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antriebstechnik 8/2021

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antriebstechnik 8/2021

SPECIAL: ANTRIEBSTECHNIK

SPECIAL: ANTRIEBSTECHNIK FÜR PRÜFSTÄNDE ZAHNRIEMEN & SERVOANTRIEBE ZAHNRIEMEN TESTEN OHNE ENERGIEVERSCHWENDUNG Breco und Eckelmann FCS haben ihr Know-how in der Antriebstechnik in die gemeinsame Entwicklung eines Dauerlaufprüfstands für Zahnriementriebe eingebracht. Dank Zwischenkreiskopplung der Servoantriebe lässt er sich ohne nennenswerten Energieverbrauch betreiben und benötigt keine Schaltschrankkühlung. Breco ist seit über 50 Jahren ein Markt-, Innovations- und Qualitätsführer auf dem Gebiet der Polyurethan-Zahnriementechnik. Im Hauptwerk in Porta Westfalica produzieren 300 Beschäftigte Zahnriemen und Zahnscheiben. Das Unternehmen ist weltweiter Partner des Maschinen- und Anlagenbaus, Spezialist für innovative Antriebstechnik und entwickelt in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden und mit Hochschulinstituten immer wieder neue Erfindungen und Patente, die sich als Standard in diesem Marktsegment durchsetzen und an dem sich Wettbewerber als Benchmark orientieren. Knifflige Antriebs-, Transport- und Positionieraufgaben sind die Spezialität von Breco. MODERNSTE PRÜFTECHNIK IM EIGENEN TECHNIKUM Die Suche nach Innovationen und nach neuen Produkten birgt immer auch das Risiko, dass die Verbesserung einer Produktei- Dr.-Ing. Thomas Steinert ist Geschäftsführer bei der Breco Antriebstechnik Breher GmbH & Co. KG in Porta Westfalica Dr.-Ing. Andreas Pottharst ist Prokurist und Leiter F&E und Applikation bei der Eckelmann FCS GmbH in Herford genschaft mit der Verschlechterung einer anderen Eigenschaft einhergeht. Daher ist es guter Stil jedes produzierenden Unternehmens, neue Produkte auf Herz und Nieren zu testen und diese Prüfung nicht etwa auf die Kunden zu delegieren. Breco unterhält zu diesem Zweck ein sogenanntes Technikum, in dem alle neuentwickelten Zahnriemen und Zahnscheiben einer Standard- Testprozedur unterzogen werden. KAUM SICHTBARE ÜBERLASTUNG Polyurethan-Zahnriemen bestehen aus einem lasttragenden Zugträger – überwiegend verseilte Stahldrahtkonstruktionen – und dem Matrixwerkstoff Polyurethan, aus dem in einem Extrusionsvorgang Riemenrücken und Zähne geformt werden. Die Gebrauchsdauer eines Zahnriemens kann durch statische Überlastung (z. B. bei einem Crash), durch Ermüdung der Zugträger oder durch Verschleiß der Polyurethanzähne begrenzt werden. Der erstgenannte Fall der statischen Überlastung, bei dem durch ein einmaliges Ereignis Zugträger ganz oder teilweise durchtrennt oder Zähne abgeschert werden, lässt sich in einfachen Zugversuchen messtechnisch abprüfen. Die Fälle Zwei und Drei – Ermüdung und Verschleiß – erfordern jedoch eine dynamische Prüfung, die auf eigens dafür konstruier- 30 antriebstechnik 2021/08 www.antriebstechnik.de

ten Prüfständen durchgeführt wird. Bei Zugträgerermüdung nimmt die Steifigkeit des Riemens durch die fehlende Lastaufnahme sukzessive brechender Drahtfilamente ab. Der damit einhergehende Verlust an Vorspannkraft lässt sich messtechnisch erfassen. Reibung und Verschleiß entstehen meist durch mangelhaften Zahneingriff zwischen Riemen und Scheibe, z. B. durch unzulässig hohe Riemendehnung bei Überlastung, schlechtes Fluchten der Riemenscheiben oder durch Riemenscheiben, die ungenau gefertigt sind und/oder eine hohe Oberflächenrauigkeit aufweisen. Verschleiß ist stets mit einem Anstieg der Riementemperatur verbunden, was sich messtechnisch ebenfalls gut verfolgen lässt. TEST! REPRODUZIERBARE VERSUCHSBEDINGUNGEN IM UNIVERSALPRÜFSTAND Ermüdung und Verschleiß sind stark streuende Phänomene, deren messtechnische Untersuchung einer statistischen Absicherung bedarf, um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Es ist stets erforderlich, mehrere gleiche Versuche zu fahren, um über Mittelung zu Durchschnittswerten zu gelangen und um die Fehlinterpretation von Ausreißern zu vermeiden. Damit Untersuchungen an Zahnriemengetrieben in vertretbaren Zeiträumen abgeschlossen werden können, verfügt das Breco-Technikum über mehrere Prüfstände. Um die verfügbaren Prüfkapazitäten nun weiter auszubauen, wurde ein Universalprüfstand konstruiert und gebaut. Der Prüfstand deckt ein großes Last-, Drehzahl- und Anordnungsspektrum ab. Er verfügt über eine Vorrichtung zum Aufprägen der Vorspannkraft und der Betriebslast. Betriebslasten werden in Getriebeprüfständen üblicherweise durch Bremsung erzeugt. Die dem Trieb dabei entzogene Energie (Winkelgeschwindigkeit mal Bremsmoment) geht dabei als Verlustleistung verloren. Die dissipierende Energiemenge muss nicht nur mechanisch, sondern auch thermisch beherrscht werden: Um Aufheizung zu vermeiden, muss der Prüfraum im Regelfall klimatisiert werden. ENERGIESPAREN MIT ZWISCHENKREISKOPPLUNG Diese Energieverschwendung sollte bei der Neuentwicklung nun ihr Ende finden. Bei dem neuen Prüfstand wurde der Weg beschritten, das Bremsmoment durch einen zweiten, als Generator betriebenen Motor zu erzeugen. Durch eine verlustoptimale Zwischenkreiskopplung der Antriebe kann die so gewonnene Bremsenergie wieder dem Antriebssystem zur Verfügung gestellt werden. Durch Vorgabe geeigneter Sollprofile einer überlagerten SPS an die Antriebe kann der Universalprüfstand ohne nennenswerten Energieverbrauch betrieben und auf eine Klimatisierung des Schaltschranks verzichtet werden. Bei der Lösung dieser antriebs- und steuerungstechnisch anspruchsvollen Aufgabe wurde Breco durch die Eckelmann FCS GmbH unterstützt, die bereits seit Jahrzehnten bei der Ansteuerung von Produktionsanlagen mit Breco zusammenarbeiten. Der mittelständische Hersteller und Lösungspartner für elektrische Antriebstechnik und Automatisierung hat seinen Firmensitz in Herford. Gerade bei der Automatisierung von Sondermaschinen oder der Prüfstandsautomatisierung schätzt Breco die große Flexibilität der modularen Antriebslösungen und die stets kundenspezifische Herangehensweise bei Eckelmann. Der modulare Hardware- Aufbau und das FPGA-basierte Design machen es beim hier verwendeten E°Darc C Antriebssystem von Eckelmann FCS möglich, anwendungs- und technologiespezifisches Know-how direkt in den Servoregler zu integrieren. Auf dem neuen Universalprüfstand können Zahnriementriebe unter Realbedingungen getestet werden. Ständiges hochdynamisches Beschleunigen und Bremsen kann auf solchen Prüfständen schnell die Energiekosten unnötig in die Höhe treiben, zumal die Anwendung mitunter über Wochen ununterbrochen laufen – und zwar ständig nahe dem Nennbetrieb. Dies spricht auch für die besondere Eignung und Robustheit der E°Darc C Antriebstechnik für Bearbeitungszentren, wo die Antriebsregler von Eckelmann FCS üblicherweise Werkzeugspindeln auf Touren bringen (bis zu 40.000 min -1 ) und ähnliche Belastungen meistern müssen. SERVO-UMRICHTER SPAREN ENERGIE IM DUETT Eckelmann FCS hat die Antriebstechnik für den Prüfstand mit High-Speed-Servoreglern des Typs E°Darc C48 realisiert, die über eine Maximalleistung von 52 kW verfügen. Durch die Zwischenkreiskopplung konnte der Energieverbrauch erheblich minimiert werden. Verluste entstehen nur durch Reibung an dem mechanischen Aufbau und durch Wärmeverluste im Motor und der Leistungselektronik. Bei Mit Lastwiderständen von FRIZLEN die Leistungsfähigkeit von Spannungsquellen testen. USV-/ Notstromanlagen Laborprüfungen Lastsimulation (auch für 19"-Rack) FRIZLEN Leistungswiderstände Belastbar Zuverlässig Made in Germany Tel. +49 7144 8100-0 www.frizlen.com

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