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Antriebstechnik

Synchronmotoren – Elektromotoren werden oft für höhere Drehzahlen ausgelegt, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Die eta+tm-SQM-Maschine, ein Synchronmotor mit den Eigenschaften eines Servo-Getriebemotors, ist kompakter und kostengünstiger.

08. November 2010

In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach Direktantrieben stark gestiegen. Ausschlaggebend für den Einsatz von rotativen Torque-Motoren oder Linearmotoren sind vor allem deren größere Zuverlässigkeit, höhere Torsionssteifigkeit, überlegene Präzision, höhere Dynamik, längere Lebensdauer und der geringere Montage- und Wartungsaufwand. Die Motoren sind unübertroffen in hochdynamischen Anwendungen und im hochfrequenten Reversierbetrieb.

Die neuen eta+tm-S-Direktantriebe von Octacom, dem Spezialisten für Antriebstechnik aus Ober-Mörlen, amortisieren sich schnell durch ihren höheren Wirkungsgrad. Der Vorteil des Herstellers ist, dass er seine Maschinen durch die einfache, patentierte Bauart besonders kostengünstig anbieten kann. Octacom baut auf Grundlage der eta+tm-S-Technologie zum Beispiel die permanenterregten Synchronmaschinen der Baureihe SQM mit quadratischer Grundform. Die Stator- und Rotorzähne haben eine speziell gestanzte Form und die Maschinen sind im Gegensatz zu herkömmlichen Torque-Motoren niederpolig. Unter Umständen kann sogar die Rückführung eingespart werden; allein die Frequenz des Umrichters bestimmt die Drehzahl, welche auch mit höchster Präzision eingehalten wird.

Magnetisches Getriebe

Bei herkömmlichen Synchronmaschinen enthält der Stator eine mehrphasige, mehrpolige Wicklung und der Rotor weist fast immer die gleiche Polzahl auf wie der Stator. In einigen Sonderfällen, so zum Beispiel bei elektronisch geschalteten Reluktanzmotoren, können die Polzahlen im Stator und im Rotor auch unterschiedlich sein. Diese Anordnungen haben den Nachteil, nur relativ geringe Drehmomente zu liefern, sodass in den meisten Fällen ein zusätzliches Getriebe erforderlich ist, um die gewünschten Antriebsmomente zu erreichen. Außerdem treten bei solchen Motoren im unteren Drehzahlbereich häufig Drehzahlschwankungen auf, die mit einer aufwendigen elektronischen Steuerung korrigiert werden müssen. Der »high efficiency torque motor« hat diese Nachteile nicht.

Die nach diesem Konstruktionsprinzip gefertigten Maschinen verfügen über eine niederpolige Drehstromwicklung im Stator, wie man sie bereits von herkömmlichen Asynchron- oder Synchronmaschinen kennt. Sie erreichen hohe Drehmomente, weil eine große Anzahl der vorhandenen Magnetpole gleichzeitig im magnetischen Eingriff der Magnetflussführung steht. Stator und Rotor enthalten zusätzlich Flussführungselemente, die in axialer Richtung orientiert sind und sich über die gesamte Länge des Blechpakets erstrecken. Die Elemente bestehen aus ferromagnetischem Material oder aus magnetisiertem Permanentmagnetmaterial. Dabei unterscheidet sich die Anzahl der Rotorflussführungselemente von der Anzahl der Statorflussführungselemente in der Polzahl beziehungsweise bei Permanentmagneten in der Polpaarzahl. Die Flussführungselemente sind in eng gesetzten Abständen auf dem Kreisumfang angebracht und gewährleisten auf diese Weise eine gleichmäßige Übertragung des Drehmoments.

Starke Technologie

Synchron-Torque-Maschinen (SQM)-Maschinen weisen keinen Schlupf auf, unabhängig von Spannungsschwankungen und der Höhe der Belastung. Außerdem können sie je nach Ausführung bei gleicher Baugröße im Dauerbetrieb ohne Kühlung das dreifache Nenndrehmoment vergleichbarer Synchronmotoren liefern. Das volle Nenndrehmoment steht aus dem Stillstand sofort zur Verfügung.

Es können auch mehrere Motoren des gleichen Typs parallel an einen Umrichter angeschlossen werden; dadurch lässt sich sehr preiswert und ohne zusätzliche Maßnahmen ein Synchronlauf umsetzen. Die Maschinen können mittels handelsüblicher Umrichter am Netz betrieben werden. Zur Stabilisierung des Betriebs und des Regelverhaltens wird eine Rückführung empfohlen. Diese ist jedoch nicht zwingend nötig, da die Drehzahlregelung auch einfach über einen Umrichter mit Frequenzregelung erfolgen kann. Der Strom ändert sich im Betrieb ohne Rückführung nur unwesentlich, wenn die Maschine belastet oder blockiert wird. Direktantriebe müssen sehr oft individuell an die Maschine angepasst beziehungsweise integriert werden.

Der Antriebsspezialist Octacom kann dies routiniert und preisgünstig realisieren, da das eta+tm-S-Konzept komplett modular aufgebaut ist.

Einsatzgebiete für SQMs

Die Synchron-Torque-Maschinen aus dem Hause Octacom können in allen denkbaren Einsatzgebieten anstelle von klassischen Elektromotoren verwendet werden. Die Maschinen eignen sich insbesondere für Anwendungen, in denen ein mechanisches Getriebe erheblich stört oder einem erhöhten Verschleiß unterworfen wird, wie beispielsweise in der Rührwerks- oder Schleiftechnik, oder zum Betrieb mittels Umrichter und Rückführung, zum Beispiel in der Servo- und Robotertechnik.

Auch in der Aufzugstechnik geht der Trend in Richtung getriebeloser Antriebe. Aufgrund ihres sehr hohen Wirkungsgrads werden sie zum Beispiel im Extruderbereich und als Fahrantriebe eingesetzt. In Werkzeugmaschinen arbeiten sie mit höchster Wiederholgenauigkeit. Auch Positionieraufgaben erfüllen die Maschinen einwandfrei.

Im Bereich kleiner Drehzahlen von 0 bis 600 Umdrehungen pro Minute wird die SQM beispielsweise bei Pumpenantrieben, in Windkraftanlagen und in der Lüftungstechnik, wo ihre geräuscharmen Laufeigenschaften sehr geschätzt werden, gern eingesetzt. Grundsätzlich können alle Formen, die man von herkömmlichen Elektromaschinen kennt, realisiert werden, wie zum Beispiel Außen- und Innenläufer sowie auch Linearantriebe.

Gegenwärtig baut Octacom eta+tm-S-Motoren in einem Kantenmaß von 140 bis 320 Millimeter und deckt damit einen Drehmomentbereich von 5 bis circa 1.350 Newtonmeter ab. Größere Drehmomente bis 6.000 Newtonmeter sind auf Anfrage möglich. Die Maschinen werden in allen gängigen Fuß-, Flansch- und Mischbauformen ausgeführt und bei Bedarf mit Bremsen und Drehgebern ausgestattet. Auch Hohlwellenausführungen können geliefert werden. eta+tm-S-Motoren bleiben schon allein durch eine effektive Konvektionskühlung relativ kühl; ergänzend können bei Bedarf je nach Anwendung externe Lüfter mitgeliefert werden, eine Wasserkühlung ist nicht von Nöten. csc

Erschienen in Ausgabe: 08/2010