So lassen sich Taktzeiten in der Fertigung verkürzen

Wie produktiv ein Industriebetrieb ist, hängt maßgeblich von den Taktzeiten in der Fertigung ab: Je höher die Stückzahl eines Produktes ist, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums hergestellt werden kann, desto wirtschaftlicher ist die Produktion. In der gegenwärtigen herausfordernden Situation suchen Unternehmen nach einem Weg, den Fertigungstakt zu steigern. Ein Großteil sieht dabei in der Prozessoptimierung das geeignete Mittel, um dem Effizienzdruck zu begegnen ('Next Generation Manufacturing', Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) / Roland Berger, München 2022).

Kürzere Taktzeiten lassen sich allerdings nur mit leistungsstarken Antriebskomponenten erzielen. Oriental Motor entwickelt und fertigt seit 115 Jahren Antriebstechnik für industrielle Applikationen, die in zahlreichen Branchen zum Einsatz kommen. Zum Produktportfolio zählen unter anderem die Hybrid-Schrittmotoren der AZ-Serie. Diese Antriebe sind mit einem mechanischen Absolutencoder (ABZO) ausgestattet, der ohne Batterie funktioniert und die Positionsinformationen deshalb auch im ausgeschalteten Zustand behält. Dadurch wird keine externe Referenz-Sensorik benötigt, sodass sich sowohl die Kosten als auch der Verdrahtungs- und Wartungsaufwand reduzieren.

Höhere Antriebsleistung sorgt für kürzere Taktzeiten

Für Anwendungen, bei denen eine hohe Last über einen langen Verfahrweg hinweg schnell bewegt werden muss, eignen sich die AZ-Antriebe allerdings weniger, da das Drehmoment bei Schrittmotoren im Hochgeschwindigkeitsbereich abnimmt. Um auch für solche Applikationen kurze Taktzeiten zu ermöglichen, hat Oriental Motor die AZX-Serie entwickelt. Dabei wurde der batterielose Absolutencoder mit einem SPM-Synchronmotor kombiniert. Der Begriff SPM steht für Surface Permanent Magnet: Das bedeutet, dass die Permanentmagneten auf der Oberfläche des Rotors angebracht sind. Die Vorteile liegen in der hohen Effizienz und der sehr kompakten Bauweise des Motors. Somit lassen sich in den Ausführungen der AZX-Serie Nenndrehmomente bis 1,91 Nm und Spitzendrehmomente zur Beschleunigung oder Verzögerung bis 7,16 Nm erzeugen. Unter Verwendung von Planetengetrieben erreicht man sogar Nennmomente bis 43,1 Nm und Spitzendrehmomente bis 162 Nm.

Dabei hält der Servomotor das Nenndrehmoment bis 3.000 U/min stabil aufrecht, wohingegen das Drehmoment des Schrittmotors in diesem Drehzahlbereich bereits deutlich nachlässt. Durch das zur Verfügung stehende Spitzendrehmoment, das bis zum Dreifachen des Nennmomentes betragen kann, lassen sich mit der AZX-Serie sehr hohe Beschleunigungen in kurzer Zeit erreichen.

Künftig analysiert der Antrieb seinen Zustand selbst

Stöber entwickelt seinen Predictive-Maintenance-Ansatz kontinuierlich weiter – vom modellbasierten Lebensdauerindikator bis zur sensorgestützten Zustandsanalyse. Ziel ist ein intelligenter Antriebsstrang, der Wartungsbedarfe früh erkennt und Stillstände reduziert.

Silvia Feder

Motor-Serien lassen sich miteinander kombinieren

Um die Bedienbarkeit zu vereinheitlichen, wurden bei den AZX-Servomotoren viele Funktionen der AZ-Antriebe übernommen: Neben dem mechanischen batterielosen Absolutencoder gehört dazu auch die Möglichkeit, Fahrprofile innerhalb des Controllers zu speichern und mittels eines digitalen E/As anzusteuern. Dabei können mehrere Fahrprofile sequenziell miteinander verknüpft werden, um ein Ablaufprogramm innerhalb der Treibersoftware zu erzeugen. Auch die Encoderauflösung lässt sich an die Applikation anpassen, sodass sich der Geber nach einer vollen Rotation eines Drehtisches von 360° automatisch wieder auf 0° setzt. Dies ermöglicht die Definition von absoluten Zielpositionen innerhalb einer Tischdrehung.

Oriental Motor bietet die Schrittmotoren der AZ-Serie mit verschiedenen Linear- und Rotationsachsen in vormontierter Kombination an. Unter anderem sind sowohl für die AZ- als auch für die AZX-Serie Drehtische mit Hohlwelle verfügbar (DGII-Serie).

Hier kann der Servomotor seinen Vorteil ausspielen, wenn große Lasten schnell und dynamisch bewegt werden müssen. Je nach Kombination erreicht die DGII-Serie Drehmomente bis maximal 50 Nm, Drehzahlen bis 1.833 Grad/s sowie Lastmomente bis 100 Nm und Traglasten bis 4.000 N. Der Rundtisch ist mit Hohlwellen-Durchmessern zwischen 20 und 100 mm und Rahmengrößen zwischen 60 und 200 mm erhältlich.

Die rotierenden Hohlwellen-Aktuatoren eignen sich für den Einsatz in der Wafer-Herstellung, in Anwendungen zur Bildkontrolle und in Roboterarmen.

Ausstattung mit verschiedenen Schnittstellen

Um eine einfache Anbindung an die übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zu ermöglichen, sind die Treiber der AZX-Serie mit Feldbus-Schnittstellen wie Profinet, EtherCAT oder Ethernet/IP lieferbar. Durch die standardisierten Schnittstellen- und Parameter-IDs wird zudem die Inbetriebnahmezeit verkürzt, wenn AZ- und AZX-Motoren parallel in derselben Anlage verwendet werden. In jeden Treiber ist darüber hinaus eine zertifizierte Sicherheitsfunktion STO (Safe-Torque-Off) integriert.

Die STO-Funktion stellt sicher, dass kein Drehmoment auf den Motor wirken kann, indem elektrische Signale von den Leistungsgeräten zum Motor blockiert werden. Mithilfe der Funktion können Blockaden beseitigt, Schäden repariert oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden, ohne dass ein unerwarteter Motorneustart befürchtet werden muss.

Große Effizienzsteigerung ist möglich

Die Industrie bekommt mit den AZ- und AZX-Antrieben die passenden Komponenten an die Hand, um die Effizienz ihrer Fertigungsprozesse zu steigern. Für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment im unteren Drehzahlbereich benötigen, eignet sich am besten ein Schrittmotor der AZ-Serie. Sollen dagegen große Lasten über einen langen Verfahrweg hinweg dynamisch positioniert werden, sind die Antriebe der AZX-Serie optimal.

Oriental Motor bietet für beide Serien zudem standardisierte Linear- und Rotationsachsen an: Sie eröffnen viele neue Anwendungsmöglichkeiten innerhalb des Maschinenbaus, ohne das Ansteuerungskonzept wechseln zu müssen.