Antriebstechnik

Flinke Antreiber

Servomotoren im Robotereinsatz
Maximiertes Drehmoment und hohe Dynamik – das sind die Eigenschaften der Servomotorenbaureihe MCS von Lenze. Man findet sie in den Hand­achsen von Kuka-Robotern der Typenklasse KR 2004, die beispielsweise in der Automobilindustrie als Schweißroboter im Einsatz sind.

Wer kompakte, robuste und hochdynamische Antriebe sucht, die sich außerdem sehr gut regeln lassen, kommt an Servo-Antrieben nicht vorbei. Sie werden heute in vielfältigen Anwendungen der Handhabungs- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Typische Einsatzfelder sind Roboter, Werkzeug- und Handlingsmaschinen.

Die neuartige Sept-Bauform (Sinus-Einzelpol-Technologie) der Synchron-Servomotoren MCS von Lenze führt zu einem verzerrungsfreien, rein sinusförmigen Arbeitsfeld. Das Resultat an der Motorwelle sind ein hoher Wirkungsgrad, sehr gute Rundlaufeigenschaften und eine maximale Leistungsdichte ohne störende Rastmomente. Diese kompakte Baureihe deckt den Momentenbereich von 0,5 bis 190 Newtonmeter ab.

Für den Einsatz unter den harten Bedingungen der Handhabungstechnik und Robotik legten die Lenze-Entwickler großes Augenmerk auf die robuste Konstruktion. Der Serienfreigabe bei Kuka gingen in Augsburg und Hameln Testverfahren unter härtesten Bedingungen voraus. Ihr Ziel war, Roboter mit Antriebstechnik auszustatten, die nicht nur durch Kraft und Schnelligkeit gekennzeichnet ist, sondern auch lange hält.

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Sinusförmiges Arbeitsfeld

Die Anforderungen an die Leistungsdichte und Dynamik dieser Antriebe steigen kontinuierlich, weil die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden soll. Da der Platz in der Maschine aber nicht mitwächst, muss aus dem gleichen Raum mehr Leistung kommen. Durch die Sinus-Einzelpol-Technologie in Kombination mit Hochenergiemagneten aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) wird bei den MCS-Servomotoren erreicht, dass Wicklung und Magnete ein verzerrungsfreies sinusförmiges Arbeitsfeld im Motor erzeugen. Der Rundlauf ist exzellent, weil kein verzerrendes Feld stört und es keine lästigen Rastmomente gibt.

Die Leistungsdichte ist hoch, weil die Wicklung nur das Arbeitsfeld erzeugt. Der Kupferdraht wird nicht – wie bei herkömmlichen Statoren – durch einen engen Nutschlitz in die Nut eingebracht, sondern der Pol direkt gewickelt. Durch diesen Kunstgriff passt wesentlich mehr Kupfer in den Stator. Das führt zu einem kompakten Aufbau der Motoren und steigert die Leistungsdichte. Gleichzeitig sind die Pole sehr fest gewickelt und dadurch extrem vibrationsfest.

Bei seinen Kompaktservomotoren MCS setzt Lenze Magnete der neuesten Generation ein. Sie haben eine hohe Energiedichte sowie Korrosions- und Entmagnetisierfestigkeit, auch bei hohen Temperaturen. In den Motoren sind große Lager eingebaut, die auch starke Radialkräfte an der Welle aufnehmen, ohne dass ihre Lebensdauer leidet. Sie sind mit langlebigem, temperaturfestem Fett ausgestattet und die Wellen aus standfestem Material gefertigt, das auch bei hohen Radial- und Drehmomentbelastungen standhält.

Simulation verbessert Motoreigenschaften

Die Finite-Elemente-Methode – kurz FEM – ist ein numerisches Berechnungsverfahren, mit dem sich Spannungen und Formen komplexer geometrischer Strukturen berechnen lassen. Die zu untersuchende Struktur wird durch gedachte Flächen und Linien in sogenannte Finite Elemente unterteilt, die über Knoten miteinander verbunden sind. Für jedes dieser Elemente wird unter Berücksichtigung von Anfangs- oder Randbedingungen der physikalische Sachverhalt formuliert. Die Beschreibungen aller Elemente werden in einem Gesamtgleichungssystem zusammengefasst, das dann zu lösen ist. Bereits in frühen Entwicklungsphasen kann man so Festigkeitsuntersuchungen und Optimierungen durchführen und zahlreiche Tests sparen. Thorsten Sienk (gm)

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