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23 Trend Guide Industrie 4 0 IIoT KI 2025 www markttechnik de xible und vorausschauende Bewegungssteuerungen Allerdings bringt der technologische Umstieg auch neue Herausforderungen mit sich BLDC-Motoren erfordern eine komplexere Ansteuerung mit Sensoroder sensorloser Kommutierung feldorientierter Regelung und leistungsfähiger Hardwareplattform Um diesen Anforderungen gerecht zu werden besonders bei variantenreichen Produktfamilien sind modulare Softwarearchitekturen und durchgängige Entwicklungsansätze entscheidend Nur so lassen sich die Potenziale von BLDC-Antrieben im Sinne von Industrie 4 0 voll ausschöpfen Auswirkungen auf die Systemarchitektur Der Einsatz eines BLDC-Motors beeinflusst nicht nur die mechanischen Eigenschaften eines Antriebssystems sondern hat auch weitreichende Auswirkungen auf die gesamte Systemarchitektur – von der Steuerung über die Softwarealgorithmen bis hin zu Hardwaredesign und EMV-Konzepten Grafik 1 Steuerung Bei der Ansteuerung von DC-Motoren genügt meist eine einfache Spannungsregelung oder PWM-Ansteuerung über eine H-Brücke Die Regelung erfolgt oft direkt über einen geschlossenen Regelkreis für die Drehzahl wobei ein einfacher PI-Regler ausreicht Das Verhalten ist linear und gut prognostizierbar Demgegenüber erfordert die Ansteuerung eines BLDC-Motors eine aufwendigere Regelung Weil die Kommutierung nicht mechanisch sondern elektronisch erfolgt muss die Rotorposition erfasst oder geschätzt werden um die richtigen Phasenströme einzuschalten Dies erfordert einen dreiphasigen Inverter eine präzise Taktung der Leistungshalbleiter sowie eine deutlich feinere Steuerungslogik Die Herausforderung liegt hier vor allem in der Echtzeitfähigkeit der Steuerung besonders bei schnellen Lastwechseln oder im sensorlosen Betrieb Algorithmen Der Regelungsaufwand bei BLDC-Motoren ist signifikant höher Während bei DC-Motoren einfache Drehzahlund Stromregelkreise genügen kommen bei BLDC-Antrieben komplexe Algorithmen wie die sensorlose Kommutierung über Back-EMF-Auswertung oder feldorientierte Regelung FOC zum Einsatz Diese Algorithmen erfordern nicht nur ein tiefes Verständnis der Motorphysik sondern auch eine leistungsfähige Softwareumgebung Besonders herausfordernd ist der Übergang vom Stillstand zur Drehbewegung im sensorlosen Betrieb weil die zur Kommutierung notwendige Gegen-EMK erst bei nennenswerter Drehzahl vorhanden ist Hardware Auch auf Hardwareebene unterscheiden sich die Anforderungen erheblich DC-Motoren benötigen lediglich eine einfache H-Brücke wohingegen BLDC-Motoren eine dreiphasige Leistungsendstufe mit präzisem Timing und Strommessung voraussetzen Die Auswahl geeigneter Mikrocontroller mit ausreichender Rechenleistung mehreren synchronisierten PWM-Kanälen und schnellen A D-Wandlern ist entscheidend Zudem erfordert der Aufbau einer sicheren und effizienten Ansteuerschaltung für BLDC-Motoren besondere Sorgfalt in der Leiterplattenentwicklung vor allem bei der Trennung von Leistungsund Signalpfaden EMV Elektromagnetische Verträglichkeit In puncto elektromagnetische Verträglichkeit bringen beide Motortypen spezifische Herausforderungen mit sich DC-Motoren erzeugen durch ihre Bürstenkontakte breitbandige Störungen die schwer zu filtern sind und besonders im unteren Frequenzbereich auftreten Funkenbildung und Schleifkontakte stellen zusätzliche Störquellen dar BLDC-Motoren hingegen verursachen EMV-Probleme vor allem durch die steilen Flanken der hochfrequenten Schaltvorgänge im Inverter Diese können zu leitungsund feldgebundenen Störungen führen die gezielt durch angepasstes Layout sternförmige Masseführung Filtermaßnahmen z B EMV-Drosseln Snubber-Netzwerke und geeignete Schirmung kontrolliert werden müssen Eine besonders kritische Rolle spielt dabei das Zusammenspiel von Software und Hardware etwa bei der Gestaltung der PWM-Modulation oder der Begrenzung der Schaltgeschwindigkeit durch Gate-Widerstände Schneller zum Projektabschluss durch modulare Softwarearchitektur Angesichts dessen suchten die Entwickler und Antriebstechnikexperten von Burger Engineering nach einer Möglichkeit schnell und flexibel auf die Anforderungen verschiedener Kundenprojekte einzugehen und die jeweils optimale Motortechnologie für bestimmte Anwendungen bereitzustellen Das Ergebnis dieser Suche ist das Konzept einer modularen Softwarearchitektur die es ermöglicht sowohl DCals auch BLDC-Motoren von einer gemeinsamen Plattform aus anzusteuern Durch die Trennung von Funktionseinheiten klare Schnittstellen und abstrahierte Hardwarezu-Zwei miteinander verbundene BLDC-Motoren Bild Burger Engineering