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Fachartikel aus MECHATRONIK 12/2017, S. 22 bis 24

GMN Paul Müller Industrie

High Speed-Elektroantriebe: hohe Leistung auf kleinem Raum

Für seine Hochgeschwindigkeitsspindeln ist der Nürnberger Maschinenbauer GMN seit langem bekannt. Nun startet er mit einem neuen Geschäftsbereich „Elektrische Antriebe“ durch.

Auf der SPS IPC Drives stellt GMN ein Portfolio aus Standard- und Einbaumotoren vor, die wesentlich effizienter und kleiner sind als klassische Vertreter. Dafür sorgen hohe Drehzahlen und hochwertige Materialien.

Joachim Schnüttgen, Technikleiter im Geschäftsbereich „Elektrische Antriebe“ bei GMN, wurde zu Beginn seiner beruflichen Laufbahn von Bekannten beinahe bedauert. „Als ich vor knapp zwanzig Jahren in der Entwicklung von Elektromotoren anfing, galt das als langweiliges Themengebiet. Immer wieder hörte ich, es wären keine großen Innovationen mehr zu erwarten, die Technik sei nahezu ausgereift. Doch jetzt erleben wir einen enormen Entwicklungsboom: durch die Elektromobilität, den Fokus auf Energieeffizienz und natürlich auch durch günstigere Steuerungssysteme.“

Immer kompaktere und leichtere Motoren fordern die Märkte, diese sollen zudem möglichst sparsam, leicht zu warten und schnell in bestehende Systeme integrierbar sein. Kein Ding der Unmöglichkeit – wenn die Leistungsdichte durch hohe Drehzahlen gesteigert und der Instandhaltungsbedarf durch Direktantriebe gesenkt wird. Da GMN seit mehreren Jahrzehnten über Erfahrungen im Bau von Hochgeschwindigkeitsspindeln verfügte, beschloss das Unternehmen 2012, seine Expertise für die Weiterentwicklung von High-Speed-Elektroantrieben zu nutzen. Mittlerweile bietet es neben Beratungsleistungen und kundenindividuellen Motoren ein wachsendes Sortiment an Standardantrieben und Einbauelementen, das auf der diesjährigen SPS zum ersten Mal vorgestellt wird.

Hohe Drehzahlen für große Leistung

Dessen Herzstück ist die Reihe MSP Basic, die zehn vierpolige Synchronmotoren mit besonders kleinem Einbauraum umfasst. Neben hohen Umlauffrequenzen sorgt eine effiziente Wasserkühlung für die hohe Leistungsdichte der Modelle. Eines der Ausstellungsstücke, der MSP 112.4-30/9000, erzeugt bei einer Höhe von 212 mm und einer Länge von 500 mm bis zu 30 kW im Dauerbetrieb (S1) – und ist damit nur etwa ein Fünftel so groß wie ein klassischer luftgekühlter Asynchronmotor mit der gleichen Leistung. Insgesamt reicht die Produktspanne von 7,5 bis 45 kW, bei Achshöhen von lediglich 80 bis 112 mm. Zwischen 14.000 und 18.000 min-1 liegt dabei die maximale Drehzahl.

Schwerpunkt Energieeffizienz

Einen weiteren Schwerpunkt setzte das Unternehmen auf Energieeffizienz. Durch die Wahl hochwertiger Motormaterialien, darunter etwa Seltenerdmagneten, arbeiten die Modelle selbst bei hohen Drehzahlen äußerst verlustarm. Eine drehzahlfeste Lagerung und berührungslose Dichtungen von GMN runden das Antriebskonzept ab.

Zudem wurden die Modelle so konstruiert, dass sie sich einfach in bestehende Anlagen integrieren lassen: Die Bauform und die Anschlussmaße sind normiert, die Medienzuführungen und Kabelgänge am Motor lassen sich variabel gestalten. Somit eignet sich die Reihe auch zum Nachrüsten, wenn im gleichen Bauraum höhere Leistung gefragt ist.

Erfahrungen aus dem Spindelbau

Bei der Entwicklung von MSP Basic nutzte das Unternehmen seine Kompetenzen aus dem Spindelbau gleich in mehrfacher Hinsicht. „Kompaktheit und Leistungsdichte sind in beiden Feldern wichtige Begriffe, außerdem arbeiten wir in der Spindeltechnik schon lange mit dem Anspruch, die Lagerung und Abdichtung bei höchsten Drehzahlen optimal zu gestalten“, so Schnüttgen.

Deshalb konnte das Unternehmen beim neuen Geschäftsfeld auf bewährte Lösungen aus eigener Hand zurückgreifen. In erster Linie sind die fettgeschmierten Hochgeschwindigkeits-Hybridkugellager in unterschiedlichen Ausführungen zu nennen, die dabei helfen, Reibung und Verschleiß im Motor zu verringern. Dazu kommen robuste Klemmkörperfreiläufe und berührungslose Dichtungen mit Labyrinthgeometrie, die das Unternehmen ebenfalls speziell für hohe Drehzahlbereiche entwickelt hat. „Das Ergebnis sind Antriebe, die sich durch hohe Präzision, Wuchtgüte, Laufruhe und Robustheit auszeichnen“, sagt Schnüttgen.

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