Aktoren sind die Basis für die eigentliche Aktion in der Produktion. Für möglichst präzise und effiziente Bewegung sorgt Leistungselektronik. Sensoren, Mikroprozessoren und Kommunikationsschnittstellen machen smarte Antriebe zu eigenen, kleinen Cyber-Physical Units.
Aktoren, oder Antriebe, sorgen für die Bewegung in der Fabrik – sie treiben Förderbänder an, öffnen Ventile, heben Roboterarme. Bisher erhalten sie die dafür benötigten Anweisungen über separate Steuereinheiten. Mit der Dezentralisierung der Steuerungstechnik wandert, ähnlich wie in der Sensorik, diese Intelligenz in die Antriebe selbst. So sitzen bei modernen Antrieben Steuerungssystem und Motor in einer Einheit. Mit entsprechend offenen Schnittstellen kann auf alle Antriebsparameter direkt zugegriffen werden – so lassen sich Antriebe ohne Schaltschrank direkt in Netzwerke einbinden. Wird in die Antriebseinheit dann noch ein Sensor integriert, entstehen kleine autarke Systeme, die ganz ohne übergeordnete Anlagensteuerung auskommen.
So ist zum Beispiel eine Förderstrecke denkbar, bei der sich ein Werkstück selbst beim Motor meldet und über den integrierten Sensor identifiziert wird. Der Antrieb gibt das Signal an die folgenden Antriebe in der Strecke weiter, die dann in der Summe für den richtigen Transportweg des Werkstücks sorgen.
Mehr Effizienz mit elektronischer Drehzahlregelung
Mit wachsender Automatisierung steigt insgesamt auch die Anzahl an Aktoren in der Fertigung. Damit im gesamten Produktionsprozess der Energieverbrauch dennoch möglichst niedrig bleibt, werden seit einigen Jahren zunehmend Antriebe mit elektronischer Drehzahlregelung eingesetzt. Ihre Drehzahl kann genau an die jeweils aktuelle Anforderung der Anlage angepasst werden – das spart Energie. Zudem sind diese Antriebe besonders präzise – mit ihnen lässt sich eine Position mikrometergenau anfahren. Auch das ist eine wichtige Voraussetzung für effiziente Prozesse und hohe Qualität in der Produktion.
Leistungselektronik als integraler Bestandteil
In diesen drehzahlgeregelten Antrieben sorgt Leistungselektronik dafür, dass die elektrische Energie möglichst effizient in die benötigte Form umgewandelt wird. Dafür werden spezielle Halbleiterbauelemente eingesetzt wie zum Beispiel MOSFETS (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) oder hocheffiziente IGBT-Module (insulated-gate bipolar transistor; Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode). Mit zunehmender Automatisierung und der Entwicklung hin zu autonomen, sich selbst steuernden Einheiten, müssen diese Leistungshalbleiter höchsten Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit und Robustheit gerecht werden.
Mit ihren Sensoren und Mikroprozessoren sind diese smarten Antriebe im Grunde genommen selbst schon eigenständige Cyber-Physical Systems und die Muskeln der Industrie 4.0.