Linearmotormodul statt Servohydraulik
Hochdynamischer Ersatz
Servohydraulik durch elektrische Antriebe zu ersetzen bietet verschiedene Vorteile, ist aber in einigen Fällen alles andere als einfach. So z.B. in Prüfmaschinen, in denen kleine Hübe, große Kraft und hohe Frequenz gefragt sind. Ein gemeinsam entwickeltes Linearmotormodul zeigt aber, dass die Herausforderung zu lösen ist - bei gleichzeitigen Kostenvorteilen der TCO, Skalierbarkeit und exakter Parametrierung.
Bild: VSM Antriebstechnik GmbHBei Dauerfestigkeits- oder auch Schwingungsfestigkeitstests von Materialien wird der Prüfling zyklisch auf Zug und Druck be- und entlastet. Ob mit oder ohne sichtbare Materialverformung: der Prüfling soll hohe Kräfte aufnehmen, während die Häufigkeit der Prüfvorgänge als Takt die Nutzungsdauer simuliert. So werden empirische Werte zum Alterungs- und Bruchverhalten gewonnen. Bei Fertigungsmaschinen, in denen Teile verpresst oder gefügt werden, ist der hohe Takt natürlich der Produktivität geschuldet, wohldefinierte Kräfte sichern die Qualität des Vorgangs. Und die geringen Hübe ergeben sich daraus, dass hier keine langen Wege für die Aufgabe zurückzulegen sind. Gleiches gilt bei Material oder Werkstückzuführung mit hohen Massen und Taktraten oder auch für Siegelvorgänge in schnellen Verpackungsanlagen wie z.B. Schlauchbeutelmaschinen.
Schwächen der Servohydraulik
Bislang wurden solche Kombinationen von Kraft und Geschwindigkeit nur mit Servohydraulik erreicht, wobei immer das Risiko von Leckagen besteht. Bedingt durch hohen Betriebsdruck kann es im Störungsfall nicht nur zur Verunreinigung, sondern auch zum Personenschaden kommen. Daher unterliegen hydraulische Anlagen einer zyklischen Prüfpflicht, Öl, Filter und Schläuche müssen regelmäßig getauscht werden. Eine elektrische Anlage würde einen geringeren Wartungs- und Unterhaltungsaufwand erfordern, und im Gegensatz zur zweifachen Energieumwandlung der Hydraulik auch energieeffizienter sein.
Elektromechanische Alternative
Kurzum: Die rein elektrische Lösung wäre eine gute Alternative. Allerdings gab es bis vor kurzem kaum eine Möglichkeit, die geforderten hydraulischen Leistungen elektrisch nachzubilden. Der klassische Servoaktuator mit Kugelgewindetrieb kann wegen der geringen Hübe und hohen Frequenzen nicht punkten, denn sein Trägheitsmoment im linear-rotativen System und Probleme mit der Schmierung bei Bewegungen unter einer Umdrehung hätten verhindert, bei solchen Betriebsbedingungen ausreichend Leistung und eine befriedigende Lebensdauer zu liefern. Eisenlose Linearmotoren oder verfügbare zylindrische Linearantriebe schieden aufgrund ihrer zu geringen Leistung ebenfalls aus. Was also tun? Vor dieser Aufgabe stand das Ingenieurbüro IBD: Gefordert war ein Antrieb, der 3kN bei 100 Doppelhüben pro Sekunde leisten und außerdem noch skalierbar sein sollte.
In Zusammenarbeit zur Lösung
Gemeinsam mit dem Antriebsanbieter VSM konnte das Unternehmen eine entsprechende Lösung entwickeln. Die geforderte Leistung wird hier durch die Kombination von VUES-Linearmotorkomponenten, einem hochauflösenden Lineargeber, steifer mechanischer Komponenten in Verbindung mit großer Reduzierung der bewegten Massen und einem leistungsfähigen Servoregler erreicht. Das Modul ist skalierbar und so auch für große oder kleine Kräfte verfügbar. Die größte Ausbaustufe erreicht eine Spitzenkraft von 30kN. Eine Wasserkühlung ist optional möglich und steigert so die verfügbare Dauerleistung. Ebenso lassen sich größere Geschwindigkeiten als die 1m/s der konkreten Anwendung realisieren. Bei vertikalem Einbau und schweren Lasten kann zudem eine Haltebremse eingebaut werden. Ansonsten ist die Funktion von der Einbaulage unabhängig. Das Maschinengestell ist in der Lage, die Kräfte beim Beschleunigen und Bremsen aufzunehmen ohne selbst in Resonanz zu geraten. Das lässt sich z.B. durch große Massen wie Granit- oder Betonfundamente in Kombination mit steifen Rahmenteilen erreichen.
Servohydraulik durch elektrische Antriebe zu ersetzen bietet verschiedene Vorteile, ist aber in einigen Fällen alles andere als einfach. So z.B. in Prüfmaschinen, in denen kleine Hübe, große Kraft und hohe Frequenz gefragt sind. Ein gemeinsam entwickeltes Linearmotormodul zeigt aber, dass die Herausforderung zu lösen ist - bei gleichzeitigen Kostenvorteilen der TCO, Skalierbarkeit und exakter Parametrierung.
Bild: VSM Antriebstechnik GmbHBei Dauerfestigkeits- oder auch Schwingungsfestigkeitstests von Materialien wird der Prüfling zyklisch auf Zug und Druck be- und entlastet. Ob mit oder ohne sichtbare Materialverformung: der Prüfling soll hohe Kräfte aufnehmen, während die Häufigkeit der Prüfvorgänge als Takt die Nutzungsdauer simuliert. So werden empirische Werte zum Alterungs- und Bruchverhalten gewonnen. Bei Fertigungsmaschinen, in denen Teile verpresst oder gefügt werden, ist der hohe Takt natürlich der Produktivität geschuldet, wohldefinierte Kräfte sichern die Qualität des Vorgangs. Und die geringen Hübe ergeben sich daraus, dass hier keine langen Wege für die Aufgabe zurückzulegen sind. Gleiches gilt bei Material oder Werkstückzuführung mit hohen Massen und Taktraten oder auch für Siegelvorgänge in schnellen Verpackungsanlagen wie z.B. Schlauchbeutelmaschinen.
VSM Antriebstechnik GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 9 2018 - 17.09.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
