Die LoadSense-Motortechnologie hat aufgrund ihrer Eigenschaften ein breites Einsatzspektrum. So

Die LoadSense-Motortechnologie hat aufgrund ihrer Eigenschaften ein breites Einsatzspektrum. So werden etwa die Antriebe wegen ihres Gesamtwirkungsgrads und einer Speisespannung von 24 bis 48 VDC in mobilen Maschinen,... Bild: Sonceboz

Intelligente Antriebe sorgen für mehr Energieeffizienz im Feld. Dafür müssen alle leistungsfähigen Bausteine über standardisierte Schnittstellen zusammenarbeiten, auch bei schweren Rahmenbedingungen. Der Antriebsspezialist Sonceboz bietet dafür eine intergrierte mechatronische Antriebseinheit, sicher geschützt vor äußeren Einflüssen. Ein Vorteil in verschiedenen Anwendungsbereichen.

Die Intelligenz ins Feld zu verlagern, ist heute auch in komplexen Geräten, Maschinen und Industrieanlagen problemlos möglich. Dazu tragen die immer leistungsfähigeren Bausteine für den Aufbau von Embedded Systems wie Microcontroller, DSPs und programmierbare Hardware-Bauelemente sowie die Kommunikationstechnik bei.

Heliostat

… wegen ihrer Staub- und Wasserdichtheit in Heliostaten in CSP-Solaranlagen,… Bild: Sonceboz

So arbeiten in einer gesteuerten Anlage selbst räumlich verteilte Rechner, Sensoren und Aktuatoren über standardisierte Kommunikations-Schnittstellen wie Industrial Ethernet oder Feldbusse wie CANopen zusammen. Natürlich müssen sich alle Komponenten in ein solches System eingliedern, auch die Antriebe. Deshalb hat Sonceboz einen intelligenten LoadSense-Antrieb entwickelt, der speziell auf diese Aufgabenstellung zugeschnitten ist.

Um die Intelligenz auf der Geräteebene zu dezentralisieren, rüstet man bestehende Baugruppen, zum Beispiel im Bereich Aktorik einen Motor, einen Geber und eine Antriebselektronik, mit einer Datenschnittstelle aus und baut diese als intelligente Einheit zusammen. Damit erfüllen aber diese dezentralen Aktoren und Sensoren noch nicht die Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter den oftmals schwierigen Umgebungsbedingungen.

Dazu zählen ein hohes Vibrationsniveau, extreme Temperaturen, IP-Schutz, lange Lebensdauer, flexible Integration in enge Bauräume und Miniaturisierung von Steuerungselektronik mit Bus-Kommunikation und Sensoren. Deshalb hat Sonceboz seine Familie der LoadSense-Antriebe von Anfang an als integrierte mechatronische Einheiten konzipiert. Damit sind sie geschützt vor äußeren Einflüssen und ausfallsicher.

Robuste und intelligente Antriebe

Rollenbahnen

… wegen der sehr kompakten Bauform als Direktantriebe in Intralogistik-Anlagen wie beispielsweise Rollenbahnen eingesetzt. Bild: Sonceboz

Die LoadSense-Motortechnologie verwendet einen bürstenlosen, hochpoligen Antrieb. Diese Motoren kommen schon viele Jahre unter harten Bedingungen beispielsweise in Aktuatoren für Hydrauliksysteme auf Traktoren von John Deere und Fendt zum Einsatz. Dabei generiert ein speziell entwickelter und robuster magnetischer Geber den Ist-Wert für den Positions-Regelkreis. Seine hohe Auflösung ermöglicht die Auswertung des Lastwinkels des Motors und erzeugt so einen Ist-Wert äquivalent zur Motorlast. Der Motorstrom ist durch die Lastinformation gesteuert und sorgt damit für einen energieeffizienten Betrieb bei zugleich geringer Erwärmung und ruhigem Lauf. Zudem funktioniert die Motorregelung ohne Einschränkungen auch bei Drehzahlen bis 0 rpm.

Neuer Einsatz im Außenbereich

Das System ist eingebaut in ein Gehäuse mit Schutzart IP67 und einem erweiterten Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. So sind neue Einsatzgebiete im Außenbereich und in Anwendungen möglich, die staub- und feuchtigkeitsintensiv sind. Zahlreiche Industrielösungen kommen hier aufgrund der fehlenden Dichtheit oder Temperaturfestigkeit nicht in Frage.

Durch die Integration von Motor, Geber, Treiber und Steuer-Elektronik gelang es Sonceboz, die Anzahl der verwendeten Komponenten und internen Schnittstellen zu verringern; es entstand außerdem eine sehr kompakte Bauform. Mit einer Spannungsversorgung von lediglich 24 bis 48 VDC ist auch ein Einsatz über Batteriespeisung ohne Wechselrichter möglich.

Die smarte Lösung

Blutpumpe

… wegen der hohen Laufruhe, der geringen Erwärmung und der langen Lebensdauer in der Medizintechnik für Blutpumpen oder… Bild: Sonceboz

In der Praxis bewährte und flexibel kombinierbare mechatronische Antriebseinheiten sind gerade in dezentralen Systemen sehr gefragt, da sie die Komplexität kapseln und damit zu mehr Übersicht beitragen. Daneben verfügt die integrierte Elektronik in den LoadSense-Antrieben über analoge und digitale Ein- und Ausgänge. Diese können für spezifische Steuerungsaufgaben im Umfeld des Motors direkt verwendet werden.

Die Einbindung in ein Gesamtsystem erfolgt über standardisierte Kommunikationsschnittstellen wie CANopen. Der Anwender kann hier spezifische Software-Funktionen erstellen und diese zur lokalen Ausführung in den Antrieb übertragen. Kurze Stillstandszeiten, aber auch flexible Anpassung an neue Einsatzfälle sind in vielen Anwendungen im Wartungsfall äußerst wichtig. Dafür bietet das Unternehmen durch Download der Softwarefunktionen über den Bus eine interessante Basis.

Die eingebauten Diagnostik-Funktionen tragen zu minimalen Stillstandszeiten bei. Sie erleichtern zudem die Fernwartung und ermöglichen damit eine hohe Verfügbarkeit der Anlage.

Vorteil Direktantrieb

In zahlreichen Anwendungen wie industriellen Positionier- und intermittierenden Antriebs-Anwendungen (S5-Betrieb) sind Drehmomente im Nm-Bereich bei tieferen bis mittleren Drehzahlen von 1000 rpm gefordert. Oft kommen deshalb Getriebe-Motoren zum Einsatz. Die Getriebe stoßen aber je nach Belastungsfall rasch an ihre Grenzen, gerade wenn es um die Lebensdauer geht.
Die LoadSense-Antriebe haben als Direktantriebe gewisse Vorteile.

Nur die beiden Kugellager im Motor können sich im Extremfall abnutzen. Dadurch sind ständige Wechsel von hohen Beschleunigungs- und Bremsmomenten für den Aktuator ebenso kein Problem, wie weit über 40.000 Betriebsstunden bei Drehmomenten bis zu 8 Nm direkt an der Motorwelle.
Direktantriebe haben kein mechanisches Spiel wie Getriebe. So ist in Verbindung mit dem hochauflösenden Geber mit einer Auflösung von 0.06° pro Inkrement ein Einsatz auch für hochgenaue Positionieraufgaben gegeben. hei

Autorin: Nicole Hillmayr, Mediaword, im Auftrag von Sonceboz

Technik im Detail

Technik im DetailBreites Anwendungfeld

Dank der hohen Laufruhe, der geringen Erwärmung und der langen Lebensdauer kommen die LoadSense-Antriebe beispielsweise in der Medizintechnik für Blutpumpen zum Einsatz.

Die kompakte Bauform, die programmierbaren Steuerungsfunktionen und der Direktantrieb ohne Getriebe für eine hohe Verfügbarkeit eignen sich für Anforderungen von Intralogistik-Anlagen wie beispielsweise Rollenbahnen.

Der gute Gesamtwirkungsgrad und die Speisespannung von 24 bis 48 VDC machen sie zu einem geeigneten Antriebs-Baustein für mobile Maschinen, da man auf eine aufwendige Speisung mit Wechselrichtern verzichten kann.

Anwendungen für den Direktantrieb im Außenbereich, die nach Staub- und Wasserdichtheit sowie wartungsfreiem Betrieb über Jahrzehnte verlangen, finden sich beispielsweise bei Heliostaten in CSP-Solaranlagen.

Fünf Fragen an Paul Habegger, Sonceboz

Paul Habegger

Paul Habegger, Business Unit Manager Industries, Sonceboz. Bild: Sonceboz

Was ist das Besondere am LoadSense-Antrieb?
LoadSense („Last-Erkennung“) ist eine Sonceboz-Technologie, wobei der Begriff LoadSense folgende Hauptmerkmale hat: Regelung, Überwachung und Adaptivität. Der Antrieb ist ein intelligenter bürstenloser DC-Direkt-Antrieb mit hohem Drehmoment bei tiefer und mittlerer Drehzahl, welcher für genaue und zuverlässige Positionieraufgaben in schwierigen Umgebungen geeignet ist. Die integrierte Elektronik und Sensorik sorgen dafür, dass die Zielvorgabe präzise erreicht wird und dass besondere Ereignisse zurückgemeldet werden.

Was war die Herausforderung bei der Entwicklung diese Antriebs?
Die größten technischen Herausforderungen lagen in der Elektronik und Sensorik. Die Anforderungen bezüglich Rechenleistung und Algorithmen im Microcontroller sowie die Auflösung und Präzision der Sensorik waren viel höher als bei gewöhnlichen BLDC-Motoren.

Wie wird hier konkret Energie eingespart?
Die Technologie erlaubt die ständige Anpassung der Leistungsaufnahme am jeweiligen Bedarf. Zusammen mit der hochpoligen Motortechnologie heben sich diese Produkte vor allem im unteren und mittleren Drehzahlbereich gegenüber vergleichbaren BLDC-Motoren ab, gerade was die Energieeffizienz betrifft.
Das ist dann wiederum besonders im Positionierbetrieb extrem vorteilhaft. Mit diesen Direktantrieben ist es oft möglich auf ein Getriebe zu verzichten, damit werden die Verluste in der Übersetzung eingespart.

Was ist die Herausforderung bei der Entwicklung intelligenter Motoren?
Voraussetzung ist selbstverständlich eine gewisse Kernkompetenzen in der Mechatronik. Damit hier ein Durchbruch gelingt, muss man in der Lage sein, sich in die zukünftigen Herausforderungen hineinzuversetzen. Allerdings muss man nahe an der Realität bleiben, das heißt, den Dialog mit den Kunden und Anwendern suchen. Nur so können technisch innovative Lösungen für Smart Aktuatoren umgesetzt werden, welche dann auch am Markt ankommen.

Welche Trends beeinflussen die Weiterentwicklung von Smart Aktuatoren?
In unserem Fall sind es Themen wie verteilte und lokale Intelligenz in der Industrie 4.0, Connectivity oder Diagnosefunktionen sowie die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Hier sind vor allem Lösungen für sicherheitsrelevante Funktionen gefragt.

Das Interview führte Felicitas Heimann, Redaktion