Vernetzbarer Motor

Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

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Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

Integrierte Elektronik für komplexe Aufgaben

Angetrieben durch die Nachfrage und die Bedürfnisse der Kunden entstehen bei Rotek immer wieder neue Eigenentwicklungen. Auch in kleinen Stückzahlen sind die Motoren schnell lieferbar. Das Erfolgsgeheimnis des Kleinmotorenherstellers aus Bremerhaven sind jedoch seine individuellen Lösungen.

Kleinmotoren, Getriebemotoren und besonders komplette Antriebslösungen sind die Kompetenz der Rotek GmbH & Co. KG. Das Unternehmen aus Bremerhaven setzt auf Flexibilität und ist für seine Kundennähe bekannt. So entstanden Eigenentwicklungen wie die intelligenten BLDC Motoren Romotion mit integrierter Regelelektronik, die energieeffizienten Rosync Motoren und die besonders geräuscharmen Roslyde Motoren. Sie alle basieren auf den Synchronmotoren der Robase Serie und dem Rotek Baukastensystem.

Zunehmend fordert der Markt jedoch, dass Anlagen und Maschinen vernetzt arbeiten. Das stellt neue Anforderungen an die Antriebstechnik. Um dem Rechnung zu tragen entwickelte Rotek den dreiphasigen bürstenlosen Gleichstromantrieb Romotion. In zwei Ausführungen und standardmäßig mit integrierter Regelelektronik deckt der Romotion einen erweiterten Drehzahlbereich von 400 bis 4000 min-1 ab. Bei 48 V liefert der Motor eine dauerhafte Abgabeleistung von 130 W. In der Spitze erreicht er 200 W. Die Variante für 24 V bietet eine Abgabeleistung von 110 bis 130W.

Der Antrieb kann mittels analoger und digitaler Spannungssignale angesprochen werden. Mit einem Windows-Programm lässt er sich einfach einstellen, in Betrieb nehmen und sein Zustand überwachen. Neben den Eingängen für die Freigabe, Drehrichtung und Drehzahleinstellung bietet die Elektronik eine serielle RS-485-Modbus-Schnittstelle und optional CAN-Bus. Sie ist modular aufgebaut und kann leicht um zusätzliche Funktionen erweitert werden. Für eine einfache Inbetriebnahme lässt sich der Motor an einem Bedienpanel betreiben. Viele übliche Antriebslösungen benötigen auch im Motor eingebaute Sensoren. Die Motorsteuerung des Romotion arbeitet sensorlos. Dass macht ihn kompakter und preiswerter. Wenn es bei Anwendungen auf höchste Präzision und Genauigkeit ankommt, ist der interne Drehgeber Rotorlagererkennung und A/B-I-Signal eine Option. Hierfür bietet Rotek den Einbau von hochauflösenden 14-Bit-Drehsensoren an. Diese dienen der Kommutierung, damit die Motoren auch im Bereich unter 400 min-1 geregelt betrieben werden können. Neben Standardeinstellungen wie Drehzahlbereiche, Rampen und Strombegrenzungen können die Anwender auch den PID-Regler nach ihren Anforderungen anpassen. Seine Stärken zeigt der Romotion dort, wo es auf eine variable, aber vom Drehmoment weitgehend unabhängige Drehzahl, geringen Stromverbrauch und lange Lebensdauer ankommt. Er regelt komplexe Prozessabläufe und kommuniziert mit übergeordneten Steuerungen oder macht sie sogar überflüssig. Er läuft akkurat an und liefert ein hohes Drehmoment so wie ein gutes Drehzahl-Regelverhalten. Besonders geeignet ist er deshalb für den Einsatz in fahrerlosen Transportsystemen, wie sie immer häufiger in der Lager- und Fertigungslogistik vorkommen.

Durchblick im Reisezug

Eine Kundenanwendung für elektrisch verstellbare, bodentiefe Panoramafenster in einem Reisezug stellte Rotek vor besondere Anforderungen: Das obere Fensterteil sollte zum Öffnen abgesenkt werden können. Dies geschieht durch zwei Taster (je einer für Aufwärts- und Abwärtsbewegung). Das Fenster stoppt, wenn die Taster nicht mehr gedrückt werden. Dabei werden die Endlagen des Schiebeteils mit einem induktiven Näherungssensor erfasst und die Fahrge­schwindigkeit im Bereich der oberen Dichtlippe reduziert. Da die Fenster zweigeteilt sind und ein mittiges Rahmenprofil besitzen, war dort Raum für einen kompakten Antrieb. Dieser sollte für Betriebsspannung 24 V DC geeignet sein, ein Drehmoment von 30 Nm bei einer Drehzahl von 20 min-1 bieten. Bei Strom­ausfall sollte sich das Fenster mit einer Kurbel per Hand öffnen lassen. Dafür war ein zweites Wellenende gewünscht und eine Bremse, die sich manuell lüften lässt. An die Regelelektronik wurden folgende Anforderungen gestellt: Sie sollte sich in einem separaten Gehäuse mit Steckanschlüssen befinden und freie Eingänge zum Anschließen der Tastschalter und der induktiven Nähe­rungssensoren haben. Rampen und Fahrprofile sollten sich definieren lassen. Zusätzlich zu einer Lichtschranke sollten Einklemmschutz und Überlastabschaltung auch durch Strommessung möglich sein.

Rotek wählte dafür den sensorlosen BLDC Motor Romotion 44 für 24 V mit Ge­triebe und Bremse aus dem eigenen Baukasten mit einer Nennabgabeleistung von 80 W bei 3100 min-1. Er wurde mit einem Planetengetriebe der Baureihe R mit einer Übersetzung von 169:1 kombiniert. Das Getriebe hat ein zulässiges Spitzenmoment von 75 Nm, welches ausreichend Reserven bei Schwergängigkeit z.B. aufgrund von Vereisung bietet. Eingesetzt wurde eine selbst entwickelte Magnetbremse, welche ein Haltemoment von 6 Ncm erzeugt. Das ergibt aufgrund der Getriebeübersetzung ein Bremsmoment von über 10 Nm an der Abtriebswelle. Die Bremse ist verschleißfrei und ausfallsicher und sorgt für dauerhaft hohe Betriebssicherheit. Sie benötigt aufgrund des geringen Haltemoments keine Handentlüftung. Die Vorteile: Der Motor kann trotz Bremse einfach am zweiten Wellenende mit einer Kurbel zur Handbetätigung des Fensters gedreht werden. Auch ist nur ein minimaler Verkabelungsaufwand notwendig, weil der Motorbetrieb sensorlos erfolgt und die Bremse stromlos funktioniert. Deshalb entfallen die sonst notwendigen Leitungen und nur ein

3-adriges Kabel zum Motor ist notwendig. Die Steuerung wurde in ein separates Gehäuse in Metallausführung verbaut, um den Brandschutzvorschriften zu entsprechen. Die Elektronik ist eine Sonderentwicklung auf Basis der Standardsteuerung M51. Die ganze Funktionalität wird komplett in der Steuerung abgebildet. Die Taster „Fenster Auf“ und „Fenster Zu“ sowie induktive Näherungssensoren sind an freie Eingänge der Elektronik angeschlossen. Somit können weitere externe Steuereinheiten eingespart werden. Zusätzlich wird beim Erreichen der Schließposition ein Relais zum Kurzschließen der Motorwicklung angesteuert. Dies verhindert zusammen mit der Motorbremse wirkungsvoll ein gewaltsames Öffnen oder ein unbeabsichtigtes Absinken durch Vibrationen während der Fahrt. Die gewünschten Beschleunigungsrampen wurden realisiert, damit die Fenster sanft in die Dichtlippen hinein- und herausfahren. Ebenfalls wurde die Überlastabschaltung für den Bereich der Schnellfahrt umgesetzt. Diese ist allerdings kein normgerechter Einklemmschutz und dient nur als zusätzliche Sicherheit.

Diese Sonderentwicklung ist eine hervorragende Basis für weitere Anwendungen mit einfachen Bewegungsabläufen inklusive der Abfrage von Endlagenschaltern oder Inkremental- und Absolutwertgebern für die Steuerung von Türen, Toren, Fenstern, Klappen und Zutrittssystemen. Insbesondere für OEM-Kunden mit größeren Stückzahlen ist eine solche Erweiterung der Funktionalität der Standardsteuerung vorteilhaft, da sie durch die Integration einen geringeren Montageaufwand haben. Gleichzeitig können übergeordnete Steuerungen entfallen oder erheblich vereinfacht werden.

Es geht auch Low-Cost

Werden nicht so komplexe Steuerungsmöglichkeiten gebraucht, bietet Rotek eine vom Partnerunternehmen Ebetec aus Österreich entwickelte Low-Cost-Regelelektronik an. Der BLSC24-4 Regler ist ein Motorregler für bürstenlose DC-Motoren, die sensorlos / BEMF (BackElectroMotiveForce) betrieben werden. Aufgrund des sensorlosen Regelverfahrens, bei denen ein Motor ohne integrierte Hallsensoren verwendet wird, gibt es je nach Motortype eine untere Grenze für die Motordrehzahl. Sollwertvorgabe und Bedienung erfolgen über IOs bzw. analoge Spannungen. Bis zu 100W / 4A Leistungsabgabe sind möglich. Der Regler wird von Ebetec  an die jeweilige Anwendung und an den eingesetzten Antriebsmotor angepasst. Mögliche Operationsmodi sind entweder Drehzahlsteller oder Drehzahlregler. Das muss im Vorfeld definiert werden. Beim Drehzahlsteller wird die Drehzahl vom übergeordneten System überwacht und nachgeregelt. Beim Drehzahlregler-Modus regelt der BLSC24-4 die Drehzahl im technisch möglichen Bereich nach und hält sie stabil. Auch ein Betrieb als
4Q-Regler ist möglich. Dabei kann die Regelelektronik sowohl bremsen als auch beschleunigen. Außerdem ist eine Kurzschlussbremse möglich. Für viele Anwendungen sind diese Funktionen ausreichend.

Die Regelelektronik selbst ist im Anschlusskabel der Motoren integriert. Daher wird kein weiterer Steckplatz, Bauraum, Gehäuse oder ein Schaltschrank benötigt. Der Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand ist damit deutlich reduziert, also flexibel und kostengünstig. Die Regelelektronik wird im „hot melt” Verfahren direkt im Gehäuse vergossen und versiegelt. Sie ist dadurch auch optimal gegen Umwelteinflüsse geschützt. Da keine alternden Bauteile (z.B. Elkos) eingesetzt werden, ist die Regelelektronik wartungsfrei. Insbesondere bei Anwendungen, wie z. B. Lüftern, Pumpen oder in Rotationswärmetauschern sind Romotion Antriebe mit der BLSC24-4 Regelelektronik eine sinnvolle Lösung.

Mit seiner gleichen äußeren Bauform wie die übrigen Motoren von Rotek passen die Romotion BLDC Motoren zu allen Komponenten aus dem Rotek-Baukastensystem. Kombinationen mit Planeten-, Schnecken und Flachgetrieben sind möglich. Als weitere Optionen stehen Sondergetriebe, mechanische Anpassungen der Gehäuse und Sonderwellen, individuelle Stromanschlüsse mit speziellen Kabeln und Steckern und schließlich auch optionales Zubehör wie Encoder zur Verfügung. Durch den gestiegenen Einsatz von Elektronik bei Antriebslösungen ist der Beratungsbedarf gestiegen. Und die Nachfrage nach kompletten mechatronischen Lösungen. Das Unternehmen hat gerade das Techniker Team vergrößert, um für vielfältigste Anwendungen der Kunden individuelle Lösungen in kürzester Zeit zu finden.

Motoren intelligent zusammenstellen

Seit über 30 Jahren stellen die Rotek GmbH & Co. KG und ihr Vorgänger Haselbach & Kausch in Bremerhaven individuell gefertigte, hochwertige Synchron-Kleinmotoren für viele verschiedene Einsatzgebiete her. Darunter sind Eigenentwicklungen für spezielle Anwendungsbereiche. Alle Motoren haben einen Durchmesser von 65 mm und die gleiche äußere Bauform. So lassen sie sich mit jeder Komponente des Baukastensystems kombinieren. Das Ergebnis: Über eine Million Produktvarianten.

 

Autor: Gerhild Hustädt ist verantwortlich für die Presse- und Öffentlichkeit bei der Rotek GmbH & Co. KG in Bremerhaven