Die Funktionsweise der Platine in elektrischen Industrie-Linearantrieben

Hier erhalten Sie Informationen über Platinen und ihre Funktionen, die mit der Leistung der Industrie-Linearantriebe von LINAK^® zusammenhängen. Erfahren Sie mehr über Platinen mit integrierter Steuerung und die BUS-Kommunikation sowie die Funktionen, die beide gemeinsam haben.

Erfahren Sie mehr darüber, wie bei Linearantrieben die Positionierung sowie der Soft-Start- und Soft-Stopp gesteuert werden und wie Strom- und Temperaturmessungen den Linearantrieb und die Industriemaschine, an der er installiert ist, schützen können. Erfahren Sie mehr über den EMV-Schutz (elektromagnetische Verträglichkeit) und die grundlegende Funktion einer H-Brücke. Unser Experte Hunter Stephenson erklärt die Grundlagen in diesem Video.

Was ist die Grundfunktionalität einer H-Brücke?

Die Steuerung eines Linearantriebs basiert auf einer integrierten Steuerung oder H-Brücke, die die Polarität der Spannung zum Gleichstrommotor ändert. Hier können Sie von der Niederstromschaltung profitieren, da ein hohes digitales Signal von nur wenigen mA den Linearantrieb zum Laufen bringt.

Die integrierte H-Brücke eröffnet eine Vielzahl von Steuerungsmöglichkeiten über die Platine, wie z. B. Geschwindigkeit und Rampen.

Das ist die H-Brücke. In der Mitte befindet sich der Stromanschluss zu den Plus- und Minuspolen des Motors. Oben und unten an der H-Brücke befinden sich vier Schalter, in diesem Fall Transistoren, die an die Spannungsversorgung angeschlossen sind. Funktionell ersetzen diese Transistoren mechanische Relais. Die H-Brücke steuert die Ein- und Ausfahrbewegungen eines Linearantriebs auf recht einfache Weise. Wenn der Strom eingeschaltet ist, müssen zwei der Transistoren aktiviert werden, damit der Strom diagonal – am Motoranschluss vorbei – fließt und der Motor in eine Richtung läuft. Um die Richtung zu ändern, muss der Stromfluss geändert werden, indem die zuvor aktivierten beiden Transistoren deaktiviert und die anderen beiden aktiviert werden.

Darstellung einer H-Brücke mit geschlossenem Schalter 1 und 4

Wenn Schalter 1 und 4 geschlossen werden, besteht ein Plusanschluss an der linken Seite des Motors und ein Minusanschluss an der anderen Seite, und der Motor beginnt sich in eine Richtung zu drehen.

Darstellung einer H-Brücke mit geschlossenem Schalter 2 und 3

Wenn stattdessen Schalter 2 und 3 geschlossen werden, besteht ein Plusanschluss an der rechten Seite des Motors und ein Minusanschluss an der linken Seite, und der Motor dreht sich in die entgegengesetzte Richtung.

Wie wird die genaue Positionierung des Linearantriebs sichergestellt?

Eine der wichtigsten Informationen, die man von einem Linearantrieb wissen möchte, ist seine Position. Die physische Position eines platinengesteuerten Linearantriebs wird über Hallsensoren ermittelt, welche die Anzahl der Impulse pro Spindelumdrehung zählen.

Traditionell waren an jedem Spindelende elektrische Schalter montiert, die das Positioniersystem jedes Mal kalibriert haben, wenn eine physische Endlage erreicht wurde. Um eine zuverlässige Positionsrückmeldung vom Antrieb zu gewährleisten, musste mindestens einer dieser Endschalter regelmäßig aktiviert werden. Andernfalls könnte die Positionsrückmeldung im Laufe der Zeit abweichen, da Hall-Impulse am Encoder ausblieben, vor allem im ausgeschalteten Zustand.

Aufgrund dieser Einschränkung konnten Anwendungen, bei denen der Linearantrieb nicht den vollen Hub ausnutzte, im Laufe der Zeit zu einer ungenauen Positionsrückmeldung führen.

Ein neues Initialisierungsprinzip, das von LINAK^® entwickelt wurde, hat die Initialisierung von Linearbewegungen verändert. Es nutzt einen kleinen Magneten, der in der Spindelmutter montiert ist und an zwei Hallsensoren auf der Platine des Linearantriebs vorbeifährt, die sich am Anfang der Hublänge am sogenannten „Nullpunkt“ befinden. Die Sensoren reagieren, wenn sie vom Magneten in der Spindelmutter passiert werden – und erzeugen so zwei Hallsignale. Der Mikroprozessor prüft den Schnittpunkt der beiden Magnetfelder und zieht diesen als Referenzpunkt für die Initialisierung heran.

Welche Platinenfunktionen tragen zum Schutz der Maschine bei?

Eine Reihe von Platinenfunktionen tragen dazu bei, die Maschine, in welcher der Industrie-Linearantrieb von LINAK^® zum Einsatz kommt, zu schützen. Ein Impulssignal stellt die korrekte Funktion der Elektronik sicher und die Soft-Start/Stopp-Funktion reduziert die mechanische Belastung von Maschine und Linearantrieb. Diese Funktion wird darüber gesteuert, dass das Signal der PWM-Motorsteuerung verstärkt wird. Das funktioniert in etwa wie das langsame Loslassen der Kupplung bei einem Auto.

Die Messung von Strom und Temperatur schützt die elektronischen Bauteile der Platine und hilft, eine zuverlässige Linearantriebsleistung sicherzustellen. Ein Mikrocontroller misst den durch die H-Brücke fließenden Strom und schaltet die Stromversorgung ab, wenn ein voreingestellter Wert überschritten wird. Sensoren überwachen sowohl die Temperatur der H-Brücke als auch die Temperatur im Gehäuse des Linearantriebs und unterbrechen den Betrieb, bevor schädliche Temperaturen erreicht werden.

Als EMV-Schutz besitzt die Platine des Linearantriebs einen Lastabwurf- und einen Verpolungsschutz. Der Lastabwurfpegel ist bei Industrie-Linearantrieben von LINAK auf 45 Volt voreingestellt. Wenn eine Spannungsspitze diesen Wert übersteigt, wird die Platine abgeschaltet. Der Verpolungsschutz stellt sicher, dass der Linearantrieb nicht beschädigt wird, wenn die Stromversorgung falsch angeschlossen wird.

Wussten Sie schon?

Ein Linearantrieb mit integrierter Steuerung reduziert die Anzahl externer Komponenten und die Notwendigkeit eines Drittanbieters für die Leistungselektronik. Darüber hinaus bietet er eine große Bandbreite an benutzerfreundlichen Schnittstellen für Ihren Konstruktions- und Integrationsprozess – auch für die Integration in komplexe Systeme.

Mit den integrierten Schnittstellen gelangen sie schneller zum Konstruktionsprozess für die Linearantriebsbewegung – und gleichzeitig, können sie deren volles Potenzial viel einfacher ausschöpfen, indem Sie mehr als nur eine einfache Linearbewegung spezifizieren. Ganz egal, ob die Anforderungen Ihrer Anwendung einfach oder eher komplex sind, die Entscheidung für einen Linearantrieb mit IC Integrated Controller™ ist immer ein cleverer Schachzug.