Aufrufe
vor 8 Monaten

DER KONSTRUKTEUR 4/2018

DER KONSTRUKTEUR 4/2018

ANTRIEBSTECHNIK LIVE@

ANTRIEBSTECHNIK LIVE@ KONZEPTE FÜR HOCHPRÄZISE TORQUEMOTOREN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Den genau auf die Antriebsaufgabe passenden Torquemotor gibt es nicht von der Stange. Schon mit der Auswahl der Motor-Topologie werden von vornherein die wichtigsten Eigenschaften des Torquemotors determiniert. Allgemein lassen sich in der Torquemotoren-Entwicklung vier Schwerpunkte – oftmals in Kombination – feststellen: höhere Systemgenauigkeit, verbesserte Dynamik, größere Drehmomentdichte oder ein breiteres Drehzahlspektrum. Da eine einzige Motor-Topologie nicht alle Eigenschaften gleich gut erfüllen kann, haben sich am Markt mehrere Motorbauarten etabliert. Die richtige Wahl der Motorbauart allein genügt jedoch noch nicht, um den Ansprüchen des Hochleistungsmaschinenbaus gerecht zu werden. SYSTEMGENAUIGKEIT BEI DIREKTANTRIEBEN Die Systemgenauigkeit des Torqueantriebes wird durch die Lagerung des Rotors, das Messsystem und die Messauflösung, die Steuerung bzw. Motorregelung und durch den Motor selbst bestimmt. Der Motor beeinflusst insofern die Systemgenauigkeit, indem er durch seinen spezifischen Aufbau aus Spulen, Magneten und Eisen – also seine Topologie – ungewollte Kräfte aus elektrisch und magnetisch erzeugten Oberwellen (Feld- und Durchflutungsoberwellen) sowie Temperaturgradienten in das Masse-Feder-System „Rotor-Lagerung“ induziert. Autor: Jochen Krismeyer, Fachjournalist für Antriebs- und Automatisierungstechnik, Nürnberg Zu den Störkräften zählen u. a. das Cogging (reluktanzbedingte Rastkräfte, stromlos) und die aktive Lastpulsation (bestromt). Sie wirken in Richtung des Drehmomentes und beeinflussen vor allem den Gleichlauf des Motors. Ferner wirken in radialer Richtung Anzugskräfte, die sich bedingt durch die unterschiedliche Polzahl von Stator und Rotor und vorhandene Systemfehler nicht vollständig aufheben. Das hat zur Folge, dass eine resultierende radiale Kraft, in Betrag und Richtung über dem Drehwinkel auch noch veränderlich – auf den Rotor wirkt. Diese pulsierende Störkraft verursacht eine minimale Verkippung der Drehachse und eine Anregung der Motormechanik – bei hohen Drehzahlen bis zu hör- und fühlbaren Schwingungen. Welche konstruktiven Möglichkeiten gibt es nun, die Systemgenauigkeit der jeweiligen Applikation individuell anzupassen? HOHE SYSTEMGENAUIGKEIT UND DYNAMIK BEI MITTLEREN DREHZAHLEN Für sehr positioniergenaue und bahntreue Antriebe setzt Schaeffler u.a. Torquemotoren mit Luftspaltwicklungen ein. Wie es die Bezeichnung bereits suggeriert, ist die Motorwicklung im magnetischen Luftspalt zwischen Stator und Rotor angebracht. Der Stator besteht aus einem durchgehenden Außenring und den darauf fixierten Kupferspulen – die Magnete rotieren also in einem geschlossenen Eisenring. Folglich entsteht auch nicht das Cogging, wie man dies von genuteten Motoren kennt. Motoren mit Luftspaltwicklungen induzieren nur sehr geringe Störungen in die mechanische Struktur und die Steuerung. Es werden jedoch Wirbelströme im Statorring erzeugt, die zu einer Erwärmung führen und folglich die Drehzahl begrenzen. Die Drehmomentausbeute ist aufgrund des recht großen Luftspalts geringer als bei genuteten Motoren. Diese Motorenbauart – bei Schaeffler sind das die Baureihen RMK (koaxial, Innen- oder Außenläufer) und RMF (Scheibenrotor) – zeichnet ein hervorragender Gleichlauf und außergewöhnliche 34 DER KONSTRUKTEUR 4/2018

Laufruhe aus. Die Wicklungen der RMK- und RMF-Motoren sind kernlos ausgeführt, wodurch sehr kleine Zeitkonstanten im Bereich von etwa einer Millisekunde realisiert werden. Durch die folglich sehr hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten sind diese Motoren hervorragend dynamisch regelbar und erreichen eine sehr hohe Bahntreue. HOHE SYSTEMGENAUIGKEIT UND DYNAMIK BEI GRÖSSEREN DREHZAHLEN Vielpolige, genutete Synchron-Servomotoren mit Zahnspulenwicklungen, also die typischen Torquemotoren, zeichnen sich grundsätzlich durch große Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen aus. Die Drehzahlbegrenzung ist eine Folge der relativ starken aktiven Erwärmung der meist ungekühlten Rotoren. Diese heizen sich durch pulsierende Magnetfelder und dadurch hervorgerufene Wirbelströme auf. Der Effekt nimmt mit der Drehzahl und der Stromstärke zu. Eine konzeptionelle Maßnahme, die Drehzahl von Torquemotoren zu steigern, besteht in der geschickten Anordnung von verteilten Wicklungen. Verteilt bedeutet, dass die Spule nicht um einen Zahn, sondern um z. B. drei Zähne gewickelt ist. Die Rotoren verteilt gewickelter Motoren bleiben aufgrund geringerer Magnetflussschwankungen kühler, so dass bei deutlich höheren Polwechselfrequenzen der Drehzahlbereich des Motors angehoben werden kann. 01 Einfluss der Motortopologie, der Wicklungsart und -auslegung auf den Drehzahl- und Drehmomentbereich von Torquemotoren 02 Einfluss der Motortopologie, der Wicklungsart und -auslegung auf die Rotorverluste (Eisen und Magnet) in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. Ansteuerfrequenz PRÄZISE FÜHRUNG FÜR JEDE BEWEGUNG Jede Anwendung ist anders – deswegen bieten wir Ihnen Lineartechnik, die genau zu Ihren Anforderungen passt. Mit Profilschienenführungen, Kugel-und Trapezgewindetrieben, Linearsystemen und Kugelrollen in vielen Baugrößen und Ausführungen. Individuell für Sie zusammengestellt und konfiguriert. 23.04. - 27.04. | HANNOVER HALLE 23, STAND B19 01 02 BEDARFSGERECHTE SYSTEMLÖSUNG FÜR LINEARTECHNIK UND PRÄZISIONSLAGER RODRIGUEZ GmbH Tel. +49 (0) 2403 780-0 | info@rodriguez.de www.rodriguez.de