Kompakter Linearmotor für High-Performance-Anwendungen

  • Eines der Haupteinsatzgebiete des SA/SC 3806, 3810 oder 3814 werden Highspeed-Anwendungen in der  Lebensmittel- und Verpackungsindustrie sein. Bild: DunkermotorenEines der Haupteinsatzgebiete des SA/SC 3806, 3810 oder 3814 werden Highspeed-Anwendungen in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie sein. Bild: Dunkermotoren

Zahlreiche Linearapplikationen, ausgenommen die einfache Punkt-zu-Punkt-Positionierung, welche die Paradedisziplin des Pneumatik-Zylinders ist, werden von klassischen Riemen- oder Spindelsystemen ausgeführt. Der Antriebsstrang besteht entweder aus einem Schrittmotor, BLDC-Motor oder aus einem Servo­motor. Dies ist seit Jahrzehnten Stand der Technik – und was bringt die Zukunft?

In Applikationen, in denen Riemen- oder Spindelanwendungen an ihre Performance-Grenzen kommen oder die Vorteile beider Systeme benötigt werden, sind Linearmotoren sinnvoll. Zum einen sind die Riemenachsen hochdynamisch, aber nicht hochpräzise. Die Spindelachsen wiederum stehen für hochpräzise Positionierung, jedoch haben diese Limitierungen im Bereich der Dynamik. Somit ist der Einsatzfall des Direktantriebes eindeutig: schnelles und präzises Positionieren mit keinem oder nur geringem Wartungsaufwand. Der SA 38 und SC 38 von Dunkermotoren vereint die Disziplin des Riemens und die der Spindel in einem Produkt.
Die 38er Baureihe mit den drei verschiedenen Baulängen (3806, 3810 und 3814) unterscheidet sich technisch zur bisherigen Version in fast allen Bereichen. Lediglich der Außendurchmesser von 38 mm des Schubrohres ist gleichgeblieben. Die restlichen Teile des Motors wurden komplett überarbeitet. Das Motorkonzept des Aktuators (SA 38xx mit integriertem Gleitlager) und der Komponente (SC 38xx) wurde jedoch beibehalten. Größere Kraft auf kleinem Bauraum war unter anderem eine der Hauptanforderungen für einen Linearmotor. Eine Verdoppelung der Spitzenkraft und Dauerkraft sowie fast identische Außenmaße sind das Ergebnis der Neuentwicklung. Dies wurde mit Anpassungen des Gehäuses, Wicklungen und Magnetausprägung realisiert. Eine größere Anzahl an Magneten und höherwertige Magnete zu verbauen, ist die logische Konsequenz daraus, was aber auch die komplette Charakteristik des integrierten SIN/COS-Feedbacksystems verändert. Der bisherige, optimal Sinus und Cosinus und der daraus resultierende Lissajou-Kreis (blau) gehören der Vergangenheit an. Das Feedbacksignal wandelt sich zu einem Rechteck mit Verrundungen (Rot) – siehe Abbildung rechts oben.
Die marktüblichen Feedbacksysteme sehen ähnlich aus.

Um mit diesem Signal einen Motor gut regeln zu können, werden spezielle Servoregler und Software-Logarithmen benötigt. Aber wäre es für Anwender nicht von Vorteil, ihren bisher eingesetzten Servoverstärker zu nutzen und lediglich Parameter anzupassen?  Muss das Reglerkonzept des Anwenders komplett verändert werden, nur weil Linearmotoren anstelle von rotativen Servomotoren zum Einsatz kommen?  Dunkermotorens Bedingung an die Einführung einer Linearbaureihe ist, diese mit einem handelsüblichen Servoregler betreiben zu können. Die neuentwickelte Auswerteeinheit des Feedbacksystems kompensiert die Rohsignale der Hallsensoren und liefert für den kundenseitigen Regler ein 1-Vss-SIN/COS-Feedbacksignal. Im Gegensatz zur alten Servotubebaureihe wird die Magnetstange und somit die Positionsinformation mit mehreren Hallsensoren erfasst und ausgewertet. Somit wird, auch wenn sich die Magnetstange mechanisch außerhalb der Mitte des Motors befindet, eine hohe Absolutpositioniergenauigkeit erreicht. Für Projekte werden zukünftig noch weitere Encoder-Schnittstellen, wie zum Beispiel SSI, BISS oder TTL erhältlich sein. Auch hier wurde Wert auf die Modularität des gesamtem Linearkonzeptes gelegt. 

Auf Modularität ausgelegt

Für die Kühlung stehen zwei Kühlwasseranschlüsse am Motor zur Verfügung. Ein zusätzlicher Kühlkörper wird somit nicht mehr benötigt, da das Motorgehäuse über interne Kühlkanäle verfügt. Bislang waren Maschinenbauer gezwungen, Zusatzmodule anzubauen, was das Motorgewicht fast verdoppelte. 
Des Weiteren wurde der Spannungsbereich der neuen Baureihe erweitert. Die Baureihe kann somit auch mit Servoreglern, welche über Anschlussspannungen von 1 x 230 VAC, 3 x 400 VAC oder 3 x 480 VAC verfügen, betrieben werden. Auch die Anschlusstechnik der älteren Linearbaureihen 25 und 38 mit fest angebautem Kabel wurde durch drehbare, industrietaugliche Winkelstecker ersetzt. Für den Motorphasen- und Feedbackstecker stehen verschieden lange, schleppkettentaugliche Anschlusskabel zur Verfügung. Die mechanische Anbindung des Motors an die Maschine findet über das Motorgehäuse statt. Im Aluminiumprofil befinden sich hierfür auf allen Seiten Schlitze für T-Nutensteine. Zum Schluss wurde das über die Jahre bewerte, wartungsfrei Gleitlagerkonzept weiter verbessert. Das einzige verschleißbehaftete Bauteil an einem SA 38 kann nach tausenden Kilometern Laufleistung jetzt einfach getauscht werden.
Mit der Neuentwicklung und den darin verbauten Technologien hat sich der Motor neben klassischen Linearsystemen etabliert. Neben den erwähnten Anforderungen der Anwender wurde auch das Design der Linearbaureihe auf Modularität ausgelegt.

Anwendungsfelder

Im Gegensatz zum linearen Flachbettmotor ist die Integration eines stangengeführte Linearmotors in eine Maschine mechanisch auch leichter umzusetzen. Selbst wenn die Magnetstange sich außerhalb der Motorenmitte befindet, behält dieser aufgrund des Designs seine Kraftkonstante bei.
Wo wird zukünftig die neue Linearmotorenbaureihe in Maschinen/Geräte zu finden sein? Eines der Haupteinsatzgebiet des SA/SC 3806, 3810 oder 3814 werden Highspeed-Anwendungen in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie sein. Auch Antriebe in der Logistikbranche kommen aufgrund des zunehmendem Online-Bestellverhaltens im B2C-Bereich an die technischen Grenzen.  Da Dunkermotoren seit Jahrzehnten Systemanbieter in der Antriebstechnik ist, wird es auch hier nicht nur bei einem Solomotor bleiben. Pick&Place-Module, komplette Linearachsen und eine für den Lebensmittelbereich designte Ausführung werden demnächst folgen und die Systemintegration beim Kunden erleichtern.

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