Aufgrund ihrer guten physikalischen Eigenschaften stellen permanenterregte Servoantriebe eine sinnvolle Alternative zu Drehstrom-Asynchronmotoren dar. Zu den Vorteilen gehören die hohe Leistungsdichte, große Motormomente – bereits ab Drehzahl Null – sowie eine hohe Überlastfähigkeit und gute Wärmeabführung über die Oberfläche des Motors. Diese Motorenart hat nur geringe Rotorverluste, weil Permanentmagnete aus seltenen Erden das Magnetfeld erzeugen. Geringe Rotorträgheit und sehr hohe Dynamik sind kennzeichnende Merkmale permanenterregter Servomotoren. Aufgrund dreiphasiger sinusförmiger Ansteuerung und hochauflösender Geber haben sie auch bei niedriger Drehzahl eine gute Rundlaufgüte und sind zudem praktisch wartungsfrei. SEW-Eurodrive fertigt mit der CMP..-Baureihe hochdynamische Servomotoren mit sehr kompakter Bauform. In sieben Baugrößen decken sie bis zu 320Nm Spitzendrehmoment ab. Die Baureihe CM umfasst synchrone Servomotoren mit hoher Leistungsdichte für mittlere dynamische Anwendungen. Die Motoren weisen optimale Regeleigenschaften auf für nahezu jede Massenträgheit. Eine optionale Motorvariante stellt die CMPZ..-Serie dar, mit zusätzlicher Rotorträgheit für alle Anwendungen mit hohen Lastträgheitsmomenten. Auch die Motoren der Movigear-Produktfamilie sind mit Permanentmagneten ausgestattet.
Konstruktion von Synchronmotoren
Das Arbeitsprinzip von permanenterregten Synchronmotoren besteht in der Wechselwirkung zwischen dem sinusförmigen Drehfeld, das in den Stator der Maschine eingespeist wird und dem Magnetfeld des Rotors. Hierfür werden Permanentmagnete aus seltenen Erden wie NeFeB (Neodym-Eisen-Bor) verwendet. Die Magnetisierung erfolgt erst nach der Montage der Magnete auf dem Rotor. Dabei richten die Materialien ihre magnetischen Momente parallel zum äußeren Magnetfeld aus. Der Faktor der Flussdichteerhöhung im Vergleich zum leeren Raum wird durch die magnetische Permeabilität (magnetische Leitfähigkeit) beschrieben. Ein Rotor besteht grundsätzlich aus der Rotorwelle und dem Blechpaket. Im Querschnitt hat er die Form eines Vielecks mit geraden Außenflächen, auf die die Magnete aufgeklebt und später magnetisiert werden.
Automatische Rotorbestückung
Wie die meisten industriellen Prozesse erfolgt auch die Montage von Synchronmotoren heutzutage weitgehend automatisch. Ein zentraler Prozessschritt ist das Aufkleben bzw. Montieren der Permanentmagnete auf den Rotor. Bei dieser Aufgabe arbeitet SEW-Eurodrive schon seit längerem mit Unternehmen IEF-Werner zusammen. Die aktuelle Rotorbestückungsanlage am Standort Graben-Neudorf wurde mit neuer Antriebs- und Automatisierungstechnik aus dem SEW-Baukasten Movi-C gebaut. Kernstück der Maschine ist ein Rundschalttisch mit vier Positionen, die jeweils um 90° versetzt sind. An der ersten Position wird der Rotor in eine bewegliche Aufnahme mit zwei Dornen eingespannt. Er steht unten auf dem Wellenbund und wird oben, am Wellenspiegel, gehalten. Das Einspannen kann per Hand erfolgen oder mit Hilfe eines Handling-Roboters.
Reinigen, Ausrichten und Kleben
Im anschließenden Takt wird der Rotor gereinigt. Dazu verfährt ein Plasma-Laser zur Oberflächenbehandlung am Rotor entlang. Eventuell anhaftende Öl- oder Schmutzschichten entfernt er schonend und umweltfreundlich – nur durch gebündeltes Licht. Der Laser ermöglicht eine genaue und homogene Bearbeitung mit hoher Produktivität. Im nächsten Schritt positioniert ein Zweiachs-Linear-Handling die Klebedüse am senkrecht gehaltenen Rotor. Das Blechpaket hat einen vieleckigen Querschnitt, an dessen Außenflächen der Kleber als glatte Kleberaupe aufgetragen wird. Um Lufteinschlüsse sicher auszuschließen, wird diese Raupe fortlaufend durch einen Scanner überwacht. Die Magnete aus seltenen Erden werden in Blistern zur Anlage geführt. Ein Portal saugt die Magnete an und legt sie aneinandergereiht auf ein kleines Förderband. Je nach Länge und Umfang der Rotoren erfasst ein Greifer von oben die benötigte Anzahl Magnete, dreht sie um 90° und drückt sie mit einem definierten Anpressdruck auf den Kleber. Rotor und Magnete sind zu diesem Zeitpunkt noch nicht magnetisiert. Nach abgeschlossener Bestückung werden die Rotoren in einem Härteofen behandelt, um die Klebung dauerhalt zu festigen. Die jeweilige Aushärtezeit variiert je nach Größe der Rotoren. Kurz bevor der Rotor im Montageprozess auf den Stator trifft, werden die Magnete auf dem Rotor in einer Spule magnetisiert. Auf der Bestückungsanlage können alle Rotoren für Synchronmotoren mit Permanentmagneten bearbeitet werden – von der kleinsten Baugröße des mechatronischen Antriebssystems Movigear bis zum größten Motor aus der Baureihe der hochdynamischen CMP..-Servomotoren.
Automatisierungsbaukasten Movi-C
Das Multiachs-Umrichtersystem Movidrive modular stellt die benötigten Antriebskräfte für die Bestückungsanlage zur Verfügung. Eine 10kW-Einspeisung Movidrive modular MDP versorgt insgesamt 18 Achsen in der Anlage: acht Doppelachsmodule und zwei Einachsmodule. Sie sind über einen gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis verbunden. Ein Vorteil des Automatisierungsbaukastens ist die Platzeinsparung aufgrund der kompakten Bauweise und integrierten Sicherheitstechnik. In einem Doppelachsmodul kommen beispielsweise auf gleichem Bauraum wie bei einem Einzelachsmodul zwei Antriebskarten unter. Sämtliche Prozesse in der Bestückungsanlage werden durch den Movi-C Controller power gesteuert. Mit den ausgereiften Funktionen des IEC-Programmiersystem Codesys 3.5 lassen sich seine Motion-Control- und Visualisierungsfunktionen bequem programmieren.
Einfache und schnelle Inbetriebnahme
Für eine Vereinfachung und Beschleunigung der Inbetriebnahme der Lösungen aus dem Automatisierungsbaukasten Movi-C wurde das intuitive Engineeringtool Movisuite entwickelt. Antriebslösungen in Maschinen können sehr vielfältig sein – von der einfachen Drehzahlvorgabe über Positionierung und synchronisierte Achsbewegungen bis zur Robotik, wo mehrere Achsen einer genau definierten Raumkurve folgen müssen. Die Motion-Control-Software Movikit MultiMotion hilft dem Anwender, diese Vielfalt zu beherrschen und mit effizientem Engineering schnell ans Ziel zu kommen. Das bedeutet so viel wie möglich Parametrierung und so wenig wie nötig Programmierung sowie Unterstützung durch grafische Oberflächen für die geführte Parametrierung der Standardfunktionen und eine komfortable Diagnose. Die Serie der Digitalen Operator Panel DOP11C von SEW-Eurodrive ermöglicht eine realitätsnahe und leistungsstarke Maschinenvisualisierung. In der Rotorbestückungsanlage kommen die Panel DOP11C 150 für die Bedienung und DOP11C 100 zur Justierung der Klebeeinheit zum Einsatz.
Automatisierte Arbeitsschritte
Um die Rotorbestückungsanlage nahtlos in zukunftsgerichtete Fertigungskonzepte integrieren zu können, erfolgen alle Arbeitsschritte in der Magnetbestückungsmaschine automatisch. Die Zuführung und Entnahme der Rotoren können durch mobile Handling-Assistenten erledigt werden.
