Ein schrumpfendes Gefühl
Gordon Moore, Erfinder des Moore'schen Gesetzes
Wahrscheinlich haben Sie gerade ein Smartphone in der Hand, das weniger als einen Zentimeter dick ist und mehr Rechenleistung hat als die Computer, mit denen die Astronauten zum Mond geflogen sind. Wie sind wir hierher gekommen?
1965 stellte der Mitbegründer von Intel, Gordon Moore, fest, dass sich die Anzahl der Transistoren in einer dichten integrierten Leiterplattenschaltung alle zwei Jahre verdoppelt. Das "Mooresche Gesetz", wie es später genannt wurde, galt über 50 Jahre lang für Innovationen.
Während sich die Schrumpfungsrate in den letzten Jahren verlangsamt hat, werden die elektronischen Schaltungen immer noch immer dichter. Für uns in der Antriebstechnik bedeutet dies, dass wir den Ingenieuren leichtere, kleinere und leistungsfähigere Servoantriebslösungen im Mikroformat anbieten können.
Warum brauchen wir kleinere Servoantriebe?
Ja, die Innovation hat es uns ermöglicht, sehr kleine Servoantriebe zu entwickeln. Antriebe, die nicht nur kompakter und intelligenter sind als die sperrigen Verstärker, die es früher gab, sondern auch eine höhere Leistungsdichte aufweisen, so dass sie den Motoren immer noch das erforderliche Drehmoment und die Geschwindigkeit liefern können. Aber wir stellen nicht nur deshalb mikrokleine Servoantriebe her, weil wir es können; kompakte Servoantriebslösungen haben auch ihre Vorteile.
Da Roboter immer kleiner, schlanker und komplizierter werden, brauchen wir kleinere Servoantriebslösungen, die in sie hineinpassen und die gleiche Leistung erbringen. Dies ist nicht nur eine Frage der Ästhetik. Kleinere und leichtere Servoantriebe sind besser für die Leistung.
Nehmen wir das Beispiel eines einfachen Cobot-Arms mit mehreren Gelenken. Jedes zusätzliche Segment bedeutet einen weiteren Motor und einen weiteren Antrieb in jedem Gelenk. Immer wenn sich ein Motor in einem Gelenk dreht, muss er ein ausreichendes Drehmoment aufbringen, um die weiter vom Basispunkt des Roboters entfernten Glieder anzuheben. Allein durch die Verringerung des Gewichts der Servoantriebe wird daher der Energieverbrauch des Roboters gesenkt und seine Effizienz erhöht.
Leichtere Servoantriebe in den Gelenken verringern das zum Anheben des Arms erforderliche Drehmoment.
Nun könnte man sagen: "Warum nicht einfach alle Servoantriebe an der Basis des Roboters statt in den Gelenken montieren?" Das ist zwar theoretisch möglich, aber nicht sehr praktisch. Die Installation der Servoantriebe mit ihren jeweiligen Motoren in den Gelenken ist nicht nur für Wartungszwecke praktisch, sondern erspart auch die Verlegung unterschiedlich langer Motorphasen- und Feedbackkabel durch den gesamten Roboterarm. Dies würde nicht nur den Wartungsalptraum verhindern, einen Kabelsatz durch den gesamten Arm verlegen zu müssen, sondern auch Probleme mit elektrischen Geräuschen und Rückkopplungen vermeiden.
Aus Gründen der Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit ist es viel besser, kompakte, leichte Servoantriebe zu haben, die zusammen mit den Motoren in jedem Gelenk montiert werden können.
Kleinere Servoantriebe bedeuten weniger Leergewicht, das den Robotern schadet.
Neben der stationären Robotik sind kleinere Servoantriebe auch bei mobilen Roboteranwendungen nützlich. Ähnlich wie beim Cobot-Beispiel können kleine, leichte Servoantriebe an Bord unnötiges Gewicht einsparen, um die Effizienz zu steigern und/oder mehr Platz für eine größere Batterie zu schaffen. In jedem Fall ist das Endergebnis ein Roboter, der den ganzen Tag über härter und länger arbeiten kann.
Auch in der Medizin- und Militärindustrie ist eine Gewichtsreduzierung oft unerlässlich, insbesondere bei Geräten, die tragbar sein müssen. In der Luft- und Raumfahrt ist es entscheidend, leichte Lösungen zu finden, um den Kraftstoffverbrauch im Kampf gegen die Schwerkraft zu senken.
Gefällt Ihnen dieser Artikel?
Holen Sie sich solche Blogs direkt in Ihren Posteingang!
Produkt-Highlight: FlexPro®
FlexPro FE060-25-EM digitaler Servoantrieb
FlexPro® ist die neueste Familie von digitalen Servoantrieben von ADVANCED Motion Controls. Die meisten dieser Servoantriebe sind "mikroklein". Mit modernster Technik soll FlexPro die Fähigkeiten der bereits leistungsstarken und vielfältigen Produktpalette von AMC für Anwendungen mit geringeren Platzverhältnissen erweitern.
Mit einer Größe von nur 1,5 x 1 x 0,6 Zoll (38 x 25 x 16 mm) entspricht die Grundfläche eines FlexPro-Servoantriebs im Mikroformat ungefähr der von zwei Standardbriefmarken. Mit anderen Worten: Vier dieser Antriebe passen auf eine Standard-Visitenkarte. Der FE060-60C-EM kann zum Beispiel bürstenbehaftete, bürstenlose, Schritt- und Linearservomotoren mit bis zu 60 Ampere Dauerstrom versorgen.
Zu den Merkmalen der FlexPro-Modelle im Mikroformat gehören:
- Spitzen- und Dauerstromstärken bis zu 60 Ampere
- 10-55 VDC oder 20-90 VDC Eingang
- Servoantriebe mit höchster Leistungsdichte von ADVANCED Motion Controls bis heute
- EtherCAT, Ethernet/IP, CANopen, RS485/232 Kommunikation
- Unterstützt Inkrementalgeber, BISS C-Mode, EnDat, Tamagawa und Hall-Sensor-Feedback
- Drehmoment-, Geschwindigkeits- und Positionsbetriebsarten
Okay, warum sind dann nicht alle Servoantriebe klein?
Trotz der Fortschritte bei der Leistungsdichte sind Servoantriebe nach wie vor in verschiedenen Größen erhältlich
Angesichts der vielen verfügbaren Servoantriebe in Mikrogröße und ihrer offensichtlichen Vorteile fragen Sie sich vielleicht, warum ADVANCED Motion Controls und andere Servoantriebshersteller weiterhin größere Servoantriebe vermarkten und verkaufen. Diese Frage ist berechtigt, und es gibt einige Gründe dafür.
Beschränkungen der Leistungsdichte
Wie beim Mooreschen Gesetz beobachtet, wird die Elektronik immer kompakter. Im Gegensatz zu den meisten Computerkomponenten müssen Servoantriebe jedoch nicht nur logische Funktionen ausführen, sondern auch genügend Strom über die Leiterplatte übertragen, um einen Motor anzutreiben.
Für Hochleistungsmotoren ist dafür eine Menge Strom erforderlich, und es gibt nur so viel Strom, wie man durch eine kleine Leiterplatte pumpen kann, ohne dass die Komponenten durch Überhitzung beschädigt werden, selbst wenn man Lüfter, Kühlkörper und andere Wärmemanagementtechniken einsetzt.
Außerdem muss mit zunehmender Spannung auch der erforderliche Abstand zwischen den Leiterbahnen auf einer Leiterplatte größer werden, um Rauschstörungen oder sogar Lichtbögen zu vermeiden.
Selbst wenn sich die mögliche Leistungsdichte auf der Leiterplatte selbst verbessert, wird die Suche nach zuverlässigen Motor- und Leistungssteckern, die hohe Ausgangsströme verarbeiten können, ohne zu schmelzen, und die dennoch gut auf die Servoantriebe passen, zu einem begrenzenden Faktor.
Für Hochleistungs-Bewegungssteuerungsanwendungen benötigen Sie einfach größere, hochleistungsfähige Servoantriebe.
Kosten vs. Notwendigkeit
In großen Maschinen sind Servoantriebe in Mikrogröße nicht notwendig und manchmal auch unpraktisch.
Der andere Faktor sind die Kosten gegenüber der Notwendigkeit. In vielen Fällen lassen sich weniger kompakte Laufwerke einfacher und kostengünstiger herstellen, so dass sie natürlich auch preisgünstiger sein können. Kleine Laufwerke können sehr schön sein, aber wenn die Anwendung keine engen Platzvorgaben hat, kann ein größeres, aber preiswerteres Laufwerk ausreichen.
Wenn Sie ein großes Portalsystem konstruieren, das viel Platz für die Montage eines großen Servoantriebs bietet, dann macht es keinen Sinn, zusätzliches Geld für einen winzigen Servoantrieb auszugeben, der praktisch keine Auswirkungen auf die Leistung hat.
Manchmal ist ein größerer Servoantrieb nicht nur akzeptabel, sondern sogar wünschenswert. Stellen Sie sich vor, Sie müssten Ihren Oberkörper zu Wartungszwecken tief in eine große Fertigungsmaschine stecken. Wollen Sie 10 Minuten lang gebückt versuchen, Dutzende von winzigen Steckverbindern mit gecrimpten Stiften anzuschließen und bei schlechter Beleuchtung daran herumfummeln, oder wollen Sie einfach nur die Stromkabel und ein paar D-Sub-Stecker einschrauben und in 30 Sekunden fertig sein?
Der Bedarf und die Verwendungsmöglichkeiten für kleinere Laufwerke nehmen sicherlich zu, aber auch der Bedarf an großen Laufwerken wird nicht verschwinden.
Gefällt Ihnen dieser Artikel?
Holen Sie sich solche Blogs direkt in Ihren Posteingang!
Produkt-Highlight: µZ
Die µZ (Micro-Z) Antriebe, eine Untergruppe der AxCent Servoantriebsfamilie, sind winzige analoge Servoantriebe für die Leiterplattenmontage. Für alle, die eine besonders leichte Lösung für Anwendungen mit zentraler Steuerung suchen, sind diese kleinen Antriebe die richtige Wahl.
µZ-Servoantriebe sind für den Antrieb von bürstenlosen und bürstenbehafteten Gleichstrommotoren mit hoher Schaltfrequenz ausgelegt. Um die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen und den Verkabelungsaufwand zu reduzieren, sind die Antriebe für die direkte Integration in Ihre Leiterplatte konzipiert. Mit einem Gewicht von nur 8,5 Gramm liefern die µZ-Drives 10 A Spitzenstrom und 5 A Dauerstrom und arbeiten mit einem Busspannungsbereich von 10-36 VDC.
μZ AZBDC10A4 analoger Servoantrieb
Die Merkmale umfassen:
- Entwickelt für die direkte Board-to-Board-Integration.
- Kein Kühlkörper und keine Notwendigkeit für zusätzliche Kühlung ergibt das kleinste Einbauvolumen
- Gewicht der Feder, 8,5 Gramm
- Abmessungen: 1,50 x 1,50 x 0,29 Zoll (38,1 x 38,1 x 7,34 mm)
- Kompatibel mit niederinduktiven Motoren
- ±10V oder PWM/Richtungsbefehlssignale
- 40 kHz Schaltfrequenz
Abschließende Gedanken
Antriebe im Mikroformat eignen sich perfekt für Cobots (kollaborative Roboter), AGVs, stationäre Roboter, mobile Roboter, Animatronik, tragbare Geräte, Laborautomatisierung, militärische Ausrüstung, Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte und wirklich jede Anwendung, die eine kompakte und/oder leichte eingebettete Lösung erfordert.
Arbeiten Sie an einem Projekt, das einen Servoantrieb in Mikrogröße gebrauchen könnte? Setzen Sie sich mit uns in Verbindung, und wir werden den für Sie am besten geeigneten Antrieb finden. Die µZ- und FlexPro™-Servoantriebe von ADVANCED Motion Controls sind allesamt Standardprodukte, aber wenn Sie nach einer Lösung im Mikrobereich suchen, sind Ihre Möglichkeiten nicht auf diese beschränkt. Wir entwickeln gerne kundenspezifische Servoantriebe in Mikrogröße, einschließlich solcher, die dieselbe IMPACT™-Architektur verwenden, die FlexPro™ möglich macht.
Der Bedarf an kleineren Servoantrieben wird in den kommenden Jahren weiter steigen, und wer uns kennt, weiß, dass wir immer bereit sind, uns dieser Aufgabe zu stellen. Auf geht's.
von Jackson McKay, Marketingingenieur
