Servoaktuatoren TPMA

Vorbild Sonnenblume

Servoaktuatoren drehen Turm zum Licht
Die kompakte Bauform, die Wartungsfreiheit, das geringe Motorengeräusch sowie die in der High Torque-Ausführung optimierte Steifigkeit des Antriebes waren ausschlaggebend für die Auswahl der Servoaktuatoren der Baureihe TPMA 110 als Antriebslösung für die Fahrschemel. (Fotos: Wittenstein)
Nach nur 14 Monaten Bauzeit wurde vor gut einem Jahr der Gemü-Dome eingeweiht. Eine der architektonischen Besonderheiten des Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationszentrums in Waldzimmern ist der das Gebäude überragende Drehturm. Insgesamt acht High Torque Servoaktuatoren von Wittenstein alpha sorgen dafür, dass der Turm automatisch dem Stand der Sonne folgt.

Kompakte Bauform, Wartungsfreiheit, geringes Motorengeräusch sowie die in der High Torque-Ausführung optimierte Steifigkeit des Antriebs waren ausschlaggebend für die Auswahl der Servoaktuatoren als Antriebslösung für die Drehkonstruktion. Wittenstein hat in ständiger Koordination mit den Projekt- und Bauverantwortlichen sowie dem Steuerungshersteller eine maßgeschneiderte Lösung für den Drehturm des Gemü-Domes realisiert.

Mit der Entwicklung des ersten Prozessventils aus PVC begann die Erfolgsgeschichte des 1964 von Fritz Müller gegründeten Unternehmens Gemü. Seit damals hat sich der Hersteller von Ventil-, Mess- und Regelsystemen als Technologieführer in wichtigen Bereichen der Ventiltechnologie etabliert. Gemü ist heute in über 50 Ländern präsent, in 20 davon mit eigenen Vertriebsgesellschaften. Weltweit sind mehr als 950 Mitarbeiter beschäftigt; den kreativen Köpfen steht mit dem Gemü-Dome in unkonventioneller und innovativer Form jetzt neuer Raum für Ideen und zukunftsorientierte Forschung und Entwicklung zur Verfügung. In dem Gebäude mit einer Nutzfläche von 5.000 Quadratmetern sind auch der Prototypenbau, das Testzentrum, der Messebau des Unternehmens sowie eine permanente Ausstellung untergebracht. Bautechnisch und gestalterisch darf der Dome, der auch als Zentrum der Begegnung mit Kunden, Kultur und Gesellschaft gedacht ist, durchaus als Highlight der Industriearchitektur bezeichnet werden. Überragt wird er von einem Turmzylinder in Stahl-/Holzkonstruktion, der im Inneren als Büro und Empfangsbereich dient und auf dessen schräger Dachfläche eine etwa 200 Quadratmeter große Photovoltaik-Anlage installiert ist. Die maximale Leistung der Anlage liegt bei etwa 21,3 Kilowatt-Peak, was einem jährlichen CO2-Einsparungspotenzial von 18,1 Tonnen entspricht. Um diese Werte auch zu erzielen, ist es erforderlich, die Solarmodule und damit das ganze Dach kontinuierlich dem Sonnenstand nachzuführen. Dass diese Aufgabe nur durch ein individuell ausgelegtes Konzept für den Antriebsstrang zu lösen war, wird durch außergewöhnliche Rahmenbedingungen deutlich – etwa das schnee- und windlastfreie Gesamtgewicht von etwa 250 Tonnen, den Drehturm-Durchmesser von 17,6 Meter und den erforderlichen Drehwinkel von kontinuierlich 360 Grad.

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Präzises und lautloses Nachführen

Das Prinzip der Antriebskonstruktion ist vergleichbar mit dem einer Sternwarte. Die Drehbewegung erfolgt über eine ringförmige Laufschiene, die nach der Montage einen maximalen Höhenschlag von 0,5 Millimeter hat. Die Lastabtragung des Turms geschieht über 15 Lagerpunkte, die als Fahrschemel auf der Laufschiene verfahren und von denen jeder 20 Tonnen aufnehmen kann. Acht der 15 Fahrschemel werden durch direkt angeflanschte Servo-Aktuatoren der Baureihe TPMA110 angetrieben. Die Schemel sind jeweils um 45 Grad versetzt angeordnet, werden von einer Controller- und Steuerungseinheit synchronisiert und bringen den Turm in eine harmonische Drehbewegung. Diese orientiert sich im Normalbetrieb automatisch am Sonnenstand, kann bei Bedarf aber auch individuell betrieben werden. Eine Gesamtbewegung um 360 Grad dauert nur wenige Minuten. Die rotativen Servoaktuatoren der Baureihe TPMA sind leistungsstarke, kompakte und integrierte Antriebssysteme. Sie sind eine Kombination aus einem spielarmen und hoch verdrehsteifen Planetengetriebe und einem AC-Servomotor und kommen ohne zusätzliche Antriebskomponenten wie Gegenlager oder Kupplungen aus. Drei verschiedene TPMA-Versionen stehen zur Verfügung, darunter als größte der TPMA 110 mit einem maximalen Beschleunigungsmoment von 2.600 Newtonmeter und einer maximalen Drehzahl von 21 pro Minute in der gewählten Ausführung. Typische Einsatzgebiete dieser Systeme mit integriertem High Torque-Getriebe sind dort zu finden, wo es auf höchste Beschleunigungs-, Stillstands- und Haltemomente ankommt und gleichzeitig aus Präzisionsgründen ein Maximum an Antriebssteifigkeit bei geringer Trägheitsmasse gefordert wird. In gleicher Weise, wie sich Sonnenblumen im Tagesverlauf nach der Sonne ausrichten, folgt der Drehturm der Sonnenbahn. Hierfür verarbeitet die Steuerung Informationen über den Sonnenauf- und untergang ebenso wie aktuelle Wetterinformationen. Die Nachführung des Solardaches erfolgt kontinuierlich in kleinen Zeitabständen, so dass immer ein optimaler Einstrahlwinkel gegeben ist. Beim morgendlichen Start fragt die Steuerung über die Resolver-Schnittstelle die Positionsdaten der TPMA 110 ab. Ihr Absolutwert dient der Kommutierung und der Rotorlageinformation beim Einschalten der Servoaktuatoren. Danach wird inkremental über Sinus-/Cosinussignale weitergezählt. Je nach Jahreszeit und Tageslichtverhältnissen passt die Steuerung die Drehbewegung des Turms an die aktuellen Gegebenheiten an. Nach Sonnenuntergang wird der Drehturm automatisch in die Startposition für den nächsten Morgen gebracht. Über das Bedienpanel im Turm ist jedoch auch jede andere gewünschte Ausrichtung möglich. pb

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