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Retrofit Retrofit der Flunder: Wenn ein Scheibenläufermotor seinen Dienst quittiert

| Autor/ Redakteur: Nora Crocoll, Alex Homburg / Karin Pfeiffer

Scheibenläufermotoren? Das mag nostalgisch klingen, in den 70ern galten sie als der Antrieb der Automatisierungstechnik schlechthin. Längst gibt es viele Alternativen. Doch noch laufen Scheibenläufermotoren in etlichen Anlagen. Da ist guter Ersatz oder ein Retrofit gefragt.

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Die MCxx-BL-Reihe ist aus mechanischer Sicht baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren.
Die MCxx-BL-Reihe ist aus mechanischer Sicht baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren.
(Bild: Mattke)

Die Vorteile von Scheibenläufermotoren sind auch heute noch überzeugend: Die Antriebsart baut zum Beispiel sehr flach, weil der Kommutator die Form einer Scheibe hat. Auf ihr sind die Wicklungen angebracht, die der Strom durchfließt. Man spricht deshalb auch vom Flundermotor. Durch das Fehlen eines Eisenkerns ist das Trägheitsmoment gering, was für viele Anwendungen vorteilhaft ist. Die Kohlenbürsten überstreichen außerdem auf der Scheibe gleichzeitig mehrere Leiter. Das führt zu hervorragenden Rundlaufeigenschaften. Dass sich beim Scheibenläufermotor Spannung und Drehzahl sowie Strom und Drehmoment direkt proportional zueinander verhalten, vereinfacht die Regelung. Doch es gibt auch einen entscheidenden Nachteil: Im Stillstand stehen die Kohlebürsten auf einem Punkt. Der gesamte Strom fließt dann in diese Stelle, erhitzt die Kupferbahnen und hebt sie ab. Wenn ein Antrieb aus dem Stillstand ein hohes Drehmoment entwickeln oder ohne zusätzliche Bremse eine Last halten soll, ist das ungünstig.

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Gleichzeitig hat sich der ganze Motoren-Markt in den vergangenen Jahrzehnten natürlich deutlich weiterentwickelt, sodass für vielen Anwendungen nun etliche gute Alternativen zum Scheibenläufermotor existieren. Aber ist ein Tausch immer die richtige Lösung, wenn ein Scheibenläufermotor seinen Dienst quittiert?

Wenn Scheibenläufermotoren nicht in die beschriebenen Überlastsituationen kommen, laufen sie oft über Jahre reibungslos. Die die Lebensdauer begrenzende Größe sind meist die Lager, die über die Zeit verschleißen. Funktioniert der Rest der Anlage jedoch nach wie vor zuverlässig, kann eine Reparatur des Antriebs sinnvoll sein. Die Freiburger Mattke AG hat bereits vor Jahren einen Reparaturservice installiert, um in solchen Fällen weiterhelfen zu können. Klaus Bütow, Vorstand des Unternehmens, erklärt: „Um einen Scheibenläufer reparieren zu können braucht es Know-how und das nötige Werkzeug, zum Beispiel um die Lager ein- und auszupressen sowie den Motor vor dem Auseinanderbauen ent- und danach wieder magnetisieren können.“

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Scheibenläufer durch Scheibenläufer ersetzen

Ist eine Instandsetzung nicht möglich, stellt sich die Frage nach einer Alternative. Muss wieder ein Scheibenläufermotor angeschafft werden? Noch heute gibt es Anwendungen, die auf diese Antriebe angewiesen sind, zum Beispiel, wenn absoluter Gleichlauf gefragt ist. Bürstenlose Motoren neigen zu Cogging (Rastmoment). Wird der Antrieb mit einer Sinus-Kommutierung bestromt, ist das zwar kaum wahrnehmbar, aber in Anwendungen wie Schleifen oder Ziehen von feinen Glasröhren oder Silizium­stäben, auch in der Mess- und Regeltechnik im Labor ist das unter Umständen problematisch. Hier kommt man oft nicht um die Anschaffung eines neuen Scheibenläufermotors herum.

Das Problem hierbei: Weil der Antrieb viel seltener angefragt wird, sind die Produktionsstückzahlen in den vergangenen Jahren deutlich zurückgegangen und die Preise entsprechend gestiegen. Wo man also nicht zwingend auf einen Scheibenläufer angewiesen ist, kann daher ein adäquater Ersatz sinnvoll sein.

Der Ausfall eines bewährten Antriebs kann auch Anlass für den Retrofit einer Anlage sein. Auch hier haben die Freiburger Experten für Elektronik und Mechanik eine pfiffige Lösung entwickelt. In ihrem Portfolio bieten sie bürstenlose Servomotoren als Ersatz für Scheibenläufer. Der Clou der MC17BL, MC19BL und MC23BL Antriebe: Sie sind baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren, haben eine identische flache Bauform, die gleiche Wellenlänge, denselben Wellendurchmesser und stimmen an Zentrierbund sowie an der Be­festigungsbohrung mit den Vorgängern überein. Sie können damit 1:1 als Ersatz von Scheibenläufermotoren von Parvex, Axem, Servalco, ABB oder BBC dienen – ohne dass Anwender mechanische Veränderungen an der Maschine vornehmen müssten.

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Bürstenlose Servomotoren als Alternative

Die permanentmagneterregten Synchronmotoren der MCxx-BL-Reihe verfügen dank hochwertiger Materialien über ein sehr hohes Drehmoment-zu-Volumen-Verhältnis und eine dynamische Leistung mit hoher Maximaldrehzahl von bis zu 5.000 Umdrehungen pro Minute. Standardmäßig sind die Antriebe mit Resolver ausgestattet, können auf Wunsch aber auch mit Inkremental- oder Absolutwertgeber geliefert werden. Die Magnete aus Seltenen Erden halten auch hohen Temperaturen stand.

Die Antriebe werden in achtpoliger Ausführung mit Sinuskommutierung und integriertem Thermoschutz geliefert. Drehbar abgewinkelte Stecker erleichtern den Einbau ebenso wie das kompakte Design. Weil die neue Antriebsart auf eine andere Kommutierungstechnik setzt, erfordern die bürstenlosen Servomotoren allerdings auch einen entsprechender Servoregler. Mattke bietet dazu digitale Servoregler mit entsprechenden Soft- und Hardwareeigenschaften.

In die Regler sind etwa analoge und digitale Ein- und Ausgänge, verschiedene Geberinterfaces, CAN-Bus und USB-Schnittstelle integriert. „Damit sind die neuen Zuleitungen, die die alternative Antriebsart benötigt, die wesentliche Herausforderung bei der Umrüstung", erklärt Bütow. Wenn man überhaupt von einer Herausforderung sprechen könne. „Den Platz für die neuen Leitungen findet man eigentlich fast immer.“

Weil die Kosten für Scheibenläufermotoren mittlerweile stark gestiegen sind, soll die Kombination aus bürstenlosem Servomotor und zugehörigem Servoregler dennoch deutlich günstiger sein. Zum Vergleich: Während ein Scheibenläufermotor mit einer Nennleistung von 570 W durchaus 3.000 Euro oder auch mehr kostet, liegt eine adäquate Servo-Alternative bei rund der Hälfte davon. Naturgemäß sind diese Kosten immer abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.

Retrofit der Flunder macht fit für Industrie 4.0

„Eine kommunikative Anbindung ist für einen Antrieb generell nichts Neues“, ergänzt Bütow. „Immer schon musste ein Antrieb mit dem Rest der Anlage irgendwie kommunizieren. Aber ein direkter Zugriff auf alle Betriebs- und Diagnosedaten des Antriebs wie ihn heute viele Anwendungen fordern, war bei den guten alten Scheibenläufermotoren natürlich noch nicht integriert.“

Die neuen Scheibenläufer-Ersatzmotoren und Servoantriebe von Mattke rüsten die Maschine nicht nur in kürzester Zeit auf die neueste Antriebstechnik um, sondern auch auf den neuesten Stand der Kommunikationstechnik. Die Lösungen unterstützen sämtliche gängigen Kommunikationsbusse.Insgesamt kostet der Tausch des Antriebs also nicht nur weniger, eine solche Retrofit-Lösung macht Anlagen auch fit für Industrie 4.0.

* Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll, Dipl.-Wirt. Ing. (FH) Alex Homburg, RBS Stutensee

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