Optimierung linearer Motion-Anwendungen
Elektronik und Pneumatik kombinieren
Durch die Kombination elektrischer und pneumatischer Antriebstechnik lassen sich Effizienz und Flexibilität in komplexen Anlagen und Prozessen steigern. Doch wie können die beiden Techniken konkret zusammenwirken? Und welche Aspekte sind für die Wahl eines geeigneten hybriden Systems entscheidend?
Bei der Entwicklung von Motion-Control-Anwendungen für industrielle Anlagen müssen Erstausrüster (OEMs) zahlreiche technische und wirtschaftliche Faktoren berücksichtigen. Viele industrielle Anlagen nutzen für lineare Bewegungen entsprechende Antriebe mitsamt Motion-Control, wobei pneumatische und elektrische Linearantriebe zu den bei OEMs beliebtesten Technologien gehören. Die beiden Technologien haben ihre spezifischen Stärken: Pneumatische Systeme gelten als robust und einfach zu bedienen und zu warten, elektrische als intelligent, schnell und präzise.
Prozesse und Anwendungsprioritäten haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Nachhaltigkeit hat heutzutage in fast allen Branchen oberste Priorität, während die Prozesse zugleich komplexer geworden sind und präzisere, effizientere Bewegungen erfordern. Mehr Funktionen konzentrieren sich auf engerem Raum mit weniger Komponenten. Und noch etwas Wichtiges hat sich geändert: OEMs müssen sich nicht mehr für nur eine Technologie entscheiden. Hybride Automatisierungssysteme vereinen die Stärken der pneumatischen und elektrischen Technologien und bieten so den größten Nutzen für komplexe Bewegungssteuerungen.
Technologieübergreifende Automatisierung
Es gibt viele Angebote für Bewegungssteuerungen, wobei es verwirrend sein kann, sich zwischen ihnen zu entscheiden. Wann verwenden OEMs elektrische Systeme, wann pneumatische und wann beide? Bei der Auswahl von Motion-Komponenten gibt es einige Aspekte zu berücksichtigen. Erfüllen sie die Anforderungen an Leistung, Flexibilität und Präzision der Anwendung? Wie hoch sind die Anfangskosten für Betrieb und laufende Wartung? Wie wirken sie sich auf die Energieeffizienz der Anlage aus? Wie lassen sich die Motion-Control-Produkte mit anderen Geräten zusammenführen? Können sie Daten erfassen und den Gerätezustand analysieren? Wird es dadurch einfacher und schneller, eine Anlage zu konzipieren? Wie sieht die Lernkurve für neue Technologien aus?
Pneumatische und elektrische Bewegungssteuerungen haben je nach den Erfordernissen der Anwendung unterschiedliche Vorteile, sodass eine Anwendung von einer oder beiden Varianten profitieren kann. Bei einigen Anwendungen liegt es auf der Hand, welche die beste Lösung ist. Bei einem einfachen Mechanismus zum Schieben von Kisten von einem Förderband ist ein Pneumatikzylinder am sinnvollsten. Sollen diese Kisten jedoch auf verschiedene Linien oder Positionen auf dem Förderband sortiert werden, ist ein elektrischer Antrieb mit mehreren Positionen angebracht.
Für komplexere Anwendungen kann die Wahl schwieriger werden. Dies zeigt, dass viele Anwendungen aus der Verwendung beider Systeme den größten Nutzen ziehen können. Bei Abfüllanwendungen können elektromechanische Zylinder über einen pneumatischen Anschluss Druckluft nutzen. In Montagesystemen kann ein elektrisches, mehrachsiges Linearsystem einen pneumatischen Greifer verwenden. Und eine elektrische Linearachse, die in vertikaler Richtung betrieben wird, kann einen Pneumatikzylinder zum Gewichtsausgleich einsetzen. Mit technologieübergreifender Automatisierung können OEMs die sich ergänzenden Stärken der pneumatischen und elektrischen Antriebstechnik in ein und derselben Anwendung nutzen und die Vorteile an ihre Kunden weitergeben.
Wie können die beiden Technologien nun zusammenwirken? Ihre individuellen Möglichkeiten sind im Folgenden zusammengefasst.
Pneumatische Bewegungssteuerung
Die pneumatische Bewegung wird durch ein komprimiertes Gas erreicht, das physikalisch auf einen Mechanismus wirkt, um die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Pneumatische Geräte haben sich in puncto Material, Konstruktion und Installation als robust erwiesen, wobei zur Aufrüstung einer Pneumatikanlage meist weniger Komponenten ersetzt werden müssen als bei einem Servosystem.
Das bekannteste Beispiel für eine pneumatische Bewegungssteuerung ist ein Zylinder mit Kolben, der eine lineare Bewegung erzeugt. Dies mag der Grund dafür sein, dass Pneumatik oft als separate Bewegungstechnologie betrachtet wird, die nur zum vollständigen Aus- oder Einfahren eines Mechanismus geeignet ist. Kontinuierliche Innovation der Anbieter von Bewegungssteuerungen hat das Spektrum der Möglichkeiten jedoch erweitert. Eine kontinuierliche Drehbewegung lässt sich beispielsweise mit Vierteldrehantrieben erreichen.
Sensoren und Durchflussregelungen sind ebenfalls verfügbar, um den Betrieb zu überwachen und zu optimieren, während die Differenzdruckregelung eine fortlaufende pneumatische Positionierung ermöglicht. Mit relativ kleinen elektropneumatischen Ein/Aus-Magnetventilen oder modulierenden Stellventilen wird ein geregelter Druck gegen einen konstanten Gegendruck erzeugt. Die Bediener können die Position manuell über Tasten und Schalter oder automatisch über eine SPS oder einen Loop-Controller steuern.
Elektrische Bewegungssteuerung
Elektrische Aktoren in Kombination mit Servomotoren erreichen hohe Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz und erzeugen Bewegungen durch Umwandlung von Elektrizität in Rotations- oder Linearbewegung. Die geschlossenen Regelsysteme umfassen typischerweise komplexere Komponenten und Konstruktionsverfahren als pneumatische Bewegungssysteme, etwa Bewegungsregler, Servoantrieb, Motor und Rückmeldesensor.
Zu jedem Servomotor gehört ein Antrieb, der den Befehlssignalen für die gewünschte Funktion folgt und genaue Positionierung, präzise Winkelgeschwindigkeiten und variable Beschleunigungsprofile sicherstellt. Servosysteme können dadurch Positionierbewegungen für verschiedene Anwendungen steuern, von einem Roboterarm bis hin zu kontinuierlich rotierenden Förderern. Weil es sich bei Servoantrieben und -reglern um Mikroprozessorgeräte handelt, verfügen sie von Haus aus über ein hohes Maß an On-Board-Funktionalität und bieten sowohl lokale als auch Ferndiagnose und Datenprotokollierung für Dashboards.
Der Anschluss von SPSen und anderen Steuerungen an Servosysteme unterstützt OEMs dabei, eine noch fortschrittlichere Bewegungssteuerung und Synchronisation zu erreichen. Zu den Spezialfunktionen gehören die präzise Positionierung mit einer Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich, die elektronische Nockensteuerung sowie elektronische Getriebe, von denen auch komplexe Anwendungen wie Zerspanung, Robotik und Fertigungsanlagen profitieren.
So lässt sich beispielsweise eine Verpackungslinie von mechanischen Nockenscheiben auf ein Servosystem mit elektrischen Nockenscheiben umstellen. Während der Formatwechsel bei mechanischen Scheiben komplex, zeitaufwendig und fehleranfällig ist, erfolgt die maschinelle Umstellung bei elektrischen Nockenscheiben auf Knopfdruck. Das spart Zeit, erhöht die Genauigkeit, minimiert den Ausschuss und senkt die Kosten.
- Elektronik und Pneumatik kombinieren
- Hybride Bewegungssteuerung
Lesen Sie mehr zum Thema
