Know-how in Entwicklung und Fertigung

Der AutorDipl.-Ing. Rolf Gerhardt, Leiter Vertrieb Antriebselektronik, bei Sieb & Meyer in Lüneburg

Bei spezialisierten Nischenanwendungen stellen die auf den Massenmarkt ausgerichteten Standard-Frequenzumrichter keine oder nur eine suboptimale Lösung dar. Anders verhält es sich bei den maßgefertigten Produkten von Sieb & Meyer. „Gerade in sehr spezialisierten Branchen werden spezielle, auf die Anwendung zugeschnittene Frequenzumrichter benötigt“, so Torsten Blankenburg, Vorstand Technik. „Hier setzen wir mit unseren Produkten an, die wir in Abstimmung mit dem Kunden konstruieren.“ Unter anderem bei Innenrundschleifmaschinen bestehen spezielle Anforderungen an den Frequenzumrichter: Hier muss z.B. ein sensorloser Betrieb von Asynchron- und Synchronspindeln bis 250.000 /min ermöglicht werden. Dabei darf sich der Motor jedoch nur geringfügig erwärmen, um die geforderte hohe Qualität der Bearbeitung zu gewährleisten. Eine weitere wichtige Rolle spielt die Flexibilität der Maschine: Ein einfacher und schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen Schleifspindeln muss möglich sein – entsprechend sollten sich verschiedene Motorparametersätze speichern lassen. Einen Sonderfall stellen auch Niedervolt-Bearbeitungsspindeln für Dentallabor-Anwendungen und kleine CAD/CAM-Fräsmaschinen dar: Sie werden über DC-Spannungen versorgt, ein sensorloser Betrieb von Synchron- und Asynchronmotoren muss bis 120.000 /min gewährleistet sein. „Frequenzumrichter für diese Geräte werden häufig aufgrund des beschränkten Einbauvolumens nur als Einbauplatine, also ohne Gehäuse benötigt“, ergänzt Blankenburg. „Die hier genannten Einsatzbereiche stehen dabei nur exemplarisch, die Wünsche der Kunden sind vielfältig.“ So erhalten die Experten auch vielfach Anfragen, ob Ausgangsfrequenzen über 800 Hz zusammen mit einer geberlosen Regelung von HS-Synchronmotoren realisiert werden können – denn bei Standard-Lösungen sind Hard- und Software hierfür nicht ausgelegt. „Entsprechend der jeweiligen Anforderungen entwickeln wir die individuellen Lösungen“, so der CTO. Das Unternehmen entwickelt die kundenspezifischen Frequenzumrichter vor allem auf Basis der bewährten Antriebsverstärker-Baureihe SD2S. Sie ist geeignet für Hochgeschwindigkeits-Applikationen, die regelungstechnisch den hohen Anforderungen hinsichtlich Motorverlusten und Dynamik entsprechen. Die Lösungen bieten eine dynamische sensorlose Regelung von HS-Asynchron- und Synchronmotoren und sind bei Ausgangsfrequenzen bis zu 8.000 Hz (480.000 /min bei einem 2-poligen Motor) einsetzbar. Derart hoch drehende Motoren lassen aufgrund des geringen Rotorvolumens nur eine geringe Erwärmung zu. Der Antriebsverstärker stellt jedoch sicher, dass diese Erwärmungsprobleme erst gar nicht entstehen.

Der Betrieb von Schleifmaschinen etwa gestaltet sich mit dem Antriebsverstärker komfortabel: Das System kann bis zu 64 Motorparametersätze speichern. Die Anwahl der Parametersätze kann dabei über die digitalen Eingänge codiert werden oder alternativ über die integrierten Datenschnittstellen erfolgen.

„Aufbauend auf diesem Produkt haben wir in den vergangenen Jahren zahlreiche individuelle Frequenzumrichter für Kunden konzipiert und umgesetzt“, so Blankenburg. Dazu zählt z.B. eine FU-Lösung für die Schmoll Maschinen GmbH, mit der bis zu acht Asynchronspindeln parallel mit Drehzahlen von bis zu 400.000 /min betrieben werden können. Unabhängig von der gewählten Spindelanzahl ist zu jeder Zeit ein optimaler und sicherer Spindelbetrieb gewährleistet. Durch eine Anpassung der Geräteabmessungen lässt sich der Umrichter einfach und kostengünstig integrieren, zudem wurde eine direkte Einspeisung aus der maschinenseitig zur Verfügung stehenden DC-Versorgung realisiert. Eine besondere Herausforderung erwartete die Norddeutschen bei einem Frequenzumrichter für eine Rundtaktmaschine: Bis zu 60 unterschiedliche HS-Spindeln sollten unabhängig und sensorlos angetrieben werden. Dafür konzipierte der Hersteller ein kompaktes Powerpack mit jeweils einem Netzteil und bis zu acht angeschlossenen Doppelumrichtern, das somit insgesamt 16 einzelne Drives bietet. Realisiert wurde zudem eine optimierte Profibus-Ankopplung über ein Modul für bis zu zehn Umrichter. Zertifizierte Sicherheitsfunktionen zum Beispiel für STO (Safe Torque Off) wurden für die 60 Einzelantriebe gebündelt und belegen nur einen PLC/CNC-Eingang. Für den Motorschutz ist zudem ein du/dt-Filter in die Umrichtermodule integriert. Aber auch ein so umfassendes System wie der SD2S gelangt einmal an seine Grenzen: „Steuerungen oder komplexe Positionieraufgaben können wir auf Basis unseres Antriebsverstärkers zum Beispiel nicht umsetzen“, so Blankenburg. Die Konsequenz: Die Lüneburger Spezialisten entwickelten eine neue Plattform im Sinne eines modularen Entwicklungsbaukastens. Wichtige Faktoren waren eine Erweiterung der Bus-Schnittstellen sowie eine Anpassung der Rechenleistung. Zudem sollten komplexe Funktionsabläufe unterstützt werden. Im Jahr 2011 schließlich wurde die Antriebsplattform SD3 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. Entstanden war eine umfassende Lösung für komplexe autarke Antriebsaufgaben, die sich kundenspezifisch flexibel anpassen lässt. Neben einer offenen Systemarchitektur profitieren Anwender von einem Spektrum an Zusatzleistungen mit hoher Wertschöpfung. Auch erweiterte Anforderungen wie Web-Server lassen sich nun berücksichtigen. „Stand der Technik ist es, Antriebselektronik maximal mit einer eingeschränkten SPS-Funktionalität auszurüsten“, so Blankenburg. „Funktionen wie ein Web-Server können nur mit Hilfe übergeordneter PC-Technologie realisiert werden, unsere Entwicklungsplattform stellt die Basisfunktionen bereit, die ansonsten nur mittels eines PCs realisierbar sind.“ jg

Sieb & Meyer AG

Lüneburg

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