Erst die Steuerung holt das Beste aus dem Motor heraus

Angefangen hat es bei Maxon tatsächlich mit dem Elektromotor, der zunächst ganz simpel für Elektrorasierer eingesetzt wurde. Schon bald folgten weitaus anspruchsvollere Einsatzbereiche in Medizintechnik, Luftfahrt, ja sogar im Weltall und auf dem Mars. Doch bei den kompakten, robusten und leistungsstarken Motoren blieb es nicht: Maxon befasst sich seit mehr als 25 Jahren auch mit dem Bereich Motion Control, also der dynamischen Steuerung von bürstenbehafteten und bürstenlosen DC-Motoren. Denn das volle Potenzial eines Motors lässt sich nur mit einer genau auf dessen Charakteristik abgestimmten Steuerungselektronik heben.

Das Ziel war es von Anfang an, dem Kunden eine optimale Systemlösung mit allen Antriebskomponenten anbieten zu können: vom Getriebe über den Motor mit Sensor bis hin zur passenden Steuerung. Aus diesem Grund ist bei Maxon mittlerweile eine stattliche Abteilung rund um die Steuerungstechnik entstanden. Ein Team von rund 40 Mitarbeitern widmet sich vollumfänglich der Entwicklung und Betreuung verschiedenster Motion-Control-Produkte und kundenspezifischer Lösungen. Und das mit Erfolg: Jährlich werden in diesem Bereich über eine Million Produkte vom einfachen Strom- oder Drehzahlregler bis hin zur mehrachsigen, hochdynamischen Steuerung abgesetzt.

Neues von Maxon

Aus Maxon Motor wird die Marke „maxon“: Der Antriebsspezialist verabschiedet sich vom Wort „Motor“ und fokussiert sich auf die neue Marke „maxon“. Der Systemgedanke sowie das breit gefächerte Produktsortiment sollen in Zukunft nicht mehr nur auf das technische Element des Elektromotors reduziert werden. Denn auf der Produktseite ist die Lösungskompetenz des Schweizer Herstellers schon seit längerem zu sehen. In unserem Centerfold zeigen wir, welche Möglichkeiten der Steuerungsbaukasten Epos4 mittlerweile bietet. Neu ist hier die Epos4 Micro 24/5, eine sehr interessante Lösung für Robotik-Anwendungen mit engen Platzverhältnissen oder auch für kostensensitive Mehrachsapplikationen. Außerdem werfen wir einen Blick auf die IDX-Motorenreihe und deren Einsatzgebiete. Diese bürstenlosen Motoren mit integrierter Epos4-Positioniersteuerung bieten eine einfache Inbetriebnahme mit herausragender Leistung und hoher Robustheit inklusive IP65-Schutz.

Nie war es einfacher, die Kontrolle zu behalten

Alle Strom-, Drehzahl- und Positionierregler sind optimal auf das Maxon-Portfolio, DC- und EC-Motoren bis 1000 Watt, ausgelegt. Mit den Bus- beziehungsweise Netzwerksystemen Canopen oder Ethercat sind sie schnell vernetzt. Dabei gibt es unterschiedliche Ausbaustufen: Zum Einen die Servoverstärker Escon. Diese Geräte sind kompakte, leistungsstarke 4-Quadranten-PWM-Servokontroller zur effizienten Ansteuerung von permanentmagneterregten DC- und BLDC-Motoren.

Die verfügbaren Betriebsmodi – Drehzahlregler, Drehzahlsteller und Stromregler – genügen höchsten Anforderungen. Escon-Servokontroller sind ausgelegt, um über einen analogen Sollwert kommandiert zu werden. Sie verfügen über umfangreiche Funktionalitäten mit digitalen sowie analogen Ein- und Ausgängen und werden über die USB-Schnittstelle mittels der grafischen Benutzeroberfläche Escon Studio für Windows PCs konfiguriert. Die 4-Q-Servokontroller der Escon-Familie decken alle Bedürfnisse betreffend Leistung und Drehzahlgenauigkeit bei Maxon DC- und EC-Motoren in kompakter Bauform ab. Für eher einfache Drehzahlregelaufgaben von EC-Motoren mit Hallsensoren stehen darüber hinaus preiswerte 1-Q-Servoverstärker in Modulbauform bereit. Alle Verstärker bieten diverse nützliche Zusatzfunktionen.

Die verfügbaren Betriebsmodi – Drehzahlregler, Drehzahlsteller und Stromregler – genügen höchsten Anforderungen. Escon-Servokontroller sind ausgelegt, um über einen analogen Sollwert kommandiert zu werden. Sie verfügen über umfangreiche Funktionalitäten mit digitalen sowie analogen Ein- und Ausgängen und werden über die USB-Schnittstelle mittels der grafischen Benutzeroberfläche Escon Studio für Windows PCs konfiguriert. Die 4-Q-Servokontroller der Escon-Familie decken alle Bedürfnisse betreffend Leistung und Drehzahlgenauigkeit bei Maxon DC- und EC-Motoren in kompakter Bauform ab. Für eher einfache Drehzahlregelaufgaben von EC-Motoren mit Hallsensoren stehen darüber hinaus preiswerte 1-Q-Servoverstärker in Modulbauform bereit. Alle Verstärker bieten diverse nützliche Zusatzfunktionen.

Komplexere Regelungen möglich

Wenn die Anforderungen über reine Drehzahl- und Drehmomentregelungen hinausgehen und wiederkehrende Positionierprozesse in komplexen Bewegungsbahnen erfolgen müssen, kommen Positioniersteuerungen zum Einsatz. Die Epos-Produktreihe (Easy Positioning System) von Maxon ist in diesem Bereich seit über 10 Jahren sehr erfolgreich am Markt. Weltweit sind mittlerweile über 100.000 Einheiten im Einsatz.

Seit 2016 ist mit Epos4 die aktuellste Generation dieser Positioniersteuerung verfügbar, deren Portfolio entsprechend der Kundenanforderungen auch heute stets erweitert wird. Mit Epos4 steht eine modular aufgebaute Produktreihe zu Verfügung. Die Positioniersteuerungen eignen sich für die effiziente und dynamische Ansteuerung von bürstenbehafteten DC-Motoren und bürstenlosen BLDC Motoren (so genannte EC-Motoren) mit Hall-Sensoren und Encoder bis 1050 Watt Dauerleistung und 2100 Watt Spitzenleistung bei gleichzeitig sehr geringen Abmessungen.

Im High-Performance Bereich werden die Positioniersteuerungen durch Maxpos ergänzt, eine High-Performance Positioniersteuerung. Maxpos 50/5 empfängt Bewegungs- und I/O-Befehle von einem übergeordneten Ethercat-Master, welcher die Prozessablaufsteuerung übernimmt. Die sehr schnellen Regler sowie die vielfältigen Feedbackmöglichkeiten schaffen beste Voraussetzungen für den Betrieb von permanentmagneterregten DC- und BLDC-Motoren in High-Performance-Anwendungen, wobei besonders auf hohe Präzision und Synchronisation wert gelegt wurde. Das System unterstützt CoE (CAN application layer over Ethercat). Leistungsfähige Mastercontroller der Tochterfirma ZUB runden das Portfolio ab.

Neue Steuerung: Minimale Größe bei maximaler Funktion

Die Miniaturisierungsbestrebungen mancher Branchen, wie der Medizintechnik, Luftfahrt oder Robotik, machen auch vor der Antriebstechnik nicht halt. Das bedeutet nicht nur, dass die Leistungsdichte der Motoren steigen muss, auch die zugehörigen Steuerungen sollten möglichst wenig Bauraum beanspruchen. Die Positioniersteuerungen der Epos4-Reihe gibt es deshalb neu auch in einer Micro-Ausführung. Wie der Name sagt, liegen die Vorteile dieser Motion-Controller vor allem in der miniaturisierten Bauweise und dem attraktiven Preis, wobei die Funktionalitäten praktisch identisch zu den weiteren Plattformprodukten geblieben sind: Die feldorientierte Regelung bietet die Möglichkeit, bürstenlose EC-Motoren mit minimaler Drehmomentwelligkeit und geräuscharmem Betrieb anzutreiben. Eine Vielzahl von Betriebsarten zusammen mit Dual-Loop-Control erfüllt höchste Anforderungen und ermöglicht den flexiblen Einsatz in nahezu allen Anwendungen, wobei für eine umfassende Funktionalität die digitalen und analogen Eingänge frei konfigurierbar sind.

Dies macht die Epos4 Micro 24/5 zu einer sehr interessanten Lösung für Robotik-Anwendungen mit engen Platzverhältnissen oder auch für kostensensitive Mehrachsapplikationen. Vorerst gibt es die neue Steuerung in der Canopen-Ausführung, die Ethercat-Variante soll im Frühjahr 2020 folgen. Wie bei der ganzen Epos-Produktlinie erhalten die Nutzer Zusatzleistungen für eine einfache Inbetriebnahme, wie etwa das Epos-Studio-User-Interface, Bibliotheken für die einfache Einbindung in die Automatisierung sowie eine umfangreiche Dokumentation und Praxisbeispiele kostenlos dazu.

Motorsteuerungen im Zeitalter von Digitalisierung und Industrie 4.0

Wer nun denkt, so viel Intelligenz sei für kleine Antriebe gar nicht nötig, der irrt. Denn die Dezentralisierung und Vernetzung verschiedenster Systeme im industriellen Umfeld im Sinne von IIoT macht auch vor Kleinstantrieben nicht halt. Dem Motor oder Motion-Controller kommt dabei eine entscheidende Position zu. Er erfasst in Echtzeit verschiedenste Daten des Antriebssystems wie beispielsweise Drehzahl, Drehmoment oder Temperatur und agiert über verschiedenste Feldbusschnittstellen als Bindeglied zur Leitebene. Dadurch wird es erst möglich, relevante Messgrößen über die Zeit zu betrachten und frühzeitig Schlüsse bezüglich notwendiger Wartungsmassnahmen im Sinne von Predictive Maintenance zu ziehen.

Den Anlagen- und Gerätebauern bietet sich darüber hinaus aber auch die Möglichkeit, Prozessdaten zur Optimierung der Fertigung hinsichtlich Qualität, Effizienz und Kosten zu erfassen und auszuwerten. Antriebsregler von Maxon bieten hierfür beste Voraussetzungen. Sie unterstützten einerseits alle gängigen Schnittstellenlösungen, weisen aber auch die notwendige Performance auf. Dies, um sowohl der Kernaufgabe, der hochdynamischen Antriebsregelung, als auch der Erfassung und Verarbeitung der vielschichtigen Daten gleichermaßen gerecht zu werden.

Modular ist das Zauberwort...

Antriebstechnik & Mechanik

Fahrerlose Transportsysteme: Was Antriebe mitbringen müssen

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Neuer Antrieb mit integrierter Steuerung

Zur kommenden SPS-Messe im November in Nürnberg wird nicht nur die neue Epos4 Micro 24/5 vorgestellt, sondern auch der neue IDX-Kompaktantrieb mit integrierter Positioniersteuerung, der bereits auf der Hannover Messe 2019 angekündigt worden war.

Maxons IDX-56-Systeme sind kompakte, leistungsstarke, IP65-geschützte, bürstenlose Gleichstromantriebe mit integrierter Positioniersteuerung. Sie sind damit besonders geeignet für den dezentralen Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen.

Die Antriebssysteme liefern ein kontinuierliches Drehmoment von bis zu 0,7 Nm und sind in einer Vielzahl konfigurierbarer Optionen erhältlich. Dies ermöglicht eine vollständige Anpassung an die spezifischen Bedürfnisse. Die IDX-Antriebe sind so konzipiert, dass sie als Slave-Knoten in einem Canopen- oder Ethercat-Netzwerk adressiert und gesteuert werden können. Sie sind vollständig in die Maxon-Epos4-Umgebung integriert und verfügen über eine hervorragende Positionskontrolle und Geschwindigkeitsregelungsmöglichkeiten. Neueste Technologien wie feldorientierte Steuerung (FOC), Vorsteuerung in Kombination mit höchsten Regelzyklenraten sowie ein breites Spektrum weiterer Funktionalitäten ermöglichen eine anspruchsvolle, benutzerfreundliche Bewegungs- oder Geschwindigkeitssteuerung. Die IDX-Antriebssysteme gibt es in verschiedenen Längen und verschiedene Wickelvarianten, etwa als 56-mm-Vierkantantrieb mit integriertem Positionierregler und Canopen oder Ethercat-Schnittstelle, als 56-mm-Vierkantantrieb mit integriertem Servoregler E/A-gesteuert oder auch mit integriertem Getriebe.

Die IDX-Laufwerke wurden speziell für hohe Anforderungen entwickelt, wie sie zum Beispiel in der Robotik, bei Handhabungsgeräten, in der Gerätetechnik, in der Automatisierung, im Sondermaschinenbau oder bei ähnlichen Produkten vorkommen.

Der bürstenlose Motor kombiniert dank seiner integrierten Epos4-Positioniersteuerung eine einfachste Inbetriebnahme mit herausragender Leistung, maxon-typischen kurzen Lieferzeiten und hoher Robustheit inklusive IP-65-Schutz.

Der Antrieb verfügt zudem über Schutzbeschaltungen gegen Überstrom, Unter- und Überspannung sowie Spannungstransienten. Eine einstellbare Strombegrenzung für den Lastschutz rundet die Schutzfunktionen ab.

Die neuen modularen IDX-Antriebe werden zudem künftig online konfigurierbar sein, sodass auch diese Komplexität für die Kunden leichter beherrschbar wird. Industrie 4.0 auf allen Ebenen.

Im Gespräch mit Daniel Hug, Maxon

„Mehr als nur Motoren steuern“

Daniel Hug ist Leiter Motion Control Services & Produktmanagement bei Maxon. Als diplomierter Elektro- und Wirtschaftsingenieur mit langjähriger Entwicklungserfahrung ist er sowohl verantwortlich für die Produktgestaltung als auch für die Umsetzung von Entwicklungsprojekten.

Grundsätzlich, was haben die Kunden davon, wenn sie Maxon-Steuerungen einsetzen?

Der große Vorteil liegt in der optimalen Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander. Gerade die Ansteuerung unserer hochdynamischen, niederinduktiven Motoren erfordert in der Praxis eine passende Steuerung, um die Vorteile unserer Antriebe auch wirklich nutzen zu können. Hier scheitern viele Produkte spätestens bei der manuellen Reglerabstimmung. Unsere langjährig entwickelten Algorithmen für ein automatisches Tuning machen diesen Schritt dagegen kinderleicht.

Es heißt, Motorsteuerungen seien über die Jahre immer besser geworden. Was bedeutet das konkret?

Mit dem schnellen Wandel der Informationstechnologie haben sich auch die Möglichkeiten bei den Steuerungen rasant entwickelt. Früher ging es lapidar ausgedrückt lediglich darum, den Motor drehen zu lassen. Heute sind die Anforderungen vielschichtiger. Themen wie Diagnostik, Vernetzung oder funktionale Sicherheit gewinnen zunehmend an Relevanz – es geht nicht mehr bloß um Steuerungen im eigentlichen Sinn, sondern um kleine Komplettsysteme.

Was muss denn eine gute Steuerung heute können?

Eine gute Steuerung muss auf der einen Seite sehr viel Funktionalität mitbringen und sich flexibel einsetzen lassen. Auf der anderen Seite muss sie einfach in Betrieb zu nehmen und zu bedienen sein. Dieser Spagat zählt zu den großen Herausforderungen, denen Steuerungs-Hersteller heute ausgesetzt sind. Effizienz und Kompaktheit sind zudem oft ausschlaggebende Punkte.

Bieten Sie auch kundenspezifische Lösungen an?

Natürlich! Es ist sogar so, dass die Mehrheit unserer verkauften Steuerungen kundenspezifische Lösungen sind. Die Bandbreite ist riesig: Von einer kleinen Firmwareanpassung, die schon für kleine Stückzahlen Sinn macht, bis hin zu maßgeschneiderten, kompletten Applikationslösungen – auch im hochvolumigen Bereich. Wo immer ein Katalogprodukt die Kundenanforderungen nicht vollumfänglich erfüllt, kann eine spezifische Lösung Sinn ergeben. Wir können hier auf ein starkes Engineering-Team und langjährige Erfahrung zurückgreifen.

Welches sind die Herausforderungen, wenn Kunden mit spezifischen Wünschen kommen?

Die größte Herausforderung besteht darin, mit dem Kunden gemeinsam die Anforderungen festzulegen, um eine möglichst ideale Systemlösung zu finden. Oftmals sind den Kunden gar nicht alle Möglichkeiten bewusst. Dann können wir in der Diskussion die Weichen für einen zusätzlichen Mehrwert stellen.

Wie stellen Sie einen nahen und guten Kundenservice sicher?

Wir haben hierfür ein eigenes Team von Applikations- und Support-Ingenieuren. Sie betreuen unser Support Center, ein online basiertes Tool, das den Kunden zu jeder Zeit für Anfragen und als Wissensdatenbank zur Verfügung steht. Zusammen mit unseren Anwendungsspezialisten vor Ort schaffen wir so ein globales und kompetitives Netzwerk, das schnell auf die Wünsche der Kunden reagieren kann.

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