(openPR) Gerade bei geringeren Stückzahlen und im hochvariablen Sondermaschinenbau sind eine hohe Varianz, Geometriefreiheit und Wirtschaftlichkeit für Einbaumotoren gesuchte Anforderungen. Hier ein Fallbeispiel eines modularen Motors TWSi-420 der TorqueWerk GmbH als teilintegrierter Extruderantrieb für mehrere Baugrößen.
Aufgrund der heute marktüblichen Bauformen für Elektromotoren war es bisher besonders für den industriellen Maschinen- und Anlagenbau schwierig, ohne hohe Zeit- und Kostenaufwände teilintegrierte oder gar baugrößenübergreifende Antriebslösungen zu verwirklichen. Anforderungen an Variantenvielfalt, Effizienz, hohe Drehmomentdichte, geringen Platzbedarf, modernes Design und die Wirtschaftlichkeit der späteren Anlage mussten jeweils für jede Baugröße neu gelöst werden. Das neue Baukastenkonzept von TorqueWerk für flache Einbaumotoren bietet hier eine modulare Lösung mit klarem Mehrwert.
Das Baukastenkonzept bietet neue Möglichkeiten der Individualisierung von standardisierten Elektro-Einbaumotoren hin zu Sonderantriebslösungen. Im Baukasten finden Hersteller und Anwender fertige Module, die sich ohne lange und aufwändige Entwicklungszeit in ein Produkt integrieren lassen. Die flache Bauweise macht die Integration einfach. Die Segmentierung des Aufbaus ermöglicht es dabei, die Motoren nach Leistungsbedarf komplett (360°) oder in Teilen zu bestücken (Bild 1). Eine spätere Erweiterung um Statormodule für neue oder veränderte Anforderungen ist jederzeit ohne großen Aufwand möglich. Durch lediglich zwei verschiedene Baugruppen – Stator- und Rotormodul – bieten die Flachmotoren eine hohe Variationsvielfalt im Einbau, reduzieren aber dennoch durch die Gleichteile die heute übliche Variantenkomplexität. Dadurch können der Modulanzahl entsprechende, herkömmliche Antriebsgrößen baureihenübergreifend ersetzen werden (Bild 2). Weiterhin kann als Direktantrieb ein großer Drehmomentbereich bei unterschiedlichen Anwendungen und Drehzahlen abgedeckt werden. Neue Möglichkeiten eröffnen sich bereits bei der Anlagenkonstruktion und für die Produktentwicklung.
Für folgende Anwendungen sind derzeit Module im Baukasten vorhanden: Leistung: 2 - 60 kW, Drehzahl: 0 - 3000 Upm, Drehmoment: 0 - 4000 Nm, Segmentierung: 1 - 5 Module, Durchmesser: 150 - 900 mm (weitere auf Anfrage).
Anwendungsbeispiel eines modularen Extruderantriebs als Direktantrieb:
Ein Beispiel für einen zweifach gestuften Direktantrieb mit integrierter Bauweise bietet ein variabler Laborextruder der Firma Boyke Technologies aus Lindlar, der mit einem TorqueWerk TWSi-420 Motor ausgerüstet wurde (Bild 4).
Als reiner Laborextruder für die Applikations- und Materialforschung muss der Extruder ab Werk je nach Kundenanforderung hochvariabel mit mehreren Schneckengeometrien ausgestattet werden können. Dies geschieht durch einfachen Tausch der Schnecke, da der Hersteller hier über ein Baukastensystem verfügt. Der Schneckentausch bewirkt dabei jedoch auch, dass der Antrieb des Extruders mit variablen Drehzahl- und Drehmomentanforderungen konfrontiert ist. Hieraus ergibt sich prinzipbedingt eine Auswahl an möglichen Antriebsvarianten, die herkömmlich durch mehrere handelsübliche Getriebemotoren gelöst wurde. Um die Variantenkomplexität nicht zu groß werden zu lassen, wurde wie üblich eine Überdimensionierung zugelassen.
Einfacher kann diese Leistungsabstufung der Antriebsaufgabe durch den Einsatz eines zweiteiligen Modularmotors TWSi-420 als integrierter Direktantrieb (Bild 3) gelöst werden. Dieser verfügt über zwei 5,5 kW Motormodule mit 2 x 160 Nm bei bis zu 300 U/min.
Der Einsatz der TorqueWerk Modulmotoren bietet dabei folgende Vorteile:
Der Baukastengedanke der Herstellerfirma kann durchgängig bis in die Antriebstechnik geführt werden. Die Konstruktion, die Montage, die Baugrupppenbeschaffung, sowie die Lagerhaltung profitieren von einem durchgängigen Baukastensystem. Der Service wird erheblich vereinfacht, da die notwendigen Lagerteile in Bezug auf die Antriebstechnik vollständig harmonisiert werden können. Die Konstruktion von neuen Baugrößen kann bei einem modularen Baukastensystem auf bekannte und skalierbare Antriebsgrößen aufgebaut werden, selbst das spätere Betriebs-Know-how ist bereits, wenn auch anders skaliert, verfügbar.
Die hier gewählte Teilintegration des Elektromotors mit dem Drucklager des Extruders spart darüber hinaus die Kupplung und die vordere Motorlagerung für den elektrischen Antrieb. Als Direktantrieb mit erheblicher Drehmomentreserve des TWSi-420 konnte zusätzlich die Getriebestufe ersetzt werden, was die Anzahl der möglichen Schäden im späteren Betrieb in Summe erheblich reduzieren hilft. Nun können die verfügbaren Drehmomentreserven im Notbetrieb bedenkenlos genutzt werden. Die Teilintegration der beiden Baueinheiten Extruder und Drucklager mit dem Direktantrieb ermöglicht es sehr einfach, die notwendige Hohlwelle durch den bauartbedingt kurzen Motor zu führen, damit die Schnecke ohne viel Vorbereitung jederzeit demontiert werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil, der, zusammen mit den eingesparten Maschinenteilen, gegenüber der herkömmlichen Bauweise ein zusätzliches Einsparpotential auch im Bereich der Nebenzeiten bietet.
Aussichtsreiche Zukunft für Segmentmotoren
Die Verfügbarkeit einer hohen Geometriefreiheit und damit Varianz bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit der Segmentmotoren von TorqueWerk bietet einen Mehrwert für den Einsatz als Antrieb im Rahmen eines Baureihensystems. Der modulare Aufbau erlaubt es, mehrere Leistungsgrößen aus identischen Funktionsgruppen zusammenzusetzen, was die Entwicklung, Montage, Lagerhaltung und den Anlagenservice stark vereinfacht. Der hocheffiziente und drehmomentstarke Segmentmotor ist luftgekühlt, hat eine redundante Bauweise und kommt vollständig ohne den Einsatz von Magnetmaterialien aus.
Weiter kommt der immer stärker in den Vordergrund rückende Umweltschutzge¬danke hinzu, der wie hier den Einsatz von hocheffizienten, magnetfreien Elektromotoren in Kombination mit Frequenzumrichtern zusätzlich forciert.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das neue Baukastenkonzept der TorqueWerk GmbH viele Vorteile der bisherigen Standard- und Sonderbaulösungen im Bereich der Elektromotoren zu einer neuen Antriebssystematik vereint. Es bietet dem Anwender die Möglichkeit, seine Produkte in ein durchgängiges Baureihensystem zu transformieren und damit zukunftsfähige, nachhaltige, der Umweltthematik gerecht werdende und ökonomisch sinnvollen Produkte anzubieten.
Alle Bilder: © TorqueWerk GmbH, 2020
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