Aufrufe
vor 1 Jahr

DER KONSTRUKTEUR 10/2015

DER KONSTRUKTEUR 10/2015

Wirkungsgrad und

Wirkungsgrad und Einsatzmöglichkeiten Zwei Schrittmotor-Linearaktuatoren im Vergleich Ray LaChance, Joe Rossi Schrittmotoren finden in industriellen Anwendungen zahlreichen Einsatz. Dabei stehen dem Maschinenbauer unterschiedliche Motorentechnologien und -ausführungen zur Verfügung, aus denen er sich die Passende für seine Applikation auswählen muss. Der folgende Vergleich von Hybrid- und Can-Stack-Motoren in Linearaktoren kann hier aufkommende Fragen beantworten. Ray LaChance, Joe Rossi, Mitglieder des Entwicklungsteams Haydon Kerk Motion Solutions, Ametek Precision Motion Control Die Kunden von Haydon Kerk Motion Control stellen dem Antriebsspezialisten immer wieder die Frage, warum der Hybrid-Linearaktuator Nema 17 (43 mm Flansch) von Ametek mit einer Leistungsaufnahme von 7 Watt höhere lineare Kräfte erreicht als der Can-Stack-Aktuator der Serie 46 000 (Ø 46 mm) mit einer Leistungsaufnahme von 10 Watt. Die Antwort liegt im Wirkungsgrad des Motors. Bei Hybridmotoren beträgt der Wirkungsgrad im Durchschnitt 65 %, bei Can-Stack-Aktuatoren hingegen nur 25 %. Dieser unterschiedliche Wirkungsgrad lässt sich im Wesentlichen durch zwei Gründe erklären. Konstruktiv bedingte Unterschiede Der erste Grund liegt in der Verwendung einer silikonbeschichteten Statoreinheit aus Stahl beim Hybridmotor, wohingegen der Can-Stack-Motor mit einem gestanzten Feld ring aus kohlenstoffarmem Stahl ausgestattet ist. Die Verwendung eines mehrschichtigen Statorpakets im Aufbau des Hybridmotors führt zu geringeren Wirbelstromverlusten und das Blechpaket aus einer Stahl-Silizium-Legierung reduziert zudem die Hystereseverluste. Der Gesamtverlust im Stator ist folglich bei Hybridmotoren niedriger als bei Can-Stack-Motoren, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Der zweite Grund ergibt sich aus dem Magnetkreis des Motors. Aufgrund seiner Bauweise ist der Luftspalt zwischen Rotor und Stator bei Hybridaktuatoren nur ca. halb so groß wie dies herstellungsbedingt bei Can- Stack-Aktuatoren möglich ist. Bei Hybridmodellen ist der Luftspalt typischerweise 0,08 bis 0,1 mm groß, im Vergleich zu einem Luftspalt von 0,18 bis 0,2 mm bei Can-Stack- Modellen. Der kleinere Luftspalt sorgt für eine besseren magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator und erhöht somit das Drehmoment. Siehe Abb. 3 und 4. Bei einem Vergleich zwischen dem Hybridaktuator Nema 17 (43 mm Flansch) und dem 40 Der Konstrukteur 10/2015

ANTRIEBSTECHNIK Direktantriebe: Präzise. Schnell. Effizient. 01 Beschichtete Statoreinheit aus Stahl des Hybidmotors 02 Gestanzter Feldring aus kohlenstoffarmem Stahl des Can-Stack-Motors 46 000er Can-Stack-Aktuator (Ø 46 mm) mit einer Leistungsaufnahme von 7 bzw. 10 Watt und identischer Spindel ist festzustellen, dass sich bei gleicher Geschwindigkeit für die Hybridversion eine sehr viel höhere lineare Kraft ergibt. Pluspunkte für Hybrid-Aktuatoren Neben den genannten Vorteilen bezüglich des höheren Wirkungsgrades überzeugen Hybrid-Aktuatoren gegenüber Can-Stack- Aktuatoren mit weiteren Pluspunkten: Erstens: Schrittmotorbasierende Linearaktuatoren eignen sich hervorragend für Positionieranwendungen, wobei auf jeden Impuls, der an die Motorsteuerung gesendet wird, eine lineare Bewegung erfolgt. Die Auflösung dieser Bewegung hängt von der Gewindesteigung und dem Schrittwinkel des Schrittmotors ab. Die in der Hybrid- Serie verfügbaren Schrittwinkel – 1,8 und 0,9 Grad pro Schritt (im Vergleich zu 7,5 oder 15 Grad bei typischen Can-Stack- Modellen) – ermöglichen Auflösungen von bis zu 1,5 µm pro Vollschritt im Vergleich zu 6 µm pro vollem Schritt bei einem Can- Stack-Motor. Daher kann mit dem Hybridmotor sehr viel präziser positioniert werden. Zweitens: Der Einbau des Aktuators kann sich in vielen Anwendungen kritisch auf die Gesamtleistung des Systems auswirken. Hybridaktuatoren haben am Montageflansch eine konzentrisch zu den Motorlagern angeordnete Passung, mit der sich der Aktuator beim Einbau in die Einheit zentrieren lässt. Drittens: Die Erweiterung des Systems um einen zusätzlichen Encoder für den Einsatz in einem geschlossenen Regelkreis ist bei Aktuatoren der Hybridserie problemlos möglich. Dafür sorgt der Rotoreinsatz aus Metall statt Kunststoff wie bei Can-Stack- Aktuatoren. Der Rotoreinsatz aus Messing kann mit engen Toleranzen gefertigt werden, so dass höhere mechanische Festigkeit und exakter Sitz in der Lagerung gewährleistet sind. Das Ergebnis ist eine höhere Rundlaufgenauigkeit der Encoderscheibe 05. – 10.10.15 Mailand Halle 03 Stand H08 L07 05. – 08.10.15 Stuttgart Halle 6 Stand 6110 INA – Drives & Mechatronics AG & Co. KG Mittelbergstraße 2 | 98527 Suhl idam@schaeffler.com | www.idam.de 03 Luftspalt im Vergleich zwischen Can-Stack- und Hybrid-Linearaktuatoren Gemeinsam bewegen wir die Welt.

AUSGABE