Eine Walze soll sich drehen, und das funktioniert üblicherweise so: Mit Hilfe eines Getriebes wird die Drehung eines Motors auf die Walze übertragen. Es sorgt für die Anpassung der Drehzahl, und die Walze dreht sich in der gewünschten Geschwindigkeit. In einem interdisziplinären Forschungsprojekt des Bremer Centrums für Mechatronik (BCM),
der Spinnbau GmbH, der Lloyd Dynamowerke GmbH & Co. KG (LDW) und des Instituts für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen entstand nun ein getriebeloses System: Lang, schlank und leistungsstark ist der Direktantrieb namens „ENDRIVE“ (Enclosed Drive) und kann auch sechs Meter lange Walzen ins Rotieren bringen. Auf der Hannover Messe vom 21. bis 25. April 2008 (Halle 2, Stand A02) wird er jetzt erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt.
Im Vergleich zu bisherigen Antriebslösungen bietet das neue System neben der Platzersparnis weitere vielfältige Vorteile. „Diese Maschine ist ein technologischer Meilenstein“, sagt Dr.-Ing. Jens Hoheisel von der innoWi GmbH. Das Gemeinschaftsunternehmen der Bremer Hochschulen und der Bremer Investitions-Gesellschaft mbH (BIG) unterstützt das Projekt und hilft den Entwicklungspartnern bei der Vermarktung des neuen Produktes. „Im Rahmen des Projektes konnte das neue Antriebsystem aus Arbeitswalze und Synchronmaschine bei der Bremer Spinnbau GmbH inzwischen in einem Testlauf erfolgreich in Betrieb genommen werden“, freut sich BCM-Geschäftsleiter Dr.-Ing. Holger Raffel. „Der Motor arbeitet als frequenzumrichtergespeister Direktantrieb. Der Außenläufer des Motors und Arbeitswalze sind fest miteinander verbunden. Die Lagerung des Systems geschieht äußerst vorteilhaft auf der Antriebsseite über das Motorlager – eine sehr kompakte Antriebslösung“, führt er weiter aus. Mit Hilfe eines innovativen Wasserkühlsystems in der Hohlwelle könnten auch die „thermischen Herausforderungen“ bewältigt werden. Das heißt: Auch das in derartigen Antriebssystemen auftretende Hitzeproblem ist gelöst.
Den Direktantrieb halten die Projektpartner besonders geeignet für lange und schlanke Walzen bis zu sechs Metern Länge und darüber hinaus sowie für Drehzahlen bis zu 1.000 Umdrehungen pro Minute. „Er lässt sich problemlos in die Walze einbauen“, sagt Dr.-Ing. Hartmut Freund von der Spinnbau GmbH. Von ihm kommt die Idee zu der Entwicklung, und er hat sie maßgeblich vorangebracht. „Die Riemen- oder anderen, klassischen Antriebselemente lassen sich nicht auf so kleinem Raum unterbringen.“ Außerdem überzeuge auch die große Leistungsdichte des Systems. Handelsübliche Motoren kämen nicht auf derartig gute Werte. Deren Gesamtwirkungsgrad sinke zumeist durch die Getriebeverluste.
Aus dem Faktenblatt zum neuen Direktantrieb
Die Maße und Werte sind beeindruckend: Das System ist 679 Millimeter lang, wovon die überstehende Welle mit Kühlsystem 232 Millimeter misst. Der Durchmesser des Gesamtsystems beträgt 96 Millimeter, der der Welle 50 Millimeter, und die Einbautiefe der Walze hat 413 Millimeter. Der PM-Servomotor wird von einem Frequenzumrichter mit einer 3-phasigen, modulierten Wechselspannung gespeist. Strom- und Drehzahlregelung sind im Umrichter implementiert. Er kann über ein Notebook konfiguriert werden. Ein Inkrementalgeber liefert die aktuelle Motordrehzahl an den Umrichter zurück. Über eine externe Bedienbox können Sollwertvorgaben an den Umrichter gegeben oder analoge Signale ausgelesen werden. Mit Hilfe eines Oszilloskops und einer Strommesszange wird der Stromverlauf einer Phase visualisiert. Damit kann zum Beispiel auch das Drehzahlsignal von der externen Bedienbox dargestellt werden. Das Antriebssystem kann problemlos das 1,5-fache des Nennmoments aufbringen (1,5-fache Überbelastbarkeit).
Partner im interdisziplinären Projekt „ENDRIVE“
Bremer Centrum für Mechatronik (BCM) – Bremer Zusammenarbeit für den Transfer:
Das BCM ist eine unabhängige Einrichtung der Universität und der Hochschule Bremen und dient dem Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Hier kommen Grundlagen- und angewandte Forschung sowie Lehre zusammen. Als interdisziplinärer Technologiedienstleister fördert das BCM Unternehmen bei der Entwicklung mechatronischer Lösungen und die Lehre auf diesem Gebiet. Ziel des BCM ist es, mittelständischen Unternehmen die Potenziale der Mechatronik zu verdeutlichen und die Betriebe bei deren optimaler Nutzung zu unterstützen. Mittlerweile zählt das BCM mit seinen sieben Mitgliedseinrichtungen etwa 70 Unternehmen des Landes Bremen zu seinen Partnern. BCM-Mitglied ist auch das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen. An den Entwicklungen im Projekt „ENDRIVE“ hat es maßgeblich mitgewirkt – unter anderem bei der Konstruktion, den Berechnungen und den Simulationen.
Spinnbau – mit Krempel zum Weltmarktführer:
Gemeint ist hier nicht „der“ sondern „die“ Krempel, eine Textilmaschine. Die Spinnbau GmbH ist das führende Unternehmen in Konstruktion und Bau von Krempeln für das Anwendungsgebiet der so genannte „Nonwovens“ (Nicht-Gewebtes). Das Krempeln, auch Kardieren, Kardätschen oder Kämmen genannt, dient im Prozess des Spinnens zur Ausrichtung loser Textilfasern zu einem Flor oder Vlies. Mit Hilfe rotierender, mit Nadeln oder Zähnen bestückter Walzen stellen Krempelmaschinen aus Fasern Vliesstoffe her, die unter anderem zu Staubsaugerfiltern, Jackenfuttern, Reinigungstüchern oder Babywindeln verarbeitet werden. Das Bremer Traditionsunternehmen stellt die weltgrößten und schnellsten Krempel her und hat mit seinen Erfindungen immer wieder zu Fortschritten in der Vliesstoffindustrie beigetragen. Heute gehört es zur Dilo-Gruppe, dem weltweit führenden Maschinen- und Anlagenbau in diesem Bereich.
Lloyd Dynamowerke (LDW) – seit 100 Jahren mit Sonderanfertigungen erfolgreich:
Die Lloyd Dynamowerke GmbH & Co. KG (LDW) mit Sitz in Bremen entwickeln, konstruieren und fertigen elektrische Maschinen und Antriebssysteme für den industriellen Einsatz. Sie verfügt über knapp 100 Jahre Erfahrung mit dem Bau elektrischer Maschinen. Die Anwendungen der Maschinen und Antriebe sind vielfältig: Mit Schwerpunkten in den Bereichen Anlagen-, Maschinen- und Prüfstandbau, Energieversorgung, Offshore-Technologie und Windkanäle kümmert LDW sich besonders um individuelle Kundenanforderungen. Bei den Produkten handelt es sich zumeist um Sonderanfertigungen für Anwendungsbereiche mit speziellen Anforderungen wie mechanische Anpassung der Maschinen an die vorhandene Systeme, niedrige Anlaufströme bei gleichzeitig hohem Anlaufmoment, schwingungsarme Ausführung zum Schutz von Arbeitsmaschinen oder niedrige Körperschallemissionen bei Offshore-Anwendungen.
Wetere Informationen:
Dr.-Ing. Holger Raffel (Geschäftsleiter BCM)
Dr.-Ing. Jens Hoheisel (Prokurist innoWi GmbH)
Tel. 0421 218-70 30 und 0421 96 00-715
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