Direktantriebe mit hohem Moment aus kleinem Bauraum

Der Dreh-Champion

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Ein als wirtschaftlich „unbaubar“ geltendes, aber geniales Direktantriebs-Konzept aus dem 19. Jahrhundert (!) ist nach jahrelanger Entwicklung und Erprobung durch Schweizer Ingenieure zur Serientauglichkeit geführt worden: Ein hochdynamisches Direktantriebssystem für präzises, schnelles und wartungsfreies Positio-nieren.

Der Autor Dipl.-Ing. Luis Hernandez ist Verkaufsleiter Servax Drives der Landert-Motoren AG, Bülach/Schweiz

Den Konstrukteur im Fokus
Seit einigen Jahren ist ein immer stärkerer Trend zu Antriebslösungen mit Direktantrieben zu verzeichnen. Sehr gute, aber kostspielige Systemlösungen sind heute bereits für High-End-Applikationen am Markt erhältlich. Aus diesem Grunde sah das Pflichtenheft des Hauses Servax, einem Geschäftsbereich der Landert-Motoren AG, Bülach/Schweiz, vor, eine kompakte, leichte und preislich günstige Direktantriebslösung markttauglich zu machen.
Die intensiven Abklärungen von Bedürfnissen bei potentiellen und bestehenden Kunden ergaben mehrheitlich einen Bedarf nach Direktantriebslösungen im Drehmomentenbereich bis zu 50 Nm. Der Motor sollte nicht nur minimalste Abmessungen, sondern auch ein sehr hohes Drehmoment im unte-ren Drehzahlbereich (bis 500 min-1) aufweisen. Die befragten Konstrukteure forderten zudem einen integrierten Absolutgeber zur Bewältigung von anspruchsvollen Positionieraufgaben sowie die Anbindung des Motors an einen mehr oder weniger handelsüblichen Regler, der zusätzlich mit Feldbus-Modulen ausge-rüstet werden kann (CAN-open, Profibus-DP).
Das Lösungsprinzip
Je mehr Pole, desto höher das Drehmoment. Ein normaler Drehstrommotor hat zwei, vier oder sechs Pole, der langsam-laufende Direktantrieb von Servax verfügt jedoch – je nach Ausführung – über 40 bis 90 Pole!
Um diese hohe Polzahl auf platzsparende Art und Weise in den Motorraum integrieren zu können, hat sich Servax das Prinzip des Transversalfluss-motors zu Nutze gemacht. Diese Technologie ist alles andere als neu. Sie wurde vor über hundert Jahren durch den Chief-Engineer der Brush Company, Herrn W.M. Mordey, niedergeschrieben. Heute wird an verschiedenen europäischen Hochschulen auf diesem Gebiet vermehrt geforscht. Die bekanntesten Arbeiten und Patente dürften diejenigen des Instituts für elektrische Antriebe der Technischen Universität Braunschweig sein, wo seit über 15 Jahren auf diesem Gebiet geforscht wird. Die hohe Kraftdichte dieses „langsamen“ Direktantriebes verlangte nach unkonventionellen Lösungen in Technologie, Konstruktion und Fertigung. Das interdisziplinäre Servax-Projektteam unter der Leitung von Entwicklungsleiter Dr. A. Colotti benötigte nahezu zwei Jahre für das Entwickeln geeigneter Produk-tionsverfahren, um den in Fachkreisen als „unbaubar“ geltenden Motor kommerziell nutzbar zu machen.
Entwicklungs-partnerschaft mit Lust Antriebstechnik
Die Suche nach einem geeigneten Regler wurde zu einer der größten Herausforderungen für Servax. Die Servax-Kunden sollten nicht nur einen herausragenden Motor, sondern mit ihm auch einen Regler der Spitzenklasse erwerben können.
Mit der deutschen Unternehmensgruppe Lust Antriebstechnik GmbH, Lahnau, wurde ein idealer Partner gefunden. Eine in vieler Hinsicht ähnliche Unternehmensstruktur- und-philosophie sowie die vorzügliche interdisziplinäre Zu-sammenarbeit beider Projekt-Teams zeigten schon nach wenigen Monaten sichtbare und ermutigende Fortschritte, die schlussendlich zum gewünschten Erfolg führten.
Direktantriebssystem Torque-Champion
Das Resultat dieser erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen zwei mittelständischen Unternehmen wurde auf der SPS-Messe 2000 in Nürnberg dem Fachpublikum vorgestellt: Torque-Champion! Dieses hochdynamische Di-rektantriebssystem für präzises, schnelles und wartungsfreies Positionieren, besteht aus:
– Eingelagertem Aussenläufermotor ([ 145 mm, Länge 145 mm, Gewicht 9 kg!) mit durchgehender Hohlwelle ([ 56 mm) und nahezu 30 Nm Spitzendrehmoment
– Integriertes Messsystem mit Absolutinformation (keine Referenzfahrten nötig) und einer Auflösung von 8,4 Millionen Inkrementen
– Volldigitaler Direktantriebsregler mit Positioniersteuerung und Funktionalitäten, die heute von Geräten der Spitzenklasse verlangt werden. Der Regler als intelligentes Subsystem kann zudem noch mit Feldbus-Modulen ausgerüstet werden, um mit einer SPS oder einem Industrie-PC zu kommunizieren
– „Elektronisches Typenschild“, d. h. die Motor-Parameter sind im Motor selbst angelegt und können durch den Regler jederzeit ausgelesen werden. Dadurch ist ein paarweises Kombinieren von Motor und Steuerung nicht mehr erforderlich (Servicefall).
– Eine unter Windows-Oberfläche einsetzbare PC-Benutzersoftware – dem Drive Manager – zur schnellen und einfachen Inbetriebnahme der komplexen und anspruchsvollen Technik des Direktantriebssystems.
Vergrößerung der Torque-Champion-Familie
Das Torque-Champion-System ist bereits in einer 18 Nm- und einer 30 Nm-Version erhältlich. In der zweiten Hälfte dieses Jahres wird eine zweite, preislich günstigere Alternative mit gleich starken Motoren, jedoch mit freiem Wellenende statt mit Hohlwelle auf den Markt kommen. Gegen Ende dieses Jahres werden die ersten 50 Nm starken Motoren den Prüfstand verlassen und ab Januar 2002 die Verkaufsfreigabe erhalten.
Schon im weit fortgeschrittenen Entwicklungsstadium befinden sich Direktantriebe im unteren Leistungsbereich zwischen 8 und 12 Nm. Sie werden voraussichtlich zwischen 2 und 3 kg schwer sein und ei-nen Aussendurchmesser von 90 mm aufweisen.
Zielgruppen undAnwendungen
Die meisten der heute im Einsatz stehenden Direktantriebe werden als anwendungsspezifische, getriebelose Systemlösungen für Kunden aus verschiedenen Branchen konstruiert wie:
– Förder- und Dosiertechnik
– Getränkeabfüllanlagen
– Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen
– Medizinaltechnik
– Handling-Automation
In diesen Branchen wird der Servax-Direktantrieb seine Hauptstärken ausspielen:
– Optimum in Anwendungsfällen ohne Kühlmedium, wo das Gewicht, der Platzbedarf sowie das Nennmoment im Vordergrund stehen, kann der TorqueChampion eine optimale Lösung darstellen. Ist hingegen nur das Spitzenmoment entscheidend, sollte im Einzelfall geklärt werden, ob nicht auch ein konventioneller Magnetmotor in Frage kommen kann
– Hohes Halte- bzw. Stillstandsmoment
– Bei defektem Umrichter oder Windungsschluss lässt sich der Direktantrieb ohne mechanische Trennung vom Treibrad abschleppen.
Ausführliche Informationen
Direktantrieb TorqueChampion
KEM 493
Internet
Servax Drives, Bülach/Schweiz
Servax Drives, Geschäftsbereich der Landert-Motoren AG (ca. 600 Mitarbeiter), Bülach, steht für Entwicklung und Fabrikation konfektionierter Antriebslösungen:
– High Power (Flüssigkeitsgekühlte Synchron- und Asynchronmotoren)
– High Speed (schnellaufende Synchron- und Asynchronmotoren)
– High Torque (Direktantriebs-Systeme bis 50 Nm)
– Special Products (Schutztürantriebe für Werkzeugmaschinen, Rotor-/Stator-Elemente für Spindelmotoren, Servo-Regler für Di-rektantriebe).
Mit sehr hoher Fertigungstiefe werden Losgrössen zwischen 50 und 300, z. T. bis zu 5 000 Motoren pro Jahr, produziert und mit grosser Flexibilität auf spezielle Kundenwünsche eingegangen. Diese Flexibilität lebt auch intern:
– 18 Prozent Beteiligung der langjährigen Mitarbeiter am Unternehmen (in der dritten Generation durch Felix Landert geleitet)
– innovativstes Arbeitszeit-system in der Schweiz, bei dem jeder Mitarbeiter Wochenarbeitszeit und Urlaubsanspruch selbst bestimmt.
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