Kraftvoll, schnell und präzise

Bei vielen Handlings- und Automatisierungsaufgaben ist es erforderlich, Werkstück oder Werkzeug in Position zu drehen. Die Anforderungen an die Schwenkeinheiten sind dabei groß: Schnelle, präzise Bewegung, gleichförmiger Lauf, Wartungsarmut etc. Diese Anforderungen ließen sich praktisch nur schwer kombinieren; kraftvoller Pneumatik fehlt die Positioniergenauigkeit, kompakten elektrischen Antrieben die nötige Leistung. Eine neuartige Kombination beider Antriebskonzepte setzt jetzt neue Maßstäbe für Schwenkeinheiten.

Eine einfache, kräftige Drehbewegung erhält man, wenn zwei Pneumatikzylinder per Kolbenzahnstange auf eine Welle mit Ritzel wirken. Je nach Kolbenfläche und Druck können so erhebliche Kräfte in die Welle eingeleitet werden. Der Nachteil dieser Lösung, Gase sind kompressibel, eine feste definierte Position schnell anzusteuern ist so auch mit hohem Steuerventilaufwand kaum möglich. Geht man zu elektrischen Antrieben über, so fehlt bei kleinem Bauraum leider die nötige Kraft.    

Der Handlingsspezialist Schunk löste nun dieses vordergründige Dilemma durch Kombination beider Antriebsvarianten. Für die elektrische Antriebskomponente holte er den Kleinstmotorenspezialist FAULHABER aus Schönaich mit ins Boot. So entstand eine kompakte, präzise und leis­tungsfähige Schwenkeinheit.

Kraftvoll auf den Punkt gedreht

Das neue Antriebskonzept setzt auf die Ergänzung von Pneumatik und Elektromotor. So bringt die Pneumatik die bekannt hohe Leistungsdichte mit, der Elektromotor steuert die kurzen Reak­tionszeiten und feine Regelbarkeit bei. In den so konzipierten SRU 40 Masterdrive ist neben den Antrieben auch die nötige Steuerelektronik integriert, die die beiden Antriebe nach ihren Stärken optimal einsetzt.
So erlaubt die intelligente Antriebsauswahl kurze Zyklenzeiten auch bei unterschiedlichen Lasten. Der Servomotor zieht unmittelbar nach dem Startsignal der SPS an. Mit der prinzipbedingten Verzögerung steuert dann die Pneumatik als "Turbo" das nötige Drehmoment bei. So ist ein sofortiger, weicher Anlauf und kraftvolle Beschleunigung sichergestellt. Beim Abbremsen beendet zuerst die Pneumatik den Vortrieb und der Elektromotor fährt die Einheit präzise auf Position. Zusätzlich wirkt die Pneumatik für den Bremsvorgang bei hohen Lasten als definiert einstellbare sanfte Bremse, verschleißanfällige hydraulische Stoßdämpfer sind bei diesem Konzept nicht mehr nötig.
Trotz der aufwendigen Steuerung kommt der Schwenkantrieb mit nur zwei Anschlüssen aus: ein Druckluftanschluss für gefilterte Luft und ein Steuerkabel vom Antrieb zum Schaltschrank. Dort übernimmt eine Steuerungsbox die Anbindung an die SPS und die übliche 24 V Versorgungsspannung. So lassen sich über digitale Ein-/Ausgänge bis zu fünf Posi­tionen ohne Programmieraufwand einfach einstellen. Per Impuls von der SPS wird dann auf die jeweilige Position gefahren, der Antrieb gibt eine Rückmeldung nach Erreichen der Stellung. Der Pneumatikantrieb sorgt dabei für das hohe Drehmoment von 13 Nm. Dank des einfachen Regelverhaltens der DC-Kleinstmotoren ist so ein Schwenkbereich von 180° bei einer Positioniergenauigkeit von nur 0,03° möglich.

Leicht zu regeln

Moderne DC-Kleinstantriebe sind preiswert, langlebig, zuverlässig und mit Pulsweitenmodulation (PWM) der Versorgungsspannung leicht regelbar. In der vorliegenden Anwendung sorgt ein rund 100 W starker 24-V-Motor für die nötige „sanfte Präzi­sion“. Bei nur 4 A Stromaufnahme erlaubt der Antrieb auch eine kompakte, ver­lustarme Ansteuerung. Da die Motoren im 4-Quadrantenbetrieb sowohl Antriebs- wie Bremsfunktionen übernehmen, eignen sie sich gut für den Positionierungsbetrieb. Auch der leichte Anlauf bei geringer Last sowie eine hohe kurzfristige Überlastfähigkeit sind für viele Antriebsanwendungen von Vorteil.
Die Antriebe mit dauergeschmierten Lagern sind absolut wartungsfrei. Dank der großen Modellvielfalt bei den Kleinstmotoren ist oft, so wie hier, der Einsatz eines Standardantriebes möglich. Für spezielle Aufgaben können die jeweiligen Motormodelle gegebenenfalls auch speziell auf die Anwendung zugeschnitten werden. In diesem Fall empfiehlt sich eine möglichst frühzeitige Einbindung der Motorenspezialisten. So kann mit dem geringsten Aufwand ein Maximum an Effizienz für die Antriebslösung gefunden werden. Der Anwender kann sich dabei voll auf seine Kernkompetenz konzentrieren, die Antriebsprobleme löst der Schönaicher Hersteller mit seiner langjährigen Erfahrung.
Moderne Kleinstantriebe eignen sich für vielfältige Aufgaben. Dinge in Bewegung bringen ist die Aufgabe der Kleinstmotoren. Ob als alleinige Antriebsquelle oder in Hybridbauweise, zusammen mit einem weiteren Antriebskonzept, nur die Phantasie der Entwickler neuer Produkte setzt den Kleinstantrieben heute noch Grenzen.

Hybridantrieb im kompakten Gehäuse hat den "Dreh" raus