mechanischer Antrieb synchronisiert die Spindeln dazu über Zahnräder – das bringt entsprechenden Verschleiß und eine erhebliche Geräuschkulisse mit sich. Separate elektroni-sche Antriebe dagegen können solche Spindeln berührungslos arbeiten lassen: Durch Servoregler wird der verschleißfreie Betrieb möglich, Wartungsbedarf und Betriebskosten sinken erheblich, und auch der Geräuschpegel im Vergleich zum herkömmlichen Stirnradgetriebe wird drastisch reduziert. Zahnräder dienen in der servogetriebenen Pumpe nur noch als Notlaufsicherung für Stromausfälle oder Motorendefekte.