Susanne Reinhard, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T12:53:22+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Wartungsarme Antriebstechnik für schwierige Produktionsbedingungen – Konzepte für Servomotoren und Servoumrichter

Ihre Kunden m?chten ungeplante Ausfallzeiten und hohen Wartungsaufwand an ihren Maschinen vermeiden?
Trotz aggressiver Umgebungsbedingungen? Kostengünstig und mit wenig Aufwand? Jetzt Webcast anfordern

Die müssen was aushalten: Motoren und Umrichter sind in der Produktion Schmutz, Staub und Hitze ausgesetzt. Funktionieren sollen sie trotzdem ewig.

Inhaltsverzeichnis

1. Aggressive Umgebungsbedingungen

2. Problem: Verschmutzte Luft

3. Problem: Hitze

4. Problem: Hitze und verschmutzte Luft

5. Problem: Mechanische Belastungen

6. Was tun?

7. Die L?sung: Flüssigkeitskühlung mit Wasser oder ?l

8. Doppelte Leistung bei gleichen Abma?en

9. Die Vorteile auf einen Blick

10. Haben Sie noch Fragen?

H?chstleistung 24 Stunden rund um die Uhr und das trotz Hitze, Staubbelastung und Verunreinigung. Das halten elektrische Antriebssysteme nur aus, wenn die Komponenten entsprechend vorbereitet sind.

Aggressive Umgebungsbedingungen sind Alltag in vielen Produktionshallen rund um den Globus. Maschinenbauer versuchen Ausfallsicherheit zu erreichen, indem sie für ihre Maschinen Betriebsbedingungen spezifizieren. Die Realit?t sieht aber meist anders aus. Die Bedingungen k?nnen nicht erfüllt werden, die Antriebstechnik versagt und es kommt zu kostspieligen Ausf?llen. In diesem Beitrag werden die Ursachen und deren konkrete Folgen zusammengefasst und M?glichkeiten gezeigt, wie Antriebssysteme robuster gemacht und damit Ausfallzeiten verhindert werden.

Aggressive Umgebungsbedingungen: Diese Branchen k?mpfen am st?rksten damit

Kunststoffmaschinen wie Spritzgussmaschinen, Extruder und Blasformmaschinen | Maschinen für den Aluminiumdruckguss oder der Recyclingtechnik | Bahnverarbeitende Maschinen wie Schlauchbeutel- oder Stanzmaschinen sowie Crosscut/Querschneider | Textilmaschinen wie beispielsweise Jacquardmaschinen | Maschinen für die Lebensmittel- oder Verpackungsindustrie

Ursachen – Probleme - Folgen

Leistungseinbu?en und Stillstandzeiten: Die Ursachen sind genauso vielf?ltig wie die Schadensbilder an Elektromotoren, Elektronikkomponenten und deren Luftkühlung. Folgende Ursachen k?nnen als wichtigste Belastungsfaktoren festgehalten werden.

Gewebefasern in der Luft verstopfen in der Papierindustrie die Lüftungsfilter und verschmutzen die Antriebskomponenten

In der Textilindustrie verstopfen Textilfasern in der Luft die Lüftungsfilter und lagern sich auf den Komponenten ab

1. Verschmutzte Luft

Gewebefasern in der Textil- und Papierindustrie, korrosiver Staub in der Metallindustrie, Schmutzpartikel in der Kunststoffindustrie und beim Recycling. All dies führt zu Ablagerungen in Lüftern und Schaltschr?nken und gelangt so auf die Aktivteile der Elektromotoren und in das Geh?use von Motoren und Elektronik.

Die Folgen sind oft fatal. Gut, wenn nur kleine Probleme auftreten: zum Beispiel Ablagerungen am Rotor, die zu Unwuchten und einer erh?hten L?rmbelastung führen. Deutlich schwerwiegender ist da eine ?berhitzung der Komponenten. Grund sind verschmutzte Luftfilter, die die Kühlung verhindern oder andere Barrieren, die den Kühlluftstrom verhindern. Die Komponenten bü?en dann zuerst an Leistung ein und fallen schlie?lich aus.

Verschmutzungen mit korrosiven Eigenschaften lassen Isolationssysteme im Motor vorzeitig altern und führen zum Kurzschluss, auch hier fallen das Antriebssystem und damit die Anlage komplett aus.

Diese Probleme führen zu einem enormen Wartungsaufwand. Lüftungsfilter müssen h?ufig getauscht, Komponenten regelm??ig gereinigt werden. Das führt zu ungeplanten Stillstandzeiten.

In der Recyclingindustrie werden Antriebe durch Staub und Schmutz belastet

Auch das schwierige Umfeld im Bereich Aluminium-Druckguss belastet alle Komponenten der Maschine extrem. Es ist hei?, staubig und die notwendigen Trennmittel, die ein Anhaften des Bauteils an das Werkzeug verhindern setzen sich inklusive leitf?higer Partikel an Komponenten ab.

2. Hitze:

Des einen Freund ist des anderen Feind. Hohe Dynamik führt zu einer hohen Produktivit?t, da freut sich der Maschinenbetreiber. Die hohen Anforderungen an Dynamik mit abrupten Start-Stopp-Bewegungen, wie zum Beispiel in Spritzgie?maschinen und Blasformmaschinen belasten die Antriebe aber enorm und k?nnen zu einer starken Hitzeentwicklung beitragen. Steht die Anlage dann zum Beispiel auch noch in Indien, wo die Tagesh?chsttemperaturen an die 50 Grad heranreichen, dann wird es richtig heikel.

Die Folgen sind zun?chst Leistungseinbu?en und im worst case Maschinenausf?lle. Um die Servoumrichter vor der ?berhitzung im Schaltschrank zu schützen, werden dann Klimager?te eingebaut. Durch das aktive Kühlen aber entsteht ein extrem hoher Energieverbrauch und damit hohe Kosten.

3. Hitze und verschmutzte Luft:

Spielen beide Faktoren parallel eine Rolle, also Hitze bei gleichzeitig verschmutzter Luft, dann wird es doppelt kompliziert. Das Temperaturproblem kann dann nicht mehr einfach mit Lüftern und Klimager?ten geregelt werden. Diese saugen dann n?mlich die verschmutzte Luft an, die wiederum durch Filtermatten gereinigt werden muss. Die Filtermatten verstopfen schnell, was die Kühlleistung verringert. Die Reinigung der Filter erzeugt zus?tzliche Wartungskosten, der Betrieb der Klimager?te treibt die Energiekosten in die H?he. Au?erdem wirbeln die Lüfter den vorhandenen Schmutz noch zus?tzlich auf was insbesondere in der Lebensmittel und Pharmazieindustrie unerwünscht ist.

4. Mechanische Belastungen:

Neben den genannten Umgebungsbedingungen spielen bei Maschinenausf?llen au?erdem oft mechanische Belastungen in Form von Vibrationen und Schocks eine Rolle. Ausführliche Informationen zu diesem Problem finden Sie hier:

Motorsch?den durch Vibrationen oder Schocks? Das muss nicht sein.

Zum Artikel

Was tun?

1. Verschmutzte Luft muss drau?en bleiben

Verunreinigte Luft muss aus dem System rausgehalten werden: Lüfter, die den Schmutz ansaugen oder noch zus?tzlich aufwirbeln müssen vermieden, Schaltschr?nke und Komponenten so weit m?glich gekapselt werden.

2. Hitze mit Hitze bek?mpfen?

Luftkühlung ist besonders bei hohen Umgebungstemperaturen keine L?sung, die Kühlwirkung bei weitem nicht ausreichend. Je dynamischer Prozesse sind, umso gr??er ist die W?rmeentwicklung bei den Lastspitzen. Gleichzeitig stellt sich ab 40 Grad Celsius Umgebungstemperatur ein Derating, also ein Verlust an Leistung aufgrund der Hitze ein.

Bei einem Wirkungsgrad von über 90 Prozent ist die Effizienz von Elektromotoren sehr gut. Die übrigen 10 Prozent aber k?nnen nicht in Bewegung umgewandelt werden und werden in Form von W?rme abgegeben. D.h. eine funktionierende Kühlung ist Voraussetzung für eine Dauerleistung. Die Umgebungsluft ist dazu aber nicht geeignet.

Fazit: Luft darf bei der Kühlung keine Rolle spielen => Ein anderes Kühlmedium muss her.

Die L?sung: Flüssigkeitskühlung mit Wasser oder ?l

Sowohl die Elektromotoren als auch die Elektronik von Baumüller k?nnen mit Flüssigkeitskühlung ausgerüstet werden. Im Elektromotor wird durch Kühlleitungen im Stator ein Kühlmedium geleitet, das die W?rme abführt. Umrichter werden mit einem direkt flüssigkeitsgekühlten Kühlk?rper ausgerüstet. Als Kühlmedium kommt dabei zum Beispiel ?l oder Wasser in Frage. Wasser weist eine h?here W?rmekapazit?t auf und bietet somit die h?here Kühlleistung bei gleichem Durchflu?. ?l wird meist dann bevorzugt, wenn an der Maschine bereits ein ?lkreislauf, zum Beispiel für Hydraulikkomponenten, vorhanden ist. Lüfter und Klimager?te für die Schaltschr?nke fallen damit weg, es ist stattdessen ein Kühlaggregat n?tig, das das Kühlmedium auf die n?tige Temperatur herunterkühlt. Dieses Aggregat muss nicht zwangsl?ufig in der Produktionshalle stehen und kann so an einem sinnvollen Ort, fern von Staub und Hitze, platziert werden. Vorteil ist au?erdem, dass die Flüssigkeitskühlung ein geschlossenes System ist. Die Kühlung funktioniert also unabh?ngig von den Umgebungsbedingungen. Motoren und Schaltschr?nke k?nnen so gekapselt und damit vor Staub, Schwebepartikeln, Dunst und D?mpfen geschützt werden. Ein Eintrag von Verschmutzungen in das Antriebssystem durch die Kühlung wird verhindert.

Wassergekühlte Servoantriebe

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Doppelte Leistung bei gleichen Abma?en bei flüssigkeitsgekühlten Motoren

Flüssigkeitskühlung führt entstehende Verlustw?rme grunds?tzlich besser ab als eine Lüfterkühlung. Durch die bessere Kühlleistung ist die Motorleistung im Vergleich zu ungekühlten Motoren bei gleicher Bauform sogar um bis zu 50% h?her. So k?nnen die Motoren in vielen F?llen kleiner dimensioniert werden. Kleinere Motoren weisen eine geringere Massentr?gheit auf und erm?glichen damit eine h?here Dynamik. Diese Eigenschaften der wassergekühlten Motoren in Sachen Dynamik machen es m?glich, dass Zykluszeiten reduziert und die Produktivit?t von Maschinen gesteigert werden k?nnen. Kompaktere Motoren ohne zus?tzliche Lüfter verringern zudem die Maschinenaufstellfl?che. Der Aspekt, dass die Kühlung in den Elektromotoren direkt stattfindet wirkt sich au?erdem auf die Arbeitssicherheit aus. Die Verlustw?rme gelangt nicht bis auf die Oberfl?che des Motors sondern wird intern im Stator über die Kühlflüssigkeit abgeführt. Es resultieren weniger Vorkehrungen für Berührschutz an der Anlage. Auch weniger Gefahren durch sich auf hei?en Oberfl?chen zersetzende Materialien bestehen. Als Beispiel dünstet PVC unter Hitze Salzs?ured?mpfe und andere gef?hrliche Substanzen aus.

Staubfrei und hitzefest: Flüssigkeitsgekühlte Motoren haben die Kühlleitungen direkt im Motorgeh?use und funktionieren so als gekapseltes System

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Wartungsarme Antriebstechnik für schwierige Produktionsbedingungen

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Detaillierte Informationen zum Thema flüssigkeitsgekühlte Elektromotoren mit FAQs finden Sie hier:

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Auch wenn die flüssigkeitsgekühlten Komponenten und die Verrohrung für den Kühlkreislauf die Initialkosten steigern, überwiegen die Vorteile bei kritischen Anwendungen deutlich.

Die Vorteile auf einen Blick

Wartungskosten sinken (z.B. Filterreinigung)

Ausfallzeiten werden vermieden

Energieverbrauch sinkt (z.B. für Schaltschrankkühlung)

Besseres Verh?ltnis Leistung/: durch die bessere Kühlung der Motoren k?nnen kleinere Baugr??en eingesetzt werden

H?here Dynamik und damit h?here Produktivit?t m?glich

Kleinere Aufstellfl?che

Mehr Arbeitssicherheit

Haben Sie noch Fragen?

Markus Keila
Produktmanager Motoren