Suchen

Torquemotor

Schnelldrehende, hochdynamisch und leistungsstarke Hauptantriebe

Derzeit entwickelt sich ein Trend hin zu hoch dynamischen Motoren: die Anforderungen an einen derartigen Motor und wie Oswald diese Anforderungen umsetzt.

| Redakteur: Ute Drescher

In jeder Maschine, die zyklisch betrieben wird, müssen beständig lineare oder rotierende Massen beschleunigt und abgebremst werden. Je dynamischer der Antrieb, desto geringer die Zykluszeit, der Energieverbrauch und desto höher die Ausbringung. Deshalb entwickelt sich in der Antriebstechnik derzeit ein Trend hin zu hoch dynamischen, leistungsstarken Motoren. Der folgende Beitrag beschreibt die Eigenschaften, die von einem derartigen Motor verlangt werden und stellt eine neue Entwicklung von Oswald vor.

Firma zum Thema

MFS Motoren Achshöhe 11
MFS Motoren Achshöhe 11
( Bild: OSWALD )

Bei langsamen Eintriebsdrehzahlen im einige 100-rpm-Bereich dominieren Torquemotoren die oberen Marktsegmente in Sachen Dynamik und Kompaktheit. Vorzugsweise sind sie dabei als Direktantriebe ausgeführt (vgl. Oswald-TF-Motorenbaureihe).Bei höheren Eintriebsdrehzahlen werden schlanke, äußerst trägheitsarme Maschinen benötigt. Mit ihnen gelingt es, die Dynamik moderner Produktionsanlagen deutlich zu steigern. Typische Einsatzgebiete solcher Motoren sind servoelektrische Hydraulikpumpen, Press- und Umformmaschinen oder Stanz- und Biegeautomaten. Im Bereich der Prüfstandstechnik oder im Werkzeugmaschinenbau besteht die Möglichkeit, durch solche trägheitsarmen Antriebe Bewegungsabläufe zu realisieren, die bisher unvorstellbar waren. Bei Umrüstungen oder Upgrade bestehender Anlagen oder bei mobilen Antriebskonzepten müssen hochdynamische und hohe Maschinenleistungen auf minimalem Platzangebot aufgebaut werden können. Welche Eigenschaften benötigt ein derartiger Motor um im High End der Dynamik und Kompaktheit mitspielen zu können?

Hochwertige Permanentmagnete im Rotor führen zu hoher Kraftdichte

Kraftdichte: Zunächst benötigt der Antrieb ein möglichst hohes Drehmoment. Die entsprechende Kenngröße im Elektromaschinenbau ist die Kraftdichte im Luftspalt zwischen rotierendem und stehendem Bauteil, also zwischen Stator und Rotor. Hier wird die durch magnetische Felder erzeugte Kraft wirksam. Wir beziehen die Kraft in Newton auf die Oberfläche des Rotors. So ergeben sich für den Motor typische Nenn- oder auch Spitzenwert in N/cm².

Bildergalerie

Asynchron- oder Reluktanzmotoren liegen hier bei ca. 2 N/cm² im Dauerbetrieb, Servomotoren können bis u 20 N/cm² an Spitzenwerten bereitstellen. Je höher die spezifische Kraftdichte, desto mehr Power steckt in der jeweiligen Motorbaugröße. Das heißt, die Wahl fällt auf eine Servomotor-ähnliche Ausführung mit hochwertigen Permanentmagneten im Rotor. So ergibt sich ein kompakter Motor mit hoher Kraftdichte.

Hauptantriebe erfordern zwingend eine effektive Kühlung

Kühlung: Kleine Servomotoren, so sind wir es gewohnt, benötigen keine Kühlung. Es genügt ihnen, über die schwarze Oberfläche Strahlungswärme abgeben zu können. Das ist für den Anwender ideal, da sich niemand mit Lüfter, Filter oder Wasserkühlung befassen muss. Hauptantriebe dagegen müssen intensiv gekühlt werden.

Warum? Nun, das liegt in der Natur der Sache, technisch ausgedrückt am kleineren Oberflächen–Volumenverhältnis. Bei größer werdenden Motoren steigt das Volumen mit der 3. Potenz, die Oberfläche des Motors aber nur mit der 2. Potenz.

Die Verluste jedoch werden im Volumen erzeugt und müssen über die Oberfläche abgeführt werden. Somit ist bei Hauptantrieben, die im Gegensatz zu Servomotoren im Dauerbetrieb gefahren werden, eine effektive Kühlung zwingend erforderlich.

Polzahl: Schnelllaufende Hauptantriebe haben Nenndrehzahlen von mehreren 1000 rpm. Wegen der frequenzabhängigen Motorverluste ist es erforderlich eine niedrige Motorpolzahl zu wählen. In Frage kommen hier typischerweise 2 bis 8-polige Maschinen.

Die Motorträgheit beeinflusst die Effektivität der Anlage wesentlich

Trägheit, Dynamik: Schon im normalen Sprachgebrauch verstehen wir was gemeint ist: Ein träger Typ kann kaum dynamisch sein, ein dynamischer ist selten träge. Im Motorbau sprechen wir von Trägen Massen, die bewegt werden müssen. Ist die Trägheit der Anwendung in der Größenordnung oder kleiner als die Eigenträgheit des eingesetzten Motors, so beeinflusst die Motorträgheit die Effektivität der Anlage wesentlich.

Da sich die Motorträgheit exponentiell mit dem Rotordurchmesser erhöht, ist ein kleiner Rotordurchmesser und ein niedriges Rotorgewicht von großem Interesse. Fazit: Der Motor muss dünn und lang werden.

Ein schlanker Motor benötigt ein steifes Gehäuse

Steifigkeit: Damit dieser schlanke Motor stabil bleibt, benötigt er ein besonders steifes Gehäuse. Den Oswald-Ingenieuren ist es gelungen, ein spezielles Grauguss-Schildgehäuse zu designen. Dieses Gehäuse bietet maximale Steifigkeit und die Möglichkeit einen Motor mit einem Längen/Baugröße-Verhältnis von 4 waagrecht und ohne Abstützung am Flansch zu befestigen.

All diese Überlegungen, Wünsche und Anforderungen vor Augen haben Oswald-Ingenieure eine neue Baureihe, die sogenannten MFS-Motoren, entwickelt. Damit erhalten Oswald-Kunden ein exklusives High-End-Produkt zu moderaten Preisen mit herausragenden technischen Eigenschaften.

Möglich wurde diese Baureihe auch durch eine konsequente Weiterentwicklung der niederpoligen permanenterregten TF- und der MF-Servoreihe hin zur MFS–Baureihe. Bewährte Komponenten, wie Wasserkühlung oder Lagerkonzepte wurden beibehalten.

Durch eine vollständige Neuauslegung des Magnetkreises, durch den Einsatz von hochwertigen Materialien und modernste Fertigungstechnologie, bieten Oswald MFS Motoren folgende Werte:

  • Beschleunigungen bis 48000 1/s²
  • Dauerleistungen bis 300kW bei 1500rpm
  • Überlastmomente bis 4000Nm

Erreicht werden gute Wirkleistungsfaktoren und hohe Wirkungsgrade

Neben einer hohen Überlastfähigkeit werden sehr gute Wirkleistungsfaktoren und hohe Wirkungsgrade realisiert.

Die hohe Oswald Fertigungstiefe erlaubt es so gut wie jedem individuellen Kundenwunsch zu entsprechen. Flansch- und Wellenabmessungen sowie Besonderheiten bezüglich des Klemmkastens, der Drehgeber oder möglicher Zusatzbremsen sind problemlos umsetzbar. Mit der Variation der Wicklung kann der Bemessungspunkt des Antriebs optimal auf jede Anwendung abgestimmt werden. Dadurch wird eine bestmögliche Auslastung der Leistungselektronik bei minimalem Strombedarf garantiert. Oswald Applikationsingenieure unterstützen ihre Kunden direkt bei der optimalen Auslegung ihrer jeweiligen Antriebsaufgabe. Mit der MFS Reihe ergänzt Oswald sein erfolgreiches Portfolio um ein weiteres Highlight in Sachen Dynamik und Leistungsdichte. (ud)

SPS IPC Drives: Halle 4, Stand 370

Links zu Hochschulen und Instituten stellt Oswald hier bereit

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 42363774)