Trägheit überwunden

Der Autor Dipl.-Ing. (FH) Hermann Bestle ist Leiter Öffentlichkeitsarbeit bei Chr. Mayr GmbH + Co. KG, Mauerstetten

Die heute vielfach in Servomotoren eingesetzten Permanentmagnetbremsen haben konstruktionsbedingt ein paar Schwachstellen. Beim Abbremsen aus der Bewegung liegt Mischreibung vor – Eisen/Eisen und Eisen/Reibbelag. Typisch für dieser Reibpaarung sind die starken Reibwertschwankungen und die geringen zulässigen Reibarbeiten und -leistungen. Ein weiterer Nachteil ist die Empfindlichkeit gegen Überspannungen, die zur Entmagnetisierung und Zerstörung der Permanentmagneten führen können.

Der Mauerstettener Bremsenhersteller Mayr Antriebstechnik hat eine Servobremse entwickelt, die auf der Konstruktion der seit Jahrzehnten bewährten Roba-stop Sicherheitsbremse basiert und die Mankos der heute marktüblichen Servobremsen mit Permanentmagneten nicht kennt. Bei dieser Bremse wird das Drehmoment von der Motorwelle über eine Verzahnung auf einen Rotor übertragen, der mit organischen Spezialreibbelägen bestückt ist. Diese temperaturfesten Beläge bestechen durch einen hohen, gleichmäßigen Reibungskoeffizienten und sind auch bei hohen Umgebungstemperaturen bis zu 120 °C einsetzbar. Die Mayr-Servobremse wird elektromagnetisch gelüftet und über Federdruck betätigt. Bei geschlossener Bremse wird der Rotor mit den Reibbelägen zwischen Ankerscheibe und Bremsplatte festgehalten. Bestromt man die eingebaute Magnetspule, zieht das Magnetfeld die Ankerscheibe gegen die Kraft der Federn an den Spulenträger. Die Bremse ist gelüftet, der Rotor kann sich frei drehen.

Ein Vorteil der neuen Servobremse ist das geringe Massenträgheitsmoment. Besonders eindrucksvoll ist der Unterschied im kleinen Leistungsbereich, beispielsweise bei einem Servomotor der Baureihe Tendo-AC 52 mit einem Massenträgheitsmoment von 1,4 kgcm². Es beträgt bei der eingebauten Mayr-Servobremse 0,0518 kgcm² mit 4 Nm Bremsmoment. Das sind weniger als 5 % gemessen am Motorträgheitsmoment. Vergleichbare Permanentmagnetbremsen, die sich für diesen Servomotor eignen, liegen deutlich höher und erreichen bis zu 30 % im Massenträgheitsvergleich zum Motor.

Normalerweise werden bei Servoantrieben zugunsten guter Regel-eigenschaften und hoher Dynamik Lastmassenverhältnisse von 3:1 oder kleiner gewählt. Wenn keine hohe Dynamik gefordert ist und höhere Lastmassenverhältnisse angestebt werden, ist die Servobremse technisch im Vorteil. Die Bremsmomenterzeugung über organische Spezialreibbeläge verleiht ihr eine Leistungsfähigkeit und Lebensdauer, die Bremsen mit Mischreibung (Eisen/Eisen und Eisen/Reibbelag) nicht erreichen können. Durch die deutlich höheren zulässigen Reibarbeiten und Reibleistungen der organischen Reibpaarung sind Lastmassenverhältnisse von 30 : 1 und mehr möglich. Bei solchen Bedingungen neigen Bremsen mit Eisen/Eisen-Reibung zum „Fressen“. Das kann zu einem sehr starken Anstieg des Bremsmomentes und somit zu Schäden im Antriebsstrang führen.

Nicht nur bei den Bremsmoment-erzeugenden Bauteilen wurde auf hohe Leistungsfähigkeit und Verschleißminimierug geachtet, sondern auch bei allen anderen an der Übertragung beteiligten Komponenten. Da moderne Servomotoren heute weitgehend mit Absolutwertgeber ausgestattet sind, ist das Thema „Spielfreiheit“ in den Hintergrund gerückt. Geringfügiges Spiel ist durchaus zulässig und wird über die Motornachführung kompensiert. Dieses Zugeständnis erlaubt es, Bremsen für den Servobereich einfacher und damit auch zuverlässiger zu konstruieren. Trotz der Möglichkeiten zur Spielkompensierung wurde bei der neuen Bremse darauf geachtet, das Spiel zwischen Welle und Reibbelagrotor durch exakte und qualitativ hochwertige Verzahnungen auf ein Minimum zu reduzieren. Das gesamte Verdrehspiel konnte auf 0,2° oder weniger reduziert werden. Die Übertragung des Bremsmomentes von den Reibflächen zu allen anderen Bauteilen ist spielfrei.

Ausführliche Informationen

Servobremsen

Servoantriebe