Motorkomponente Wenn sich alles um den Antrieb dreht

Autor / Redakteur: Ute Drescher / Ute Drescher

Fräsen, Drehen, Schleifen, Bohren – Bearbeitungsschritte, die ohne den passenden Antrieb nicht möglich sind. Sycotec bietet Werkzeugmaschinenbauern maßgeschneiderte Antriebslösungen, die sich durch hohe Leistungsdichte auf geringem Bauraum auszeichnen.

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(Bild: Sycotec)

Dirk Brenner kennt seine Kunden: „Die Komplettbearbeitung, Flexibilität bei den Bearbeitungsverfahren sowie Energie- und Ressourceneffizienz stehen im Fokus“, fasst der Wirtschaftsingenieur die Trends im Werkzeugmaschinenbau zusammen. Es gilt, Zielgrößen wie Produktivität, Flexibilität und Qualität zu vereinen und gleichzeitig zu erhöhen. Endkunden profitieren vor allem von flexiblen Maschinen, die verschiedene Bearbeitungsverfahren kombinieren können und im Idealfall eine Komplettbearbeitung ermöglichen.

Das stellt auch Ansprüche an einbaufertige Maschinenkomponenten. Dazu gehören Ein- oder Mehrspindelsysteme, die umfassende Funktionen in der Werkzeugmaschine erfüllen. „Diese Produkte sind für viele Maschinenbauer Zukaufteile“, weiß Dirk Brenner.

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Andere Hersteller dagegen führen sämtliche Schritte von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Montage aller Komponenten im eigenen Unternehmen durch. „Das gibt ihnen die Möglichkeit, die Qualität zu sichern und ihr Entwicklungs- und Fertigungs-Know-how weiterzuentwickeln“, erklärt Brenner die Motive. Dafür benötigen sie oft kundenspezifische Hochleistungsmotorelemente.

Spindeln und Motorelemente für Werkzeugmaschinenbauer

Hier tritt die Sycotec GmbH & Co. KG auf den Plan, für die Dirk Brenner im technischen Vertrieb tätig ist. Das Allgäuer Unternehmen bietet sowohl Maschinenbauern als auch Zulieferern beides: einbaufertige Spindeln oder Hochleistungs-Motorelemente. Das Spindelprogramm umfasst AC-und DC-Spindelsysteme. Die AC-Motorspindeln haben Leistungen von 225 bis 2000 W. Das Drehmoment reicht bis 215 Ncm, die Drehzahl bis zu 100 000 min-1; im Durchmesser liegen die Spindeln zwischen 33 und 60 mm.

Bei den DC-Spindellösungen liegen die Leistungen zwischen 300 und 3300 W. Ihr Drehmoment reicht bis zu 130 Ncm, die Drehzahl ebenfalls bis zu 100 000 m-1. Im Spanndurchmesser liegen diese Spindeln zwischen 1“ und 60 mm. „Wir beschränken uns bei den Motorspindeln bewusst auf Systeme mit hoher Leistungsdichte auf kleinem Bauraum“, erklärt Andreas Köpf, der bei Sycotec die Business Unit Industrial Drives leitet. Einspannvorrichtungen, Verbindungskabel, Spannmuttern, Werkzeughalter, Spannzangen sowie Hochfrequenzumrichter runden das Programm ab.

Die kundenspezifischen Motorkomponenten, die Sycotec in Leutkirch fertigt, sind in der Regel Unikate, genau abgestimmt auf die Anforderungen des Kunden. Und so gilt es auch zunächst, diese Anforderungen zu spezifizieren. Dafür hat das Unternehmen ein Anforderungsprofil entwickelt, das Kunden auf der Web-Seite zur Verfügung steht. Abgefragt werden zu Beginn die für den Motor charakteristischen Größen wie Drehzahl, Spannung, Leistung und Drehmoment, aber auch Kühlung, Temperatur-Überwachung, Isolationsklasse sowie Frequenzumrichter. Dann folgen Fragen zu Stator und Rotor, die auch Wellen- und Gehäusematerial oder die Gehäusewandstärke beinhalten. Anschließend sollte noch die gewünschte Technologie – asynchron oder synchron – angegeben werden sowie die maximale Umgebungstemperatur und die nötigen Stückzahlen.

Auf Basis dieser Angaben spezifizieren die Sycotec-Entwickler dann das Motorelement. „Das ist oft der schwierigste Teil“, weiß Dieter Werner, Leiter Entwicklung der BU Industrial Drives, aus Erfahrung. Je detaillierter die Angabe des Kunden im Anforderungsprofil, desto genauer fällt die Spezifikation im Anschluss aus.

Präzise FEM-Berechnungen erlauben zuverlässige Prognose

Nun folgen Berechnungen, die Sycotec mit eigens entwickelten Programmen ausführt. In den Berechnungsprogrammen steckt das Know-how der vergangenen 50 Jahre. „Das ist unsere Stärke und ein Alleinstellungsmerkmal von Sycotec“, betont Business-Unit-Leiter Andreas Köpf. Sie ermöglichen Entwicklungsleiter Dieter Werner eine zuverlässige Prognose hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, der thermischen Verteilung sowie des Magnetflusses für das entstehende Motorelement. „Dabei erreichen wir eine hohe Trefferquote aus der Theorie heraus“, erklärt Werner. Die Messungen, die die Sycotec-Entwickler später beim Prüfen des gebauten Motors vornehmen, belegen das. Im Übrigen fließen die Ergebnisse der Test-Validierung als Korrekturgrößen wieder in die Berechnungsprogramme ein.

Das Ergebnis der Berechnungen stellen die Allgäuer nun dem Kunden zur Verfügung. Der überprüft sie im Rahmen seines Gesamtkonzepts und sucht den passenden Umrichter aus. Das gelingt nicht immer auf Anhieb. Oft sind mehrere Spezifikationen nötig. „Eine Vorleistung, die wir erbringen und die für uns selbstverständlich ist“, erklärt Andreas Köpf. Kommt das „Go“ des Kunden, wird ein Prototyp angefertigt, den der Kunde dann testen kann. Das kann schon einmal bis zu einem halben Jahr dauern, bevor der Anwender die Komponenten bestellt. Doch dann kann die Serienfertigung losgehen.

Handarbeit statt Automatisierung schafft Flexibilität

Die Serienfertigung fängt für Sycotec schon ab Stückzahl 3 an und erstreckt sich bis in mittlere Tausenderzahlen, die Grenze liegt bei ca. 10 000 Stück pro Jahr. Die Fertigung des Unternehmens ist eine weitere Besonderheit: Sie gleicht eher einer Manufaktur. Die meisten Fertigungsschritte erfolgen per Hand. „Die Handarbeit ermöglicht uns im Gegensatz zur Automatisierung ein hohes Maß an Flexibilität“, begründet Andreas Köpf diese Vorgehensweise. Außerdem erhöht sie auch die Qualität. So legen die Sycotec-Mitarbeiter die Windungen mit der Hand sehr sauber und präzise ein. Hierdurch lassen sich deutlich höhere Füllfaktoren erreichen als bei der automatischen Produktion.

Die Fertigung der Motorkomponenten umfasst das Träufeln der Statoren oder das Vergießen der Statoren in der Vakuumanlage, das Anfertigen der Kühlhülsen, das Wuchten der Rotoren, das Aufschrumpfen auf Wellen, die Armierungen und die Herstellung von kupfergesteckten Rotoren. Jede Komponente wird abschließend auf ihre Funktion geprüft und erst dann ausgeliefert.

Bei der hohen Qualität der Produkte und der Fertigung in Handarbeit stellt sich die Frage nach dem Preis. „Im Verhältnis zur Leistung liegen wir da sicher nicht zu hoch“, kontert Andreas Köpf. Immerhin bekommt der Kunde nicht einfach nur eine Motorkomponente, sondern eine für ihn maßgeschneiderte Lösung. Und die ist sicher ihren Preis wert. (ud)

EMO 2013, Halle 25, Stand G17

Tagung vom VDE zur industriellen Antriebstechnik

* Ute Drescher ist Redakteurin bei der konstruktionspraxis.

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