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DER KONSTRUKTEUR 12/2015

DER KONSTRUKTEUR 12/2015

ANTRIEBSTECHNIK Synergie

ANTRIEBSTECHNIK Synergie durch Kombination Komplette Antriebslösungen für Linearsysteme mit rotativen Motoren In vielen Anwendungen auch über den Maschinenbau hinaus sind lineare Bewegungen mit elektrischen Antrieben zu realisieren. Der hier vorgestellte Baukasten für komplette Antriebslösungen von Linearsystemen auf Basis von Gleichstrommotoren bietet hierfür ein weites Spektrum an anwendungsspezifischen Konfigurationen. Das Produktportfolio von Dunkermotoren liefert für viele Anforderung passende Lösungen. Seit Jahrzehnten bietet Dunkermotoren eine breite Palette von rotativen Antriebslösungen an. In Abhängigkeit von der geforderten Lebensdauer wird die Baureihe GR (Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren) oder die Baureihe BG (Bürsten lose Gleichstrommotoren) favorisiert. Für den Fall, dass die geforderte Drehzahl nach einem Getriebe verlangt, stehen für beide Motoren-Baureihen zwei Getriebetypen zur Auswahl. Zum einen Planetengetriebe, bei denen der Abtrieb in der Motorachse liegt. Zum anderen Schneckengetriebe mit zur Motorachse rechtwinkligem Abtrieb. Durch Neuentwicklungen und auch durch die Zugehörigkeit zum Ametek-Konzern wurde das Angebot deutlich erweitert. Ein Beispiel für Neuentwicklungen ist das Spirotec-Getriebe (STG 65) mit spiralverzahnten Radsätzen. Wo andere Getriebekonzepte mit zur Motorachse rechtwinkligem Abgang wie zum Beispiel Schneckengetriebe aufgrund von Anforderungen wie Langlebigkeit, Leistungsdichte oder Wirkungsgrad an die Grenze stoßen, ist das STG 65 ein echter Problemlöser. Bereits seit mehreren Jahren bietet Dunkermotoren Linearmotoren der Baureihe Servotube für Direktantrieb an, die sich durch hohe Dynamik, hohe Fahrgeschwindigkeit, Wartungsfreiheit und Positioniergenauigkeit im hundertstel Millimeter Bereich auszeichnen. Völlig neu bei Dunkermotoren sind komplette Antriebslösungen für Linearsysteme, die auf rotativen Motoren basieren. Zur Auswahl stehen Spindeln des Unternehmens Haydon Kerk, das bereits seit dem Jahr 2008 dem Ametek-Konzern angehört. Die Spindeln sind aus Edelstahl gefertigt und werden standardmäßig mit einer Gleitschicht versehen. Bei Bedarf stehen auch andere Spindelwerkstoffe wie beispielsweise Aluminium zur Auswahl. In der Beschichtung mit Kerkote, einer speziellen Teflon Beschichtung, begründet sich der hohe Wirkungsgrad der Spindel. Durch die beschichtete Spindel und den in die Kunststoff-Mutter inkorporierte Schmierstoff bzw. die Verwendung von selbstschmierenden Kunststoffen ist ein Fetten oder Ölen der Spindel nicht erforderlich. Es hätte sogar nachteilige Effekte. Durch den „trockenen“ Aufbau haften keine Fremdstoffe am Spindelsystem an, die Schwergängigkeit und Verschleiß zur Folge haben können. Für Anwendungen, die häufig mit Flüssigkeiten beaufschlagt werden (z. B. beim Reinigen), wird die Beschichtung Black Ice, eine spezielle Teflon Hartbeschichtung empfohlen. Diese sollte nicht mit Muttern aus Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff kombiniert werden, da diese die Beschichtung angreifen können. Standard Werkstoff für die Mutter ist der extrem reibungsarme Kunststoff Acetal (Polyoxymethylen), welcher bei Temperaturen bis 85°C eingesetzt werden kann. Konfigurationen aus dem Baukasten Angeboten werden Kombinationen aus Motor und Spindelsystem, vertreten durch die Baugrößen LSM 6 (Axialkraft 40 N, Geschwindigkeit bis 300 mm/s) und LSM 13 (Axialkraft 300 N, Geschwindigkeit bis 300 mm/s). Dabei können die Motoren von Dunkermotoren auf der Nicht-Abtriebsseite alle aus dem rotativen Programm bekannten Anbauten erhalten. Beispielsweise können die Geber der Baureihe RE 30 oder die Bremsen der Baureihe E 90 kombiniert werden. Auf der Abtriebsseite des Motors können Getriebe kombiniert 28 Der Konstrukteur 12/2015

ANTRIEBSTECHNIK werden, die dann der Spindel vorgeschaltet sind und die Bezeichnungen LSG 13 (Axialkraft 500 N, Geschwindigkeit bis 100 mm/s) tragen. Kombinierbar sind sowohl Planetengetriebe (Baureihe PLG), als auch Schneckengetriebe (Baureihe SG). Zur Abstützung der Spindel werden Führungsschienen angeboten (Baureihe LPA 08, Positionierachse mit Hüben bis 1000 mm). Zwischen Spindel und Mutter muss es ein minimales Spiel existieren, um die Leichtgängigkeit des Systems sicherzustellen. In Anwendungen mit Positionieraufgaben ist dieses Spiel störend. Dunkermotoren bietet alternativ zur spielbehafteten Basis-Ausführung eine Variante, bei der das Spiel mittels einer Federvorspannung eliminiert ist. Kundenspezifische Varianten in Bezug auf Baugröße und Spindellänge sind möglich. Grundsätzlich sind sämtliche Konfigurationen aus dem Dunkermotoren Portfolio kombiniert mit den HaydonKerk Spindeln denkbar. Ein Konfigurationsbeispiel Ausgehend von einer Hub-Anwendung in der 1 Million Zyklen mit einer Last von 20 kg (Gewichtskraft 200 N) gefahren werden, wird die Kombination LSM 13 mit der Spindelsteigung 10 mm gewählt. Die Fahrgeschwindigkeit soll 100 mm/s betragen. Die geforderte Drehzahl des Motors liegt bei 600 min -1 , da eine Umdrehung aufgrund der Steigung von 10 mm einen Weg von 10 mm zur Folge hat. Die Länge der Bewegung beträgt 100 mm. Ein Zyklus entspricht somit einer Laufzeit von 2 s und eine Million Zyklen entsprechen somit der Laufzeit von 550 h. Der bürstenbehaftete Gleichstrommotor GR 63 scheint also geeignet. Die Gewichtskraft von 200 N hat dann für den Motor ein Drehmoment von n T= F * S / (2 Pi*Eta) = 200 N x 10 mm/ (2 Pi * 0,75) = 43 Ncm zur Folge. Da die Bewegung in diesem Beispiel ohne Pause stattfindet, reicht der GR 63 x 55 (Bürstenbehafteter Motor mit Durchmesser 63 mm, einer aktiven Länge von 55 mm und einem Nenndrehmoment von 27 Ncm) nicht aus. Es bietet sich der BG 65 S x 50 (Bürstenloser Motor mit 65 mm Kantenmaß, einer aktiven Länge von 50 mm und Nennmoment 53 Ncm) an. Allerdings kann bei hohen Laufzeiten das Drehmoment beim Beschleunigen die Lebens dauer der Motorlagerung begrenzen. Es ist ein sanfter Anlauf anzu streben. Hierfür ist eine ent sprechende Reglereinstellung zu wählen. Alternativ kann die Anwendung mit der Kombination LSG 13 bedient werden. Die Spindel sitzt auf der robusten Lagerung des PLG 52 (Planetengetriebe mit Durchmesser 52 mm). Durch die Untersetzung des Getriebes die mit 4,5:1 gewählt wird, wird das Motordrehmoment drastisch reduziert. Die Motordrehzahl errechnet sich aus: 100 mm/s / 10 mm * 4,5 = 2700 rpm. Das Drehmoment errechnet sich zu n 200 N * 10 mm / (2 Pi * 0,75) / (4,5 * 0,9) = 10,5 Ncm. Hierfür reicht der GR 63 x 25 völlig aus. Das LSG 13 ist also wie folgt konfiguriert: GR 63 x 25 mit PLG 52 4,5:1 und Spindel mit der Länge 200 mm und Steigung 10 mm. www.dunkermotoren.de A LSG 13 B LPA 08 STATEMENT Dr. Michael Döppert, Chefredakteur Es ist ein Trend, dass Maschinenbauer für ihre Antriebstechnik möglichst nur eine Schnittstelle haben möchten. Das heißt, sie möchten die komplette Antriebstechnik technologieübergreifend und einbaufertig aus einer Hand erhalten. So ist es zu verstehen, dass sich Antriebshersteller zusammenfinden – wie im vor - liegenden Fall in einem Konzern – und Synergien auf der Lieferprogrammseite erschließen. Das bringt nicht nur Zulieferer und Kunden Vorteile, das treibt auch die technologische Ent wicklung voran. C LSG 13 D LSM 6 Konfigurationsbeispiele: (A) Motor + Schneckengetriebe +Spindel; (B) Motor + Spindel + Führung; (C) Motor + Planetengetriebe + Spindel; (D) Motor + Spindel HOCH PRÄZISE. SPIELFREI. ZUVERLÄSSIG. Ausgleichskupplungen. Kreuzschieberkupplungen. Sicherheitskupplungen. Schnellspannelemente. Drehmomentbegrenzer. vma-antriebstechnik.de

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