Mehr Dynamik und Flexibilität

Antriebstechnik

Servomotor – Der Antriebsspezialist Heidrive bietet ein Baukastensystem, mit dem sich mehrere Millionen Antriebe aus unterschiedlichen Komponenten konfigurieren lassen.

16. Februar 2017

Der Markt für Antriebstechnik zwingt die Unternehmen zunehmend dazu, ihre Produkte an die einzelnen Regionen anzupassen. Speziell für den asiatischen Raum hat die Firma Heidrive bereits im Jahr 2009 die erste Baureihe HeiMotion Compact (HMC) eingeführt. Deren Abmessungen (Flanschmaße 60, 80 und 130 Millimeter) und Anschlusstechnik entsprechen asiatischem Standard. Weitere entscheidende Kriterien für den asiatischen Markt sind die Leistungsabstufungen von 200 Watt bis dreiKilowatt und der Kostenvorteil. So werden statt Anschlüssen mit Stecker kostengünstigere Kabelanschlüsse eingesetzt. Zudem ist die Auswahl an Gebern begrenzt, damit in Serie hohe Stückzahlen pro Fertigungslos produziert werden können.

Seit 2012 bietet Heidrive die Baureihe HeiMotion Premium (HMP) für den europäischen Markt an. Für diese werden möglichst viele Komponenten aus der bestehenden HMC-Baureihe verwendet, um die Teilevielfalt und somit die Kosten zu reduzieren. Mit Abnahmen wie UL/CSA wird die HMP-Baureihe den Anforderungen des europäischen Marktes gerecht. Temperatursensoren sowie gängige Steckeranschlüsse sind in dieser Baureihe Standard.

Des Weiteren kann der Kunde aus 17 verschiedenen Gebersystemen auswählen. Die Geberschnittstelle wurde so konzipiert, dass jeder Geber am Ende der Montagestrecke an den Motor angebaut werden kann. Die nötige Teilevielfalt sinkt damit um bis zu 75 Prozent. Durch zusätzliche Motorschnitte stehen in der HMP-Baureihe die Flanschmaße 40, 60, 80, 100, 130 und 190 Millimeter zur Verfügung. Diese Maße decken einen Leistungsbereich von 50 Watt bis 15 Kilowatt und ein Stillstandsmoment von 0,2 bis 110 Newtonmeter ab.

Wirkungsgrade bis zu 94Prozent

Bei beiden Baureihen wird eine sehr kompakte verteilte Wicklung verwendet, die durch eine Reduzierung der Wickelkopfhöhen erreicht wurde. Damit lassen sich sowohl niedrige als auch sehr hohe Drehzahlen mit geringen Eisenverlusten realisieren. Diese Wickeltechnik sowie die Optimierung der Magnet- und Schnittgeometrie ermöglichen eine gute Regelbarkeit und Wirkungsgrade bis zu 94 Prozent.

Zunehmend werden vom Markt Antriebe mit sehr hohen Beschleunigungswerten bzw. mit einem sehr dynamischen Verhalten gefordert. Darüber hinaus wünschen sich die Kunden kompakte und energieeffiziente Antriebe. Die bevorzugten Anwendungsbranchen sind hier die Automatisierung, Robotik sowie die Welt der CNC-Maschinen-Hersteller.

Die neue Baureihe HeiMotion Dynamic (HMD) wurde gezielt auf diese Anforderungen abgestimmt. Die HMD-Motoren zeichnen sich durch ihr äußerst dynamisches Verhalten und ihre Robustheit aus. Die Dynamik wird zum einen durch eine Materialoptimierung am Läufer und zum anderen durch eine Baulängenreduzierung ermöglicht. Letztere wurde durch eine konzentrierte Wicklung, also um einen Zahn, erreicht. Dabei werden Kupferschichten über einzelne Zähne mittels einer Flyerwicklung ohne Kreuzungen automatisch aufgetragen.

Auf diese Weise wird die Querschnittsfläche der Nut optimal ausgenutzt. Die Wickelköpfe werden gegenüber der bestehenden und bereits optimierten Baureihe durch diese Wicklungsart nochmals verkürzt. Zudem wurden die Trägheitsmomente im Läufer um bis zu 35 Prozent reduziert. Damit ist eine hochdynamische Baureihe entstanden, die sich sämtlicher Optionen des bestehenden Servobaukastens bedient.

Höhere Winkelbeschleunigung

Die Winkelbeschleunigung an einem Motor mit einer Leistung von 1.000 Watt, also 3,5 Newtonmeter bei 3.000 Umdrehungen pro Minute, konnte von 100.000Radiant pro Quadratsekunde auf 175.000 Radiant pro Quadratsekunde angehoben werden. Damit lassen sich nun auch hochdynamische Anforderungen des Marktes voll realisieren. Die mit dieser Wicklungstechnologie einhergehende Verschlechterung der Rastmomente konnte mittels FEM-Berechnungen, die allen Schnittberechnungen zugrunde lagen, gänzlich vermieden werden.

Es gelang sogar, die Rastmomente durch Schränkung einzelner Magnetsegmente und Optimierung der Polübergänge um über 50Prozent zu verringern. So ergeben sich Rastmomente von weniger als einem Prozent des Stillstandmoments.

Diese neue Wicklungsart erhält auch einen Vollverguss unter Vakuum. Die Spule wird thermisch ideal an das Blechpaket und an das Motorgehäuse angebunden. Dabei wird die Verlustwärme optimal abgeführt, was insgesamt zu einem thermisch gesunden Gesamtsystem führt. Mechanische Einflüsse von außen, wie beispielsweise Erschütterungen, haben durch den vollständigen Einschluss in die Vergussmasse keinerlei Auswirkungen auf die Stabilität der Wicklungen. Auch die elektrische Stabilität wird positiv beeinflusst. Zwischen die einzelnen Drähte dringt Vergussmasse ein und bildet eine zusätzliche isolierende Schicht. Verbleibende Luft wird durch den Vakuumverguss komplett aus der Spule entfernt. Teilentladung und Koronabildung zwischen den einzelnen Drähten sind dadurch praktisch nicht möglich, was sich positiv auf die Lebensdauer der Antriebe auswirkt.

Immer deutlicher fordert der MarktAntriebslösungen für 24/48 Volt. Solche Kleinspannungen wurden bislang nur auf Kundenwunsch umgesetzt. Nun wird mit der HMD-Baureihe eine eigene Niederspannungsbaureihe angeboten, welche in der Standardlieferzeit von unter zehn Tagen bereitgestellt werden kann. So können die veränderten Marktbedarfe künftig schneller und flexibler abgedeckt werden.

Durch den Anbau eines Servomoduls lassen sich die Standardmotoren zu einem hochperformanten dezentralen Antrieb erweitern. Diese Antriebstechnologie kann bis 750 Watt Nennleistung realisiert werden. Höhere Leistungen sind aufgrund des damit verbundenen steigenden Stromes im Dauerbetrieb nicht sinnvoll.

Ein Drehmoment, zwei Motoren

Der bereits erwähnte Spulenverguss ermöglicht den Betrieb der HMD-Baureihe auch am 480-Volt-Netz. Hinsichtlich der Spannungsspitzen, die durch immer leistungsstärkere Endstufen auftreten, übernimmt der Hersteller eine Gewährleistung bis zu 14Kilovolt. Mit der neuen HMD-Baureihe ging auch eine Erweiterung der Drehmomentabstufung einher. Die Abstufung der Stillstandsmomente wurde so ergänzt, dass nun beim Baugrößensprung zweier Motoren das gewünschte Drehmoment von beiden Motoren realisiert werden kann. Für ein und dasselbe Drehmoment steht somit sowohl ein langer schlanker und dadurch sehr dynamischer Motor als auch ein größerer, aber äußerst kurzer und dadurch sehr kompakter Motor zur Verfügung.

Die neue HMD-Baureihe stellt keine unabhängige Baureihe dar, sondern vielmehr eine Erweiterung des bereits etablierten HeiMotion-Servosystems. Sämtliche Schnittstellen sind identisch, lediglich der Magnetkreis mit Wicklung und Läufer wurde einer Weiterentwicklung unterzogen. Folglich können sämtliche Optionen wie Geber, Bremse, Stecker, Kappen oder Planetengetriebe des bestehenden Baukastens verwendet werden.

Durch den Rückgriff auf bewährte Komponenten wurde in kurzer Zeit eine dritte Baureihe für den Kunden kreiert. us

Auf einen Blick

• Die Heidrive GmbH gehört seit Januar 2016 zum US-amerikanischen Antriebstechnik-Hersteller Allied Motion Technologies Inc.

• Spezialist für kundenspezifische Antriebstechnik und Systemtechnik.

• 240 Mitarbeiter produzieren an zwei Standorten unter anderem Elektromotoren, Getriebemotoren und elektronische Baugruppen.

Erschienen in Ausgabe: 01/2017