Eine Publikation der Binkert Medien AG
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Sensorloses Anfahren einer Parkposition ohne Encoder oder Hallsensoren : Ausgabe 01/2016, 13.04.2016

Platz sparen – Zuverlässigkeit erhöhen

Für die Regelung der Drehzahl von Werkzeugspindeln und im Speziellen für das Anfahren einer bestimmten Parkposition muss die Winkelposition des Rotormagnetfelds bekannt sein. Wo normalerweise Hallsensoren oder Encoder eingesetzt werden, kann mittels innovativer Sensorlos- technologie auf Sensoren im Motor verzichtet werden.

Bilder: Celeroton AG

Der Schweizer Spindelhersteller Meyrat aus Biel setzt für das sensorlose Anfahren einer Parkposition mit seinen Spindeln auf die Technologie von Celeroton und kann dabei auf Hallsensoren und Encoder in den Spindeln verzichten. In einer Anwendung wird die Spindel dazu verwendet, ein Werkstück für die anschliessende Bearbeitung zu positionieren und im Nachgang wieder zu beschleunigen. Das Anfahren einer definierten Parkposition ist auch für den automatischen Werkzeugwechsel hilfreich. Die Umrichter von Celeroton werden dabei durch die übergeordnete SPS der Anlage angesteuert, wobei der Winkel der gewünschten Parkposition auch darüber vorgegeben wird und vom Bediener der Maschine während des Betriebs variabel vorgegeben werden kann.

Deutlich weniger Anschlusskabel und Steckkontakte

Die Vorteile dabei sind, dass speziell bei Kompaktmotoren die Anzahl Anschlusskabel und Steckkontakte reduziert werden kann, was etwa bei Werkzeugspindeln kleiner Leistung in der Mikromaterialbearbeitung, Uhrenindustrie oder in der Medizinaltechnik grosse Vorteile bringt. Zudem verbessern sich die mechanische Stabilität und Rotordynamik – und damit die Maximaldrehzahl, da für den Winkelpositionssensor keine zusätzlichen Scheiben oder Magnete auf der Welle benötigt werden. Da mit dem Sensor eine ausfallanfällige Komponente weniger vorhanden ist, steigt auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.

Von Null bis eine Million Umdrehungen pro Minute

Celeroton offeriert verschiedene Verfahren für den Betrieb von Motoren und Werkzeugspindeln ab Stillstand bis zu 1 Mio. min–1. Für den Betrieb der Motoren bei sehr niedriger Drehzahl oder gar ab Stillstand, werden spezielle induktivitätsbasierte Verfahren der sensorlosen Positionsdetektion eingesetzt. Damit lässt sich auch eine Positionsdetektion und damit das Beschleunigen und Regeln ab Stillstand auch bei Motoren mit sehr grosser Symmetrie (kleine Schenkligkeit) realisieren. Aber auch für den Betrieb bei höheren Drehzahlen bis zu 1 Mio. min–1 oder für Motoren mit hohen Trägheitsmomenten existieren auf den Drehzahl- und Anwendungsbereich hin optimierte Verfahren. Dazu werden verschiedene Sensorlosverfahren mit unterschiedlichen Modulationsverfahren des Wechselrichters kombiniert, wobei sich die Kombinationen bezüglich Realisierungsaufwand unterscheiden. Ein Wechsel zwischen den einzelnen Verfahren mit dem gleichen Umrichter und ohne Ruckeln ist möglich. Für eine einfache Inbetriebnahme von verschiedenen Motoren und Anwendungen kommen heute Autotuning-Routinen zum Einsatz, die die Regel­parameter der Drehzahlregelung automatisch aus den ermittelten Werten berechnen. 

Infoservice

Celeroton AG
Industriestrasse 22, 8604 Volketswil
Tel. 044 250 52 20, Fax 044 250 52 29
info@celeroton.comwww.celeroton.com



Celeroton-Motor CM-2-500 mit Umrichter CC-75-500


Beispiel einer leistungsstarken und luftgekühlten Motorspindel der Serie MMO-72 Axial

Celeroton

Das Schweizer Hightechunternehmen Celeroton AG ist ein führender Hersteller von ultrahochdrehenden elektrischen Antriebssystemen mit Drehzahlen bis zu 1 Mio. min–1. Die Turbokompressoren, Umrichter und Permanentmagnetmotoren von Celeroton sind auf höchste Energieeffizienz und tiefstes Volumen und Gewicht ausgelegt. Anwendungen für die Turbokompressoren finden sich in der Luftversorgung von Brennstoffzellen, in Wärmepumpen und der Klimatechnik, bei der Beatmungstechnik und zur Sauerstoffanreicherung. Einsatzbereiche der ­Motoren und Umrichter sind in der Medizinal- und Dentaltechnik, bei Spindeln in der Mikromaterialbearbeitung, in rotierenden Spiegeln und Prismen für optische Systeme, Laser und Scanner.

Nachgefragt: Die Industrie sucht immer kompaktere Lösungen


Even Quirici, Projektleiter Meyrat SA

Weshalb entschieden Sie sich, beim Positionieren der Spindelwelle auf Hallsensoren und Encoder zu verzichten und stattdessen auf die Technologie von Celeroton zu setzen?

Aufgrund des Vorschlags eines Kunden, der eine günstigere Lösung suchte. Dieser brauchte ein preislich attraktives Positionierungsmittel, das aber ähnlich präzis sein sollte wie ein Encoder, der für diese Anwendung zu teuer war. Mit der Celeroton-Lösung haben wir einen sehr guten Kompromiss gefunden.

Wo sehen Sie die Vorteile des nun gewählten Ansatzes, bzw. was bringt es Ihren Kunden?

Die sensorlose Positionierungs­lösung von Celeroton ist sehr kompakt. Encoder oder Hallsensoren benötigen zusätz­lichen Bauraum in der Spindel. Weil die Maschinen unserer Kunden immer kleiner werden, steht uns immer we­niger Platz zur Verfügung. Es ist unser Job, den Kunden in dieser Lage zu helfen.

Ein Vorteil der Sensorlostechnologie ist der grosse Drehzahlbereich ab Stillstand. Wo sehen Sie weitere, spannende Anwendungsgebiete für diese Technologie?

Wir arbeiten gerne mit dem kreativen Team von Celeroton zusammen, da die Mitarbeiter über hohe Fachkompetenz und viel Know-how in modernen Antriebskonzepten verfügen. Wir wissen und sind der Überzeugung, dass wir mit Celeroton immer eine gute Lösung bei Antriebsproblemen finden. Wir können uns gut vorstellen, auch in Zukunft mit Celeroton in Projekten, wo höhere Leistungen gefragt sind, zusammenzuarbeiten.

Meyrat

Die Meyrat SA wurde 1947 in Biel gegründet, einer Region, die als die Wiege des Schweizer Werkzeugmaschinenbaus gilt. Das Unternehmen entwickelt und fabriziert standard- oder kundenspezifische Spindeln für kleine bis mittelgrosse Maschinen. Die Kunden sind in der Automobil-, Dental-, Elektronik-, Luftfahrt-, Medizintechnik- sowie Uhrenindustrie tätig und fertigen ihre Produkte mittels Anwendungen wie Bohren, Décolletage, Drehen, Fräsen, Gravieren, Schleifen usw.