Linearmotormodul als Ersatz für Servohydraulik

Umstieg auf Elektro

Bei Prüfmaschinen für Dauer- oder Schwingungsfestigkeitstests von Materialien wird der Prüfling oft zyklisch auf Zug und Druck be- und entlastet. Er soll hohe, wohldefinierte Kräfte aufnehmen, während die Häufigkeit der Prüfvorgänge als Takt die Nutzungsdauer simuliert. Um z.B. den Energieverbrauch und den Wartungsaufwand im Prozess zu verringern, bieten sich hierbei rein elektrische Linearmotormodule an.
Bei Fertigungsmaschinen, in denen Teile verpresst oder gefügt werden, kommt es auf hohe Taktraten und wohldefinierte Kräfte an. Weil keine langen Wege für die Aufgabe zurückgelegt werden müssen, sind die Hübe gering. Gleiches gilt bei Material oder Werkstückzuführung mit hohen Massen und Taktraten oder auch für Siegelvorgänge in schnellen Verpackungsmaschinen wie Schlauchbeutelmaschinen.

Elektrische Lösungen

Bislang wurden solche Kombinationen von Kraft und Geschwindigkeit nur mit Servohydraulik erreicht, wobei immer das Risiko von Leckagen besteht. Bedingt durch die hohen Betriebsdrücke kann es im Störungsfall nicht nur zur Produktkontamination, sondern auch zum Personenschaden kommen. Daher unterliegen hydraulische Anlagen einer zyklischen Prüfpflicht – Öl, Filter und Schläuche müssen regelmäßig getauscht werden. Zudem weist die hydraulische Lösung durch die zweifache Energieumwandlung von elektrischer zu hydraulischer zu mechanischer Leistung auch hohe Energieverluste auf. Insofern bietet eine rein elektrische Lösung verschiedene Vorteile: vom Energieverbrauch und Wartungsaufwand über die Parametrierbarkeit bis zum geringeren Sicherheitsrisiko. Allerdings gab es bis vor kurzem kaum eine Möglichkeit, die geforderten hydraulischen Leistungen elektrisch nachzubilden.

Hohe Anforderungen

Der klassische Servoaktuator mit Kugelgewindetrieb kann wegen der geringen Hübe und hohen Frequenzen nicht punkten. Sein Trägheitsmoment im linear-rotativen System und Probleme mit der Schmierung bei Bewegungen unter einer Umdrehung würden verhindern, dass bei solchen Betriebsbedingungen ausreichend Leistung und eine befriedigende Lebensdauer geliefert wird. Eisenlose Linearmotoren oder verfügbare zylindrische Linearantriebe schieden aufgrund ihrer zu geringen Leistung ebenfalls aus. Was also tun, wenn der Anwender einen Antrieb verlangt, der 3kN bei 100 Doppelhüben pro Sekunde leisten und außerdem noch skalierbar sein soll? Das Unternehmen VSM und das Ingenieurbüro IBD haben dazu gemeinsam eine Lösung präsentiert.