Elektromotor Ein Motor für besondere Fälle

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Die Asynchronmotoren mit hoher Leistungsdichte der HDP-Serie von ABB eignen sich für Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Dynamik und kompakte Abmessungen ankommt. Dies war entscheidend bei der Modernisierung einer Antriebslösung bei einem Hersteller von Kosmetikartikeln mit wenig Platz.

Anwendungen, bei denen es auf kompakte Abmessungen und eine hohe Dynamik ankommt, sind die Einsatzgebiete der Asynchronmotoren mit hoher Leistungsdichte der Serie High Dynamic Performance (HDP). Dazu zählen Kunststoff- und Gummi-Extrusionsanlagen, Spritzgießmaschinen, Wickler, Hubeinrichtungen, Förderanlagen oder Prüfstände. Generell eignen sich diese Motoren auch sehr gut für alle Anwendungen die von DC- auf AC-Technologie umgestellt werden sollen.

Typische Einsatzbereiche dieses Asynchronmotortyps sind die Kunststoffherstellung, Automation, Unterhaltungsindustrie, Krane oder Hubeinrichtungen und Werkzeugmaschinen. Die Motoren für den Frequenzumrichterbetrieb sind in den Schutzarten IP55 und IP23 erhältlich. Sie sind in verschiedenen Baugrößen von 80 bis 400 und mit einer Versorgungsspannung von 400 bis 690 V lieferbar.

Hauptleistungsmerkmale der HDP-Serie sind ein rahmenloses, rechteckiges Gehäuse aus Elektrostahlblech, eine kompakte, leichte und robuste Konstruktion, ein hohes dynamisches Ansprechverhalten aufgrund von Läufern mit niedrigem Masseträgheitsmoment sowie ein günstiges Leistungs-Größen-Verhältnis. Äußerst kompakt gebaut, bieten sie ein deutlich geringeres Massenträgheitsmoment als vergleichbare Standard-Normmotoren.

Antrieb für Homogenisator

Seine große Kompaktheit war ausschlaggebend, dass ein HDP-Motor bei einer Antriebslösung bei Straub in Wertheim am Main zum Einsatz kam. Straub ist Hersteller hochwertiger Kosmetikprodukte. Der Großhändler Lamb aus Würzburg betreut die Firma in technischen Fragen. Dieser ABB-Partner bedient die verschiedensten Branchen, darunter auch Produzenten im Bereich Pharmazie, Kosmetik und Lebensmittel und unterstützt Straub mit seinem Know-how bei der Modernisierung und Absicherung der Produktionsprozesse.

In der Vergangenheit hatte Lamb im Rahmen der vorbeugenden Wartung ABB-Frequenzumrichter an den Kunden geliefert. Andreas Dürr, Elektrotechniker bei Lamb, hat die vorhandenen Umrichter aufgenommen, auf aktuelle ABB-Baureihen umgestellt und die Inbetriebnahme der Neugeräte bei Straub begleitet.

Straub produziert Shampoos, Cremes und andere Beautyprodukte: Die verschiedenen, häufig nur schwer mischbaren Komponenten, wie Trägersubstanzen, Feststoffe und Flüssigkeiten, werden in einem Homogenisator gemischt. In dieser Maschine, dem Herzstück der Produktion, werden chargenweise die Produkte hergestellt, um danach in Dosen, Tuben oder Flaschen abgefüllt zu werden.

Verschleißanfälliger Gleichstrommotor wurde ersetzt

Im Prozess knetet, pumpt und presst der Homogenisator die verschiedenen Stoffe, um die Masse für den weiteren Verlauf der Produktion fertigzustellen. In der Anlage war bisher ein Gleichstrommotor mit Sonderwelle verbaut. Dieser hat ein hohes Losbrechmoment gewährleistet, damit das Rührwerk auch bei sämtlichen Füllständen und allen möglichen Substanzen sicher anlaufen kann. Die Drehzahl des Motors wird in einem Bereich von 500 bis 3.000 Umdrehungen geregelt.

„Ein Nachteil des Gleichstrommotors waren die verschleißanfälligen Kohlebürsten. Dies wurde zum Problem, nachdem der Hersteller diese Motoren nicht mehr fertigte und auch keinen technischen Support für sie bereitstellte. Ein Ausfall dieser elementaren Anlage hätte für die Produktion gravierende Folgen. Aus diesem Grund sollte Lamb ein Modernisierungskonzept für den Antrieb ausarbeiten“, erklärt Andreas Dürr.

Dazu hat der Elektrotechniker vorab beim Kunden durch die Datenaufnahme von Drehzahl und Drehmoment ein Betriebsprofil erstellt, um den neuen Antrieb für die tatsächlich auftretenden Anforderungen auszulegen. Dafür hat man bei einem festen Drehzahlsollwert am Stromrichter die zugehörige Motordrehzahl mit dem Stroboskop berührungsfrei gemessen. Anschließend wurde ein Datenlogger für diesen Drehzahlsollwert sowie ein Energiemessgerät für Strom und Leistung in der Anlage installiert. Das Softwaretool Drivesize von ABB half dann, den passenden Motor und Frequenzumrichter auszuwählen.

SPS IPC Drives 2018

Frequenzumrichter mit integrierter Lageregelung

HDP-Motor mit Sonderwelle und Frequenzumrichter

Als geeignete Lösung hat sich ein HDP-Motor mit Sonderwelle und ACS880-Frequenzumrichter erwiesen. Dürr weiß warum: „Ein HDP-Motor bringt viele Vorteile mit sich. Zum einen besitzt er eine gute Wärmeabfuhr und ist eine kostengünstige Alternative zu einem DC-Motor. Bei Platzproblemen ist er ideal, da er eine kleine Baugröße besitzt. Auch im Bereich von sehr hohen maximalen Drehzahlen kann er punkten.“ Die hohe Dynamik ist zwar in diesem Fall des Rührwerks nicht gefordert, aber aufgrund der räumlichen Situation war kein Standardmotor möglich.

Der vorhandene DC-Stromrichter befand sich in einem Schaltschrank auf einer Empore. Dort herrschen vor allem im Sommer durch die Sonneneinstrahlung auf das Blechdach höhere Umgebungstemperaturen. Durch den Einsatz des Frequenzumrichters ACS880 mit der hohen Schutzart IP55 konnte der Frequenzumrichter außerhalb des Schaltschrankes montiert werden. Die Temperatur im Schaltschrank ist dadurch nicht mehr so hoch. Der Drehgeber am Motor und der ACS880 mit DTC-Regelung (Direct Torque Control) gewährleisten eine hohe Regelungsqualität in der Anlage.

Schnelle Reaktion nach Maschinenstillstand

Kurz vor der Auslieferung des Motors kam es zu einem unerwarteten Maschinenstillstand. Nach Rücksprache mit ABB und mithilfe einer Expresslieferung konnte Lamb sehr schnell handeln. Bereits vorhandene Komponenten wie Frequenzumrichter und Leitungen wurden vorab geliefert, um bereits mit dem Umbau beginnen zu können.

Der neue Motor wurde über Nacht eingebaut. Am nächsten Morgen war Andreas Dürr vor Ort, um den korrekten Einbau und Anschluss zu prüfen und die notwendige Parametrierung und Optimierungen des Frequenzumrichters vorzunehmen. Um vor einem weiteren Ausfall sicher zu sein, orderte Straub einen weiteren HDP-Motor als Ersatz. Im Vergleich zu einem Gleichstrommotor hat der Drehstrommotor mit Frequenzumrichter mit Blick auf die Wartungsintervalle und die Betriebssicherheit deutliche Vorteile. Seit seiner Inbetriebnahme läuft der Motor störungsfrei und zur Zufriedenheit des Kunden.

* Frank Wesseler ist Product Marketing Manager IEC LV Motors bei ABB Motion Deutschland

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