Antriebs- und Steuerkomponenten

Peter Dietz,

Schwer auf Draht

Der serbische Maschinenbauer Mashtronics entwickelt und fertigt Anlagen für die automatisierte Verarbeitung von Drähten. Für eine neue Maschine zur Herstellung von Baustahlmatten suchte das Unternehmen nach antriebs- und steuerungstechnischen Komponenten, die gleichermaßen hohe Ansprüche an Präzision, Qualität und Durchsatz erfüllen. Fündig wurden sie bei Yaskawa.

Die präzise und schnelle Bewegung des Drahtes gewährleisten Servoantriebe aus der Reihe Sigma-5. © Tipteh

Ob richten, schneiden, flechten, biegen oder wickeln – die automatisierte Verarbeitung von Drähten ist komplex und stellt ganz eigene Anforderungen an die eingesetzten Maschinen. Die serbische Firma Mashtronics hat sich genau darauf spezialisiert. Von Mladenovac aus, 40 km südlich von Belgrad, liefert der Maschinenbauer entsprechende Anlagen nach ganz Osteuropa und auch in nordafrikanische Märkte. Das Erfolgsrezept des 1999 gegründeten Unternehmens besteht darin, anspruchsvolle Technik nach europäischen Standards zu vergleichsweise günstigen Preisen anbieten zu können. Ein wesentlicher Baustein dieser Strategie ist der Einsatz leistungsfähiger Antriebs- und Steuerungstechnik. Seit 2014 arbeitet Mashtronics in diesem Bereich mit einem erfahrenen Partner von Yaskawa zusammen: Der Automatisierungsspezialist Tipteh hat seinen Hauptsitz im slowenischen Ljubljana und ist mit eigenen Niederlassungen in mehreren südosteuropäischen Ländern präsent, darunter auch in Serbien.

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Drahtverarbeitungsmaschinen werden immer wieder optimiert, um ihre Produktivität weiter zu erhöhen – und um damit letztlich höhere Preise erzielen zu können. Produktivität heißt dabei: Bei identischer oder sogar größerer Exaktheit muss die Maschine höhere Taktzahlen gewährleisten. Das Produkt Draht bringt dabei zwei charakteristische Anforderungen mit sich: Das zu bewegende Material ist sehr schwer. Und es muss in der Produktion ab- und aufgewickelt werden.

In einer neuen Schneidemaschine für Stahldraht begegnen die Mashtronics-Konstrukteure diesen Anforderungen mit antriebs- und steuerungstechnischen Komponenten von Yaskawa, die perspektivisch dann auch in anderen Anwendungen, wie zum Beispiel in Drahtbiegemaschinen, zum Einsatz kommen sollen. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit Tipteh wurden zudem auch Parameter wie Drehmoment und Übersetzung neu berechnet. Im Vergleich zum Vorgängermodell konnte der Maschinenbauer die Produktivität damit deutlich steigern.

Servoantriebssystem Sigma-5

Die präzise und schnelle Bewegung des Drahtes gewährleisten Servoantriebe aus der Reihe Sigma-5, die beispielsweise über Profinet oder CANopen in die Gesamtlösung eingebunden sind. Die Servosystemreihe Sigma-5 von Yaskawa ist ein Servoantrieb, bestehend aus Servomotoren, Servoverstärkern und einer Inbetriebnahmesoftware Sigma Win+. Die Serie umfasst rotatorische Motoren, Direktantriebe und Linearmotoren. Die Standard-Modelle gewährleisten bei kurzen Positionierungszeiten eine Positioniergenauigkeit besser als 1 µm.

Die Servosystemreihe Sigma-5 besteht aus Servomotoren, Servoverstärkern und der Inbetriebnahmesoftware Sigma Win+. © Yaskawa

Für die Einbindung in umfassende Automatisierungslösungen bestehen neben Profinet auch modulare Schnittstellen zu EtherCAT, CANopen, Powerlink sowie Mechatrolink II und III. Mithilfe der Autotuning-Funktion, einer automatischen Filterfunktion zur Vibrationsunterdrückung, laufen sie dabei auch bei niedrigen Drehzahlen ruhig und vibrationsarm. Damit ist ein optimaler Betrieb auch in hochpräzisen Anwendungen garantiert. Gleichzeitig reduziert sich der Maschinenverschleiß.

Inbetriebnahme und Diagnose von Sigma-5-Komponenten erfolgen einfach und schnell über die benutzerfreundliche Software SigmaWin+. Manuelle Einstellungen oder spezielle Fachkenntnisse sind nicht notwendig. Der Autotuning-Algorithmus erlaubt zum Beispiel das Einrichten von zwei Achsen in Höchstleis-tungsmaschinen in weniger als zwei Stunden – statt der sonst üblichen acht.

Für eine neu entwickelte Maschine zur Herstellung von Baustahlmatten nutzt Mashtronics Servoantriebe, Frequenzumrichter und eine Maschinensteuerung von Yaskawa. © Tipteh

Unabhängig davon, ob ein Draht ab- oder aufgewickelt wird, muss die Regelungs- und Antriebstechnik komplexe Aufgaben erfüllen. So ändert sich beispielsweise permanent der Rollendurchmesser, worauf Geschwindigkeit und Drehmoment des Motors abzustimmen sind, um eine konstante Spannung der Materialbahn zu gewährleisten. In der von Mashtronics konstruierten Maschine übernimmt diese Aufgabe ein Frequenzumrichter V1000. Wo Permanentmagnet-Motoren präzise und sicher zu steuern sind, bietet diese Frequenzumrichterserie eine ebenso zuverlässige wie effiziente Lösung. Mit seiner hochdynamischen Stromvektor-Regelung (Open Loop Vector) treiben die Umrichter sowohl Asynchron- als auch Permanentmagnet-Synchronmotoren im Leistungsbereich 100 W bis 15 kW optimal an.

Eingeführt als Kompaktfrequenzumrichter der Welt, zeichnet sich der V1000 durch einen geringen Platzbedarf aus. Über seine kompakten Abmessungen hinaus erlaubt er eine sogenannte Side-by-Side-Montage, also die Installation mehrerer Geräte direkt nebeneinander. Damit benötigen die Umrichter im Schaltschrank wenig Raum. Ein Hybridkühlkörper aus einer Speziallegierung gleicht dabei den reduzierten Belüftungs-effekt aus und verhindert so eine Überhitzung der Umrichter.

Die Regelungs- und Antriebstechnik muss komplexe Aufgaben erfüllen. Diese übernehmen V1000-Frequenzumrichter.

Über eine integrierte Dual-Rating-Funktion kann der Frequenzumrichter bei Anwendungen, die geringe Überlast erfordern, mit 120 Prozent Überlast im Normal-Duty-Betrieb arbeiten. Somit ist ein vergleichsweise kleinerer Frequenzumrichter in der Lage, die Arbeit zu leisten, für die ansonsten ein größerer benötigt würde. Der Bremswiderstand reduziert die Tieflaufzeit zudem um 50 Prozent. Nicht zuletzt ermöglicht der V1000 die schnelle Reaktion auf Last- und Drehzahl-änderungen, was die Maschinenleistung optimiert.

Maschinensteuerung behält Kontrolle

Die Abläufe in der Maschine werden vom Kontrollsystem MP2600iec gesteuert. Dabei handelt es sich um eine Steuerung für 1,5-Achs-Anwendungen, die sich als Modul direkt auf die Sigma-5-Servoverstärker aufstecken lässt. Die Entwicklungsoberfläche IEC ermöglicht auf Basis von PLCopen Motion eine einfache, schnelle und übersichtliche Programmierung nach IEC-61131-3-Standard.

Die Maschinensteuerung eignet sich besonders für eigenständige Teilmaschinen in modularen, mechatronischen Maschinenarchitekturen. Durch die Integration von Motion-Control-Funktionen, SPS und Antriebsregelung in einer Baugruppe lassen sich komplette Teilmaschinen automatisieren.

Mit seiner Stromvektor-Regelung treiben die Umrichter sowohl Asynchron- als auch Permanentmagnet-Synchronmotoren von 100 W bis 15 kW an.

Die 1,5-Achs-Steuerung ist Bestandteil der Controller-Familie MP2000iec, die sich insbesondere für Mehrachsanwendungen eignet. Die MP2600iec arbeitet in 1,5-Achs-Anwendungen wie Wickler, Querschneider, Fliegende Säge oder Druckmarken- und Registersteuerung, Labelling sowie Kurvenscheiben. Die mit dem Motion Modul automatisierte Teilmaschine erhält dabei den Leitwert von einem Master-Encoder und synchronisiert seine Slave-Achse auf diesen Leitwert. Durch den modularen Aufbau lassen sich die Teilmaschinen einzeln testen und in Betrieb nehmen.

Das MP2600iec eignet sich für die Kommunikation mit Ethernet I/P, Modbus TCP, OPC Server und Web Browser. Es verfügt neben dem Master-Encoder-Eingang über jeweils acht digitale Ein- und Ausgänge sowie je einen Analog-Ein- und -Ausgang. Alle integrierten Ein- und Ausgänge sind frei programmierbar.

Peter Dietz, Key Account Manager Drives, Motion & Controls Division bei Yaskawa Europe

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