Mechatronik im Paket

Getriebemotoren - Konzipiert als Ersatz für Transmissionsriemen, waren Getriebemotoren ein erster Schritt zur dezentralen elektrischen Antriebstechnik. Dies geschah zwar schon vor rund acht Jahrzehnten, der Getriebemotor ist aber trotzdem noch immer topaktuell. Gefragt sind passende Antriebspakete für den Maschinenbau.

09. August 2005

Hohe Dynamik und Präzision sind bei Getriebemotoren heute genauso gegeben wie die Kraft zum Antreiben riesiger Lasten. In Kombination mit moderner Antriebselektronik, die Steuerungs- und Kommunikationstechnik direkt zum Antrieb bringt, sieht die Zukunft aufgrund des weiten Einsatzgebiets und mangelnder kostengünstiger Alternativen weiterhin positiv aus. Der Antriebsspezialist Bonfiglioli aus dem norditalienischen Bologna ist mit einem sehr breiten Produktspektrum für nahezu alle Applikationen gerüstet.

Holzpaneele in einer Aufnahme bohren, fräsen und nuten zu können, ist die wichtigste Funktion der neuen Maschine Project 415 von Masterwood. Dies alles funktioniert schnell, sehr variabel und vor allem auch präzise. Eine CNC-Steuerung und ein Werkstückträger, der aus einem ausgeklügelten Vakuum-System besteht, lassen die Verarbeitung von Platten und Profilrahmen aus Holz gleichermaßen zu. Der so genannte Kopf der Maschine trägt die schwenkbare Spindel sowie zwei Werkzeugkarussells und wird auf drei Hauptachsen verfahren. Dass dies mit der erforderlichen Dynamik und Präzision geschieht, dafür sorgen die spielarmen Planetengetriebe von Bonfiglioli in Verbindung mit Servomotoren.

Lösung für Maschinenkopf und Werkzeugwechsler

Der nach eigenen Angaben drittgrößte Anbieter von elektromechanischer Antriebstechnik in Europa hat sein komplettes Produktprogramm spielarmer Planetengetriebe unter dem Label µ (›Micron‹) zusammengefasst. In der konkreten Maschinenserie kommen exakt die Getriebegrößen zum Einsatz, die für die jeweilige Applikation notwendig sind. Der Auswahlbereich zwischen 10 und 1.000 Nm Drehmoment als Axial- oder Winkelgetriebe lässt für die Konstrukteure von Masterwood keine Wünsche offen. Für den Antrieb des Maschinenkopfs findet sich genauso die exakt passende Lösung wie für die Antriebe der Werkzeugwechsler.

Serienmäßige Umrichter mit Systembus

In Kombination mit seiner Frequenzumrichterfamilie Active funktioniert das Antriebspaket schnell, präzise und vor allem auch unkompliziert und wirtschaftlich. »Es kommen keine aufwändigen Servoregler mit teuerer Peripherie zu Einsatz, sondern serienmäßige Frequenzumrichter, die von Haus aus hochdynamisch sind und sogar mit einem Systembus auf CAN-Basis ausgestattet sind,« erläutert Thomas Becker, Geschäftsführer der Bonfiglioli Deutschland GmbH mit Sitz in Dormagen. Bis zu 64 Active-Umrichter können in applikationsgerechten Konfigurationen über den Systembus in Echtzeit und ohne aufwändige zusätzliche Peripherieteile miteinander kommunizieren.

Diese Möglichkeit der Einbindung der Antriebselemente und damit der Maschine in eine Prozesskette wird in der Applikation Mülltrennung genutzt. Eingebunden in das komplizierte System einer Müllsortieranlage verrichten Trennmaschinen unterschiedlichster Art unermüdlich ihren Dienst. Eine solche ist der NE-Abscheider zur Rückgewinnung der Nichteisenmetalle, die aufgrund ihrer Wertigkeit besonders gefragt sind. Ein Schwingförderer, angetrieben durch zwei Unwuchtmotoren, lockert den Wertstoffmüll auf, verbreitert und dosiert den Materialstrom, der dann auf ein Gurtband übergeben wird. In der nicht angetriebenen hinteren Gurttrommel befindet sich eine Magnettrommel, die mit einer wesentlich höheren Drehzahl angetrieben wird als das Gurtband. Die mit Permanentmagneten bestückte, schnell rotierende Magnettrommel erzeugt durch die hohe Frequenz des Magnetfeldwechsels starke Wirbelströme in den NE-Metallteilen. Dadurch erzeugen diese Teile ihrerseits Magnetfelder, die dem äußeren entgegengesetzt wirken. Als Konsequenz werden die NE-Metalle abgestoßen und aus dem übrigen Materialstrom herausgeschleudert. Entsprechend positionierte Auffangbehälter nehmen die herausgetrennten NE-Metalle auf. Die eingesetzten Active-Umrichter agieren im Master-Slave-Betrieb und sorgen im Verbund mit den anderen Maschinen der Sortieranlage für die jeweils optimale Geschwindigkeit von Gurt und Magnettrommel.

Klassiker aus dem Getriebebaukasten

Im industriellen Umfeld kommen die klassischen Varianten des Getriebemotorenbaukastens zum Einsatz. Stirnrad- und Schneckengetriebemotoren als Förderantriebe, Kegelradgetriebemotoren für engere Bauräume und bei Bedarf guter Reversiereigenschaften sowie Flachgetriebemotoren, die beispielsweise bei Rührwerken bevorzugt eingesetzt werden. Bei Bonfiglioli kommt noch ein Industrieplanetengetriebe hinzu. Für den Kenner der Getriebeszene sind die Vorteile des Planetengetriebes kein Geheimnis. Die überzeugenden Argumente sind ihr guter Wirkungsgrad, die hohe Leistungsdichte, geringe Trägheitsmomente und beinahe ideales Verhalten im Reversierbetrieb.

Im allgemeinen industriellen Umfeld konnten die systembedingten Vorteile des Planetengetriebes bislang jedoch nicht so ausgiebig genutzt werden, wie sich dies Maschinenkonstrukteure und auch die Anwender wünschen. Ihr relativ hoher Preis hat bislang davor abgeschreckt, sie in klassischen Antriebsapplikationen den Stirnrad- oder Parallelwellengetrieben vorzuziehen. Heute sieht der Markt allerdings etwas anders aus. Schon beim Einstiegsdrehmoment der Serie 300 von 1.000 Nm sollte man sich die Planetengetriebemotoren von Bonfiglioli genauer anschauen, denn sie sind auch preislich eine echte Alternative.

Bei vielen Anwendungen sind allerdings bauliche Voraussetzungen gegeben, die den Einbau eines Parallelwellengetriebes erfordern. Mit der neuen Serie HDP wird Bonfiglioli auch diesen Kundenanforderungen gerecht. Aktuell reicht der lieferbare Drehmomentbereich bis 16.500 Nm. Dieser wird in den nächsten Monaten mit weiteren Baugrößen auf 160.000 Nm erweitert. Die ersten Getriebe der neuen Serie finden sich in Drahtziehanlagen und Hafenkränen. In beiden Fällen werden die hohe Leistungsdichte, kompakte Abmaße und die vielfältigen Einbaumöglichkeiten geschätzt. Mit einer speziellen Kran- bzw. Windensoftware wartet die Umrichterserie VCB der Produktlinie Bonfiglioli Vectron auf. In Verbindung mit einem Planetengetriebemotor bringen derart ausgerüstete VCB-Umrichter als Windenantrieb Bohrinseln in Position. Die von ABB entwickelte Bohrinsel ETLP (Extended Tension Leg Plattform) wird bei über 1.500 Metern Meerestiefe durch acht Ankertrossen stabilisiert. Diese werden durch jeweils eine Winde gleichmäßig angezogen und im Unterbau der Bohrinsel verklemmt. Durch die großen Massen, Wellengang und den Einfluss des Windes sind bei der Positionierung starke Kräfte zu berücksichtigen, die andernfalls zu großen Schäden führen können.

Spezialbremsmotor für den Antrieb der Winden

Das Ziel des gleichmäßigen Einziehens der Ankertrossen in die Vorbauten der Plattform ist im Groben einfach zu lösen, die Spezifikation im Detail aber nur mit entsprechendem Knowhow zu erstellen. Die Anforderungen an die Seilwinden wurden nach Abschluss der Analysephase mit 12,5 Tonnen konstanter Zugkraft dimensioniert. Der Antrieb der Winden wurde mit einem 37-kWt-Spezialbremsmotor, einem Planetengetriebe der Serie 300 der Produktlinie Bonfiglioli Trasmital mit 25.000 Nm Drehmoment und dem Umrichter VCB 400-90 von Bonfiglioli Vectron mit 45 Kilowatt Leistung festgelegt. In einem Schaltschrank verbaut, sorgt der Bonfiglioli-Umrichter automatisch dafür, dass die Zugspannung auf der ihm zugewiesenen Ankertrosse gleichmäßig verläuft. Dabei wertet er die Signale von Drucksensoren im Windengestell, die Wickelgeschwindigkeit, die Länge und den Lauf des Seils stetig aus.

Kompakte Planetengetriebe

Das Planetengetriebe mit seinem kompakten Aufbau ist für Windenantriebe geradezu prädestiniert. Im Gegensatz zu anderen Getriebetypen funktioniert es gleichwertig in beide Drehrichtungen, verträgt die im Vergleich höchsten Axiallasten und steckt kurzzeitige Drehmomentspitzen am besten weg. Mit entsprechender Lackierung stellt auch der langfristige Offshore-Einsatz kein Problem dar. Mit ›Power & Control Solutions‹ bietet Bonfiglioli tagtäglich Produkte und Dienstleistungen Konstrukteuren an, um deren applikationsspezifische Anforderungen zu befriedigen. Nach eigenen Angaben die Nummer drei der Antriebstechnik in Europa, bietet Bonfiglioli ein klar strukturiertes Produktprogramm in drei Linien: Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen und Industrieanwendungen werden ergänzt durch hochmoderne Antriebselektronik. Zug um Zug richtet das erfolgreiche Familienunternehmen in dieser Kombinatorik sein Produktportfolio immer stärker auf die mechatronischen Bedürfnisse des gesamten Maschinenbaus aus.

Chris Liebermann

Erschienen in Ausgabe: 05/2005