Linac Motorcontroller MC43: Hocheffizient - Linearaktuatoren mit Motorcontroller

Der Anspruch an moderne Maschinen besteht u. a. auch in der Forderung nach geringstmöglicher elektrischer Anschlussleistung. Neben dem Hauptantrieb haben hochautomatisierte Maschinen vielfach eine beträchtliche Anzahl kleinerer Stell- und Hilfsantriebe, deren Effizienz den Gesamtenergiebedarf maßgeblich beeinflussen kann. Zudem müssen diese Kleinantriebe im Normalfall mit Gleichspannung versorgt werden und je leistungsstärker das Netzteil sein muss, desto größer und teurer wird es. Der Einsatz von Kugelgewindespindeln in Linearaktuatoren verbessert den Wirkungsgrad entscheidend, ein direkt am Motor angebauter Leistungstreiber trägt auch dazu bei.

Der Motorcontroller MC43 besitzt zahlreiche 24V I/Os zur direkten Kommunikation mit einer übergeordneten SPS und ist äußerst energiesparend.

Der Motorcontroller MC43 besitzt zahlreiche 24V I/Os zur direkten Kommunikation mit einer übergeordneten SPS und ist äußerst energiesparend.

Auf Hybrid-Schrittmotoren basierende Linearaktuatoren sind handelsüblich mit Trapez- oder ACME-Spindel ausgestattet. Diese haben meist einen Spindelwirkungsgrad von nur etwa 30 %. Unter Berücksichtigung der zusätzlichen Verluste in Motor und Ansteuerung liegt der Gesamtwirkungsgrad dann oft unter 20 % oder anders gesagt: Die elektrisch zugeführte Energie muss das Fünffache der effektiv benötigten mechanischen Leistung betragen. Eine deutlich bessere Energiebilanz ist durch den Einsatz von Kugelgewindespindeln erreichbar, deren Wirkungsgrad bei 90 % liegt.

Z. B. erreicht der mit einer Planetenausgangsstufe versehene Aktuator 43P bei einer Last von 140 kg (1373N) eine Verfahrgeschwindigkeit von 12.7 mm/sec (=17.4W Pab) bei einer Stromaufnahme von 1.28 A an 24 V (=30.7W Pzu), was einem Gesamtwirkungsgrad von 55 % entspricht. Die axial besonders kurzbauende Type 43R kommt bei einer Last von 118 kg (1158N) auf 19.4 mm/sec (=22.5W Pab), die Versorgungsdaten betragen 1.7 A bei 24 V (=40.8W Pzu), was auch hier einen ähnlich hohen Gesamtwirkungsgrad von 55 % ergibt.

Zuvor genannte Wirkungsgrade beinhalten sämtliche Verluste von Spindeltrieb, Lagerung, Getriebe, Motor sowie des integrierten Motorcontrollers MC43. Die direkt am Motor angebaute Leistungsendstufe vermeidet einige Probleme externer Leistungstreiber, die oft im mehreren Meter entfernten Schaltschrank sitzen: Die über längere Entfernungen geführten hochfrequent getakteten Motorphasen verursachen merkbare Leitungsverluste, hinzu kommt die EMV-Störungsproblematik. Beides ist beim integrierten Treiber kein Thema, da nur Gleichspannung und Steuersignale über die Anschlussleitung geführt werden. Darüber hinaus wird wertvoller Platz im Schaltschrank eingespart sowie Wärmeeintragung vermieden.

Linearaktuatoren mit Kugelgewindespindeln in der populären Flanschgröße 43 x 43 mm (NEMA 17).

Linearaktuatoren mit Kugelgewindespindeln in der populären Flanschgröße 43 x 43 mm (NEMA 17).

Die optimale Lösung

Der Motorcontroller MC43 besitzt zahlreiche 24V I/Os zur direkten Kommunikation mit einer übergeordneten SPS, ist dank seines intelligenten Strommanagements sowie verlustarmer MOSFETs äußerst energiesparend und kann so als reine Schrittmotor-Leistungsendstufe für Versorgungsspannungen von 10 bis 28 V mit Phasenströmen von 0.1 bis 4.5 A und Schrittauflösungen bis 1/256 Mikroschritt verwendet werden. Eine Parametrierung kann anwenderseitig mittels USB-Interface erfolgen. Darüber hinaus ist dank des schnellen 32 bit Microcontrollers sowie des integrierten 12 bit Encoders ein Betrieb als vollwertiger Motion Controller mit kundenspezifischer Programmierung möglich.

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