Antriebstechnik Kollmorgen Europe GmbH: Torquemotoren beflügeln Verpackungsmaschinen

Redakteur: Hermann Jörg

>> Die neueste Entwicklung von Kollmorgen in der Direktantriebstechnik ist die KBM-Serie, die gehäuse- und bürstenlose Torquemotoren umfasst. Sie halten Einzug in die Verpackungsindustrie, kaum dass sie auf dem Markt sind. Die Motoren ermöglichen dem Konstrukteur, innovative Maschinendesigns quasi aus dem Baukasten in Eigenregie zu konzipieren.

Firmen zum Thema

«Die Schweiz hat sich in den letzten Jahren zu einem von Kollmorgens Kernmärkten in Europa entwickelt.» Thomas Ochsner, Sales Manager Switzerland.
«Die Schweiz hat sich in den letzten Jahren zu einem von Kollmorgens Kernmärkten in Europa entwickelt.» Thomas Ochsner, Sales Manager Switzerland.
(Bild: Kollmorgen)

Traditionell definiert der Konstrukteur einer Maschine zunächst deren Bewegungsabläufe, um anschliessend einen passenden Motor aus der Palette des Lieferanten auszusuchen. Dabei ist er weitgehend an die Vorgaben des Motorherstellers bezüglich Baulänge, Flanschmass, Feedbacksystem, Lagerung und Versorgung gebunden. Von nun an kann der Maschinendesigner mit der KBM-Serie von Kollmorgen die entscheidenden Bauteile des Motors, Rotor und Stator, als Einzelkomponenten aus einer Vielfalt von Varianten auswählen und entsprechend seinen Anforderungen mit geeigneten Gebern oder speziellen Lagern ausführen. Die grosse Bandbreite von Baugrössen und Wicklungen sowie spezielle Ausführungen zur Lagerung, Kühlung und zum Schutz garantieren optimale Flexibilität und eine bestmögliche Lösung für die jeweilige Applikation.

Optimale Lösung für jedeAnwendung

Mit der KBM-Serie kann der Konstrukteur den Motor in einfacher Weise voll in seine Maschine integrieren, wobei Maschinenlagerungen auch als Motorlager genutzt werden können. Dies hilft überbestimmte Systeme zu vermeiden. Ebenso kann die Maschine als Kühlkörper dienen oder es kann eine externe Luft- oder Wasserkühlung integriert werden. Dies führt zu stark erhöhtem Dauermoment der Motoren und folglich höherer Leistung der Applikation. Derartige Änderungen an einem gegebenen Motordesign durchzuführen, sind für den Konstrukteur, in Verbindung mit dem Motorhersteller, meist langwierig, aufwändig und führen zu Kompromisslösungen. Mit dem KBM muss der Konstrukteur keine Kompromisse eingehen, denn er bestimmt das Design selbst und kann so die optimale Lösung für seine Applikation realisieren.

Bildergalerie

Ein weiterer Aspekt besteht darin, mit weniger, aber effektiven Bauteilen die Nachteile konventioneller Lösungen weitgehend auszuschliessen, beispielsweise Spiel, Vibration oder Torsion. Hinzu kommt, dass ein Hohlwellen-Direktmotor erheblich höhere Trägheitsverhältnisse zwischen Rotor und Last sowie mehr Dynamik ermöglicht. So wird ein Wirkungsgrad erreicht, welcher bis zu 15 % über einer Motor-Getriebelösung liegt. Ausserdem führen diese Eigenschaften zu höherer Präzision, Maschinenverfügbarkeit und Zuverlässigkeit.

Mit hoher Flexibilität zu mehr Produktivität

Ein wesentlicher Schritt zur Produktivitätssteigerung bei Verpackungsmaschinen ist eine hohe Flexibilität, das heisst, auf ein und derselben Linie sollen unterschiedliche Produkte verpackt werden können. Daher werden zunehmend schnelle Umstellungen oder Umrüstungen in Bezug auf Formatwechsel von Produkten und Verpackung gefordert. Generell wird ein kleinerer, doch umso effizienterer Maschinenpark mit geringerem Platzbedarf und Ressourcenverbrauch angestrebt.

Die von Anlagenbauern und Betreibern der Verpackungsmaschinen und -linien geforderte Flexibilität setzt eine entsprechende Skalierbarkeit und Multifunktionalität voraus. Die entscheidenden Schritte hierzu bilden eine weitgehende Modularität und Standardisierung der Maschinenkomponenten nach dem Baukastenprinzip. Weiter wird die Entwicklung flexibler Verpackungsmaschinen entscheidend von modernen Antriebskonzepten, offenen Systeme mit integrierter Motion Control sowie in jüngster Zeit von der dezentralen Antriebs- und Steuerungstechnik geprägt. Verstärkt werden daher zentrale, schwere, mechanische Antriebe durch Servo- oder Schrittmotoren ersetzt.

Neueste Technologienstanden Pate

Die KBM-Serie wurde entwickelt für eine maximale Drehmomentdichte bei minimalem Cogging, um in einem breiten Drehzahlbereich mit hoher Dynamik zu agieren. Die eingesetzte innovative elektromagnetische Technologie stellt eine maximale Drehmomentdichte zur Verfügung, welche den erforderlichen Platz des Motors minimiert. Die reibungslose Rotation mit minimalem Cogging und niedrigem Klirrfaktor (THD) reduziert Rastmomente und verbessert das Schwingungsverhalten. Die KBM-Motoren entsprechen den Anforderungen bezüglich High-Performance, hoher Lebensdauer und einfacher Integration.

Zum Einsatz kommen Verbundmagnete, die ein Dauerdrehmoment von 1,45 bis 3445 Nm sowie ein Spitzendrehmoment von 4,91 bis 12 812 Nm ermöglichen. Die CE-Richtlinie wird erfüllt und die verwendeten Materialien entsprechen der UL-Empfehlung. Zudem wurden bei der Materialauswahl RoHS-verträgliche Werkstoffe berücksichtigt.

Ein standardisiertes Feedbacksystem steht zur Nutzung von Hall-Sensoren zur Verfügung. Diese verschleissfreien, kontaktlosen Positionssensoren liefern Kommutierungssignale bezüglich Stärke des magnetischen Feldes. Bereits voreingestellte digitale Latching-Hall-Sensoren sind werkseitig an der Anschlussstelle des Stators installiert.

Vielfältiges Standardprogramm

Für Applikationen im Nieder- und Hochspannungsbetrieb – bis zu 240 VAC beziehungsweise ab 240 bis zu 480 VAC – stehen 14 Baugrössen von 60 bis 825 mm Durchmesser jeweils mit 3 bis 4 Baulängen und über 150 Standardwicklungen mit vielen Ausführungsoptionen zur Auswahl. Die Auslegungsleistung reicht von 550 W bis 18,5 kW bei der kleinsten Motorausführung. Bei Nennleistung erreichen die Motoren Drehzahlen von 105 bis 18 600 U/min.

Eine einfache, schnelle Integration der KBM-Bauelemente in die Maschinen ist gegeben. Zwei Isolationsvarianten ermöglichen den Anschluss an alle Kollmorgen-Servoverstärker. Vergleichende Testreihen haben gezeigt, dass die Auswahl geeigneter Motoren und deren Kombination mit Reglern wie dem Servoverstärker Kollmorgen AKD zu bemerkenswerten Ergebnissen führen. Der vielseitige Servoverstärker AKD führt aufgrund extrem kurzer Zykluszeiten zu höherer Positioniergenauigkeit und verbesserten Regeleigenschaften sowie zur Senkung des Energiebedarfs. Die im Regler hinterlegten Motordaten sowie Regelalgorithmen bewirken unter anderem grössere Präzision, einen bedarfsgerechten Energieabruf sowie letztendlich eine Produktivitätssteigerung.

Hoher Nutzen auf breiter Basis

Die Forderung der Anlagenbauer nach kleineren und kompakteren Maschinen wird durch das kompakte Design der KBM-Motoren und deren hohem Integrationsgrad erfüllt. Die direkte Anbringung des Antriebs an die Last trägt dazu bei, dass Lager beziehungsweise Halterungen und Getriebe nicht benötigt werden. Zudem wird auf diese Weise die Zuverlässigkeit erhöht, der Energieverbrauch gesenkt, die Geräuschentwicklung geringer und die Lebensdauer verlängert. Ebenso wird die Dynamik aufgrund der höheren Auflösung beziehungsweise der Leistungsbreite sowie geringeren Eigenschwingung gesteigert, da Einschränkungen beispielsweise durch Lager und Getriebe entfallen. Da es keinerlei Schmierung bedarf, entfällt die Kontaminierungsgefahr und der Wartungsaufwand wird verringert.

Mit der Hohlwellen-Ausführung bieten sich mehr Möglichkeiten zur Durchführung, sodass eine kompaktere Bauweise bei geringerem Kostenaufwand erreicht wird. Indem das Feedbacksystem direkt am Indexer befestigt ist, erfolgt die Messung unmittelbar am beweglichen Teil. Die Einhaltung konstanter Temperaturen für Motor und Maschine begünstigt Maschinenleistung und Präzision. Ausserdem steht optional eine Wasserkühlung zur Verfügung.

Grosse Spezifikationsvielfalt

Kollmorgen praktiziert konsequent den Ansatz des «Shared Design», ein gemeinsames, mehrfach nutzbares Design, und hat dadurch modellübergreifend einen hohen Optimierungsgrad erzielt. Neben diversen kostenfreien Konfigurationsmöglichkeiten lassen sich weitere vielseitige Modifikationen der Motoren realisieren, um sie auf individuelle Anforderungen auszurichten.

Mit relativ einfachen Modifikationen können auf einer eigens geschaffenen Fertigungsplattform die Komponenten der Motoren auch kundenspezifisch ausgelegt werden. Das betrifft die Motorwicklungen, die Abmessungen und das Material der Rotorköpfe sowie das Material der Statorummantelung. Motorwicklungen lassen sich derart optimieren, dass die gewünschten Geschwindigkeits- und Drehmomentenwerte in den kundenspezifischen Applikationen erreicht werden. Rotorköpfe können mit verschiedenen kundenspezifischen Lochmustern beziehungsweise Befestigungen oder kleinerem Innenrohrdurchmesser geliefert werden. Die Konfiguration der Motoren sieht einen Rotorkopf aus kaltgewalztem und nicht beschichtetem Stahl vor. Abweichend kann der Kunde gereinigtes, beschichtetes, lackiertes, überzogenes oder alternatives Material erhalten. Dies betrifft auch die mit unbeschichtetem Aluminium ausgestattete Statorummantelung. <<

(ID:35873080)