Seit der Jahrhundertwende steht der Begriff M-Drive für die Integration von Steuerungen in Schrittmotoren. Als die Zeit reif war für die Integrationsidee gab es zwar schon Parallelentwicklungen am Markt, doch die Intelligent Motion Systems hat als erstes Unternehmen Schrittmotoren mit direkt angebauter Steuerung und einem Controller in Serie angeboten. Heute blickt der Vertriebspartner Koco Motion zurück und präsentiert den aktuellen Entwicklungsstand der kleinen, netzwerkfähigen Schrittmotoren.
Die Autorin:Angela Struck istfreie Journalistin in Langenpreising
Obwohl heute schon die dritte Generation der integrierten Schrittmotorantriebe M Drive auf dem Markt ist, sind die meisten Varianten der ersten Generation immer noch Stand der Technik. In den vergangenen Jahren haben die Entwickler nicht nur ihre Variantenvielfalt für ein breiteres Anwendungsspektrum weiterentwickelt, sondern sie machten diese insbesondere fit für den Umbruch in der industriellen Produktion. Angefangen von der ursprünglich einfachen Takt-/Richtungs-Ansteuerung bis hin zum Hightech-Mo-tion-Control-System mit hochauflösendem Mikroschritt, Feldbussen und I/Os sind dies Antriebe heute Industrie-4.0-fähig und damit für die Zukunft bestens gerüstet.
Es begann in der Garage
Es war einmal eine Garage in Connecticut, genauer gesagt die Garage des David Coutu, in der er im Jahr 1986 die IMS (Intelligent Mo-tion Systems) Inc. gründete und eine von ihm entwickelte neue Schrittmotorsteuerung vermarktete. Im Jahr 1989 lernte Coutu seinen künftigen Partner Gerhard Kocherscheidt, heute Geschäftsführer von Koco Motion, kennen. Dieser hatte über einen amerikanischen Kollegen Steuerungsmodule von IMS gekauft. Im Jahr 2001 gründeten Coutu und Kocherscheidt dann die IMS Europe GmbH, eine europäische Vertriebszentrale in Villingen-Schwenningen. Unter den zu vertreibenden Produkten befand sich auch die erste Generation der integrierten Schrittmotorantriebe M-Drive mit eigens entwickeltenASICs.
Die Antriebe, die sich im Partymode auf bis 64 Stück miteinander synchronisieren lassen, gestatteten den Bau sehr kompakter Maschinen und Apparate. Das M-Drive-Paket umfasst neben einem starken Hybrid-Schrittmotor einen leistungsfähiger, programmierbaren Controller mit Onboard-Ein-/Ausgängen, eine leistungsfähige Mikroschritt-Ansteuerung mit bis zu 256 Mikroschritten/Vollschritt sowie einen integrierten Encoder für Closed-Loop-Betrieb. Das Hardware-basierte System hMTechnology (hMT) realisiert die Closed-Loop-Funktion. Diese servoähnliche Regelung verhindert das Außer-Tritt-Fallen des Schrittmotors durch Herunterregeln der Drehzahl und beugt so dem unerwarteten Blockieren bei Überlast vor. Die Kombination aus Leistungsfähigkeit und Robustheit gestattet eine große Anzahl von dezentralen Automatisierungseinsätzen. Als Schnittstellen für gängige Industrie-Protokolle gab es damals die RS232 und RS485.
Die zweite Generation
Im Jahr 2006 kam die zweite Generation der integrierten Schrittmotorantriebe auf den Markt. Sie wurde mit einem neuen ASIC ausgestattet: Es enthielt sowohl die Grundbausteine der Mikroschrittansteuerung als auch den Motion Controller und einen voll programmierbaren RISC-Prozessor-Kern (Reduced Instruction Set Computer). Durch den Abschluss dieser langjährigen strategischen ASIC-Entwicklung wurden die Ansteuerungen der integrierten Antriebe verbessert und vereinfacht. Die Baureihen wurden durch Varianten mit eingebauten Netzteilen zum direkten Betrieb vom 120 V/240 V AC-Netz ergänzt und standen damit für die Verpackungsindustrie und den Maschinenbau zur Verfügung. Die Entwicklung wurde permanent weiter betrieben: Funktionen wurden erweitert, Schnittstellen sowie analoge und digitale Ein- und Ausgänge integriert. Die Schrittmotorensysteme mit rotierenden Wellen wurden schon bald ergänzt durch integrierte Linearachsen. Im Jahr 2008 wurde die IMS Europe in Koco Motion umbenannt.
Die dritte Generation ist Industrie-4.0-fähig
Forderungen nach netzwerkfähigen Motoren und die fortschreitende Industrie-4.0-Umsetzung führten 2013 zur dritten Generation der Schrittmotorantriebe – erstmals unter dem Schneider-Label Lexium- M-Drive (LMD). Heute bieten diese Antriebe etliche Variationsmöglichkeiten: Die integrierten Antriebe gibt es in kompakter Form in den Flanschmaßen NEMA 14 bis NEMA 34. Die Ausführungen in NEMA 17, NEMA 23 und NEMA 34 sind mit den besonders robusten M12-Schraubanschlüssen versehen. Damit werden sie der Schutzart IP65 gerecht. Für die netzwerkfähigen Schrittmotorantriebe stehen heute Schnittstellen und Feldbussysteme zur Verfügung wie Takt/Richtung, RS-422/485, CANopen sowie Ethernet-basierende Protokolle, Modbus/TCP, Ethernet/IP und Profinet IO. Bis zu acht Ein-/Ausgänge stehen zur Steuerung weiterer Funktionen zur Verfügung. Alle notwendigen Steuerungsarten sind realisierbar: Geschwindigkeits-Mode, Positionier-Mode, Torque-Mode. Die Antriebe bieten Drehmomente bis 7 Nm an der Motorwelle und sind optional auch mit Getriebe erhältlich. Schrittmotoren mit High-Torque-Option bieten bis zu 50 % mehr Drehmoment in der Baugröße NEMA 23. Mit der Lexium-Software-Suite lassen sich die Antriebe für alle elektrischen Schnittstellen einfach parametrieren oder programmieren. In der jüngsten Weiterentwicklung Lexium Motion Modul findet der Anwender einen leistungsfähigen, programmierbaren Controller mit H-Brückentreiber. Dieses bietet die Flexibilität eines Chipsets mit der Leistung und den Spezifikationen der Lexium- M-Drives inklusive einer M-Code-Programmiersprache.
Mit all diesen Ausstattungsmerkmalen eignen sich die integrierten Schrittmotorantriebe mit separaten Steuerungen und Controllern für viele verschiedene Anwendungsfällen in den Branchen Medizintechnik, Verpackungstechnik, Geräte- und Apparatebau, Automatisierung und Maschinenbau. jg
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