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Aktuelles über den Motor

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

Idam0415Fachartikel

Mit der neuen Torquemotoren-Baureihe RIB bietet Idam thermisch optimierte Direktantriebe für höhere Produktivität und geringeren Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen. Aufgrund verbesserter Wärmeübergänge können sie im Vergleich zur RI-Baureihe je nach Betriebsstrategie mit 12 % mehr Maximalmoment oder mit 30 % weniger Wärmeverlustleistung betrieben werden. Die Motoren sind mit den entsprechenden Vorgängermodellen RI austauschbar und mit den marktüblichen Motorengrößen weitgehend kompatibel.

Die aktive Magnetlänge lässt sich in 25 mm-Schritten an die Anwendung anpassen und der so gewonnene Bauraum optimal nutzen. Die Motoren sind sie rastkraftoptimiert und an den meisten Steuerungen einsetzbar. Das Funktionsprinzip der RIB-Motoren wird derzeit auch auf einen neuen Linearmotor übertragen. Erste L7-Konzeptmotoren zeigen deutlich höhere Antriebskraft oder entsprechend weniger Verlustleistung.

Optimiertes Wärmemanagement

Die zwei Betriebsstrategien von Elektromotoren „heißer“ bzw. „kalter Antrieb“ sind für die Auslegung und den Einsatz einer Werkzeugmaschine besonders interessant. Namensgebend für kalt und heiß ist die angestrebte Temperatur im thermisch eingeschwungenen Zustand des Antriebes in der Maschine. Ein heißer Antrieb bietet sich bei Großserienfertigungen an, bei denen die auszulegende Achse einen Engpass in der Produktion darstellt. Auf den Fertigungsprozess hin werden die Antriebe so ausgelegt, dass der Bauraum maximal genutzt und die höchste für den Prozess sinnvolle Antriebsleistung installiert wird. Im späteren Dauerbetrieb fährt der Motor nahe an seiner Leistungsgrenze und somit auch an der thermischen Grenze. Beim kalten Antrieb hingegen wird der Motor bewusst etwas überdimensioniert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Motortemperatur bzw. die Wärmeverlustleistung des Motors ist deutlich geringer, die Systemgenauigkeit steigt und durch die höheren Drehmomente kann beispielsweise bei 5-Achsbearbeitung einer Kontur besser gefolgt werden. Als Folge hieraus nehmen Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit zu. Nachteilig an dieser Variante ist ein meist etwas höherer Preis.

Gelingt es nun, die Wärmeübergangswiderstände im Motor deutlich zu reduzieren, hat man im Ergebnis nicht nur einen deutlich kühleren Motor sondern auch ein thermisch robusteres System. Die maximal mögliche Leistung, die aus dem Motor heraus gekühlt werden kann, erhöht sich. In der praktischen Umsetzung bedeutet dies, Motoren können mit mehr Leistung gefahren werden (Auslegungsstrategie heißer Motor) oder die Reserve wird bewusst zur Wirkungsgradverbesserung genutzt (Auslegungsstrategie kalter Motor).

Mehr Antriebskraft und weniger Verlustleistung

Die Optimierungen der Wärmeübergänge von dem rotativen RIB-Motor auf einen Linearmotor zu übertragen, bedeutet die Entwicklung einer völlig neuen Generation von Motoren. Dies wird im Linearmotorkonzept L7 verfolgt. Aktuell zeichnen sich in ersten Berechnungen und Tests eine Erhöhung der Antriebskraft um ca. 7 % sowie eine Reduktion der Wärmeverlustleistung bis zu 40 % ab. Eine Präzisionskühlung im Motor ist nicht notwendig. Der Magnetkreis wurde für besten Gleichlauf optimiert. Optionen wie drei Kabelabgangsvarianten, thermische Entkopplung des Motors und Sekundärteilkühlung runden die Baureihe ab.

Dass die Investition in diese neuen Baureihen RIB und L7 nicht nur die Fertigungspräzision erhöht sondern vor allem auch finanziell interessant ist, zeigt ein Beispiel einer Fünf-Achs-Fräsmaschine mit Direktantrieben. Ersetzt man alle Linear- und Torquemotoren durch die RIB- bzw. L7-Konzeptmotoren, reduzieren sich bei 30 % Auslastung im Dreischichtbetrieb die Wärmeverluste von 17 auf 11,5 kW in den Hauptvorschubachsen. Dies entspricht einer jährlichen Einsparung von 7,2 t CO2 bzw. 14,4 MWh, gleichbedeutend mit 2160 Euro bei 15ct/kWh.


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