Fachartikel vom 02/09/2016

Koco Motion

Schrittmotoren mit Geschichte

1986 wurde IMS (Intelligent Motion Systems) gegründet, das mit MDrive Schrittmotoren mit direkt angebauter Steuerung und Controller in Serie anbot. Heute ist die dritte Generation auf dem Markt – ein Überblick über die Stationen von der Entwicklung der integrierten Schrittmotorantriebe bis zur Industrie 4.0-Fähigkeit.

MDrive Varianten: rotativ und linear (Bild: Koco Motion)

Seit der Jahrhundertwende ist das eingetragene Warenzeichen MDrive der Begriff für Integration von Steuerungen in Schrittmotoren. Als die Zeit reif war für die Integrationsidee, gab es zwar schon Parallelentwicklungen am Markt, doch IMS (Intelligent Motion Systems) hat mit MDrive als erstes Unternehmen Schrittmotoren mit direkt angebauter Steuerung und Controller in Serie angeboten. Vertriebspartner Koco Motion präsentiert nun den aktuellen Entwicklungsstand der kleinen, netzwerkfähigen Schrittmotoren.

Obwohl inzwischen schon die dritte Generation der integrierten Schrittmotorantriebe MDrive auf dem Markt ist, sind die meisten Varianten der ersten Generation immer noch Stand der Technik. In den vergangenen Jahren haben die Entwickler nicht nur ihre Variantenvielfalt für ein breiteres Anwendungsspektrum weiterentwickelt, sondern sie machten diese insbesondere fit für den Umbruch in der industriellen Produktion. Angefangen von der ursprünglich einfachen Takt-/Richtungs-Ansteuerung bis hin zum Hightech Motion Control System mit hochauflösendem Mikroschritt, Feldbussen und I/Os sind die MDrives heute Industrie-4.0-fähig.

Wie alles begann

Es war einmal eine Garage in Connecticut, genauer gesagt die Garage des David Coutu, der als Ingenieur bei General Electric tätig war. Aufgabe war es, eine Steuerung für die GE-Roboterantriebe zu entwickeln. Als Ergebnis präsentierte der Entwickler ein miniaturisiertes Steuerungsmodul, das es so kompakt bisher am Markt nicht gab. Weil die Entwicklung so vielversprechend war, entschied sich der Ingenieur im Jahr 1986, diese Schrittmotorsteuerung selber zu vermarkten und gründete IMS (Intelligent Motion Systems). Drei Jahre später war die Garage für die inzwischen sechs Mitarbeiter zu klein und das junge Unternehmen bezog neue Räume.

Ebenfalls im Jahr 1989 lernte David Coutu seinen künftigen Partner Gerhard Kocherscheidt, heute Geschäftsführer von Koco Motion, kennen. Dieser hatte über einen amerikanischen Kollegen Steuerungsmodule von IMS gekauft. Das war der Beginn einer geschäftlichen Kooperation auf freundschaftlicher Basis. 2001 gründeten David Coutu und Gerhard Kocherscheidt mit der IMS Europe eine europäische Vertriebszentrale in Villingen-Schwenningen für die IMS-Produkte.

MDrive: die erste Generation

Unter den zu vertreibenden Produkten befand sich auch die erste Generation der MDrives mit eigens entwickelten, anwendungsspezifisch integrierten Schaltungen, sogenannten ASICs (application-specific integrated circuit). Die MDrives, die im Partymode auf bis 64 Stück miteinander synchronisiert werden können, gestatteten den Bau sehr kompakter Maschinen und Apparate. Sie wurden seit ihrer Einführung zigtausend Mal in Deutschland eingesetzt.

Neben einem starken Hybrid-Schrittmotor enthält der Antrieb einen leistungsstarken, voll programmierbaren Controller mit onboard Ein-/Ausgängen, eine leistungsstarke Mikroschritt-Ansteuerung mit bis zu 256 Mikroschritten/Vollschritt sowie einen integrierten Encoder für Closed-Loop-Betrieb. Das Hardware-basierte System hMTechnology (hMT) realisiert die Closed-Loop-Funktion. Diese servoähnliche Regelung verhindert das Außer-Tritt-Fallen des Schrittmotors durch Herunterregeln der Drehzahl und beugt so dem unerwarteten Blockieren bei Überlast vor.

Die Kombination aus Leistungsfähigkeit und Robustheit gestattet eine große Anzahl von dezentralen Automatisierungseinsätzen. Durch die Integration entfallen nicht nur die Probleme bei der Verkabelung von Motor und Steuerung, sondern auch die dazu erforderliche Hardware und der Montageaufwand. Reduzierte oder gänzlich eliminierte EMV-Probleme hinsichtlich Störempfindlichkeit und Störabstrahlung resultieren ebenfalls aus der Integration. Als Schnittstellen für gängige Industrie-Protokolle gab es damals die RS232 und RS485.

Die Lexium MDrive Schrittmotorantriebe sind für die Industrie 4.0-Zukunft bestens gerüstet. (Bild: Koco Motion)

Motion-Controller und RISC-Prozessor-Kern

Im Jahr 2006 kam die zweite Generation der integrierten Schrittmotorantriebe auf den Markt. Sie wurde mit einem neuen ASIC ausgestattet: Es enthielt sowohl die Grundbausteine der Mikroschrittansteuerung als auch den Motion-Controller und einen voll programmierbaren RISC- (Reduced Instruction Set Computer) Prozessor-Kern.

Durch den Abschluss dieser langjährigen strategischen ASIC-Entwicklung wurden die Ansteuerungen verbessert und vereinfacht. Dies erlaubte eine sehr kleine Bauweise für das Gesamtsystem, eine große Variantenvielfalt mit einer überschaubaren Anzahl von Komponenten sowie eine einfache Fertigung und Montage für kurze Lieferzeiten. Die Baureihen wurden durch Varianten mit eingebauten Netzteilen zum direkten Betrieb vom 120 V/240 V AC-Netz ergänzt und standen damit für die Verpackungsindustrie und den Maschinenbau zur Verfügung.

Im Jahr 2008 hat die Schneider Gruppe die amerikanische IMS gekauft und firmiert seitdem unter Schneider Electric Motion USA. Die IMS Europe GmbH wurde umbenannt in Koco Motion. Alle Distributoren blieben als Verkaufs- und Beratungsdienstleister für die IMS Produkte erhalten.

Netzwerkfähige Schrittmotorantriebe

In den folgenden Jahren verlangten immer mehr Anwender netzwerkfähige Motoren, um die Produktion weiter zu automatisieren und der fortschreitenden Industrie-4.0-Umsetzung gerecht zu werden. So kam im Jahr 2013 die 3. Generation auf den Markt – erstmals unter dem Schneider Label Lexium MDrive (LMD).

Die integrierten Antriebe gibt es in sehr kompakter Form in den Flanschmaßen NEMA 14 bis 34. Die Ausführungen in NEMA 17, 23 und 34 sind mit den besonders robusten M12-Schraubanschlüssen versehen. Damit werden sie der Schutzart IP65 gerecht.

Für die netzwerkfähigen Schrittmotorantriebe stehen heute Schnittstellen und Feldbussysteme zur Verfügung wie Takt/Richtung, RS-422/485 (ASCII-Befehlssatz MCode), CANopen (ASCII-Befehlssatz MCode) sowie Ethernet-basierende Protokolle: ASCII-Befehlssatz (MCode), MODBUS/TCP, Ethernet/IP und Profinet IO. Die seriellen Schnittstellen und die Ein-/Ausgänge wurden galvanisch getrennt, wodurch diese elektrisch sehr robust sind. Bis zu acht Ein-/Ausgänge stehen zur Steuerung weiterer Funktionen zur Verfügung. Alle notwendigen Steuerungsarten sind realisierbar: Geschwindigkeits-Mode, Positionier-Mode, Torque-Mode.

Lexium Motion Modul (Bild: Koco Motion)

High-Torque-Option

Die Antriebe bieten Drehmomente bis 7 Nm an der Motorwelle und sie sind optional auch mit Getriebe erhältlich. Schrittmotoren mit High-Torque-Option bieten bis zu 50 % mehr Drehmoment in der Baugröße NEMA 23. Dabei benötigen die High-Torque-Motoren den gleichen Bauraum wie Motoren ohne diese Option. Solche Torquemotoren finden beispielsweise Einsatz beim 3D-Printer, wo sie präzise die drei Achsen bewegen. Oder es lassen sich genaue Zustellbewegungen in der Formatverstellung beispielsweise in Druckmaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen sowie Pick & Place-Applikationen umsetzen.

Mit der Lexium-Software-Suite lassen sich die Lexium MDrive Antriebe für alle elektrischen Schnittstellen parametrieren oder programmieren. Selbstverständlich gibt es die Steuerungen und Controller auch separat in verschiedenen Bauformen für Anwender, die keinen Platz hinter dem Schrittmotor zur Verfügung haben.

In der jüngsten Weiterentwicklung Lexium Motion Modul findet der Anwender einen leistungsstarken, programmierbaren Controller mit H-Brückentreiber. Dieses ultra-kompakte Modul bietet die Flexibilität eines Chipsets mit der Leistung und den Spezifikationen der Lexium MDrives inklusive einer MCode Programmiersprache: Das umfasst ultra-kompaktes Design, bis zu 48 VDC, 1,5 A Dauerstrom (2,1 A Spitze), I/O Anschlüsse vier Eingänge, drei Ausgänge + Encoder Eingang, voll programmierbare Bewegungsabläufe, einen Standard PCI Express Card Anschluss sowie ein Entwicklungsbord für ein bis vier Achsen mit Starter Kit.

Mit all diesen Ausstattungsmerkmalen eignen sich die integrierten Schrittmotorantriebe mit separaten Steuerungen und Controllern für verschiedene Anwendungsfälle in den Branchen Medizintechnik, Verpackungstechnik, Geräte- und Apparatebau, Automatisierung, Maschinenbau – schnelle und kompetente Beratung inbegriffen. Für alle Ausführungen des Lexium MDrive gibt es vier Jahre Gewährleistung. (as)

www.kocomotion.de

Entwicklungsboard 4-Achsen (Bild: Koco Motion)