Der Torquemotor mit Profildrahtspulen aus Kupfer ermöglicht mehr Leistung auf gleichem Raum.
Begrenzte Bauräume, hohe Drehzahlen, viel Flexibilität. Jede Anwendung hat ihre eigenen Anforderungen an das eingesetzte Antriebssystem – da kann es schon einmal vorkommen, dass Maschinenbauer nicht mit einer Standartlösung auskommen, sondern auf einen Sondermotor zurückgreifen müssen.
Leistungsfähige Motoren sind das Herzstück jeder Maschine. Dabei kommen häufig Standardlösungen zum Einsatz; „sind jedoch ungewöhnliche Abmessungen oder eine hohe Leistungsdichte bei geringem Bauraum gefragt, wird es für uns interessant“, erklärt Ulrich Bühlmann, Geschäftsführer des Sondermotor-Spezialisten CEDS Duradrive aus Salzbergen. Effizienzsteigerung ist dabei das Zauberwort – egal, ob es sich um bestehende oder neue Anlagen handelt.
Der kombinierte Bohrspindelantrieb (orange) ist gegen den aggressiven Glasstaub geschützt, der beim Bohren entsteht.
Bild: CEDS Duradrive
Eine der speziellen Entwicklungen aus dem Haus des Sondermotor-Herstellers: ein Torquemotor-Bausatz mit eckigem Kupfer-Profildraht, eine Lösung, die verhindert, dass innerhalb der Profildrahtwicklung Hohlräume entstehen; der Kunde erhält auf gleichem Raum mehr Leistung.
Eine höhere Drehzahl für den Materialfluss
Mit begrenztem Bauraum hatte es das Konstruktions-Team beispielsweise im Bereich der Sonderfördertechnik zu tun. Ziel war es, bei erhöhtem Materialdurchlauf das vorhandene Siebförderband beim Rollenwechsel so zu beschleunigen, dass der Materialfluss nicht abreißt. Da der Motor möglichst wenig Platz einnehmen sollte, entwickelte das Unternehmen einen speziellen Trommelmotor, der direkt unterhalb des Förderbands angebracht ist.
Bei dem Motor handelt es sich um einen asynchronen Außenläufer. Es dreht sich also das Außengehäuse statt – wie sonst üblich – die Welle; dadurch wird das Förderband direkt angetrieben. Die Drehzahlen wurden auf maximal 8000 U/min gesteigert.
Um ein Durchrutschen des Bands zu verhindern, erhielt der Motor eine aufgeraute Oberfläche. Außerdem ist das Material speziell korrosionsgeschützt, damit der Motor in feuchter Umgebung betrieben werden kann. Eine Herausforderung war auch die Kühlung: Eine Wasser- beziehungsweise Oberflächenkühlung kam wegen der Lage direkt unterhalb des Förderbands und aufgrund der hohen Leistung nicht infrage. Deshalb beschlossen die Konstrukteure, den Motor mit Hilfe von Druckluft von innen zu kühlen.
Auch Umweltbedingungen können den Einsatz eines speziellen Antriebs erforderlich machen. Das zeigte sich bei Glasbohrmaschinen von Benteler Maschinenbau: Die Portalbohrmaschine des Unternehmens eignet sich für beliebige Bohrbilder und typische Fräsarbeiten in Einzel- oder Serienfertigung. Beim Bohren von Glas entsteht aggressiver Staub, der den Motor angreift.
Die Lösung: Zunächst wurden die Motoren für das lineare Zustellen (Vorschubbewegung) und das Bohren (Drehbewegung) in einem Gehäuse kombiniert; somit entfällt die Schnittstelle, die sonst vom Glasstaub angegriffen würde. Gleichzeitig wird im Inneren der Bohrspindel durch Sperrluft Überdruck erzeugt, sodass kein Staub, Schmutz oder Wasser eindringen kann.
Für das Bohren wird ein Asynchronmotor mit einer Leistung von 1,1 kW, einem Drehmoment von 3,75 Nm und einer Drehzahl von 2800 bis maximal 5600 U/min verwendet. Für die Vorschubbewegung kommt ein Servomotor zum Einsatz; die Bemessungsleistung beträgt 0,28 kW, das Bemessungsdrehmoment 0,76 Nm, die Bemessungsdrehzahl 3500 U/min. Aufgrund der kompakten Bauform benötigt die Bohrspindel weniger Platz als Standardantriebe. Außerdem arbeitet sie sehr exakt, da es sich um ein steifes System handelt.
Ein Direktantrieb mit Kupferläufer
Ein kompakter Bohrspindelantrieb kombiniert Vorschub- und Drehantrieb in einer Einheit.
Bei einer Sonderwerkzeugmaschine, die der Bearbeitung von bis zu 50 Zentimeter dicken Werkstücken dient, sollte das Material durch den Motor hindurch geführt werden, entsprechend groß muss der Durchmesser der Hohlwelle sein. Für solche Anwendungen existieren keine Standardlösungen – ein passender Torquemotor musste erst entwickelt werden.
Anstelle von Aluminium wurde für den Motor ein Kupferläufer verwendet, der wegen seines besseren elektrischen Leitwerts energieeffizienter ist und zugleich ein höheres Dauerdrehmoment ermöglicht. Außerdem sollte das Antriebssystem möglichst verschleißfrei sein. So kam anstelle einer Motor-Getriebe-Kombination ein Direktantrieb zum Einsatz.
Hersteller und Betreiber von Produktionsmaschinen haben viele Ansatzpunkte, um die späteren Fertigungskosten zu senken. „Dabei ist bei bestehenden Maschinen oft kein kompletter Umbau erforderlich“, betont Geschäftsführer Bühlmann. „Mit speziell auf die Bedürfnisse des einzelnen Kunden abgestimmten Lösungen lassen sich leistungsfähige Motoren auch in kleinem Bauraum integrieren; damit lässt sich alleine durch die Optimierung des Antriebs der Wert der kompletten Anlage steigern.“ jl
Autor: Bernd von Löbbecke, CEDS Duradrive
Drei Fragen an Bernd von Löbbecke, CEDS Duradrive
Bernd von Löbbecke ist Vertriebsleiter beim Sondermotorenhersteller CEDS Duradrive.
Wie entstehen Ihre Sonderlösungen? Haben Sie eine Art Standardbaukasten, den Sie je nach Kundenwunsch modifizieren?
Unser Ziel ist es, für jeden Kunden die optimale Lösung zu finden. Deshalb greifen wir nicht auf Module zurück, sondern entwickeln für jede Anwendung einen individuellen Sondermotor, der ganz auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten ist.
In welchen Stückzahlen fertigen Sie?
Manche Kunden benötigen lediglich einen einzigen Motor, für andere fertigen wir bis zu 1000 Stück pro Jahr – das aber ist eher die Ausnahme.
Was war Ihre bisher „ausgefallenste“ Sonderlösung?
Eine besondere Lösung war der kombinierte Bohrspindelantrieb, den wir für die Firma Benteler gebaut haben. Glasstaub ist extrem aggressiv; für eine solche Umgebung einen Antrieb zu konstruieren ist eine Aufgabe, die wir nicht täglich gestellt bekommen.
Die Fragen stellte Julia Lansen, Redaktion