Motoren Integral-Motoren mit Flüssigkeitsregelung

Werden Antriebe mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet sind sie Kompakter und leichter, haben kühle Oberflächen, die keine Abwärme an die Umgebung abgeben. Selbst bei hohen lautloser Betrieb selbst bei hohen Drehzahlen ist der betrieb lautlos, weil keine Ventilation eingesetzt werden muss.

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Heidrive GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

Maxon Motor GmbH

SERVAX Landert Motoren AG

Wie die erfrischende Wirkung eines Gewitterregens im Sommer, die Luft kühlt ab und die Trägheit der Glut weicht neuem Tatendrang. Auch in flüssigkeitsgekühlten Antrieben löst die erfrischende Wirkung des Kühlmediums einen kräftigen Tatendrang aus. Kompakte und leichte Antriebe, kühle Oberflächen, die keine Abwärme an die Umgebung abgeben und keine Gefahr bei der Berührung darstellen, zudem lautloser Betrieb selbst bei hohen Drehzahlen, weil keine Ventilation eingesetzt werden muss. Der ganze Antrieb befindet sich auf einem tieferen Temperaturniveau. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Lagerung aus.

Diese Vorteile von flüssigkeitsgekühlten Antrieben sind seit über zehn Jahren in der MHP Reihe von SERVAX umgesetzt. Mit den Baugrößen 71, 90, 112, 132 und 160 in der leichten Aluminiumbauweise und der Wahl zwischen Synchron- und Asynchrontechnik stehen den Kunden optimale Lösungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die Flüssigkeitskühlung spielt auch beim Integral High Power System IHP-S eine zentrale Rolle. In den Baugrößen 90, 112, 132 und 160 sind Leistungen von 8,5 bis 112 kW bei 1500 U/min untergebracht.

Integral-flüssigkeitsgekühlt IHP-S und synchrone Motortechnologie

Die Leistungselektronik und der Motor sind in drehzahlvariablen Antrieben ein Paar, welches zusammen die gesetzte Aufgabe erfüllt. Bei Integralantrieben wird dieses Paar räumlich zusammengeführt. Dazu ist die Leistungselektronik direkt im Motorgehäuse integriert. Der Klemmenkasten mit der entsprechenden Anschlusstechnik entfällt und wird durch die Elektronik ersetzt.

Die auf dem Motor des Integralantriebs bereits verfügbare Flüssigkeitskühlung dient gleichzeitig zur Kühlung der Steuerung. Damit ist auch die große Schwierigkeit von Integralantrieben behoben, dass Motor und Steuerung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten. Die höheren Temperaturen des Motors werden von der Flüssigkeit wirkungsvoll abgeschirmt.

Auch die Situation im Schaltschrank ändert sich gegenüber einer klassischen Antriebsanordnung. Im IHP System sind alle Leistungsendstufen dezentral auf der Anlage verteilt. Der Schaltschrank wird kleiner und muss auch entsprechend weniger gekühlt werden, weil hier nur noch die mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Einspeisung installiert ist. Eine Option, die den Platzbedarf weiter reduziert, sind die flüssigkeitsgekühlten Einspeisemodule.

Die IHP-S Reihe besticht durch ihre kompakten Abmessungen, die in erster Linie durch die Flüssigkeitskühlung ermöglicht werden. Je kleiner der thermische Widerstand zwischen Quelle und Senke der Verluste ist, umso mehr Verluste können bei einer gegebenen maximalen Temperatur abgeführt werden. Die Flüssigkeit wird nahe an den elektrischen Wicklungen im Stator geführt und erlaubt großen Strombelag.

Der Rotor ist nach dem Reluktanzprinzip als rein passiver Körper aufgebaut. Er arbeitet nahezu verlustfrei und trägt daher nicht wesentlich zum Erwärmen des Motors bei. Somit ist eine Motorausnutzung erreichbar, die gegenüber der Asynchrontechnik um etwa 20 % erhöht ist.

Geberlose Lage- und Geschwindigkeitsregelung

In synchronen Motortechnologien ist es nötig, den Strom in Abhängigkeit der Rotorlage in den Stator einzuprägen. Nur bei korrekter Bestromung wird das maximale Moment erreicht. Dazu wird üblicherweise ein Rotorlagegeber eingesetzt. Um diese Komponente in Anwendungen, bei denen keine extremen Anforderungen an die Präzision der Positionierung gestellt werden, wegzulassen, ist im IHP-S System ein Verfahren zur sensorlosen Rotorlageidentifikation implementiert worden. Das Verfahren erlaubt einen absolut synchronen Betrieb in Drehzahlregelung und eine Positionierung der Welle mit ± 1,5° absoluter und ± 0,2° repetitiver Genauigkeit.

Einen nicht zu unterschätzenden Installationsaufwand ist das Verkabeln von Antriebssystemen. Von der Steuerung muss zu jedem Antrieb ein geschirmtes Leitersystem geführt werden mit der dreisträngigen Speisung und dem Erdleiter. Bei dem IHP-S System ist das Speisemodul im Schaltschrank dreiphasig an das Netz angeschlossen. Von diesem aus wird nur noch die DC Speisung des Spannungszwischenkreises zu den dezentralen Antrieben geführt. Innerhalb des Integralantriebes werden nur die Leistungsanschlüsse und die Wicklungsüberwachung zwischen Motor und Leistungsendstufe geführt. Da die Regelung ohne Rotorlagegeber realisiert ist, entfällt die teure und störungsanfällige Verbindung des Gebersystems zur Elektronik.

Mehrachssystem mit zentralem Master mit PLC Funktion

Im Mehrachssystem sind die einzelnen Achsen über einen internen Bus miteinander verbunden. Das Speisegerät arbeitet in dieser Anordnung als Master, der die Informationen zwischen den Teilnehmern verteilt und die entsprechenden Fahrbefehle im Takt von 1 ms (bei bis zu zehn Teilnehmern) abgibt.

Mit entsprechenden Zusatzmodulen wird das Speisemodul seinerseits zum Teilnehmer in einem übergeordneten Feldbussystem. Für das direkte Einbinden in die Anlagenumgebung stehen auf dem Einspeisemodul vier digitale Eingänge und vier digitale Ausgänge bereit. Auf den integrierten Endstufen finden sich zwei weitere digitale Aus- und sechs Eingänge. Zudem sind auf dem Speisemodul und jeder Endstufe je ein analoger Ein- und Ausgang.

* Dr. Alberto Colotti ist Entwicklungsleiter bei SERVAX Drives in Bülach/Schweiz

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