Trend zum Direktantrieb

Antriebe - Direktantriebstechnik erhöht Präzision und Produktivität einer Anlage und somit die Produktqualität. Ebenso wichtig ist jedoch auch die Senkung der Kosten für Wartung, Instandhaltung und Energie.

25. Juli 2006

Direktantriebe übertragen die Bewegung ohne mechanische Kraftübertragungselemente wie Getriebe oder Spindeln unmittelbar auf das anzutreibende System. Die Nachteile dieser mechanischen Zwischenelemente wie Reibung, Getriebespiel, Bewegungsungenauigkeit oder Schwingungsanfälligkeit, Geräuschemission oder Verschleiß treten bei Direktantrieben nicht auf. Jedoch ist hierzu Aufwand bei der Regelung vonnöten: Erst wenn die Direktantriebe in einem intelligenten Antriebssystem eingebettet sind, kommen ihre Vorteile voll zum Tragen. Eine Möglichkeit, die gewünschte hohe Präzision der Anlage zu erzielen, besteht darin, Beschleunigung, Drehzahl und Ruck vorzusteuern. Maschinenanwender verfügen so über mehr Flexibilität, verbesserte Prozesssteuerbarkeit und hohe Verfügbarkeit. Außerdem verlängert das Prinzip der Vorsteuerung die Lebensdauer der Maschine.

Bereits seit Jahren setzt Baumüller direkte Antriebe in der Druckindustrie ein. Das Nürnberger Unternehmen hat diesen Weg fortgesetzt und bietet heute mit modularen Servoreglern der B-Maxx-Reihe, Torquemotoren, dynamischen Servomotoren sowie Linear- und Scheibenläufermotoren ein breites Spektrum für viele Branchen.

Torquemotoren ermöglichen die optimale Konfiguration der Antriebe für unterschiedliche Applikationen. Verantwortlich dafür sind die einfache und effiziente -Wickeltechnologie, ein effektives Kühlkonzept sowie die modulare, offene und skalierbare Architektur des Reglerdesigns. Die -Direktantriebe von Baumüller sind als -Synchronmotoren mit Permanentmagneten mit hoher Energiedichte konzipiert. Die Drehmomentdichte dieser Motoren wird durch optimierte Wicklungstechnologie, eine optimale Anpassung der Polzahl an das Frequenzniveau und durch ein effizientes Kühlverhalten soweit gesteigert, dass kompakte Maschineneinheiten möglich werden. Weiterhin wandeln Direktantriebe die Energie auch bei geringen Drehzahlen optimal um. Klassische Vorzüge der Direktantriebstechnik sind die hohe Antriebsdynamik und hohe Störsteifigkeit sowie das gute Regelverhalten im Synchronlauf.

DST-Torquemotoren von Baumüller sind für einen Drehzahlbereich von 100 bis 1.200 Umdrehungen in der Minute und für Bemessungsleistungen bis 175 Kilowatt ausgelegt. Dabei bieten Direktantriebe einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad gegenüber konventionellen Motor-Getriebe-Kombinationen, weil Zusatzverluste durch Übertragungselemente vermieden werden. Der gute Wirkungsgrad auch im Teillastbereich reduziert außerdem den Energieverbrauch im gesamten Betriebsbereich. Günstige Werte bei Überlastfähigkeit und Trägheitsmoment gewährleisten zudem synchronen Lauf und exakte Positionierung.

Bei Prozessen wie Extrusion oder Spritzgießen spielen Argumente wie wenig Wartungsaufwand und Geräuschemission und die gute Steuerbarkeit von Prozessparametern eine wichtige Rolle. Der Torquemotor dient hier als Sensor, die Zustandgrößen des Motors lassen sich zur Prozesssteuerung und -überwachung nutzen. Bei einem Werkstoffwechsel müssten bei einer konventionellen Motor-Getriebe-Kombination statt dessen Änderungen in der Übersetzung und beim Motor vorgenommen werden. Die hohe Drehmomentkonstanz über einen weiten Drehzahlstellbereich erübrigt dies bei Direktantrieben, das Antriebskonzept muss nicht gewechselt werden. Auch bei Inbetriebnahme und im Fertigungsprozess entfallen mechanische Justagearbeiten. Einlauf- und Warmlaufphasen bis zum stationären Betrieb sind dadurch kürzer. Die Softwareprogramme im Regler der Direktantriebe berücksichtigen Schwankungen von Betriebsparametern wie beispielsweise die von der Betriebstemperatur der Maschine abhängige Viskosität der Fette und gleichen diese aus.

Drucklager sind bei der Extrusion unverzichtbar: Die massiven Rückdruckkräfte, die in Extruderschnecken zur Wirkung kommen, drücken das Material und damit die Schnecke während des Plastifizierens mit tonnenschweren Massen nach hinten. Baumüller liefert deshalb Torquemotoren mit integrierten Drucklagern aus, die Massen bis zu 400 Kilonewton Stand halten.

Linearmotoren besitzen eine hohe Positioniergenauigkeit. Zunehmend finden sie als Direktantriebe Einsatz in der Verpackungs- oder Halbleiterindustrie sowie im Handlingbereich. Der Linearmotor ist als Direktantrieb in die Achsen zwischen Schlitten und Grundkörper integriert. Verschleiß-anfällige Antriebskomponenten wie Zahnriemen und Getriebe werden nicht verwendet. Die Baureihen LSA, LSE und LSC erreichen Geschwindigkeiten von 10 bis 12 Metern pro Sekunde und Beschleunigungen bis zu 10 g. Im mittleren Leistungsbereich hat Baumüller eine spezielle Linearkomplettachse mit Synchron-Linearmotoren in kompakter Bauform entwickelt, die besonders lebensmitteltauglich ist. Auch hier wird auf verschleißanfällige Antriebseinheiten verzichtet. Bei einer Länge von sechs Metern erreicht der Linearantrieb Geschwindigkeiten bis acht Metern pro Sekunde bei Beschleunigungen bis vier g.

In Zukunft überwiegend direkt

Direktantriebstechnik setzt sich zunehmend am Markt durch. Die Produktivität moderner Maschinenkonzepte und die Qualität der Produkte lassen sich durch diese Technologie steigern. Dies sind ausschlaggebende Merkmale für Maschinenbetreiber. Auch bei Betrachtung der Kosten über die gesamte Lebensdauer bestätigt Direktantriebe als wirtschaftlichere Alternative zu konventionellen Motor-Getriebe-Einheiten: Verschleißanfällige mechanische Übertragungselemente entfallen, die Instandhaltungskosten der wartungsfreien Direktantriebe werden reduziert.

Claudia Dürr, Baumüller

FAKTEN

- Direktantriebe übertragen Bewegung ohne mechanische Elemente unmittelbar auf das System.

- Bei Extrusion oder Spritzgießen dient der Torquemotor als Sensor.

- Direktantriebe kommen ohne einen Werkzeugwechsel aus.

- Bei Extrusionen kontrollieren Drucklager die immensen Rückdruckkräfte.

- Linearmotoren sind als Direktantriebe in die Achsen zwischen Schlitten und Grundkörper integriert.

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2006