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Voice Coil, Schaftmotoren und Aktuator

Schaftmotor

Schaftmotoren sind hervorragend für präzise und effiziente lineare Bewegungen geeignet. Diese mechatronischen Einheiten lassen sich leicht in Ihre Anwendung einbinden. Überzeugend ist zudem die konstante Laufeigenschaft. Mit dieser Antriebstechnologie lassen sich Hydrauliken und herkömmliche Spindelantriebe ersetzen. So können Sie auch hier die Vorteile eines Servoantriebs nutzen.

Schaftmotor

Schrittmotor als Aktuator

Ein Schrittmotor folgt im Prinzip exakt dem außen angelegten Feld und kann so im offenen Regelkreis betrieben werden. Sie zeigen damit ein ähnliches Verhalten wie Synchronmotoren. Daher lässt er sich im Gegensatz zu einem Servomotor einfacher betreiben. Ein Servomotor dagegen steht nie dauerhaft und exakt auf einer Position. Es muss stets die Position "gehalten" bzw. geregelt werden. Für einen besonders homogenen Verlauf wird ein Schrittmotor mit einem gleichförmigen Drehfeld angesteuert. Im Bedarfsfall lässt sich mit einem Encoder die Istposition überwachen.

Schrittmotor

Voice Coil Aktuator

Voice Coil Aktuator

Voice Coil Aktuator ist eine Tauchspule oder Schwingspule (ähnlich einem Lautsprecher, daher auch die englische Bezeichnung Voice Coil) mit viel Kraft auf kleinem Bauraum. Ein Voice Coil Aktuator besteht aus zwei Komponenten: einer Spule auf einem Träger (z.B. Kunststoff) und einem Zylinder mit einem Permanentmagneten. Die Kraft und Richtung des aktiven Coil ist direkt abhängig von der Richtung und der Stärke des Stromes (Lorentz-Kraft). Voice Coil sind in linearer (LA) oder rotativer Ausführung (RA) erhältlich. Eine Anpassung erfolgt für extrem hohe Beschleunigungen, Geschwindigkeiten oder gesondert definierten Materialien. Je nach Ausführung hat ein VCA ein Gehäuse (LAS) oder ist ein Set aus Coil und Magnethülse.

Voice Coil Aktuator

Motion Controller und Positioniersteuerung

PC Motion Controller

Motion Controller als PCI-Einsteckkarte für den Betrieb in einem PC. Sie sind fast identisch mit dem oben beschriebenen digitalen Motion Controller. Je nach erforderlicher Anzahl sind Modelle mit bis zu 8 Achsen erhältlich. Die Servoregler sind immer extern, da der Raum im PC begrenzt ist. Dadurch ist pro Achse ein optimal passender Verstärker wählbar sowie verschiedene Leistungsklassen.

PCI Motion Controller

DMC einachsig

Einachsige digitale Motion Controller (DMC) lassen sich unmittelbar in der Nähe der zu regelnden Achse platzieren. Das spart Verdrahtungsaufwand und Kabellänge. Die DMCs kommunizieren dann miteinander über das Ethernet. Eine Switch-Funktion bringen diese Motion Controller mit. Weitere Varianten verfügen über integrierte Servoregler oder Schrittmotortreiber. Ohne integrierten Regler lassen sich beliebige externe Servoregler anschließen und somit auch sehr leistungsstarke Antriebe bewegen.

1-achsige Motion Controller

PLC-Steuerung

Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), im englischen Sprachraum auch PLC (programmable logic controller) genannt, ist eine Baugruppe, die zur Steuerung eines Systems eingesetzt wird. Sie kann auch als Ergänzung neben einem Motion-Controller zum Einsatz kommen. Diverse Ein-/Ausgänge stehen zum Anschluss von Sensoren und zum Betrieb von Aktuatoren zur Verfügung.

RIO Kleinst-SPS

Digitale Motion Controller

DMC

Digitale Motion Controller (DMC, dt. Bewegungssteuerung oder Positioniersteuerung) realisieren eine Positionsregelung von mehreren Achsen mit Hilfe von RISC-Prozessoren. Die zentrale Koordination von Achsen ermöglicht Interpolation, PVT, Eventhandling und andere Bewegungsmodi. Mit der leichten und freien Programmierung ist fast jede Anwendung schnell realisierbar. Standalone Geräte bieten Kommunikation über Ethernet, EtherCAT, USB oder RS-232.

Motion Controller

Bausatzmotor, Servomotor, Torquemotor

Torquemotor

Torque Motore sind die Kraftpakete unter den rotativen Servoantrieben. Bei jeder präzisen Drehbewegung, welche hohe Dynamik und Drehmoment fordert, sollte der Einsatz von Torque Motoren in Betracht gezogen werden. Verschiedene Bauformen sind möglich. Je nach Anwendung ist eine flache, röhrenförmige oder gehäuselose Bauweise erforderlich. Die Auslegung eines Torque Motors erfolgt in der Regel ohne Getriebe. Nur so lassen sich Getriebespiel und Laufgeräusche vermeiden.

Torque Motoren

Linearmotor

Ein elektrischer Linearmotor ist im Prinzip ein abgewickelter Servomotor. Der Transrapid ist ein Beispiel für diese Technologie. Der "Läufer", Tisch oder Coil (Rotor im rotativen Motor) wird beim Linearmotor von dem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Mittels Kugellager oder Luftlager erfolgt die möglichst reibungslose Lagerung.

Linearmotor

Servomotor

Ein permanenterregter bürstenloser DC-Servomotor (BLDC) ist für eine hochdynamische Positionierung optimiert. Erreicht wird dies durch eine leichte Konstruktion von Rotor und Stator (QB). Hochwertige Magnetmaterialien (NeFeBo u.a.) und angepasste Wicklungen sind weitere wichtige Parameter. Weitere Gesichtspunkte im Design sind eine niedrige Drehmomentwelligkeit (Cogging, Rastmoment oder Ripple) sowie höchste Drehzahlen (HS) oder Drehmoment (HT).

bürstenlose Servomotoren

Bausatz Servomotor

Bausatz

Für den Bausatz gelten gleiche Eigenschaften wie für einen BLDC Servomotor. Der Unterschied liegt darin, dass das Gehäuse, die Welle sowie die Lagerung nicht mitgeliefert werden. Nur mit Rotor und Stator lässt sich der Motor platzsparend in das gewünschte System integrieren. Durch eine kundenspezifische elektrische und mechanische Auslegung erhält man so eine optimale Antriebslösung. Das beinhaltet auch eine angepasste Wicklung.

Bausatzmotor

Servoregler analog oder digital

Analoge regler

Der Servoregler (Verstärker, engl. Driver, Amplifier) ist das Bindeglied zwischen Steuerung und Servomotor. Seine Aufgabe ist es, dass analoge Signal der Steuerung in ein leistungsstarkes PWM-Signal für den Servomotor umzuwandeln. Aus ±10 Volt werden so zum Beispiel ±15 A. Ursprünglich waren die Regler nur eine einfache Leistungsstufe, die der Steuerung ermöglicht einen Servomotor zu bewegen. Die ersten waren 1-quadranten Regler für bürstenbehaftete Servomotoren. Mit einer 4-quadranten Regelung konnte man schließlich in beide Richtungen fahren. Servoverstärker für bürstenbehaftete Motoren übernehmen auch die Kommutierung. Sie sind entsprechend aufwendiger im Design.

Servoregler

Digitale Servoregler

Digitaler Regler

Ein digitaler Servoverstärker ist in der Lage die Regelkreise Kraft oder Drehmoment, Geschwindigkeit und Position zu schließen. Komplexe Bewegungsabläufe auszuführen stellt dann kein Hindernis mehr dar. Die Positionssteuerung war früher die Domäne der Bewegungssteuerung. Die einst klare Trennlinie zwischen Regler und Steuerung verschwindet immer mehr. Mikroprozessoren ermöglichen die Integration vieler Funktionen in digitale Regler. So können heutige Regler alle Rückführungssyteme (z.B. Encoder, Resolver und Tachometer) „verstehen“ und sogar diverse Endschalter und andere Sensoren überwachen.

Digitale Servoregler

Luftlager und Führungen

Luftlager V-führung

Eine Luftlagerführung besteht aus Luftlagern und Führungen und ist in verschiedenen Profilen erhältlich: V-Profil, T-Profil und U-Profil sowie das Schwalbenschwanzprofil. Bei der vollummantelten Variante läuft die Lagerung auf einem Vierkant. Eine Vielzahl von Ausführungen, Größen und Merkmalen, erleichtern den Aufbau von neuen Anwendungen oder das Nachrüsten einer bestehenden Anwendung.

Luftlagerführung

Luftlager

Luftlager rund

Ersetzen Sie Ihre herkömmliche mechanische Lagerung durch ein Luftlager. Kugellager lassen sich zum Beispiel durch Rollenluftlager austauschen. Ein Luftlager hat viele Vorteile: Die extrem lange Lebenszeit und geringeren Verluste, da reibungslos. Beides ermöglicht eine viel höhere Dynamik im Anstriebssystem.

Luftlager

Micro Encoder und Drehgeber

Encoder

Optische Encoder sind linear oder rotativ einsetzbar und liefern digitale oder analoge Ausgangssignale. Schwerpunkt bei der Auswahl von Encodern liegt bei Auflösung, Einbautoleranz und Baugröße.

Optische Encoder

Drehgeber

Optische Drehgeber mit Hohlwelle sind Encoder mit Gehäuse. Sie sind explizit für die Montage an einer Antriebswelle oder am hinteren Wellenende eines Servomotors oder Schrittmotors konstruiert. Ein Drehgeber kann das Ausgangssignal absolut (BiSS, Gray Code, SSI), analog (sin/cos 1 Vpp) oder inkremental (5 VTTL) ausgeben.

Drehgeber

Micro Encoder

Mikroencoder

Micro Encoder sind äußerst platzsparend konstruierte Drehgeber mit Welle oder Hohlwelle. Sie eignen sich daher besonders für Antriebssyteme auf kleinstem Raum. Eine grundlegende Unterscheidung ist das Ausgangssignal. Hier gibt es das inkrementelle Encodersignal (5 V TTL) oder absolute Wert mit Binär, Gray Code oder SSI.

Micro Encoder

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