Produktivität steigern mit fortschrittlichen Motion-Control-Systemen

Experten prognostizieren, dass bis 2025 in drei Sektoren – Transport, Fertigung und Einzelhandel – 10–15 % der Jobs hohes Automatisierungspotenzial haben. Je mehr Unternehmen automatisierte Prozesse und Technologien einsetzen, desto exponentieller wächst die Nachfrage nach Motion-Control-Systemen in Fabriken und Produktionslinien. Motion-Control-Systeme stellen sicher, dass Produkte erfolgreich montiert werden, indem sie die richtigen Komponenten zum richtigen Ort, in der richtigen Ausrichtung, zum richtigen Zeitpunkt bewegen.

In diesem Leitfaden untersuchen wir, was Motion-Control-Systeme sind, wie sie funktionieren, wer davon profitiert und wie man ihre Effektivität maximiert.

Was sind Motion-Control-Systeme?

Ein Motion-Control-System erzeugt mechanische Bewegung. Es wird von einem Motor angetrieben und ist auf präzises Drehmoment, Geschwindigkeit und/oder Position ausgelegt. In der Automatisierungsbranche ermöglichen Motion-Control-Systeme präzise und kontrollierte Bewegung von Maschinenteilen.

Sie werden oft in Situationen eingesetzt, die schnelles Anfahren und Stoppen, Koordination separater Elemente und exakte Positionierung eines Produkts erfordern.

In den meisten Fällen nutzen Motion-Control-Systeme computergestützte Steuerungen, um gewünschte Aktionen zu erzeugen und Kraft, Geschwindigkeit, Druck und/oder Positionierung zu beeinflussen. Fortgeschrittenere Systeme verfügen über spezialisierte Technologie zur Erfassung kritischer Prozessdaten und Rückmeldungen wie Geschwindigkeit oder Position zur Verbesserung künftiger Operationen.

Der grundlegende Aufbau eines Motion-Control-Systems

Motion-Control-Systeme bestehen aus drei Basiskomponenten: Motion Controller, Motortreiber/Verstärker und Motor.

Motion Controller

Der Motion Controller ist das Gehirn des gesamten Systems. Er bewältigt alle rechnerischen Anforderungen der Sequenzausführung, Servoregelschluss und Bewegungsbahnplanung. Er wird vom Endanwender gesteuert, um Befehle auszuführen, die die Maschinenfunktion leiten. Motion Controller variieren je nach Achszahl, erforderlicher Auflösung, Aktualisierungszeit und unterstütztem Kommunikationsbus.

Der Motion Controller liefert dann ein analoges oder digitales Niederspannungs-Motorbefehlssignal an den Motortreiber.

Motortreiber oder Verstärker

Der Motortreiber empfängt das Niederspannungssignal vom Motion Controller und sendet Leistung an den Motor.

Motortreiber sind verantwortlich für die Bereitstellung der richtigen Spannung und Stromstärke an den Motor, die Drehmoment erzeugen und die Last in Bewegung setzen.

Treiber können analog, digital, Schrittmotor-, Linear-, Frequenzumrichter- und Servotypen sein. Jeder Treiber hat einzigartige Funktionen und Fähigkeiten. Jeder arbeitet mit bestimmten Motoren, und manche eignen sich besser für spezifische Anwendungen.

Motor

Auch als Muskel des Motion-Control-Systems bekannt, wandelt der Motor elektrische in mechanische Energie um und erzeugt das Drehmoment, um die Zielposition zu erreichen.

Motoren in Motion-Control-Systemen werden als DC oder AC klassifiziert, je nach verwendetem Stromtyp.

AC-Motoren bieten mehr Vielseitigkeit, kontrollierte Beschleunigung, einstellbares Drehmomentlimit und weniger Netzstörungen. DC-Motoren hingegen haben hohes Anlaufdrehmoment und sind einfacher zu installieren und zu bedienen.

Rückführungsgeber

Rückführungsgeber finden sich sowohl in Closed-Loop- als auch in Open-Loop-Systemen. Sie liefern Positions-, Richtungs- oder Geschwindigkeitsinformationen zurück an den Motion Controller. Der Controller nimmt dann die notwendigen Anpassungen am Strom vor, um den Zieloutput zu erreichen.

Motion-Control-Systeme werden breit in industriellen und fertigungstechnischen Anwendungen eingesetzt. Sie finden sich oft in Branchen wie:

• Textil
• Landwirtschaft
• Halbleiter & Elektronik
• Druck & Papier
• Kunststoff & Gummi
• Öl & Gas
• Metall- & Maschinenbau
• Medizintechnik
• Möbel & Holz
• Lebensmittel & Getränke
• Energie
• Automobil
• Luft- & Raumfahrt & Verteidigung

Effizienz Ihres Motion-Control-Systems verbessern

1. Den richtigen Motor für die spezifische Anwendung wählen

Die Verwendung passender Motoren für die Anwendung führt zu besserer Ausgabequalität und höheren Energieeinsparungen. Drei der gängigsten Motoren in Motion-Control-Systemen sind DC (bürstenbehaftet & bürstenlos), Schrittmotoren und Servomotoren.

Bürstenbehaftete DC-Motoren sind einfach zu steuern, haben hervorragendes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, sind vernünftig effizient und meist kostengünstig. Sie erzeugen hörbares Rauschen und elektromagnetische Störungen, die im System interferieren können. Zudem erfordern sie ständige Wartung, da die Bürsten sich abnutzen.

Typische Anwendungen: Handyvibrator, Spielzeug, Handventilatoren, Akkubohrer, Autofenster.

Bürstenlose DC-Motoren sind leiser als bürstenbehaftete Motoren, da keine Berührung zwischen Oberflächen besteht. Aus demselben Grund sind sie auch effizienter. Ein bürstenloser DC-Motor liefert mehr Leistung als ein bürstenbehafteter bei gleicher Magnetengröße. Der Nachteil: Sie sind schwieriger zu steuern und erfordern oft einen speziellen Controller.

Typische Anwendungen: Waschmaschine, Klimaanlage, Computerlüfter, Festplatten, Drohnen.

Schrittmotoren werden für präzise Positionierung und/oder Drehzahlsteuerung eingesetzt. Sie haben hervorragendes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und eignen sich perfekt für Anwendungen mit hohem Haltemoment. Sie lassen sich einfach mit kostengünstigen Mikrocontrollern steuern. Nachteile: Geräuschentwicklung, begrenztes Drehmoment bei hohen Drehzahlen, geringere Effizienz. Da sie ständig Strom ziehen, werden sie heiß.

Typische Anwendungen: Überwachungskameras, Außenspiegelverstellung, Drucker.

Servomotoren haben hervorragendes Drehmoment bei Drehzahlen über 2000 U/min. Mit Closed-Loop-Rückführung bieten sie die höchste Positioniergenauigkeit. Sie sind für die meisten fortgeschrittenen Motion-Control-Anwendungen erforderlich. Mögliche Nachteile: Kosten und potenzielles Jittern beim Halten der Position.

Typische Anwendungen: 3D-Druck, CNC, Verpackung, kartesische Systeme.

Bild: Motorentypen im Vergleich

2. Passende und effiziente Drehzahlantriebe einsetzen

Heutige Hersteller streben nach höherer Maschinen- und Gesamteffizienz, um wettbewerbsfähig zu bleiben und sich wandelnden Kundenbedürfnissen gerecht zu werden.

Die neueste Generation von Frequenzumrichtern (VFDs) spielt eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung der operativen Effizienz in Design- und Produktionsphasen. VFDs helfen, die Motordrehzahl auf die gewünschte Drehzahl der angetriebenen Maschine abzustimmen. Sie sind auch für geringere Geräusche, weicheren Anlauf und reduzierte Wartung ausgelegt.

3. Die richtige SPS (PLC) auswählen

SPS sind ein beliebtes Automatisierungswerkzeug in verschiedenen Branchen, da sie einfach zu bedienen sind und präzise, modifizierbare Steuerung bieten.

Bei der Auswahl Ihrer SPS ist es wichtig, Anwendungsanforderungen einschließlich Steuerungsgrundlagen und zukünftiger Skalierbarkeit zu definieren. Weitere wichtige Faktoren:

• Anzahl und Art der E/A
• Notwendige Steuerfunktionen
• Datenerfassung und Sonderfunktionen
• Kommunikationsoptionen
• Automatisierungserfahrung und -fähigkeiten des Anlagenpersonals

Während einige Anlagenmitarbeiter automationserfahren sind, haben andere wenig Erfahrung mit neuen Technologien. Glücklicherweise gibt es diverse SPS am Markt, die speziell für Einsteiger konzipiert sind. Obwohl oft klein und einfach, sind diese Controller für einfache Erweiterung ausgelegt und besitzen viele Features größerer SPS.

4. Nur passende Komponenten verwenden

Motion-Control-Systeme bestehen aus verschiedenen mechanischen Teilen wie Riemen und Lagern. Jede Komponente beeinflusst die Gesamtleistung des Systems. Deshalb müssen alle Teile konsistent geprüft und getestet werden – von der Designphase bis zur Installation.

5. Regelmäßige Wartung planen

Alle Komponenten unterliegen normalem Verschleiß, was die Systemeffizienz mindern kann. Geplante vorbeugende Wartung vermeidet kostspielige Stillstände durch Ausfälle. Sie verlängert auch die Lebensdauer des Motion-Control-Systems, verhindert größere Reparaturen und vorzeitigen Maschinenersatz.

Leistungsstarke Automatisierungstechnologien, maßgeschneidert für Ihre Bedürfnisse

In Produktionslinien, wo Kraft, Produktivität und Präzision der Bewegung von entscheidender Bedeutung sind, kann das richtige Motion-Control-System den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen.

John Henry Foster kann Ihnen helfen, ein Motion-Control-System zu implementieren, das auf Ihre spezifische Anwendung anpassbar ist. Seit 1938 statten wir Hersteller mit Robotik, Automatisierung und Industriesystemen aus, die auf die einzigartigen Bedürfnisse jedes Kunden zugeschnitten sind. Wenden Sie sich an unser Team für ein Angebot.