Mechatronik Leistungsauslegung Servogetriebeantriebe

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Carsten Fräger / Reinhard Kluger

Das Auslegen von Servo-Antrieben basiert auf vorgegebenen Bewegungsprofilen und festgelegten Umgebungsbedingungen. Anhand berechneter Prozessbedarfswerte lässt sich die Kombination aus Regler, Motor und Getriebe auf ihre Eignung überprüfen. Berücksichtigt werden die Elemente Antriebsfunktion, mechanische Festigkeit und thermische Auslegung.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Servo-Antriebe kommen heute in vielfältigen Anwendungen der Handhabungs- und Automatisierungstechnik zum Einsatz. Die Servo-Achsen sorgen für hohe Produktionsgeschwindigkeit durch schnelle und exakte Bewegungen entsprechend den Steuerungsvorgaben. So bilden die Komponenten Servo-Urichter, Servomotor und Getriebe des Servoantriebes ein abgestimmtes mechatronisches System, das als funktionale Einheit zusammenwirkt. Ziel der Antriebsauslegung ist es, einen für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Antriebsstrang auszuwählen, der die spezifischen Anforderungen zuverlässig erfüllt.

Die Auslegung muss dabei die Grenzen der einzelnen Komponenten berücksichtigen. Der Regler setzt durch seine Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom Drehzahl- und Drehmomentgrenzen. Der Servomotor darf nicht überhitzen und auch die Getriebetemperatur ist mit Blick auf Öl und Dichtungen in den zulässigen Grenzen zu halten. Überlastungen können ferner zu mechanischen Schäden von Zahnrädern, Wellen und Lager führen.

Die Auslegung eines Servo-Antriebs stellt vor diesem Hintergrund drei wesentliche Fragen:

• Antriebsfunktion − Lassen sich die geforderten Drehzahlen, Drehmomente, Beschleunigungen mit dem gewählten Antrieb erreichen?

• mechanische Festigkeit − Kann der Antrieb die auftretenden Drehmomente und Kräfte dauerhaft mechanisch übertragen?

• thermische Auslegung − Bleibt die Betriebstemperatur innerhalb der zulässigen Grenzen, so dass eine vorzeitige Alterung vermieden wird?

Details zur Auslegung sind in einem Katalog von Lenze zu finden [2].

Der Antrieb muss ein ausreichendes Drehmoment und eine ausreichende Drehzahl für den Prozessbedarf haben. Es ist empfehlenswert die thermische Drehzahl des Getriebes mit Rücksicht auf das Öl und die Dichtringe nicht zu überschreiten. Die mechanische Festigkeit von Verzahnung und Wellen wird durch das Getriebenennmoment bestimmt. Das Maximaldrehmoment darf nicht zur Überlastung führen. Der thermisch wirksame Betriebspunkt muss unterhalb der S1-Drehmomentkennlinie des Servomotors liegen und alle Betriebspunkte müssen unterhalb der Maximaldrehmomentkennlinie liegen. Erfüllt der ausgewählte Antrieb diese Bedingungen, kann er zuverlässig die Antriebsaufgabe lösen.

Zum Nachrechnen: Auslegen mit Formeln

Wer die Leistung seiner Servogetriebeantriebe anhand von Formeln auslegen oder überprüfen will, dem bieten wir einen besonderen Service. Per InfoClick gibt es ein PDF zum Download eine ausführliche Version des Beitrags von Dr. Carsten Fräger. Hier kann der Konstrukteur konkret nachrechnen, ob er auf der sicheren Seite liegt.

Ebenso gibt es per InfoClick Hinweise zu den Lenze-Katalogen Servomotoren 13025607 und Servo-Getriebemotoren 13053192.

Das Produkt zum Thema

Mit dem Servo Drives 9400 lassen sich Anlagen und Prozesse deutlich einfacher automatisieren. Die Servoregler der Baureihe vereinen Effizienz, Flexibilität und Präzision in einem modularen System. So führt das neuartige Montagekonzept durch die Trennung von Montagesockel und Antriebselektronik zu schnellerer Montage und Installation. Die Geräte werden einfach in die Backplane geschoben und mit einem Klick verriegelt. Durch den modularen Aufbau lassen sich die Servoregler sehr einfach auf die jeweilige Anwendung zuschneiden – bis hin zu fertig applizierten und getesteten Komplettsystemen ab Werk. Ganz einfach stecken lassen sich die gelben Safety-Module für die integrierte Sicherheitstechnik. Die verschiedenen Funktionen sind getestet, erfüllen die Anforderungen der IEC 61508 SIL3 und sind vom TÜV abgenommen. Der Weg, Funktionen mit steckbaren Module zu realisieren, hat den Vorteil, dass sich die Regler im Servicefall überaus schnell tauschen lassen und die Arbeiten mit wenigen Handgriffen erledigt sind.

Die Servo Drives 9400 sind als Einachsgeräte (Single Drive) und Mehrachsgeräte (Multi Drive) konzipiert. Die Einachsgeräte vereinen Netzeinspeisung, Zwischenkreis und Wechselrichter in einem Gehäuse. Integrierte Filterelemente und ein Bremschopper ermöglichen den autarken Einsatz in dezentralen Installationen. Die Multiachsgeräte sind optimiert für zentrale, kompakte Mehrachsinstallationen mit allen Vorteilen eines gemeinsamen DC-Zwischenkreises.

Dr.-Ing. Carsten Fräger, Leiter Product Management Servotechnik, Lenze AG, Hameln.

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