Kostenoptimal ausgelegt

Elektroautomation

Linearachsen - Direkt angetriebene Linearachsen haben im Vergleich zur klassischen Version einen wesentlich besseren Wirkungsgrad und eine höhere Überlastfähigkeit. A-Drive, das Systemhaus für Antriebstechnik, nutzt für die Auslegung dieser Linearachsen mit Direktantrieb ein spezielles Simulationsprogramm, mit dem sich die Time-to-Market massiv reduzieren lässt.

28. Mai 2018
Direkt angetriebene Linearachsen können mit zahlreichen Vorteilen aufwarten – so haben sie im Vergleich zu klassischen Linearachsen einen wesentlich besseren Wirkungsgrad und eine höhere Überlastfähigkeit. Bild: A-Drive Technology GmbH
Bild 1: Kostenoptimal ausgelegt (Direkt angetriebene Linearachsen können mit zahlreichen Vorteilen aufwarten – so haben sie im Vergleich zu klassischen Linearachsen einen wesentlich besseren Wirkungsgrad und eine höhere Überlastfähigkeit. Bild: A-Drive Technology GmbH)

Wer sich für direkt angetriebene Linearachsen entscheidet, profitiert von zahlreichen Vorteilen. Der Hintergrund: Bei traditionellen Lineareinheiten wird die Linearbewegung zumeist mechanisch umgesetzt – Getriebe, Motor und eventuell auch Elektronik sind angebaut. Diese externen Komponenten sehen nicht nur unästhetisch aus, sondern sind aufgrund der zusätzlichen Störkanten auch schwer zu reinigen und erfordern vielfach zusätzliche Abdeckungen. Manchmal ist die externe Antriebseinheit mit dem erforderlichen Adapterflansch größer als die Linearachse.

Bei den Linearachsen mit Direktantrieb jedoch ist der Antrieb schon integriert. Somit lassen sich Maschinen kompakter und kosteneffizienter bauen. Die Linearmotorachsen von Sinadrives bestehen jeweils aus dem Führungsprofil mit integriertem, robusten Messsystem, einem Linearmotor und Linearführung(en). Optional verfügbar sind unter anderem über Endschalter und Energieführungsketten.

Auf Linearachsen abgestimmt

Um die richtige Lösung für die jeweilige Anwendung des Kunden zu finden, setzen die Antriebsexperten von A-Drive eine spezielle Software des Linearachsenherstellers Sinadrives ein. Sie macht die optimale Auslegung der Linearachsen schnell und einfach.

Am Anfang steht immer die Definition der Anforderungen: Generell wollen die Kunden mit den Linearachsen eine gewisse Masse über eine gewisse Zeit über ein gewisses Profil bewegen. Zusätzlich gibt es jedoch meist konkrete Vorgaben bezüglich Beschleunigungen, Konstantfahrzeiten und Bremsungen. Das Programm berücksichtigt diese Faktoren; es simuliert und optimiert die Anwendung entsprechend. Oft stellt sich dabei heraus, dass sich der Bewegungsvorgang mit niedrigeren Kräften realisieren lässt als gedacht und eine kleinere Baugröße der Linearachsen ausreicht – für den Kunden bedeutet das geringere Anschaffungskosten.

Ein konkretes Beispiel: Eine bestimmte Bewegung soll innerhalb einer Sekunde ausgeführt werden. Technisch ist es möglich, die Bewegung innerhalb von einer halben Sekunde umzusetzen, danach folgt allerdings ein Leerlauf von einer weiteren halben Sekunde. Im Sinne der Kosteneffizienz ist es sinnvoller, die Bewegung auf die volle Sekunde aufzuteilen und dabei deutlich weniger Kräfte aufzuwenden. Die Linearachse kann entsprechend bis zu drei Baugrößen kleiner ausfallen als beim ersten Szenario. Als Ergebnis der softwarebasierten Auswertung erhält der Kunde einen sogenannten »Motor Simulation Report« – am Namen lässt sich schon erkennen, dass die Simulation hier der entscheidende Punkt ist.

Nur darüber lassen sich die Antriebe optimal auf das Verfahrprofil oder die Maschine abstimmen. Schon eine minimale Veränderung von Parametern kann sich auf die Gesamtlösung positiv auswirken. Unter anderem lässt sich die Steifigkeit des Systems simulieren, sodass optimale Genauigkeiten erzielt werden können.

Das Programm gibt aber auch Aufschluss darüber, welche Temperaturen der Motor im Betrieb erreicht – ein wichtiger Punkt, den die meisten vergleichbaren Auslegungsprogramme vernachlässigen.

Leistungsreserven sichtbar

In übersichtlichen Diagrammen erhält der Kunde aber auch eine Übersicht, welche Leistungsreserven im Antrieb vorhanden sind. Die maximale Leistung des Motors bei der jeweiligen Umgebungstemperatur wird der Ausnutzung des Verfahrprofils gegenüber gestellt. Wenn sich das System dabei nicht im sicheren Bereich bewegt, ließe sich zum Beispiel die Maximalgeschwindigkeit etwas reduzieren oder die Zykluszeit verlängern.

Welche Maßnahme am einfachsten zum Erfolg führt, können die Experten von A-Drive mittels des Programms schnell herausfinden – den detaillierten Simulationen sei Dank. Eine korrekte Auslegung der direkt angetriebenen Linearachsen mittels des Simulationsprogramms ist für alle Anwendungen sinnvoll – für manche jedoch noch mehr als für andere. Ausführliche Berechnungen lohnen sich vor allem dann, wenn eine Genauigkeit des Systems von größter Wichtigkeit ist. Das ist zum Beispiel bei sogenannten »Take-Outern« in Spritzgussmaschinen der Fall. Das Spritzen von Teilen ist ein langsamer, thermischer Prozess. Um die Zykluszeiten zu minimieren, müssen die ausgehärteten Teile so schnell wie möglich aus der Spritzgussmaschine herausgeholt werden.

Die fortschreitende Miniaturisierung stellt dabei immer höhere Anforderungen an die Genauigkeiten der Achsen. Eine Simulation ist hier technisch sinnvoll und führt zu einer optimalen, kosteneffizienten Auslegung der Linearachsen.

Hürden abbauen

Ein Auslegeprogramm wie das von A-Drive ist nicht zuletzt deshalb wichtig, weil sich damit der Respekt der Anwender vor Direktantrieben reduzieren lässt. Trotz ihrer zahlreichen Vorteile konnten sich direkt angetriebene Linearachsen bislang auf dem Markt nicht in dem Maß durchsetzen wie ursprünglich erwartet: Sie haben leider immer noch den Ruf, schwer einstellbar zu sein. Mit der Simulation im Vorfeld lassen sich diese Bedenken jedoch vollständig zerstreuen. »Nicht mehr konstruieren, sondern simulieren« ist im Übrigen auch ein Grundgedanke von Industrie 4.0.

Die Zeiten, in denen Unternehmen ihre Hardware einfach ausprobieren mussten, sind vorbei. Heute lassen sich Anwendungen mittels Software simulieren und im Vorfeld schon so auslegen, dass sie in der Realität einwandfrei funktionieren. So können Anwender Time-to-Market-Zeiten massiv reduzieren und signifikante Kostenvorteile erzielen.

Halle A6, Stand 519

Erschienen in Ausgabe: 01/2018