Servosysteme sind auf eine Motorsteuerung mit geschlossenem Rückführungsregelkreis angewiesen, um die Position des Rotors zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen. Der Servoverstärker nutzt diese Motorrückführungsschleife, um die Motorphasen korrekt zu kommutieren und Drehmoment, Position und Geschwindigkeit entsprechend den Anwendungsanforderungen präzise zu steuern.
Wenn Encoder ausfallen
Obwohl Encoder im Allgemeinen sehr genau und zuverlässig sind, gibt es mehrere Bedingungen, die möglicherweise Fehler in der Rotorposition oder sogar in der Drehrichtung verursachen können. Diese Fehler können groß und katastrophal oder klein und kumulativ ausfallen. Zum Beispiel kann ein Encoder plötzlich ausfallen oder über einen längeren Zeitraum Ausfallerscheinungen aufweisen und vermehrt fehlerhafte Signale senden.
In einer Fertigungsumgebung können die Folgen eines ausgefallenen Rückführsystems auf ungeplante Ausfallzeiten und Verschwendung von Ausschuss beschränkt sein – unerwünschte Folgen, aber nicht unbedingt gefährlich. Es gibt jedoch viele Anwendungen, bei denen ein Ausfall der Motorrückführungsschleife schlichtweg keine Option ist.
Bei einem Raketenabwehrsystem beispielsweise könnte ein Positionsfehler in einem Bildgebungsportal oder Flugsteuerungssystem über Erfolg oder Misserfolg der Mission entscheiden. In einem medizinischen Umfeld könnte ein defekter Encoder zu einer Gefährdung von Patienten und Personal führen, indem unvorhersehbare Bewegungen von Geräten, wie einem Patiententisch oder einem Strahlentherapieportal, verursacht werden oder eine Pumpe dazu veranlasst wird, einen inkorrekten Flüssigkeitsstrom zu liefern. Und es gibt viele andere Branchen und Anwendungen, die auf ausfallsichere Servobewegungen angewiesen sind.
Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) reguliert Medizinprodukte, um deren Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten, und empfiehlt unter anderem redundante Maßnahmen, um den korrekten und fehlerfreien Betrieb kritischer Systeme sicherzustellen. Selbst wenn es keinen klar definierten Regulierungsrahmen gibt, ist die redundante Rückführung eine bewährte Methode, um die absolute Zuverlässigkeit des Servosystems zu gewährleisten.
Eine traditionelle Lösung ist: Hinzufügen eines zweiten, externen Rückführsystems
Um Redundanz zu erreichen, fügen OEMs oft ein sekundäres Feedbacksystem hinzu, um die Zuverlässigkeit des Hauptrücksystems zu validieren. In der Regel wird dies durch die Spezifikation eines Servomotors erreicht, der einen Encoder enthält, und durch die Kopplung dieses Motors mit einem externen Rückführsystem, das an beliebiger Stelle an der angetriebenen Welle oder Last angebracht wird.
Beide Geräte sind mit dem Servoverstärker verkabelt, und das hinzugefügte Gerät dient dazu, die vom Hauptgerät gemeldete Drehrichtung und ungefähre Position zu überprüfen. Wenn ein Feedbacksystem eine Drehung im Uhrzeigersinn anzeigt, während das andere eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn anzeigt, oder wenn sie sich in Geschwindigkeit oder Position erheblich unterscheiden, erfasst der Servoverstärker einen aufgetretenen Fehler, sodass entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.
Diese doppelte Rückführung führt zu einer äußerst zuverlässigen Bewegung – allerdings auf Kosten einer deutlich höheren Komplexität und höheren Kosten. Die Grundfläche muss vergrößert werden, um das redundante Rückführsystem unterzubringen. Das Verlegen eines zusätzlichen Feedbackkabelsatzes von einem separaten Standort aus kann eine Herausforderung darstellen. Und die Montage eines komplexeren Antriebssystems kann schwierig und zeitaufwendig sein.
Eine bessere Lösung: Servomotoren mit integrierten, redundanten Rückführsystemen
Kollmorgen bietet eine umfangreiche Palette an Standard-Produktmodifikationen, die hochspezialisierte Funktionen bieten, schnell als Prototypen hergestellt werden können, in hohem Maße produzierbar sind und bei denen Kunden nicht die Risiken oder Kosten eines maßgeschneiderten Produkts tragen müssen.
Eine dieser Standardmodifikationen ist die Möglichkeit, sowohl einen Absolutwertgeber als auch einen Hall-Effekt-Sensor in denselben Motor einzubauen, ohne die Gesamtabmessungen des Motors wesentlich zu verändern. Mit zwei in den Motor integrierten Motorfeedbackschleifen muss kein Platz auf der Motorwelle oder der externen Last gefunden werden, um ein zweites Rückführsystem hinzuzufügen, und Sie können die Abmessungen Ihrer Anwendung so kompakt wie möglich halten.
Mit redundanten, in den Motor integrierten Feedbacksystemen bietet Kollmorgen zudem ein einzelnes Kabel an, das die Rückführungssignale von Encoder und Hall-Effekt-Sensor an den Servoverstärker überträgt. Dadurch werden Material- und Arbeitskosten eingespart, die sonst für die Verlegung von zwei separaten Kabeln anfallen würden. Zudem wird der Platzbedarf Ihres Maschinendesigns weiter minimiert.
Mit einer vollständig integrierten Lösung können Sie sich außerdem darauf verlassen, dass das gesamte Antriebssystem von der Leistung, Präzision und Zuverlässigkeit profitiert, die nur Kollmorgen bieten kann.
Unsere Kunden haben diese Lösung bereits in modifizierten AKM-Motoren eingesetzt, die kritische Systeme in OP-Robotern, Patiententischen, medizinischen Pumpen und anderen Produkten antreiben. Wofür wird Ihre Anwendung eingesetzt und wie wichtig ist eine ausfallsichere Rückführung für die Bewegung?
Nehmen Sie noch heute Kontakt mit uns auf und lassen Sie uns Ihre speziellen Anwendungsanforderungen lösen.
