Synchronmotor, Getriebe und Umrichter im Verbund

Kombination nach Maß

Um bei hohen Drehzahlen eine lange Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, werden Antriebssysteme oft aus Komponenten verschiedener Hersteller zusammengestellt. Der Nachteil ist: Die Kombinationen sind selten exakt auf die Kundenbedürfnisse ausgerichtet. Ein neu vorgestellter Komplettantrieb aus Synchronmotor, Getriebe und Frequenzumrichter soll dieses Dilemma lösen. Der Antriebstechnikhersteller WEG hat mit seinen Tochterunternehmen einen Komplettantrieb entwickelt, der sich auf individuelle Kundenbedürfnisse ausrichten lässt. Dabei dient ein Synchronmotor als zentrale Einheit, Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie komplettieren das Antriebssystem.
WEG hat einen Komplettantrieb auf Basis eines Permanentmagnetmotors vorgestellt, inklusive Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie .
WEG hat einen Komplettantrieb auf Basis eines Permanentmagnetmotors vorgestellt, inklusive Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie .Bild: WEG Württembergische Elektromotoren GmbH

Die neue Synchronmotorbaureihe bietet eine Nennausgangsleistung von 0,12 bis 3kW und ist standardmäßig mit Drehzahlrückführung ausgestattet. Konzipiert für anspruchsvolle Industrieanwendungen kann sie wegen ihrer elektrischen Auslegung im Open-Loop-Betrieb (ohne Rückführung) und im Closed-Loop (mit Rückführung) betrieben werden. In beiden Betriebsarten übertreffen die vierpoligen Permanentmagnetmotoren die Effizienzklasse IE4 und erreichen Wirkungsgrade von über 90 Prozent bei Nenndrehmomenten von 1 bis 10Nm. Damit wird die geforderte Norm für den Bereich der kleinen Antriebe ab 0,12 bis 3,0kW sogar übertroffen. Die Motoren sind in vier Baugrößen (6, 7, 8 und 9) erhältlich. Je nach Baugröße liegen die Nenndrehmomente bei 1,2, 2,8, 5 und 10Nm. Sie zeichnen sich dabei durch eine hohe Drehzahlgenauigkeit und Dynamik aus, vor allem aufgrund des geringen Eigenmassen-Trägheitsmoments und der hohen Überlastfähigkeit. Je nach Baugröße und Massenträgheitsanpassung liegen die Beschleunigungszeiten bei 13 bis 53ms.

Im Vergleich zur Asynchrontechnik bieten Synchronmotoren, neben einem hohen Drehmoment/Strom-Verhältnis auch ein geringeres Volumen bei gleicher Leistung und somit eine kompaktere Bauweise bei besserer Dynamik. Die IE4-Permanentmagnetmotoren fallen bei gleicher Leistung somit eine Baugröße kleiner aus, als vergleichbare Asynchronmotoren. Bei dem Aufbau der Motoren nutzt der Hersteller standardisierte, bereits vorhandene Bauteile, mit denen verschiedene Anwendungsanforderungen abgedeckt werden sollen. Bei der mechanischen Ausführung besteht die Wahl zwischen unbelüfteten und belüfteten, Glattmantelgehäusen sowie gerippten Gehäusen in leichter Aluminiumausführung. Wegen des Baukastensystems ist es zudem möglich, den Synchronmotor nach individuellem Kundenwunsch auszuliefern, z.B. in Bezug auf den Klemmenkasten oder Anschlussstecker.

Die IE4-Synchronmotoren lassen sich mit den WG20-Getrieben zu Antriebseinheiten mit hoher Leistungsdichte kombinieren.
Die IE4-Synchronmotoren lassen sich mit den WG20-Getrieben zu Antriebseinheiten mit hoher Leistungsdichte kombinieren.Bild: WEG Württembergische Elektromotoren GmbH

Leistung und effiziente Kraftübertragung

Dem Baukastensystem entsprechend wurde die Synchronmotorbaureihe im Direktanbau ohne Motoradapter mit den Getrieben der WG20-Baureihe kombiniert, was für ein reduziertes Massenträgheitsmoment an der Motorwelle sorgen soll. Die Stirnrad-, Flach- und Kegelstirnradgetriebe sind eine passende Ergänzung zu den Synchronmotoren. Die Getriebeanbaumotoren sind durch die Kombination aus hohem Wirkungsgrad sowie flexiblen Einsatzmöglichkeiten eine effiziente Antriebslösung für viele Anwendungen. Wegen des Ritzelbaukastens sind die Getriebe in einem großen Untersetzungsbereich oft zweistufig ausgeführt, was die Verluste gering und die Energieeffizienz hoch hält. Die Verringerung der Verlustenergie führt zudem zu kühleren Gehäuseoberflächen. Durch die Anordnung der Verzahnungsteile und des angepassten Gehäuseinnenraumes sind nur geringe Ölstände im Getriebe notwendig. WG20-Getriebe lassen sich mit Synchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE4 zu Antrieben mit hoher Leistungsdichte kombinieren. Ihre marktkonformen Anschlüsse erlauben eine weltweite Austauschbarkeit ohne anwenderseitige Maschinenmodifikationen.

Der CFW11 Frequenzumrichter ist einfach zu bedienen und konfigurieren.
Der CFW11 Frequenzumrichter ist einfach zu bedienen und konfigurieren.Bild: WEG Württembergische Elektromotoren GmbH

Industrielle Anwendungen und Dauerbetrieb

Als für den industriellen Einsatz konzipierter Regler, deckt der Frequenzumrichter CFW11 Netzspannungen von 220 bis 480V (50/60Hz) sowie einen Leistungsbereich bis 3kW im Normalbetrieb ab. Dadurch können die leistungsstarken Geräte zur Produktivitätssteigerung beitragen. Zudem bietet das Gerät verschiedene nützliche Funktionen und eine einfache Konfiguration und Bedienung. Der Umrichter unterstützt Spannungsvektorregelung (VVW) und U/f-Kennliniensteuerung. Durch die Vectrue-Technik von WEG bietet der Umrichter ein statisches und dynamisches Ansprechverhalten, präzise Drehmoment- und Drehzahlregelung, Positioniergenauigkeit und hohe Überlastkapazität. Für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen ist zudem eine Vielzahl an Schutzfunktionen mit Fehler- und Alarmmeldungen sowie eine Sicherheitsabschaltung gemäß ISO13849-1 integriert. Ein Optionsmodul mit sicher abgeschaltetem Drehmoment (STO) gemäß Kat 3/PLd ist verfügbar. Das Gehäuse des Umrichters ist in Schutzart IP54 erhältlich. Standardmäßig unterstützt der Umrichter die Kommunikationsprotokolle Modbus-RTU (RS232 und RS485), CANopen, DeviceNet, Profibus-DP/DPV1, Profinet, Modbus-TCP, Ethernet/IP, Ethercat und BACnet.

Thomas Schrag, Leiter Vertrieb und Produktmanagement, Württembergische Elektromotoren GmbH
Thomas Schrag, Leiter Vertrieb und Produktmanagement, Württembergische Elektromotoren GmbHBild: WEG Württembergische Elektromotoren GmbH

Synchronmotor und Frequenzumrichter

Das Produkt lässt sich durch die Abstimmung der mechanischen und elektrischen Elemente auf den Bedarf des Anwenders anpassen. In Summe ergeben die Antriebskomponenten eine langlebige, homogene Synchronlösung aus einer Hand inklusive gesicherter Servicewege und kurzer Lieferzeiten.

WEG Württembergische Elektromotoren GmbH

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