Ingenieure stehen häufig vor Herausforderungen, wenn sie Servomotoren in neue Maschinendesigns einbauen wollen – etwa wenn es um die Wahl zwischen einem herkömmlichen Motor mit Gehäuse oder einem gehäuselosen Design geht. Werfen wir einen Blick auf die Komponenten eines gehäuselosen Motors. Dabei gehen wir auf drei wichtige Konstruktionsaspekte ein, die darauf hindeuten können, dass eine gehäuselose Lösung der beste Ansatz für Ihre Maschine ist.
Ein gehäuseloser Motor ist das aktive drehmoment- und drehzahlerzeugende Element eines herkömmlichen Motors, aber ohne Welle, Lager, Gehäuse Rückführung oder Endgehäuse. Der gehäuselose Motor besteht aus zwei Teilen: Rotor und Stator. Der Rotor ist gewöhnlich der innere Teil. Er besteht aus einer rotierenden Stahlringbaugruppe mit Permanentmagneten, die direkt auf der Maschinenwelle montiert wird. Der Stator, der äußere Teil, enthält gezahnte Stahllamellen, umgeben von Kupferwicklungen, welche die elektromagnetischen Kräfte erzeugen. Der Stator ist kompakt in das Maschinengehäuse integriert.
Einige wichtige Fragen, die Ingenieure bei der Entscheidung zwischen einem Motor mit Gehäuse und einem gehäuselosen Modell berücksichtigen sollten, sind: Muss die Maschine kleiner werden? Müssen unzuverlässige mechanische Komponenten entfernt werden? Sollte die Maschine mit einer höheren Durchsatzrate arbeiten? Wird die Maschine in einer rauen Umgebung mit hohen Temperaturen oder unter ätzenden Bedingungen betrieben? Wenn die Antwort auf eine dieser Fragen ja lautet, sollte ein gehäuseloser Motor verwendet werden. Die folgenden drei Konstruktionsmerkmale sprechen dafür, dass eine Maschine einen gehäuselosen Motor benötigt:
1. Die Maschine muss kleiner werden.
Eine kleinere Maschine kann von Vorteil sein, insbesondere wenn es an Platz mangelt. Die Integration eines gehäuselosen Motors in die Maschinenstruktur ist eine hervorragende Maßnahme zur Optimierung der Raumnutzung. Neben der Minimierung des vom Motor beanspruchten Platzes können zusätzliche Platzeinsparungen durch den Wegfall von Getrieben oder Riemen und Scheiben erzielt werden, wenn gehäuselose Designs für Anwendungen mit Direktantrieb genutzt werden.
2. Die Maschinenleistung muss gesteigert werden.
Die Integration von gehäuselosen Motorelementen in eine Maschine erhöht die Leistung durch den Verzicht auf nachgiebige mechanische Elemente wie Kupplungen oder Riemen. Lösungen mit Direktantrieb bieten eine stabilere Leistung durch minimale Nachgiebigkeit im System. Jede mechanische Verbindung in einem System (wie Kupplungen, Riemen, Zahnräder usw.) bedeutet nachgiebige Elemente, die die Systembandbreite verringern. Eine verringerte Bandbreite führt zu längeren Bewegungs- und Einschwingzeiten und geringerer Produktivität. Integrierte Motoren verbessern außerdem das dynamische Ansprechverhalten und die Systemeffizienz und können die Integration einer Flüssigkühlung vereinfachen, was das mögliche Dauerdrehmoment deutlich erhöhen kann.
3. Die Maschine wird unter schwierigen Umgebungsbedingungen betrieben.
Maschinen, die in rauen Umgebungen betrieben werden, profitieren von einem Design mit integriertem Motor. Die für derartige Umgebungen ohnehin erforderlichen Maschinengehäuse und -verkleidungen bieten die Möglichkeit, einen rahmenlosen Motor ohne nennenswerte Mehrkosten zu integrieren. Gehäuselose Motoren bieten außerdem die Möglichkeit, Motorkomponenten direkt in die Maschinenelemente einzubauen, um sicherzustellen, dass sie nicht durch die Umgebungsbedingungen beeinträchtigt werden. Zu den rauen Umgebungsbedingungen gehören Hochdruckspülungen mit ätzenden Chemikalien (IP69K), hohe Umgebungstemperaturen und sogar Strahlung oder Vakuum. Zu den Anwendungsbeispielen gehören lebensmittelverarbeitende Maschinen, die strengen Reinigungsvorschriften unterliegen, oder Gasturbinenantriebe mit hohen Umgebungstemperaturen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass gehäuselose Motoren Platz sparen, die Gesamtzahl der Teile reduzieren und die Systemleistung verbessern. Ein geringerer Platzbedarf bedeutet eine kleinere Stellfläche für die Maschinen, wodurch Gebäudekosten eingespart werden können. Weniger mechanische Komponenten bedeuten außerdem eine höhere Zuverlässigkeit der Maschine. Die Verbesserung der Maschinenleistung kann den Durchsatz erhöhen und die Gesamteffizienz der Maschine steigern. Gehäuselose Motoren wie die KBM-Serie von Kollmorgen bieten einfache Lösungen für die drei Herausforderungen, mit denen sich Maschinenkonstrukteure konfrontiert sehen.
Kollmorgen bietet eine Reihe von Design-Tools, einschließlich des Leistungskurvengenerators für rahmenlose Motoren, die die Dimensionierung und Auswahl des richtigen gehäuselosen Motors erleichtern. Die interaktiven Tools bieten Informationen, die eine Optimierung der Motorwicklungen auf Grundlage von Spannung, Strom und Umgebungstemperatur ermöglichen.
