Dynamik ist der springende Punkt, wenn es um performante Antriebe geht. Denn neben einer kompakten Bauweise sollten vor allem die Bewegungsabläufe eines Servomotors flüssig und präzise sein. So benötigen einige Kunden im Zeitalter der Automatisierung nicht nur leistungsstarke Motoren, die schwere Lasten heben, sondern vielmehr einen hochdynamischen und präzisen Antrieb, der leichte Bewegungsaufgaben schnell umsetzt. Der Antriebsspezialist Heidrive vereint all diese Vorteile in seiner Heimotion-Dynamic-Baureihe und stellt damit extreme Geschwindigkeit und maximale Leistungsfähigkeit auf eine Stufe. Das Kelheimer Unternehmen entwickelte mit dieser Baureihe auf Basis der vorhandenen Servo-Plattform einen hochdynamischen Antrieb, der nahezu allen Anforderungen der Kunden gerecht wird.
Robuste und energieeffiziente Servomotoren
Die dynamischen Servomotoren von Heimotion sind Permanentmagnet-Drehstrom-Synchron-Servomotoren. Mit Permanentmagneten aus Neodym-Eisen-Bor können Leistungswerte erreicht werden, die bis zu 40 Prozent über den höchsten bisher bekannten und verwendeten Seltenerdmagneten liegen. Sowohl neue technische Lösungen als auch eine Reduzierung des Magnetmaterialeinsatzes bei gleicher Leistung des Systems werden dadurch ermöglicht.
Die Heimotion-Dynamic-Motoren zeichnen sich zusätzlich dazu sowohl durch ihre Robustheit als auch durch eine hohe Energieeffizienz aus, die vor allem von einer neuen Geometrie des Rotorpakets herrührt. So ermöglicht diese eine Reduzierung der Spulenköpfe und der Packungshöhe, was im Ergebnis zu einem äußerst kompakten und hochdynamischen Servomotor führt. Als dritte Baugruppe der Heimotion-Serien konnte die Baulänge der Heimotion-Dynamic-Baureihe zudem signifikant um 20 Prozent reduziert werden. Diese wurde vor allem durch eine konzentrierte Wicklung in Form einer Wicklung um einen Zahn erreicht. Dabei werden Kupferschichten über einzelne Zähne mithilfe einer Flyerwicklung ohne Kreuzungen automatisch aufgetragen. Auf diese Weise wird die Querschnittsfläche der Nut optimal ausgenutzt. Dies resultiert in einem Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent. Die Wickelköpfe werden gegenüber der bestehenden und bereits optimierten Baureihe durch diese Wicklungsart nochmals verkürzt. Aufgrund der Reduzierung des Trägheitsmoments um 35 Prozent sind nun sehr hohe Beschleunigungen möglich.
Die Winkelbeschleunigung an einem Motor mit einer Leistung von 1.000 Watt (M0=3,5 Nm, Mn=3,2Nm bei 3.000 rpm) konnte von 100.000 rad/s² auf 175.000 rad/s² angehoben werden. Die mit dieser Wicklungstechnologie einhergehende Verschlechterung der Rastmomente vermied man mittels FEM-Berechnungen, die allen Schnittberechnungen zugrunde lagen, gänzlich. Es gelang sogar, die Rastmomente durch Schränkung einzelner Magnetsegmente und Optimierung der Polübergänge um über 50 Prozent zu verringern. So ergeben sich Rastmomente von weniger als einem Prozent des Stillstandmoments.
Mit der neuen HMD-Baureihe ging ebenfalls eine Erweiterung der Drehmomentabstufung einher. Die Abstufung der Stillstandsmomente wurde in einer Weise ergänzt, dass beim Baugrößensprung zweier Motoren das gewünschte Drehmoment von beiden Motoren realisiert werden kann. Für ein und dasselbe Drehmoment steht somit sowohl ein langer, schlanker und dadurch sehr dynamischer Motor als auch ein größerer, aber äußerst kurzer und dementsprechend kompakter Motor zur Verfügung.
Für Melksysteme und Verpackungsmaschinen
Verbaut werden die Motoren zum Beispiel in automatisierten Melksystemen sowie in Verpackungsmaschinen oder Positioniersystemen. Aber auch andere Einsatzgebiete sind möglich. So finden die Motoren mitunter ebenfalls in Prüfsystemen für die Automobilindustrie Anwendung. Dadurch, dass sogar hochauflösende Hiperface-DSL-Schnittstellen eingesetzt werden können, ist hier praktisch jede Positionsanforderung denk- und umsetzbar.
Um die Wärmeentwicklung zu kontrollieren, überwacht ein integrierter KTY-Sensor die Temperatur der Wicklung im Motor. Drehbare Doppel- und Einkabel-Steckverbinder sorgen für eine einfache Montage des Motors. Außerdem kann man frei zwischen verschiedenen Wicklungsspannungen für den Einsatz mit DC- oder AC-Reglern wählen. Zur Verfügung stehen Zwischenkreisspannungen zwischen 24/48 und 560 Volt. Ein Spulenverguss bietet zusätzlich Schutz, macht den Motor robuster und ermöglicht somit auch den Betrieb der HMD-Baureihe am 480-Volt-Netz. Hinsichtlich der Spannungsspitzen, die durch immer leistungsstärkere Endstufen auftreten, übernimmt der Hersteller eine Gewährleistung bis zu 14 kV/µs.
Servomotoren nach dem Baukastenprinzip
Die dynamischen Servomotoren können wie die Schwesternbaureihen HMC und HMP nach einem Baukastenprinzip zusammengestellt und kombiniert werden. Dadurch hat der Kunde diverse Auswahlmöglichkeiten bei den Spannungen, Flanschen, Bremsen, Kabelanschlüssen, Gebern oder auch Planetengetrieben. Hier profitiert Heidrive von der Bauteilegleichheit zur HMP-Baureihe, denn sowohl die Flansche, die Motorkappen, die Anschlüsse als auch die Geber sind durch die einheitliche Schnittstellengestaltung einfach und schnell an jede der drei Baureihen montierbar. Folglich können sämtliche Optionen des bestehenden Baukastens verwendet werden.
Bis hin zum kundenspezifischen Servomotor
Als Ergebnis stehen über mehrere Millionen Varianten zur Auswahl, die mit einer kurzen Vorlaufzeit gefertigt und geliefert werden können. Die Motoren werden weltweit verschickt und entsprechen den Sicherheitsanforderungen für zum Beispiel den kanadischen wie auch für den amerikanischen Markt. Durch den Rückgriff auf Komponenten aus dem vorhandenen Servobaukasten wurde in kurzer Zeit eine dritte Baureihe kreiert, die nun auch weltweit ihre Anwendung findet. Aufgrund dieser Erweiterung können nun sämtliche Anforderungen aus den Bereichen der Automatisierung und Robotik erfüllt und auch kundenspezifisch angepasst werden.
