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antriebstechnik 11/2017

antriebstechnik 11/2017

ELEKTROMOTOREN

ELEKTROMOTOREN „Spürbares Wachstum“ Eine Einschätzung von Johannes Losch von der Harmonic Drive AG Im Bereich der industriellen Antriebstechnik ist seit vielen Jahren ein Wachstum der Direktantriebstechnik zu spüren. Um applikationsspezifische Lösungen anbieten und so einen Mehrwert für den Anwender schaffen zu können, hat sich die Harmonic Drive AG entschieden, im Bereich der Direktantriebstechnik tätig zu werden. Von der Auslegung bis zur Kleinserienfertigung können Direktantriebe der Harmonic Drive AG entwickelt und gefertigt werden. Mithilfe von Applikationsparametern wie der Umgebungstemperatur, max. Drehmoment, max. Drehzahl- und Kühlleistung wird zusammen mit dem Anwender eine optimale Antriebslösung für dessen Applikation entwickelt. Die jeweiligen Vorteile von Getriebemotor oder Direktantrieb können somit ausgenutzt werden. Im Bereich der Werkzeugmaschinen findet ein stetiges Wachstum statt. Zunehmend verwenden immer mehr Anwender Direktantriebe, z. B. für Zustellachsen und Bewegungsabläufe. Die derzeit stattfindende und geförderte Automatisierung und Weiterentwicklung der deutschen Industrie im Rahmen von Industrie 4.0 stärkt die Antriebstechnik, sodass in Zukunft mehr und mehr Direktantriebe zum Einsatz kommen werden. Die technologischen Vorteile bieten Maschinenherstellern die Möglichkeit, schneller und dynamischer zu produzieren, wodurch die Herstellung bzw. der Produktionsprozess beschleunigt werden kann und somit mehr Umsatzpotenzial gegeben ist. Johannes Losch ist Entwickler im Bereich Mechatronik bei der Harmonic Drive AG in Limburg Getriebemotor & Direktantrieb: Ein Vergleich In vielen industriellen Applikationen haben Direktantriebe Einzug gehalten. Mithilfe technologischer Vorteile gegenüber alternativen Getriebelösungen können Maschinen und Produkte verbessert werden. Jedoch ist ein hohes Maß an Applikationsverständnis für die Auswahl der richtigen Technologie notwendig. Sind Kompaktheit und Leistungsdichte gefragt, werden meist Servoaktuatoren ausgewählt. Meist sind Direktantriebe für Robotikanwendungen zu schwer und ein aktives Bremsen benötigt hohe Brems momente, womit die Sicherheit nicht ohne weiteres sichergestellt werden kann. Ein typischer Servoaktuator bestehend aus Motor, Getriebe und Bremse bietet die Möglichkeit, effizient bei einem geringem Bauraum viel Drehmoment zu generieren und im Falle eines Ausfalls ermöglicht die motorseitige Bremse, das Drehmoment auf der Abtriebsseite zu halten. Eigenschaften wie Kompaktheit und Leistungsdichte sind bei einem Getriebemotor nach wie vor ungeschlagen. Aufgrund der hohen Drehmomentdichte und Kompaktheit eignen sich Servoaktuatoren der Harmonic Drive AG vor allem für mobile Anwendungen. Für Anwendungen mit dem Bedarf an hoher Steifigkeit und geringer Wartung bzw. Verschleißfreiheit ist der Einsatz von Direktantrieben eher von Vorteil. Hochpolige permanenterregte Synchronmaschinen bieten die Möglichkeit, Getriebelösungen zu ersetzen. Meist wird eine Wassermantelkühlung benötigt, um hohe Stromdichten zu realisieren. Des Weiteren wird ein leistungsstarker Antriebsregler für die Ansteuerung benötigt. In den letzten Jahren sind die Kosten für Antriebsregler gefallen und die regelungstechnischen Möglichkeiten gestiegen. Dadurch erlangt die Technologie der Direktantriebe immer mehr an Bedeutung. Die Einsatzmöglichkeiten konnten mit der Zeit immer weiter ausgebaut werden, da die Regel- und Ansteuerbarkeit mit dem Stand der Technik auch für kleine Unternehmen kein Problem mehr darstellt. Ebenso im Bereich der Linearmotortechnik, wo Motor und Spindel durch einen reinen Linearmotor ausgetauscht werden, ersetzt der Direktantrieb mehr und mehr den Getriebemotor im Falle von Bedarf an Steifigkeit, Dynamik sowie geringer Wartung. Die Direktantriebstechnik bietet die Möglichkeit, Kräfte ohne mechanische Elemente, wie Spindeln oder Verzahnungen, zu übertragen, sodass kein Verschleiß 26 antriebstechnik 11/2017

Unsere Lösungen für die Produktion von morgen! 01 Hochpoliger Direktantrieb: Bausatzmotoren bestehend aus Rotor und Stator, die auf Wunsch auch als Komplettantrieb ausgeführt werden können Enabling Industrie 4.0 02 Aktivteileset CAD daraus resultiert. Im Werkzeugmaschinenbau finden Direktantriebe häufig ihren Einsatz. Die exzellente Steifigkeit im Bereich weniger Winkelsekunden, ohne Zunahme über die Lebensdauer, ermöglicht einen idealen Bearbeitungsprozess. Zusätzlich werden die Antriebe wassergekühlt, wodurch kein Wärmeeintrag in das Maschinenumfeld entsteht. Für den Einsatz der Technologie muss ein Verständnis für Anwendung und Prozesszyklus – unter Berücksichtigung vieler technischer Aspekte – erarbeitet werden. Oftmals werden vorhandene bzw. am Markt verfügbare Lösungen aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen eingesetzt. Die für den Kunden optimale Lösung ist kosten- und zeitoptimiert, woraufhin sich ein Trend in Richtung kundenspezifischer Auslegung bewegt, da dies mithilfe der heutigen Berechnungswerkzeuge möglich ist. Optimales Design für hohe Ansprüche Die Harmonic Drive AG bietet die Möglichkeit, auf anwenderspezifische Anforderungen einzugehen, wodurch die Applikation und der Prozesszyklus in der Auslegung berücksichtigt werden. Es ist wichtig, die Rahmenbedingungen des Antriebs zu kennen, sodass ein maßgeschneidertes und kompaktes Antriebssystem entstehen kann. Mithilfe analytischer Berechnungen können schnell und effizient vorläufige Antriebsdaten erstellt werden, womit der Anwender die Einsatzmöglichkeit validieren kann. Im Anschluss daran werden die analytischen Daten automatisch in FE-Modelle überführt, um exakte Ergebnisse zu extrahieren, welche für die Ableitung der Fertigungsdaten relevant sind. Ein vorläufiges CAD-Modell sowie ein technisches Datenblatt des Antriebs stellen die Basis für einen Anwenderauftrag dar. Mithilfe von Studien und Messreihen konnten so verschiedene Motordesigns verglichen und optimiert werden. Die Verluste in Statorwicklung und Rotorjoch konnten durch Anpassung der Fertigungsverfahren auf ein Minimum reduziert werden. Die Optimierungen führten aufgrund der geringeren Verlustleistung zu einer erhöhten Drehmomentdichte. Des Weiteren wurde die Robustheit der Antriebe gesteigert, wodurch auch im Falle einer Überlast kein Schaden entsteht. Dennoch wurde die Fertigungstechnik immer im Auge behalten, womit die Qualität im Produktionsprozess stets im Vordergrund steht. Direktantriebe der Harmonic Drive AG bieten ein optimales Design für hohe Ansprüche der Antriebstechnik. Leistungsstarke Neodym-Eisen-Bor-Magnete zusammen mit einem mehrfach optimiertem Stator- und Rotordesign, bestehend aus hochwertigem Elektroblech, stellen eine Lösung für viele Anwendungen dar. Mithilfe von vakuumvergossenen Zahnspulenwicklungen werden Stromwärmeverluste abgeführt und eine hohe Leistungsdichte erzielt. Eine Reduzierung der Oberwellen führte im Rahmen der Entwicklung zu einer Leistungssteigerung, wodurch eine Reduktion von Verlusten in Performance umgewandelt werden konnte. www.harmonicdrive.de Entdecken Sie unsere Lösungen für Industrie 4.0 – in jeder Phase Ihres Produktlebenszyklus. Simulation Vernetzte Produktion Sichere Fernwartung Predictive Maintenance Produktionsoptimierung www.baumueller.de Nürnberg, 28.– 30.11.2017 Halle 1, Stand 560 be in motion

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