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Gehäuselose Motoren für individuelle Antriebslösungen

01 Mit den gehäuselosen Motoren der Baureihe Cyber Kit Motors bietet Wittenstein ein hoch integrierbares Lösungskonzept für servotechnische Anwendungen

01 Mit den gehäuselosen Motoren der Baureihe Cyber Kit Motors bietet Wittenstein ein hoch integrierbares Lösungskonzept für servotechnische Anwendungen

02 Die leistungsoptimierten Cyber Kit Motors sind kompakt und rastmomentarm, kombiniert mit einer hohen Überlastfähigkeit

02 Die leistungsoptimierten Cyber Kit Motors sind kompakt und rastmomentarm, kombiniert mit einer hohen Überlastfähigkeit

03 Bei besonderen Sicherheitsanforderungen kann eine Wicklung auch redundant ausgeführt werden

03 Bei besonderen Sicherheitsanforderungen kann eine Wicklung auch redundant ausgeführt werden

04 Durch ihre Kompaktheit und Integrationsfähigkeit bieten die gehäuselosen Motoren maximale Freiheit bei der Konstruktion neuer Maschinen

04 Durch ihre Kompaktheit und Integrationsfähigkeit bieten die gehäuselosen Motoren maximale Freiheit bei der Konstruktion neuer Maschinen

In einer Reihe von servotechnischen Anwendungen ist Standardantriebstechnik das falsche Mittel der Wahl. Für solche Anwendungsfälle bietet Wittenstein Cyber Motor mit seinen gehäuselosen Motoren die passende Lösung. Aufbauend auf einer breiten Motorenbasis sowie besonderer Entwicklungs-, Fertigungs- und Integrationskompetenz entstehen einsatzspezifische Einbaumotoren, die in einer hoch spezialisierten Kleinserienmanufaktur hergestellt werden.
Ausgangspunkt eines Kundenprojekts sind zumeist besondere Anforderungen hinsichtlich des verfügbaren Einbauraums, des zulässigen Gewichts, der Integration oder der Leistungs- und Drehmomentdichte eines Motors. Manchmal aber möchte ein Kunde einfach möglichst viel Wertschöpfung im Unternehmen behalten oder die Motoren im eigenen Corporate Design ausführen. Mit seinen Cyber Kit Motors bedient Wittenstein Cyber Motor (Bild 1) die individuellen Anforderungen und kann dabei auch auf besondere Integrationswünsche eingehen.
Technische Basis: der permanentmagneterregte Synchronmotor
Grundlage der gehäuselosen Cyber Kit Motors ist die permanentmagneterregte Synchronmaschine, wie sie Wittenstein in seiner Innovationsfabrik in hohen Stückzahlen fertigt. Verschiedene Gründe sprechen für diesen Typ von elektrischen Maschinen. So lassen sich diese Motoren aufgrund ihres geringen Bauvolumens besonders einfach integrieren. Hinzu kommt, dass der Rotor einer permanentmagneterregten Synchronmaschine im Betrieb vergleichsweise kühl bleibt, weil Stromwärmeverluste – im Gegensatz zu Asynchronmotoren – ausschließlich im Stator entstehen. Das erleichtert die Abführung der entstehenden Wärme des gehäuselosen Einbaumotors durch äußere Kühllösungen.
Darüber hinaus verfügt Wittenstein über das Know-how und die erforderlichen Produktionsmittel zur Herstellung gehäuseloser Motoren und deren Komponenten, beispielsweise individueller Blechpakete. Bei Bedarf können die Kunden zudem bei der Integration der Motoren in ein spezifisches Maschinenumfeld oder deren eigene Gehäuse unterstützt werden.
Motor pur – ohne Gehäuse, Lager und Geber
Rotor und Stator, das ist der auf das Wesentliche reduzierte Lieferumfang der Cyber Kit Motors (Bild 2). Optional können sie beispielsweise um Sensoren, mechanische Schnitt stellen, eine Flüssigkeitskühlung oder einen speziellen Kabelabgang ergänzt werden. Die Motoren lassen sich in verschiedenen Statoraußendurchmessern, Blechpaketlängen, Hohlwellendurchmessern und Rotorvarianten entweder besonders leistungs- oder drehmomentoptimiert dimensionieren. So kann ein Leistungsbereich von 10 W bis 200 kW bei Abmessungen von 19 mm bis 440 mm im Außendurchmesser abgedeckt werden.
Bei der Auslegung unterstützen zwei Berechnungswerkzeuge: Mit dem Softwartool Cymex 5 sind die gewünschten Leistungsdaten, die sich aus einer Bewegungsaufgabe ergeben, einfach ermittelbar. Mit einem weiteren Programm zur Kennlinienberechnung werden – ausgehend von vorhandenen Synchronmaschinen – die gehäuselosen Einbaumotoren im Detail definiert und hinsichtlich äußerer Bestimmungsgrößen, wie Spannung, Temperatur, Frequenz und Strom, dimensioniert. Dadurch lassen sich das voraussichtliche Betriebsverhalten quantitativ bewerten, der Spannungsabfall unter Last oder der Anstieg der Umgebungstemperatur simulieren und so die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie möglichst exakt auf die Anforderungen der Applikation abstimmen. Ohne großen Aufwand können zudem mehrere Motoren mit unterschiedlichem Durchmesser bewertet und so die optimale Lösung ermittelt werden.
Kleinserienmanufaktur mit besonderer Wickelkompetenz
Als Motorenhersteller ist Wittenstein in der Lage, Motoren sowohl mit konzentrierter als auch mit verteilter Wicklung der Statoren auszuführen. Bei Bedarf ist eine Wicklung bei besonderen Sicherheitsanforderungen auch redundant ausführbar (Bild 3). Die Einbaumotoren der Baureihe Cyber Kit Motors nutzen in den meisten Fällen das Prinzip der verteilten Wicklung, das sich unter anderem durch eine hohe Lebensdauer und ein geringes Rastdrehmoment von etwa ein Promille auszeichnet und so äußerst präzise Bewegungen ermöglicht. Sind die Statoren gewickelt, werden sie einschließlich des Wickelkopfs entweder mit Harz imprägniert oder mit Epoxid vergossen. Letzteres empfiehlt sich beispielsweise dann, wenn der Motor einer hohen thermischen Belastung unterliegt oder eine möglichst große Wärmeableitung erforderlich ist.
Die Arbeitsplätze, an denen die Statoren handgewickelt werden, sind Teil einer hoch spezialisierten Kleinserienmanufaktur mit einer Reihe von Maschinen und Stanzwerkzeugen für individuelle Blechpakete sowie Vorrichtungen zum Bearbeiten, Imprägnieren und Vergießen von Statoren. Sie bietet die notwendige Flexibilität, um auf kundenspezifische Forderungen, wie Blechpaketlänge, Temperaturfühler oder Windungszahl, einzugehen. Zudem ermöglicht sie es, Präzisionsmotoren wie die Cyber Kit Motors bereits ab Losgröße 1 bis hin zu kleinen Serien (wenige tausend Stück) individuell sowie wirtschaftlich zu fertigen. Gleichzeitig ist die Kleinserienmanufaktur in die fertigungs- und logistisch optimierten Strukturen sowie Abläufe der Innovationsfabrik eingebettet und profitiert beispielsweise von deren Prüfmöglichkeiten und Qualitätsstandards.
Integration in Eigenregie oder Komplettierung beim Hersteller
Neben der Entwicklungs- und Fertigungskompetenz bietet Wittenstein Cyber Motor den Kunden die Möglichkeit, sie bei der Integration der gehäuselosen Motoren in die jeweilige Applikation zu unterstützen. Dies kann bei einer Integration in Eigenregie durch Beratungsdienstleistungen und Support direkt beim Kunden geschehen, aber auch bei Wittenstein im Rahmen einer gemeinsamen Vorwärtsintegration. Hierbei liefert der Kunde seine Beistellteile in die Innovationsfabrik – die komplette Montage zur einbaufertigen Baugruppe einschließlich der erforderlichen Prüfmaßnahmen übernehmen die Spezialisten. Für die zweite Option hat man sich beispielsweise bei der Ehrt Maschinenbau GmbH entschieden, als es darum ging, einen innovativen Direktantrieb für Gewindeformer in Stanzmaschinen zu realisieren. Tobias Campe, Leiter Entwicklung/Konstruktion des Unternehmens, fasst die Vorteile aus seiner Sicht zusammen: „Wittenstein verfügt über das Know-how und die Werkzeuge, um den Motor und die von uns beigestellten Teile fachmännisch zu montieren. In dieser kurzen Entwicklungszeit von gerade einmal einem halben Jahr hätten wir es nicht geschafft, entsprechende Kapazitäten und Prozesse aufzubauen. So können wir uns auch bestens auf unsere eigenen Kernkompetenzen konzentrieren.“
Gehäuselose Motoren erfordern besondere Beratungskompetenz
Das Angebot umfasst neben den Motoren auch die Beratung der Kunden. Vermittelt werden müssen zum einen technische Kenntnisse und Zusammenhänge, beispielsweise zu den Motoren selbst, zu ihrer Lagerung im Kundengehäuse oder auch zum Zusammenspiel eines Motors mit einer Leistungselektronik, deren Inbetriebnahme und Parametrisierung sowie der Abfuhr der im Antrieb entstehenden Verlustleistung durch geeignete Kühlverfahren. Zum anderen können sich für den Kunden eine Reihe rechtlicher Verpflichtungen zur Prüfung und Kennzeichnung ergeben – weil der Kunde, der gehäuselose Motoren kauft, selbst zum Hersteller wird oder als solcher auftreten kann. Der Endkunde, der mit dem gehäuselosen Motor in eigener Verantwortung elektrische Maschinen fertigt und diese in den Verkehr bringt, übernimmt alle damit verbundenen Pflichten, wie die normgerechte Prüfung, die Erstellung von Betriebsanleitungen und die Kennzeichnung der Motoren mit Typenschildern. Insofern muss er nicht nur technisch, sondern auch rechtlich die Gesamtverantwortung übernehmen können und wollen. Auf der anderen Seite jedoch profitiert er von den sich ergebenden technischen und wirtschaftlichen Gestaltungsmöglichkeiten bei den mechanischen Teilen des elektrischen Antriebs, der quasi als Bestandteil seiner Maschine wenig Bauraum und Schnittstellen erfordert (Bild 4) und der zugleich im Allgemeinen eine besonders kompakte und massearme Antriebslösung darstellt.
Dabei ermöglichen die gehäuselosen Servomotoren Cyber Kit Motors eine Vielzahl individueller Antriebslösungen, unter anderem für die Mess- und Prüftechnik, die elektrische Automatisierung, die Halbleiter- und Elektronikfertigung, für Montage- und Fertigungsmaschinen, im Bereich Robotik und Handling sowie in der Verpackungstechnik. (ih)

Christoph Weis ist als Produktmanager bei der Wittenstein Cyber Motor GmbH in Igersheim tätig. christoph.weis@wittenstein.de

Dr. Kay-Horst Dempewolf ist als Leiter Entwicklung Automotive und Servomotoren bei der Wittenstein Cyber Motor GmbH in Igersheim tätig. kay-horst.dempewolf@wittenstein.de