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Dezentrales Servoantriebssystem für modulare Maschinenkonzepte: Ausgabe 01/2019, 01.04.2019

Minimaler Schaltschrankplatz und optimiertes Maschinendesign

Das Servoantriebssystem AMP8000 unterstützt die Umsetzung modularer Maschinenkonzepte, da der Servoantrieb direkt in den Servomotor integriert wurde. So verlagert sich die Leistungselektronik in die Maschine, was den Platzbedarf im Schaltschrank auf nur ein einziges Koppelmodul reduziert. Optimiert wird das modulare Maschinendesign durch dezentrale Verteilermodule und die EtherCAT-P-Verkabelung.

Bilder: Beckhoff

Das AMP8000-System ergibt eine signifikante Einsparung von Verkabelungsmaterial, Schaltschrankplatz sowie Montageaufwand und -kosten. Zusammen mit der hohen Flexibilität im Topologieaufbau sind optimale Voraussetzungen für eine konsequente Maschinenmodularisierung gegeben – und damit auch für kundenspezifische Anpassungen.

Teil der bisherigen Verlustleistung im Schaltschrank entfällt
Die Minimierung des Schaltschranks entsteht nicht allein durch den geringeren Platzbedarf. Mit entscheidend ist, dass durch die Dezentralisierung der Leistungselektronik auch ein Teil der bisherigen Verlustleistung im Schaltschrank entfällt. Damit kann dieser kompakter gebaut und die entstehende Wärme dennoch ausreichend abgeführt werden. So ergibt sich insgesamt ein optimales Antriebskonzept für modulare Maschinen – mit einem kleineren und näher an die Maschine rückenden Schaltschrank. Zudem führt nur noch ein einziges, kürzeres Kabel vom Schaltschrank in die Maschine, wo sich dann die dezentralen Servoantriebe mit einer optimierten Verkabelung anschliessen lassen. All das reduziert insbesondere bei hochmodularen Konzepten die Komplexität und führt zu deutlich reduzierten Leitungslängen und minimiertem Verkabelungsaufwand.

Dezentraler Aufbau mit drei Systemkomponenten
Das AMP8000-System umfasst drei unterschiedliche Komponenten: Ein wahlweise ein- oder zweikanaliges Koppelmodul bildet den Startpunkt als einzige noch im Schaltschrank zu montierende Komponente. Es stellt die Verbindung des Zwischenkreises (DC-Link), der 24-VDC-Vorsorgung und der EtherCATKommunikation her. Für den Einsatz mit dem Hochleistungs-Multiachs-Servosystem AX8000 wird das Koppelmodul AX883x an das AX8000-Einspeisemodul angeschlossen, um mit einem oder zwei Abgängen die IP65Welt anzubinden.
Diese Leistung wird zunächst an ein Verteilermodul AMP8805 als zweite Systemkomponente weitergegeben. Dieses versorgt als im Maschinenlayout integrierte IP65-Komponente bis zu fünf dezentrale Servoantriebe AMP80xx. Dabei lässt es sich entweder direkt (brick style) oder über einen als Zubehör verfügbaren Winkel montieren (book style) und so ideal an die Maschinengegebenheiten anpassen. Das Verteilermodul verfügt über eine integrierte Kapazität von 1120 µF zur Stützung des Zwischenkreises. Über einen zusätzlichen EtherCAT-P-M8-Ausgang lassen sich bei Bedarf EtherCAT-P-Box-Module z.B. für I/Os oder für ein zweites Feedbacksystem einfach und schnell ankoppeln.
Die dritte Systemkomponente ist der dezentrale Servoantrieb AMP80xx. Da durch die integrierte Leistungselektronik lediglich die bei der Montage meist unkritische Baulänge gegenüber dem Standardmotor vergrössert wurde, lässt sich ein vorhandenes Maschinendesign ohne Modifizierung übernehmen. Erhältlich sind die dezentralen Servoantriebe AMP80xx in den Flanschgrössen F4 und F5. Zur Verfügung stehen verschiedene Ausführungen mit 0,61 bis 1,18 kW Nennleistung und 2,0 bis 4,8 Nm Stillstandsdrehmoment (F4) bzw. 1,02 bis 1,78 kW Nennleistung und 4,1 bis 9,7 Nm Stillstandsdrehmoment (F5).

Per EtherCAT P durchgängig verkabelt und kaskadierbar
Verbunden werden die Komponenten des AMP8000-Systems durchgängig mit einer einheitlichen Leitung für die One Cable Automation (OCA) – mit immer gleichem Querschnitt und Steckverbinder. Dabei handelt es sich um eine dynamische, schleppkettentaugliche EtherCAT-P-Leitung mit ECP-B23-Steckverbinder, also um die Einkabellösung als Hybridkabel zur Kombination von EtherCAT P (Kommunikation plus 24-V-System- und Peripheriespannung) mit zusätzlichen Leistungsadern. Dabei erleichtern vorkonfektionierte Anschlussleitungen die Logistik erheblich und minimieren die Fehler während der Verkabelung.
Über das Verteilermodul ist das AMP8000System auch kaskadierbar. So lassen sich selbst hochkomplexe Maschinen und Anlagen in einem einfachen, übersichtlichen Topologie- aufbau realisieren. Hierzu schliesst man an die Modulabgänge anstelle dezentraler Servoantriebe ein oder mehrere weitere Verteilermodule an. So können beispielsweise über ein Haupt-Verteilermodul fünf Untermodule versorgt werden, an die zusammen maximal 25 dezentrale Servoantriebe anschliessbar sind – eine ausreichende Leistungsversorgung der einzelnen Motoren vorausgesetzt.

Konstruktiv optimale Antriebsintegration
Die Integration des Antriebs ist beim AMP80xx durch den Einsatz neuester Endstufentechnologien sehr kompakt umgesetzt worden. Für die zu den entsprechenden Standardservomotoren der AM8000-Baureihe identischen Anbaumasse sorgt das am hinteren Wellenende des Servomotors angebrachte Leistungsmodul. Lediglich die Baulänge ist um ca. 7 cm grösser. Für Maschinenbauer bedeutet dies einen nur minimalen zusätzlichen Platzbedarf sowie die Möglichkeit des einfachen Konzeptwechsels – ohne die Notwendigkeit zu konstruktiven Änderungen.

Infoservice
Beckhoff Automation AG
Rheinweg 7, 8200 Schaffhausen
Tel. 052 633 40 40, Fax 052 633 40 55
info@beckhoff.ch, www.beckhoff.ch

 



Das dezentrale AMP8000-System lässt dem Maschinenbauer die Wahl, bei gleichem Maschinendesign auf konventionelle oder dezentrale Antriebe zurückzugreifen


Das AMP8000-System ist modular und kaskadierbar – aufgebaut aus dem Koppelmodul AX883x bzw. AX503x, dem Verteilermodul AMP8805 und den dezentralen Servoantrieben AMP80xx


Der Vergleich des konventionellen Aufbaus mit der kompletten Antriebselektronik im Schaltschrank (oben) mit dem des AMP8000-Systems (unten) verdeutlicht die einfache Verkabelung

Nachgefragt

Optimales Antriebssystem für modulare Maschinen


Andreas Golf, Produktmanager Antriebstechnik, Beckhoff

Für welche Anwendungen eignet sich das AMP8000 besonders gut?
Das dezentrale Antriebssystem eignet sich besonders für den Bereich des modularen Maschinenbaus, wo Flexibilität, minimaler Platzbedarf und einfache Erweiterbarkeit wichtige Voraussetzungen für den Erfolg einer Maschinenserie darstellen. Immer häufiger ist der für die Maschine benötigte Platz sehr begrenzt und kostspielig.

Bis zu welcher Grösse lässt sich das System ausbauen?
Die maximal mögliche Achsanzahl ist nicht durch die Anzahl, sondern nur durch die Strombelastung begrenzt. Ob eine vorliegende Zusammenstellung grenzwertig ist oder nicht, lässt sich jedoch sehr einfach mit Hilfe unseres Motion Designers prüfen.

Wie hoch ist das Einsparpotenzial bei Verkabelung und Montageaufwand?
Wir haben eine durchschnittliche Achsanzahl von acht Motoren pro Maschine berechnet. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Schaltschrank durchschnittlich 15 m von der
Maschine entfernt ist. Diese acht Motorleitungen werden nun durch eine einzige OCA-Leitung ersetzt. Rechnet man dann das Verteilermodul und acht Mal die kurzen Leitungen zu den dezentralen Motoren hinzu, ergeben sich je nach Konstellation ca. 10 bis 15 % geringere Kosten zugunsten der dezentralen Lösung.

Wie wird das AMP8000-System zukünftig weiter ausgebaut?
Unser AMP8000 wird sowohl in Richtung kleinerer als auch grösserer Leistung ausgebaut. Das System eignet sich für Leistungen bis zu 3,5 kW; die bisherigen Flanschgrössen F4 und F5 werden mit entsprechenden Pendants in Flanschgrössen F3 und F6 ergänzt.