Synchron-Linearmotoren: Optimierte Leistung durch Montagekühlbrücken

Einstiegsbarrieren weggeschoben

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Durch die kontinuierlich steigenden Anforderungen in der Antriebstechnik hinsichtlich Dynamik und Positionierverhalten gewinnen lineare Direktantriebe zunehmend an Bedeutung, da rotierende Antriebe hier an Leistungsgrenzen stoßen. Durch ihre Zuverlässigkeit sowie geringe Betriebs- und Wartungskosten, konnten Linearantriebe mittlerweile in der Praxis überzeugen.

SEW-Eurodrive bietet neben den bekannten Komponenten (Primär/Sekundärteile) eines Linearmotors, als Motoroption eine neuartige Montagekühlbrücke an. Darin sind die Problemstellungen, auf die der Anwender bei der Integration des Linearmotors in seine Konstruktion trifft, bereits gelöst und erprobt. Zusätzlich wird die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Linearantriebs weiter gesteigert.

Der Anwender wird damit in die Lage versetzt, den Linearmotor genauso einfach und problemlos in seine Maschine einbauen zu können, wie einen konventionellen Getriebemotor. Dadurch wird die Einstiegsbarriere für diese neue Technologie ganz wesentlich reduziert.
Einsatzgebiete und Abgrenzungen
Vom klassischen Einsatzgebiet des Linearmotors, dem Maschinenbau, abgeleitet, findet die luftgekühlte Motorentechnik immer mehr Einzug in nahezu alle Servo-Applikationen. Im Unterschied zu den thermisch isolierten und wassergekühlten Motoren, die hauptsächlich im Werkzeugmaschinenbau eingesetzt werden, sind die Anwendungsgebiete wesentlich erweitert, da keine aufwändige Peripherie (Wasseranschluss und -aufbereitung) benötigt wird.
Typische Anwendungen der luftgekühlten Linearmotoren sind in Transport- und Handling-Aufgaben (z. B. Zwei- oder Drei-Achs-Portale, Zuführeinheiten, Ladeportale), der Montage-, Handhabungs- und Verpackungstechnik, in der Holzbearbeitung, der Bohr-, Schneide- und Trenntechnik oder in Kleinpressen zu finden.
Antriebskonzeption
Von SEW-Eurodrive werden die drei Produktausführungen Basic, Advance und Power angeboten. Die Basic-Version besteht aus Primär und Sekundärteilen in bekannter Bauart. Das Lieferspektrum umfasst fünf Baugrößen mit jeweils vier Baulängen. Die maximalen Vorschubkräfte bewegen sich zwischen 650 bis 12 600 N, bei Nenngeschwindigkeiten von 1,3 und 6 m/s. Inbetriebnahme und Betriebsverhalten sind optimal auf die Frequenzumrichter der Baureihe Movidrive Baustufe B abgestimmt.
Ausführung ohne Fremdbelüftung
Kernstück der Montagekühlbrücke ist ein speziell entwickeltes Aluminium-Stranggussprofil. Dieses trägt das Primärteil aus der Basic-Version. Das Profil besitzt für den Anbau kundenseitiger Lasten, handelsübliche Nuten/Nutensteine für größtmögliche Varianz in der Anbaugeometrie. Standardisierte Führungssysteme können mittels einer integrierten Loslagerstelle, die thermische Ausdehnungen kompensiert, mit der Kühlbrücke verbunden werden. Die stirnseitige Abschlussplatte enthält Steckverbinder für Leistung und Thermofühler des Primärteils.
Die Kühlbrücke wurde ausgewogen abgestimmt in Bezug auf Leistung, Gewicht, Festigkeit, Bauraum und Funktionalität. Bisher war der Anwender selbst innerhalb seiner Konstruktion für den Abfluss der Verlustwärme verantwortlich. Die Gestaltung der Anbauteile in der Konstruk-tionsphase, in Bezug auf optimalen Wärmestrom und Festigkeitseigenschaften, lässt sich in der Praxis aber meist nur unzureichend realisieren. Deshalb wird in der Projektierung die Leistungsfähigkeit (Nennvorschubkraft) des Linearantriebs oft nur teilweise ausgenutzt oder es wird „zuviel“ an Konvektionsfläche vorgesehen, welche dann unnötig Bauraum, Gewicht und Kosten verursachen.
Für Linearmotor-Direktantriebe ist kennzeichnend, dass die Verlustwärme innerhalb der Antriebsachse entsteht und dadurch angrenzende Bauteile thermisch belastet werden – im Gegensatz zu rotierenden Motoren, welche außerhalb der Antriebsachse platziert sind. Hierzu ein Beispiel: Zwischen zwei auf dem Maschinenbett, mit Schienenabstand 200 mm montierten Kugelumlaufführungen, befindet sich das Primärteil, das an einer Stahlplatte befestigt ist. Die Stahlplatte ist mit den Führungswagen verschraubt. Primärteil und Platte erreichen im Betrieb 80K Temperaturerhöhung, also bei 20 °C Umgebungstemperatur beispielsweise rund 100 °C. Dadurch verbreitert sich die Stahlplatte um ca. 0,25 mm (eine Platte aus Aluminium sogar um ca. 0,4 mm). Die Einbauvorschriften der Führungshersteller lassen aber nur 6 0,02 mm zu. Dies führt zu einer sehr großen Belastung des Führungssystems und reduziert deutlich dessen Lebensdauer. In diesem „verspannten“ Zustand steigt, durch zusätzliche Reibkräfte, die notwendige Vorschubkraft weiter an. An den SL2-Montagekühlbrücken verhindert eine Fest-/Loslagerung der Führungswagen die Entstehung solcher Verspannungen.
Ausführung mit Fremdbelüftung
In der Power-Ausführung enthält die stirnseitige Abschlussplatte der Kühlbrücke zusätzlich zwei Axialgebläse mit Steckeranschluss.
Durch die Verwendung von Axiallüftern kann die Nennvorschubkraft um rund 45 % (je nach Motorlänge) gesteigert werden, dabei bleibt jedoch die maximale Vorschubkraft unverändert. Die Leistungsentfaltung des kostenintensiven Magnetmaterials, besonders bei langen Verfahrwegen, in den Sekundärteilen wird erhöht und damit sinken die Kosten des Gesamtantriebes. Besonders empfiehlt sich die Power-Version für Applikation mit erhöhtem Nennvorschubleistungsbedarf, wie z.B. bei Hubwerken zum Halten des Eigengewichtes, oder in Klebepressen die prozessbedingt eine konstante Kraft über ein längeres Zeitintervall aufbringen müssen.
Halle 4, Stand 221
Weitere Informationen
Linearmotoren
KEM 462
Antriebspalette SEW
KEM 463

Dissertationen Institut für Elektrische Maschinen, RWTH Aachen
Der Europamarkt für Linearmotoren
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