Bei einer Verpackungsmaschine ist der Antrieb selten das Erste, woran man denkt. Dennoch können hinter einem Förderband, einem Verschraubungssystem, einer Pumpe oder einem Etikettiermechanismus unterschiedliche Motortypen eingesetzt werden, um die Bewegungen der Maschine anzutreiben.
Asynchronmotor, Brushless-Motor oder Schrittmotor: Diese Technologien funktionieren nicht nach demselben Prinzip und erfüllen unterschiedliche Anforderungen. Sie unterscheiden sich auch hinsichtlich der Kosten – sowohl bei der Anschaffung als auch bei Steuerung, Integration, Energieverbrauch und Wartung.
Dennoch wäre es zu kurz gegriffen, bestimmen zu wollen, welcher Motor „der beste“ oder einfach „der günstigste“ ist. Die Wahl hängt in erster Linie von der auszuführenden Bewegung, der erforderlichen Präzision, den Produktionsanforderungen und der Gesamtkonstruktion der Maschine ab. Das Verständnis der wesentlichen Unterschiede hilft dabei, bei einem Automatisierungsprojekt die richtigen Fragen zu stellen.
Warum ist der Antrieb bei einer Verpackungsmaschine wichtig?
Eine Verpackungsmaschine muss wiederholte und koordinierte Bewegungen ausführen: Behälter transportieren, ein Produkt positionieren, ein Verschraubungssystem antreiben, ein Etikett aufbringen oder verschiedene Mechanismen betätigen.
Der Antrieb muss diese Bewegungen mit den erforderlichen Eigenschaften ermöglichen:
- Geschwindigkeit;
- Bewegungsgenauigkeit;
- Wiederholgenauigkeit;
- Drehmoment;
- Positionsregelung;
- gleichmäßiger Betrieb;
- Anpassung an den Produktionszyklus;
- anforderungsgerechte Investitions- und Betriebskosten.
Der Motor ist jedoch nur ein Bestandteil eines Gesamtsystems. Seine Funktion hängt auch von der zugehörigen Mechanik, der Steuerung, den Sensoren und der Steuerungssoftware ab. Seine Kosten dürfen daher nicht isoliert betrachtet werden: Auch der erforderliche Frequenzumrichter oder Treiber, Positionsmesssysteme, Automatisierungstechnik oder die Integrationszeit können die Gesamtkosten der Lösung beeinflussen.
Deshalb sollte der Motortyp niemals unabhängig von der Funktion betrachtet werden, die er erfüllen soll.
Der Asynchronmotor: eine bewährte Lösung für zahlreiche Bewegungen
Der Asynchronmotor, auch Induktionsmotor genannt, ist eine in der Industrie weit verbreitete Technologie. In einer Verpackungsmaschine kann diese Technologie insbesondere für Bewegungen eingesetzt werden, die einen robusten und kontinuierlichen Betrieb erfordern.
Der Asynchronmotor wird insbesondere geschätzt für:
- seine robuste Konstruktion;
- seine Zuverlässigkeit;
- seine Einfachheit;
- seinen verbreiteten Einsatz in Produktionsanlagen;
- seine in der Regel überschaubaren Kosten bei Anwendungen, die keine hochpräzise Positionierung erfordern.
Aus wirtschaftlicher Sicht ist der Asynchronmotor häufig eine interessante Lösung, wenn eine Anwendung in erster Linie den Betrieb eines Geräts mit konstanter Drehzahl oder mit relativ einfachen Drehzahländerungen erfordert.
Seine Anschaffungskosten können unter denen einer vergleichbaren Brushless-Lösung liegen. Allerdings muss das Gesamtsystem berücksichtigt werden. Die Ergänzung um einen Frequenzumrichter erhöht beispielsweise die Kosten der Ausrüstung, ermöglicht jedoch eine verbesserte Drehzahlregelung.
Wenn hohe Anforderungen an Positionierung oder Synchronisation entstehen, kann der Einsatz zusätzlicher Steuerungs- und Messsysteme den ursprünglichen wirtschaftlichen Vorteil dieser Technologie ebenfalls verringern.
Der Brushless-Motor: Präzision und dynamische Regelung
Der Brushless-Motor arbeitet nach einem anderen Prinzip. Wie der Name bereits andeutet, besitzt er keine mechanischen Bürsten, wie sie bei einem klassischen Gleichstrommotor zum Einsatz kommen.
Diese stärker elektronisch geprägte Architektur ermöglicht insbesondere eine präzise Bewegungsregelung und eine gute Dynamik. Bei einer Verpackungsmaschine kann ein Brushless-Motor interessant sein, wenn die Bewegung eine präzise Regelung von Drehzahl, Drehmoment oder Position erfordert.
Er eignet sich somit für Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit und Präzision eine wichtige Rolle spielen.
Zu seinen interessanten Eigenschaften zählen insbesondere:
- eine hohe Regelgenauigkeit;
- ein gutes dynamisches Ansprechverhalten;
- keine auszutauschenden Bürsten;
- je nach Anwendung eine gute Energieeffizienz;
- die Fähigkeit, Drehzahländerungen zu bewältigen.
Im Gegenzug erfordert ein Brushless-Antrieb in der Regel eine höhere Anfangsinvestition als ein einfacher Asynchronantrieb. Der Motor benötigt eine geeignete Steuerelektronik und kann mit einem Positionsrückführungssystem kombiniert werden, das eine sehr präzise Regelung ermöglicht.
Dieser Kostenunterschied kann jedoch gerechtfertigt sein, wenn Präzision, Dynamik oder Drehmomentregelung einen echten Vorteil für den Prozess bieten. Die zusätzlichen Technologiekosten müssen daher dem Nutzen gegenübergestellt werden, den sie für den Betrieb und die Leistung der Maschine bringen.
Unsere VS 600 ist beispielsweise ebenfalls mit einem Brushless-Motor für ihr Verschraubungssystem ausgestattet. Die Wahl dieses Antriebs steht hier unmittelbar mit der Notwendigkeit in Zusammenhang, die Verschließbewegung der Behälter präzise zu kontrollieren.
Der Schrittmotor: Bewegungen präzise steuern
Der Schrittmotor arbeitet nach einem anderen Prinzip als die beiden zuvor beschriebenen Technologien. Er wandelt die empfangenen elektrischen Impulse in aufeinanderfolgende Bewegungen um. Der Motor kann sich somit in einzelnen „Schritten“ bewegen, wodurch seine Bewegung in bestimmten Anwendungen präzise gesteuert werden kann.
Diese Technologie ist besonders interessant, wenn eine Bewegung sequenziell und wiederholbar ausgeführt werden muss.
Der Schrittmotor wird insbesondere geschätzt für:
- seine Fähigkeit, präzise Bewegungen auszuführen;
- seine in bestimmten Anwendungen einfache Ansteuerung;
- seine gute Wiederholgenauigkeit;
- seine Eignung für den Betrieb bei niedrigen Drehzahlen mit einer geeigneten Regelung.
Hinsichtlich der Kosten kann ein Schrittmotor bei bestimmten Positionierbewegungen einen interessanten Kompromiss darstellen. In einer einfachen Konfiguration kann er eine präzise Steuerung ermöglichen, ohne dass ein so aufwendiges Positionsrückführungssystem wie bei bestimmten Brushless-Lösungen erforderlich ist.
Dieser Vorteil hängt jedoch stark von der jeweiligen Anwendung ab. Wenn Geschwindigkeit, Drehmoment oder Überwachungsanforderungen steigen, können zusätzliche Systeme erforderlich werden. Ein Schrittmotor im geschlossenen Regelkreis benötigt beispielsweise eine Positionsrückführung und eine geeignete Elektronik, wodurch die Systemkosten steigen.
Er kann insbesondere für bestimmte Etikettier- oder Positioniermechanismen geeignet sein. Wie bei den anderen Technologien hängt sein Nutzen jedoch von der jeweiligen Bewegung und der Konstruktion der Maschine ab.
Welche Kostenunterschiede bestehen zwischen Asynchron-, Brushless- und Schrittmotoren?
Im Allgemeinen gehört ein einfacher Asynchronantrieb zu den wirtschaftlichsten Lösungen, wenn eine kontinuierliche und relativ einfache Bewegung benötigt wird.
Auch ein Schrittmotor kann wirtschaftlich interessant sein, wenn mit ihm eine wiederholte Positionierbewegung einfach ausgeführt werden kann. Seine Kosten können jedoch steigen, wenn die Anwendung mehr Leistung, höhere Geschwindigkeit oder eine Regelung im geschlossenen Regelkreis erfordert.
Ein Brushless-Antrieb erfordert aufgrund des Motors, seiner Steuerelektronik und der für seine Regelung benötigten Ausrüstung in der Regel eine höhere Anfangsinvestition.
Daher gilt: Die bei der Anschaffung günstigste Technologie ist nicht zwangsläufig diejenige, die über die gesamte Lebensdauer der Maschine die niedrigsten Kosten verursacht.
Wie wählt man den richtigen Antrieb für ein Projekt?
Wenn ein Unternehmen in eine Verpackungsmaschine investiert, muss es den Motortyp nicht selbst auswählen. Dennoch können bei der Projektplanung mehrere Fragen hilfreich sein.
Welches Maß an Präzision ist erforderlich?
Bei einigen Bewegungen ist vor allem ein gleichmäßiger Ablauf erforderlich, während andere eine präzisere Positions- oder Drehzahlregelung verlangen.
Welche Dynamik wird benötigt?
Die Geschwindigkeit der Zyklen kann die Wahl der Technologie beeinflussen.
Welche Anforderungen ergeben sich aus Produkt und Behälter?
Der Motor muss in eine für den Prozess geeignete Mechanik integriert werden.
Welches Investitionsniveau ist für die Anforderungen angemessen?
Ein technisch anspruchsvollerer Antrieb kann höhere Kosten verursachen, ohne bei einer einfachen Anwendung zwangsläufig einen Nutzen zu bieten. Umgekehrt kann der Versuch, die Antriebskosten zu senken, kontraproduktiv sein, wenn dadurch die für den Prozess erforderliche Leistung, Präzision oder Zuverlässigkeit eingeschränkt wird.
Wie hoch werden die Betriebskosten der Lösung sein?
Energieverbrauch, Wartung, Ersatzteile und mögliche Stillstandszeiten sind ebenfalls Bestandteile der wirtschaftlichen Gesamtbetrachtung.
Wie soll sich die Maschine künftig weiterentwickeln?
Eine spätere Automatisierung oder Integration in eine Linie kann ebenfalls bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Antrieb und Automatisierung von Verpackungsprozessen
Die Auswahl der Motoren gewinnt insbesondere dann an Bedeutung, wenn mehrere Arbeitsschritte automatisiert werden.
In einer kompletten Verpackungslinie müssen die verschiedenen Stationen synchronisiert arbeiten: Abfüllen, Verschließen oder Verschrauben, Etikettieren sowie gegebenenfalls weitere Arbeitsschritte.
Dies gilt auch für unsere Verpackungsmonoblocks, die mehrere Arbeitsschritte in einer einzigen Anlage zusammenfassen.
Das Ziel besteht daher nicht darin, grundsätzlich den technisch anspruchsvollsten oder günstigsten Motor auszuwählen, sondern eine Architektur zu entwickeln, die zu den erforderlichen Bewegungen und zur Gesamtwirtschaftlichkeit der Maschine passt.
Asynchronmotor, Brushless-Motor oder Schrittmotor: Keine dieser Technologien ist grundsätzlich für alle Anwendungen besser als die anderen.
Der Asynchronmotor wird wegen seiner Robustheit geschätzt und kann zahlreiche Antriebsanforderungen erfüllen, wobei er bei bestimmten einfachen Anwendungen besonders wirtschaftlich sein kann. Der Brushless-Motor bietet für bestimmte Bewegungen eine besonders interessante dynamische Regelung, erfordert dafür jedoch in der Regel eine höhere Investition. Der Schrittmotor ermöglicht präzise und wiederholbare Bewegungen und kann für bestimmte Positionierfunktionen eine wirtschaftlich interessante Lösung darstellen.
Bei einer Verpackungsmaschine hängt die Wahl somit in erster Linie von der auszuführenden Funktion, dem gewünschten Regelungsniveau, der Gesamtkonstruktion der Anlage und dem Verhältnis zwischen den Lösungskosten und der tatsächlich erforderlichen Leistung ab.
Bei CDA beziehen wir diese Überlegungen direkt in die Konstruktion unserer Maschinen ein. Die Wahl des Antriebs ist Teil eines ganzheitlichen Ansatzes, der Mechanik, Automatisierungstechnik, Elektronik sowie die Anforderungen von Produkt und Behälter berücksichtigt und gleichzeitig nach dem bestmöglichen technisch-wirtschaftlichen Kompromiss sucht.
Sie haben ein Abfüllprojekt, ein Verschraubungs- oder Etikettierprojekt und möchten wissen, welche Antriebstechnologie dafür geeignet ist? Kontaktieren Sie unsere Experten, um die Verpackungslösung zu ermitteln, die Ihren technischen und wirtschaftlichen Anforderungen am besten entspricht.
FAQ: Antriebstechnik bei Verpackungsmaschinen
Was ist der Unterschied zwischen einem Asynchronmotor und einem Brushless-Motor?
Der Asynchronmotor arbeitet mithilfe eines rotierenden Magnetfelds, während der Brushless-Motor auf elektronischer Kommutierung basiert. Der Brushless-Motor ermöglicht insbesondere in Anwendungen, die dies erfordern, eine präzise und dynamische Bewegungsregelung.
Warum wird ein Brushless-Motor in einer Verpackungsmaschine eingesetzt?
Ein Brushless-Motor kann interessant sein, wenn eine Anwendung eine präzise Regelung von Drehzahl, Drehmoment oder Bewegung erfordert. Seine im Allgemeinen höheren Kosten gegenüber einem einfachen Asynchronantrieb müssen daher den gewünschten Leistungsmerkmalen gegenübergestellt werden.
Wofür wird ein Schrittmotor eingesetzt?
Ein Schrittmotor ermöglicht aufeinanderfolgende, wiederholbare und präzise gesteuerte Bewegungen. Er kann für bestimmte Mechanismen geeignet sein, die wiederholte Bewegungen und eine präzise Positionierung erfordern.
Welcher Motor ist am günstigsten?
Darauf gibt es keine allgemeingültige Antwort, da die Kosten von Leistung, Steuerungssystem und den geforderten Leistungsmerkmalen abhängen. Für einfache Bewegungen ist der Asynchronmotor in der Regel eine wirtschaftliche Lösung. Ein Schrittmotor kann für bestimmte Positionierfunktionen interessant sein, während eine Brushless-Lösung üblicherweise eine höhere Anfangsinvestition erfordert und dafür weitergehende Regelungsmöglichkeiten bietet.
Sollte man nur die Preise der Motoren vergleichen?
Nein. Der Motorpreis macht nur einen Teil der Antriebskosten aus. Auch der Frequenzumrichter oder Treiber, mögliche Sensoren und Encoder, die Automatisierungstechnik, Integration, der Energieverbrauch und der Wartungsbedarf müssen berücksichtigt werden.
Ist ein Asynchronmotor weniger leistungsfähig als ein Brushless-Motor?
Die beiden Technologien erfüllen unterschiedliche Anforderungen. Die Auswahl hängt hauptsächlich von der auszuführenden Funktion und den gewünschten Eigenschaften der Bewegung ab. Ein teurerer oder technisch anspruchsvollerer Antrieb bietet nicht zwangsläufig einen Vorteil, wenn eine Anwendung seine zusätzlichen Funktionen nicht benötigt.
Beeinflusst der Motor die Präzision einer Verpackungsmaschine?
Der Antrieb kann zur Bewegungsgenauigkeit beitragen, ist jedoch nicht der einzige Faktor. Auch Mechanik, Kraftübertragung, Sensoren, Automatisierungstechnik und Einstellungen spielen eine wichtige Rolle.
Wie wählt man den Motor einer Verpackungsmaschine aus?
Die Auswahl erfolgt in der Regel anhand der Bewegungsfunktion, des gewünschten Präzisions- und Regelungsniveaus, der Geschwindigkeit, des Drehmoments und der Gesamtkonstruktion der Maschine. Auch die Gesamtkosten der Lösung einschließlich Investition, Integration, Energie und Wartung müssen berücksichtigt werden.
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