조립 시스템의 전기/전자 장비를 현저하게 개선하는 콤팩트형 모터 스타터

전자식 시트 조정의 이점을 실감하려면 첨단 자동차에 앉기만 하면 된다. 이에 필요한 구동 메커니즘은 복잡한 조립 시스템에서 제조한다. 2013년 말, 이전에 구현된 스타터 솔루션보다 다양한 장점을 지닌 조립 시스템이 체코 공화국에 출하되었다.

자동차용 메카트로닉 시스템을 개발 및 제조하는 독일 회사 Brose는 글로벌 자동차 부품 공급기업이다. 체코 공화국의 플랜트 중 한 곳을 확장하기 위해, 2013년 말에 등받이 각도 조정(BAA) 구동 시스템 생산을 위한 추가 조립 시스템을 공급했다. 기존 조립 시스템이 100% 가동되고 있어 생산 확대에 따른 추가 조립 설비가 필요하게 된 것이 이 투자의 배경이었습니다. Brose의 장비 기술 총책임자인 Alexander Gran은 “그러한 기회가 생기면 당연히 최적화 가능성도 면밀하게 검토하게 됩니다.”라고 말한다.

상당한 시간 및 공간 절약

기존 생산 솔루션 대비 사이클 타임 15% 절약은 가능성을 보여주기에 충분하다. 특히 세부 계획을 수립해 첨단 기술을 적용하면 반복적으로 이득을 달성할 수 있다. 산업용 컨트롤 분야의 사례는 Siemens의 신형 3RM1 모터 스타터가 제공한다. Alexander Gran은 “공간과 작업 시간을 상당히 절약합니다.”라고 간단하게 말한다. B AA 조립 시스템의 기본 설계는 이것이 정확히 무엇을 의미하는지, 그리고 여기에 왜 절약 가능성이 있는지 보여준다.

이 시스템은 일곱 개의 스테이션으로 구성되며, 이러한 스테이션에서 수많은 개별 작업을 통해 시트 등받이 각도 조정용 모터/기어 유닛 완성품을 만든다. 전기모터, 기어 유닛 컴포넌트, 핀, 실링 부품 및 기타 소형 부품이 수동과 자동으로 공급 설치된다. 스테이션에는 회전 테이블과 다관절 로봇이 장착되어 3교대 작업에서 5.5초의 목표 사이클 타임을 보장한다.

벨트 이송부에만 약 20대의 전기모터가 있고, 모두 직입 기동을 통해 작동한다. “이미 이용할 수 있는 최적화 잠재력을 활용하고 있었으며, 이제 미래를 향해 또 다른 발걸음을 내디뎠습니다.” Alexander Gran의 설명이다. 다시 말해, 과거에는 기존 모터 피더가 접촉기와 모터 스타터 보호장치로 구성됐지만, 이후에 Brose의 장비 전문가들이 Siemens의 Sirius 모듈식 시스템의 혁신 잠재력을 모두 활용했다는 설명이다. 스크류 단자 대신 스프링 단자를, 독립형 어셈블리 대신 3RV29 인피드 시스템을, 그리고 케이블 배선 대신 링크 모듈을 사용했다.

장비 기술팀 소속의 Patrick Löw는 이렇게 설명한다. “개별적으로 준비한 모터 피더의 신속한 ‘연결’을 위한 이 단계로 소중한 기간을 절약했습니다.” 스프링 단자만 사용함으로써 엔드 슬리브를 준비하는 전체 단계는 물론 나사 연결부 체결 및 재체결 작업도 필요 없다. 전자개폐기와 회로 차단기를 직접 연결하는 링크 모듈을 사용할 때도 마찬가지다. 간단한 단계 하나로 연결된다.

비장의 다음 최적화 수단

앞서 언급했듯이, 이것은 2013년 말에 Sirius 3RM1 모터 스타터를 이용한 최적화로 이어졌다. 하이브리드 기술 덕분에 Siemens는 전자식 개폐기와 전자식 과부하 보호 시스템을 폭 22.5mm, 높이 100mm에 불과한 케이스에 집적할 수 있었다. 이와 함께 모니터링 대상 정격 모터 전류를 케이스 전면의 로터리 볼륨을 이용해 개별적으로 설정할 수 있다. Alexander Gran은 “설정 범위가 넓고 크기가 작아 우리가 찾고 있는 개선 유형을 확보할 수 있습니다.”라고 평가한다. Patrick Löw가 이렇게 덧붙였다. “적절한 디바이스 커넥터를 이용해 자체 조립하는 백플레인 버스를 사용하는 옵션 덕분에 이제 제어 캐비닛에서 기존 솔루션보다 시간과 공간을 훨씬 더 절약합니다.”

Brose의 장비 전문가들은 이러한 최신 모터 스타터를 남아프리카 공화국의 시트 테스트 시스템에 처음 사용했다. 이를 통해 확보한 긍정적인 경험에 힘입어 디바이스를 곧바로 체코 공화국의 BAA 시스템의 표준 솔루션으로 사용하게 되었다. 여기서 최대 5개 모터 스타터를 결합해 단일 유닛으로 구성한 다음, 자체 조립 백플레인 버스를 통해 직류 24V 전압을 중앙 집중식으로 공급한다. 주 회로 총 전류 최대 25A 그룹 구성의 경우, 적절한 인피드 콤 엑세서리가 있어 여기서 배선 비용을 절약하고, 사용자가 단 한 번의 연결 작업으로 관리할 수도 있다.

긴 서비스 수명 및 에너지 효율과 결합한
고기능 통합

20여 대의 모터 스타터가 7대의 제어 캐비닛 안에 위치한다. 3RM1은 최대 3kW의 소형 모터용으로 3가지 크기로 제공된다. 설정 범위가 넓어서 구성할 때와 유지보수 또는 재고관리 시 부품의 종류를 줄일 수 있다. 두 자동화 전문가 Alexander Gran과 Patrick Löw는 이렇게 설명한다. “이는 추가 절약 가능성을 열어줍니다. 이전에는 기존에 설계된 모터 피더와 함께 10여 종의 개별 디바이스 재고를 확보해야 했기 때문이죠.”

물론 이 밖에도 첨단 디바이스의 기술적 이점이 있다. 따라서, 하이브리드 모터 스타터는 기존 솔루션보다 상당히 긴 서비스 수명을 제공한다. 하이브리드 기술로 온/오프 스위칭에 내마모성 반도체 기술을 적용하고, 작동 단계에서 에너지 절약 릴레이 기술이 효과를 발휘한다. 그 결과, 높은 에너지 효율 및 낮은 서비스 비용이 우수한 기술적 특징과 결합하게 되었다. 아울러 모터 스타터는 전자파 EMC 방출이 낮아 플랜트 가동률에 긍정적인 영향을 준다.

결론 / 전망 / 요약

Alexander Gran과 Patrick Löw는 한 목소리로 이렇게 말한다. “첨단 스위칭 디바이스는 소형이면서 신속하고 유연하여 다룰 수 있어 결정적인 이점을 제공합니다.” 이들의 경험에 따르면 공간 요구사항과 가격이 오늘날 플랜트 건설에서 가장 큰 이슈다. 개별 컴포넌트의 경우, 이는 더욱 좁은 설치 공간에서 더욱 다양한 기능을 제공하는 것을 의미한다. Sirius 3RM1 모터 스타터로 이 목표를 달성했다. 릴레이 접점과 전력 반도체를 결합하는 하이브리드 기술 덕분에 과부하 보호 기능도 아주 작게 구성을 했기 때문이다.

앞서 설명했듯이 공간 요구사항을 기존 솔루션보다 현저하게 축소할 수 있었고, 구성 및 처리 비용도 더욱 감소했다. 그 이유 중 하나는 컴포넌트 제조업체가 버튼을 한 번 눌러 모든 가용 정보를 EPLAN P8 설계 도구에 로딩할 수 있는 스위칭 디바이스용 매크로를 제공한다는 사실이다. 또한 모터 피더당 개별 부품 수가 적어져 주문 비용, 구성 비용 및 부품 목록이 크게 감소하고, 설치할 개별 부품 수가 상당히 줄어든다. 결국 오류의 소지가 줄어들고 가동률이 증가한다.
새로운 BAA 조립 시스템 덕분에 독일 Coburg의 메카트로닉스 전문가들은 최첨단 솔루션에서 비롯된 개선 사항에 대한 실제 경험을 다시 쌓게 되었다. 자동차산업은 마지막 디테일까지 적용된 일관성 있는 최적화를 토대로 발전한다. 이는 자동차와 생산 공정에 모두 적용된다. 둘 다 높은 수준으로 유지하려면, 3RM1 모터 스타터로 BAA 구동 시스템에 구현한 것과 같은 일관성 있는 최적화가 필요하다.

*Brose에 대하여
Brose는 100여 년 동안 자동차 제조 분야에서 고품질 솔루션의 대명사였다. 약 22,000명의 직원과 23개국에 58개 지사가 있는 이 가족 소유 기업은 전 세계 주요 자동차 공급업체 중 하나이며, 다양한 자동차용 메카트로닉스 시스템은 물론 전기 드라이브의 개발 및 제작에서도 국제적인 명성을 얻고 있다. 본사는 독일 Coburg에 소재한다. 또한 고성능 생산 보장을 위해 자체적으로 많은 장비를 제작한다. Coburg에서 약 40명의 직원과 전 세계에서 130여 명의 직원이 개별 사양에 따라 기계와 시스템을 개발 제작하고 있다.