Der Kostenfaktor spielt in der industriellen Automatisierung eine wesentliche Rolle, da der Markt sehr preiskompetitiv ist. Primärer Grund dafür ist der lange Einsatz der Maschinen im Feld und die über den Einsatzzeitraum produzierte hohe Stückzahl. Potenzielle Kandidaten für Kostenreduktion sind Herstellerkosten, Betreiberkosten und Entwicklungskosten. Einmalige Entwicklungskosten verlieren bei hohen Stückzahlen in der Regel ihre Relevanz, wobei Betreiber- und Herstellerkosten dadurch umso relevanter werden. Als konkreter Anwendungsfall wurde der e-pic von der Firma ENGEL gewählt. Hierbei handelt es sich um einen kartesischen Entnahmeroboter für Spritzgießmaschinen.
Da es sich bei dem konkret gewählten Anwendungsfall um eine geregelte Anwendung handelt, wird vorausgesetzt, dass Drehzahl- und Positionsregelung möglich sein müssen. Im Folgenden galt es zu überprüfen, mit welchen Mitteln eine Reduktion der Herstellerkosten für den gewählten Anwendungsfall e-pic ermöglicht werden kann. Unter anderem bieten die für den Anwendungsfall in Frage kommenden Motortypen sowie die für die Regelung notwendigen Sensoren eine interessante Untersuchungsgrundlage.
Beim e-pic kommen permanenterregte Synchronmotoren (PSM) zum Einsatz, prinzipiell wäre aber die Umsetzung der Anwendung auch mit einem anderen Motortyp möglich, konkret mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC). Der Einsatz von BLDC könnte gegenüber PSM jedoch zu einer signifikanten Einsparung führen. Des Weiteren unterscheidet sich die für den jeweiligen Motortypen benötigte Elektronik sehr stark voneinander, wobei die wesentlich geringere Spannung bei BLDC die gesamte Leistungselektronik billiger macht. Einige Sensoren sind für die Ansteuerung des Motors und die Umsetzung der Regelung erforderlich und damit unumgänglich. In Bezug auf die Kostenreduktion und in Kombination mit der Motorfrage ist die Positionserfassung bzw. das Gebersystem ein interessanter Aspekt der potenziellen Einsparung. Ein Geber ist, unabhängig vom Motortyp, ein wesentlicher Kostenfaktor.
Daher wurde die Möglichkeit einer geberlosen Ansteuerung eines BLDC Motors untersucht. Als größte Herausforderung stellte sich die Forderung nach einer Regelung bis zum Stillstand heraus. Viele einfache Verfahren auf Basis der Gegen EMK ermöglichen erst eine Ansteuerung über einer gewissen, Motorabhängigen Drehzahl. Als mögliches Verfahren stellte sich eine Implementierung eines erweiterten Kalman Filters heraus. Dies erfordert aber genaue Kenntnisse des Gesamtsystems, was im konkreten Anwendungsfalls aber gegeben ist.
Die Überprüfung der Umsetzbarkeit erfolgte als Simulation In MatLab / Simulink. Leider konnte die Simulation nicht fertiggestellt werden. Damit bleibt die Frage der Realisierbarkeit offen für weitere Untersuchungen, die Literaturrecherche sieht allerding vielversprechend aus.
Facts:
Projekt-Betreuer: DI (FH) DI Roland Graf, MSc und FH-Ass.Prof. DI (FH) DI Peter Haber
Typ: R&D-Projekt
Studiengang: Master Informationstechnik & System-Management
