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Lineare Direktantriebstechnik: Schnellerer Materialvorschub per Magnetfeld

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Neues Regelverfahren ­entwickelt

Umsetzung des Flexfeed-Verfahrens Bildquelle: © Torsten Sienk

Die Umsetzung des Flexfeed-Verfahrens erforderte die Realisierung ein neues Regelungsverfahrens: Das Bild zeigt die Beschleunigungs- und Bremsrampe eines Positionierzyklus.

"Ich musste ein Programm schreiben, mit dem sich der Phasenwinkel des Stroms und die Amplitude verändern lassen", blickt Dr. Olaf Marthiens auf die Anfänge der Entwicklung zurück. Die Verwendung der feldorientierten Vectorreglung (FOC) funktionierte in diesem speziellen Einsatzgebiet nicht, weil das sich ständig ändernde magne­tische Verhalten des zu transportierenden Werkstoffes den Regelkreis instabil machen würde. Die FOC reagiert Mar­thiens zufolge ganz empfindlich auf die so genannte Rotorkonstante – also das Verhältnis der Induktivität zum elek­trischen Widerstand des zu fördernden Bleches. In einem Standard-Asynchronmotor ist der Rotor mechanisch unverändert und die Rotorkonstante nur von der Temperatur abhängig. Und selbst das könne einen Applikator beim Einsatz von Asynchronmotoren in hoch­dynamischen Regelanwendungen 'zur Weißglut bringen'.

Die Flexfeed-Einheit sollte hingegen genau dafür konzipiert sein, möglichst viele unterschiedliche Metallwerkstoffe in einer Bearbeitungsmaschine hoch­dynamisch und genau zu positionieren. Ergo war durch die zu erwartenden, ­unterschiedlichen Dicken, Breiten und unsichtbaren Ver­änderungen des Ma­terialgefüges immer wieder mit neuen Widerstands- und Induktivitätswerten zu rechnen – und damit mit veränderten Rotorkon­stanten. Gelöst hat Tecodrive dieses Problem gemeinsam mit seinem Antriebstechnik-Partner Kollmorgen dahingehend, dass es in dieser Anwendung nur noch einen Strom- und Lageregler gibt. Mit anderen Worten: Es gibt keine feldorientierte Regelung mehr, weil der verwendete Servoumrichter S772 so programmiert ist, dass er das Feld fix vorgibt. Für die Positionsbestimmung des Blechs setzt Tecodrive auf eigenentwickelte Messräder als Rückführung.

Bemerkenswert ist die Schnelligkeit des Regelkreises, weil das neue Ver­fahren ohne Umweg über eine Steuerung oder den Feldbus direkt aus der tatsächlichen Lage des Blechs im ­Magnetfeld den nächsten Sollwert berechnet. Dr. Olaf Marthiens hierzu: "Wir brauchen die absolute Verzögerungsfreiheit, um selbst bei einer ­Taktzahl von 4000 Hüben pro Minute noch mit 10 µm genau zu positionieren. Die Spitzenwerte sind mit eine Folge der hohen Rechenperformance der S700-Reger sowie der insgesamt sehr schlanken und übersichtlichen Programmierung."