Elektrische Servoantriebe

1 Einführung (S. 11-12)

1.1 Einsatzgebiete von Servoantrieben

Díe elektrische Antriebstechnik hat durch innovative Fortschritte der Leistungs- und Mikroelektronik die Automatisierung unterschiedlichster technologischer Prozesse erheblich beschleunigt. Gegenwärtig werden in hoch entwickelten Industrieländern etwa 60 % der erzeugten elektrischen Energie mit elektrischen Antrieben in mechanische Energieformen umgewandelt. Neben der „klassischen" Antriebstechnik, bei der die elektromechanische Energiewandlung bei festen oder gestuften Drehzahlen der Antriebsmaschinen erfolgt, hat sich der Anteil geregelter Antriebe, die eine genaue und kontinuierliche Drehzahl- und Drehmomentstellung ermöglichen, bedeutend erhöht. Als Energiewandler dient dabei die stromrichtergespeiste elektrische Maschine. Sie ist die Regelstrecke der geregelten elektrischen Servoantriebe. Durch die enormen Fortschritte in der Leistungs- und Informationselektronik werden heute neben der Gleichstromnebenschlussmaschine vor allem Drehstrommaschinen in geregelten elektrischen Antrieben verwendet.

Besonders vorteilhaft ist, dass durch die Mess- und Regeleinrichtung des Servoantriebes die mechanische Leistung der elektrischen Maschine an der Motorwelle in den Parametern Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit als variable, zeitabhängige Größe hochgenau gesteuert werden kann. Die geregelten Servoantriebe bestimmen durch die feinfühlige, sehr genaue und exakt reproduzierbare Vorgabe der mechanischen Größen in hohem Maße die Fertigungsqualität und -quantität der in den technologischen Prozessen hergestellten Erzeugnisse.

Wird der drehzahlgeregelte Antrieb (Servoantrieb) durch eine Lageregelung erweitert, so lassen sich anspruchsvolle mechanische Bewegungsvorgänge entlang einer mechanischen Bewegungsachse (Rotation oder Translation) realisieren. Die Bewegungssteuerung im mehrdimensionalen Raum entsteht durch Superposition der Bewegungen der einzelnen Achsen. Die Koordinierung der Einzelbewegungen der Servoantriebe erfolgt über elektronische Steuerungen. Durch die auf die Einzelantriebe verteilte Intelligenz können aufwendige mechanische Koppelelemente vereinfacht werden oder ganz entfallen. Dadurch erhöht sich die Flexibilität des gesteuerten technologischen Prozesses bedeutend gegenüber dem klassischen Ein-Motoren-Antrieb mit kompliziertem mechanischen Verteilungssystem. Änderungen im Fertigungsablauf können ohne Umrüstarbeiten einfach durch die elektrische Steuerung erfolgen, die gleichzeitig auch die Fertigungsqualität ständig überwacht und notwendige Korrekturen automatisch vornimmt.

Als Beispiele technologischer Prozesse, bei denen drehzahlvariable Servoantriebe zunehmend eingesetzt werden, seien genannt:
• Be- und Verarbeitungsmaschinen
• Roboter
• Druck- und Verpackungsmaschinen
• Dosier- und Fördereinrichtungen
• Transport- und Lagertechnik

Besonders deutlich werden die Vorteile von Einzelantriebssystemen bei den technologischen Verfahren:

• Bearbeitungsprozesse auf Werkzeugmaschinen Realisierung von Bearbeitungsvorgängen wie Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen und Sägen. Der Einzelantrieb jeder Bewegungsachse der Werkzeugmaschine wird überwiegend lagegeregelt betrieben. Die Koordinierung der Bewegungsachsen erfolgt meist durch eine CNC-Steuerung.

• Handlingsprozesse mit Robotern Periodische Stellbewegungen zur Werkstück- oder Werkzeughandhabung bzw. zur Werkzeugführung durch zeitlich und räumlich koordinierte Bewegung der Einzelachsen.

• Umformen von Blechteilen Die Stückgutförderung an Umformmaschinen (z. B. Transferpressen in der Automobilindustrie) wird nicht mehr über komplizierte mechanische Koppelgetriebe und Gelenkwellen vom Zentralantrieb zwangsgesteuert, sondern Einzelantriebe führen die Stellbewegungen in einer programmierbaren Abhängigkeit von der Hauptbewegung des Umformprozesses aus. Neben einer höheren Flexibilität des Teiledurchsatzes verkürzen sich auch erheblich die Umrüstzeiten beim Wechsel des Teilesortimentes.

• Verseilen von Stahldrähten Das technologische Verfahren des Verseilens der einzelnen Drähte, des geregelten Erwärmens, des von der Zugkraft geregelten Reckvorganges sowie des Aufwickelvorganges des Verseilgutes wird in einem kontinuierlichen Prozess durch geregelte Einzelantriebe, die technologiebezogen gesteuert werden, realisiert. Bei einigen Verseilverfahren (z. B. Herstellung von Stahlcord) sind die Einzelantriebe zur Zugkraftregelung der Drähte (Stellmotor und Stromrichter) im Verseilkorb montiert und rotieren mit der jeweiligen Verseilgeschwindigkeit.