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Aktuelles über den Motor

Servomotor, DC Motor, Brushless Motor, Gleichstrommotor, Torquemotor, Schrittmotor

Kollmorgen1112Titelstory

SPS IPC Drives Halle 1, Stand 550

Die Anforderungen an Servomotoren sind in der Lebensmittelbranche besonders hoch. Sie sollen nicht nur kompakt, kostengünstig und leistungsstark sein, sondern auch die speziellen Qualitätsansprüche aus den Auflagen zur Hygiene-Einhaltung erfüllen. Dies führte bisher zu erhöhten Kosten, da teure, schwere Edelstahlgehäuse und andere Edelstahlbauteile nötig waren. Eine neue spezielle Beschichtung ermöglicht jetzt den Einsatz „normaler“ Servomotoren, ohne Einbußen hinsichtlich Hygiene oder Motorleistung hinnehmen zu müssen. Die AKM-Motoren von Kollmorgen sind damit bereits ausgestattet.




Die Materialkosten der AKM-Motoren liegen etwa 30 %, ihre Inbetriebnahme- und Wartungskosten etwa 20 % unter denen herkömmlicher Lösungen für den Lebensmittelbereich.
Die hohe Leistungsdichte und der große Variantenreichtum der in anderen Branchen seit langem bewährten AKM-Modelle bieten weitere Vorteile.

Die lebensmitteltauglichen Synchronservomotoren werden als AKM-Washdown-Modelle bezeichnet. Sie stellen bei vielen Anwendungen eine sinnvolle Alternative zu Motoren mit Edelstahlgehäusen dar. Denn die schweren Edelstahlausführungen sind in der Regel knapp ein Drittel teurer als die Standardvarianten. Gewicht und Kosten steigen noch weiter, wenn Standardmotoren in ein Extragehäuse aus Edelstahl zum Einsatz kommen. Zudem muss für den Einbau ein höherer Platzbedarf berücksichtigt werden. Ein weiterer Nachteil dieser Edelstahlausführungen besteht in der generell schlechteren Wärmeabfuhr. Im Falle der zusätzlichen Einhäusung kommt es zum Wärmestau – nicht nur im eigentlichen Motor sondern auch noch zwischen Motor und Gehäuse. Hingegen verfügen die AKM-Washdown-Motoren durch ihre kompakte Bauweise und das verwendete Material über eine sehr gute Wärmeabfuhr, die zu einer außerordentlich hohen Lebensdauer führt.

Hygienic Design erfüllt die Anforderungen

Kollmorgen11122Um den hygienischen Anforderungen zu entsprechen, wurden die Servomotoren nicht nur speziell beschichtet, sondern auch einem Hygienic Design unterzogen. Es existieren nur abgerundete und glatte, Medium abweisende Oberflächen und es gibt keine keim- bzw. schmutzfördernde Ecken. Dies vereinfacht eine gründliche Säuberung und Keimtötung. Zur Lagerschmierung der Washdown-Motoren in “Food“-Ausführung werden nur lebensmittelverträgliche Schmierstoffe gemäß FDA verwendet. Weiterhin kommen Welle, Schrauben und Stecker in einer hochwertigen Edelstahlausführung sowie ein gegenüber Chemikalien hoch resistenter Teflon-Wellendichtring, zum Einsatz. Mit den verwendeten Materialien sind alle toxischen Risiken ausgeschlossen. Das speziell eingefräste Motortypenschild entspricht ebenfalls den Hygiene-Anforderungen, denn es unterliegt in dieser Form nicht einer Ablösung wie ein herkömmliches Typenschild.

Eine 2-Komponenten-Epoxid-Beschichtung in weiß (alternativ in Edelstahl-Optik) dient als hoch effektiver Schutzüberzug des Gehäuses. Sie erweist sich als resistent gegenüber Chemikalien wie Säuren, Laugen und insbesondere Reinigungsmitteln in Bezug auf PH-Werte zwischen >2 und <12 sowie gegen Korrosion. Das verwendete Beschichtungsmaterial des AKM-Washdown erfüllt die globale Migrationsanforderungder FDA. Die so ausgestatteten Washdown-Motoren wurden diversen strengen Prüfungen werksseitig sowie auch von Behörden und Instituten unterzogen.

Die Beschichtung wurde nach längeren, ausführlichen Testphasen und besonders unter Einsatz von Reinigungsmitteln von dem auf Hygienetests spezialisierten Labor "Ecolab" abgenommen und zertifiziert. Zusätzliche Schutzvorkehrungen für das Motorgehäuse, beispielsweise eine Ummantelung unter Verwendung des teuren Edelstahls, können entfallen. Dies reduziert den Platzbedarf und die Gesamtkosten deutlich. Die Erfüllung der Schutzart IP 67 erlaubt eine "Nassreinigung" mit Reinigungsmitteln und ähnlichen Chemikalien.

Gute Wärmeabfuhr und Leichtbau

Die AKM-Motoren zeichnen sich unter anderem auch durch Eigenschaften wie hochdynamisches Verhalten aufgrund der integrierten Hochleistungsmagneten sowie gute Wärmeabfuhr ohne Fremdbelüftung aus. Durch den bürstenlosen Betrieb sind die Motoren wartungsfrei. Die rotatorischen Motoren haben sich darüber hinaus durch Qualität, Rundlaufeigenschaften (geringes Cogging und ausgewogene magnetische Balance), fünffache Überlastfähigkeit und hohe Lebensdauer bewährt. Eine Vielzahl technischer Maßnahmen hat dazu beigetragen, dass die Motoren die gleiche Leistung bei einer um 30 bis 50 % kompakteren Bauweise im Vergleich zu Motoren mit konventioneller Technologie erzielen. Mit dieser Kompaktheit geht auch eine erhebliche Gewichtsreduktion einher, so dass diese Motoren um 10 bis 30 % leichter sind.

Flexibel mit bis zu 150.000 Varianten

Der Washdown-Motor lässt sich aus dem AKM-Baukasten nach individuellen Anforderungen optimal konfigurieren. Mit den im Hygienic Design verfügbaren Baugrößen 2 bis 6 umfasst das Spektrum der Leistungsdaten zum Beispiel Stillstandsmomente von 0,5 bis 25 Nm bei Versorgungsspannungen von 75 bis 480 V. Unterschiedliche Baulängen, diverse Wicklungsvarianten, Rückführsysteme und Anschlusstechniken sind aus den AKM-Katalogdaten abrufbar und führen zur optimalen, bedarfsgerechten Konfiguration des jeweils benötigten Motors.

Mit der Überlappung der Stillstandsmomente und Nenndrehzahlen steht eine feine Abstufung in Bezug auf den Leistungsbedarf der jeweiligen Applikationen zur Verfügung. Es sind also Motoren mit gleichen Momenten in unterschiedlicher Baugröße auswählbar. So lässt sich zum Beispiel in einer Applikation eine größere Stabilität erreichen, indem ein baugrößerer Motor gegenüber einem kleineren – jeweils mit gleichem Moment – den Vorzug erhält. Dies wird durch ein höheres Aufkommen der Massenträgheit bewirkt.

Im Falle einer sehr dynamischen Beanspruchung ist es von Vorteil, die kompakten Motoren einzusetzen, denn es muss weniger Masse als im Vergleich zu den konventionellen Motoren bewegt werden. Diese überlappenden Stufungen, Baugrößen bzw. Massen und Momente bieten beste Voraussetzungen zur Anpassbarkeit des Verhältnisses der Massenträgheit des Motors zu der externen Massenträgheit. Eine optimale Regelbarkeit ergibt sich, wenn diese Massen in etwa die gleiche Größenordnung einnehmen.

Laut Hersteller lassen sich theoretisch bis zu 150.000 Varianten kreieren. Die gebotene Auswahlvielfalt ermöglicht dem Anlagenbauer einen passenden und kostengünstigen Motor zu konfigurieren. Damit erhält er eine energieeffiziente mit Reserven ausgelegte und keineswegs überdimensionierte Lösung. Ebenso bietet sich im Rahmen der Konfiguration die Möglichkeit, auch vom breit gefächerten Standard abweichende Spezifikationen abzurufen, um eine auf seine individuellen Belange hin zugeschnittene Motorenversion zusammenzustellen. Diesen Vorteil bieten nur wenige Hersteller. Denn in der Regel gilt, die Realisierung einer kundenspezifischen Lösung bedeutet eine merkliche Erhöhung der Investition.

Hohe Lebensdauer dank Magnetischer Balance

Ein wesentlicher Grund für die hohe Robustheit der AKM-Motoren liegt darin, dass das Frontteil, bzw. der vordere Flansch und das Motorgehäuse aus einem Pressgussteil bestehen. Durch das Vergießen aller einzelner Elemente im Motor mit Epoxid-Gießharz werden auftretende Reibkräfte, Kurzschlüsse und damit letztlich Störungen bzw. Produktionsausfälle vermieden.

Zur hohen Langlebigkeit der Washdown AKM-Motoren trägt auch die zwischen Rotor und Stator erzielte “Magnetische Balance“ bei. Über diese verfügen andere Motoren kleiner Bauart in der Regel nicht. Sie weisen eine mehr oder weniger große magnetische Asymmetrie auf, welche sich unmittelbar über den Rotor belastend auf das bzw. die Lager auswirkt. Dieser Umstand führt dazu, dass starke radiale Kräfte auftreten. Vibrationen sowie Geräuschentwicklung sind die Folge. Ein frühzeitiger Ausfall der Lager ist vorprogrammiert, somit reduziert sich die Lebensdauer derartiger Motoren.

Weniger Service bei mehr Leistung

Kollmorgen Joerg PetersErste Einsätze der Washdown-Motoren zum Beispiel in der Fleisch verarbeitenden Industrie oder bei Flaschenabfüllungen haben sich bereits bewährt. Mit dem Einsatz der Washdown-Version lässt sich gegenüber vergleichbaren Motoren in Edelstahlausführung eine 30 % höhere Leistung erzielen. Darüber hinaus haben intensive Praxistests ergeben, dass eine Verlängerung der Lebensdauer um das Dreifache erzielt werden kann. Der Washdown-Motor ist nahezu wartungsfrei und ein Austausch von Maschinenteilen ist so gut wie nie notwendig. Dieser Sachverhalt und die reduzierten Aufwendungen für Aufbau und Inbetriebnahme schlagen sich in der Einsparung von 20 % bei Service und Inbetriebnahme nieder.

Der Autor Jörg Peters ist Director of Product Management bei der Kollmorgen Europe GmbH, Ratingen.

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