Wie wählt man einen hochpräzisen Drehantrieb für industrielle Anwendungen aus?

1. Drehantriebsserien anhand ihrer Konstruktionsmerkmale vorauswählen

Hallo zusammen, ich bin Theodore Li, technischer Leiter bei HONPINE.

Bei der Auswahl eines hochpräzisen Drehantriebs für industrielle Anwendungen besteht der erste Schritt darin, die Konstruktionsmerkmale der verschiedenen Produktserien zu verstehen und die Auswahl entsprechend den Installationsanforderungen einzugrenzen.

Heute möchte ich Ihnen vier der meistverkauften Präzisions-Drehantriebsserien von HONPINE vorstellen und ihre wichtigsten Unterschiede erläutern.

HAS-Serie – Vollwelle, kompakte Bauweise

Die HAS-Serie verfügt über eine Vollwellenkonstruktion und eine kompakte Bauweise. Sie eignet sich für Anwendungen mit begrenztem Einbauraum, bei denen keine interne Durchführung von Kabeln oder Pneumatikleitungen durch den Antrieb erforderlich ist.

HAT-Serie – Hohlwelle zur internen Kabelführung

Die HAT-Serie verfügt über eine Hohlwellenkonstruktion, durch deren Mitte Kabel und Pneumatikleitungen geführt werden können. Damit eignet sie sich für automatisierte Anlagen, die eine interne Verkabelung oder pneumatische Anschlüsse erfordern.

HAM-Serie – größere Hohlbohrung

Die HAM-Serie bietet eine größere zentrale Durchgangsbohrung und damit mehr Einbauraum für Kabel, Druckluftleitungen und andere interne Anschlüsse. Sie ist besonders nützlich für Anlagen mit anspruchsvolleren Anforderungen an die interne Leitungsführung.

HPG-Serie – hohe Präzision und Steifigkeit für Werkzeugmaschinen

Die HPG-Serie wurde für Werkzeugmaschinenanwendungen entwickelt, bei denen hohe Positioniergenauigkeit und strukturelle Steifigkeit entscheidend sind. Sie eignet sich für Präzisions-Drehpositioniersysteme, die auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen eine stabile Leistung erfordern.

2. Erforderliches Drehmoment berechnen und die passende Übersetzung auswählen

Nach der Vorauswahl der Antriebsserie besteht der nächste Schritt darin, das tatsächlich erforderliche Lastmoment zu berechnen und eine geeignete Übersetzung auszuwählen.

Ein Antrieb muss genügend Drehmoment bereitstellen, um die Last während des Betriebs zu bewegen und zugleich den beim Beschleunigen und Abbremsen auftretenden Widerstand zu überwinden.

Schritt 1: Theoretisches Lastmoment berechnen (Gravitationsmoment + Beschleunigungsmoment)

Beim Anfahren und Anhalten muss der Antrieb zwei wesentliche Drehmomentanteile überwinden:

1. Gravitationsmoment (TG)

Ein Gravitationsmoment entsteht, wenn der Antrieb eine außermittige Last trägt oder eine Drehbewegung gegen die Schwerkraft ausführt.

Formel:

TG = M × g × L × cosθ

Dabei gilt:

M = Lastmasse (kg)

g = Erdbeschleunigung (9.8 m/s²)

L = Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Last und der Drehachse (m)

θ = Winkel zwischen der Richtung der Gravitationskraft und dem Hebelarm

Bei einer rein horizontalen Drehbewegung, bei der sich der Schwerpunkt der Last auf der Drehachse befindet, kann der Anteil des Gravitationsmoments vernachlässigt werden.

2. Beschleunigungsmoment (Ta)

Das Beschleunigungsmoment ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine Last innerhalb einer vorgegebenen Zeit aus dem Stillstand auf die Zieldrehzahl zu beschleunigen.

Formel:

Ta = J × α

Dabei gilt:

J = Massenträgheitsmoment der Last (kg·m²). Es kann nach Zuweisung geeigneter Materialeigenschaften mit einer 3D-CAD-Software ermittelt werden. Achten Sie darauf, dass der Ursprung des Koordinatensystems auf der Drehachse liegt.

α = Winkelbeschleunigung (rad/s²), berechnet anhand der erforderlichen Maschinenzykluszeit. Muss der Antrieb beispielsweise innerhalb von 0.2 Sekunden die Zieldrehzahl erreichen, ist die erforderliche Winkelbeschleunigung entsprechend zu berechnen.

Schritt 2: Erforderliches Gesamtdrehmoment beim Anfahren und Anhalten berechnen (ΣT)

Nachdem Gravitations- und Beschleunigungsmoment berechnet wurden, addieren Sie beide Werte und wenden Sie je nach industrieller Anwendung einen geeigneten Sicherheitsfaktor an.

Formel:

ΣT = (TG + Ta) × Sicherheitsfaktor

Empfohlene Sicherheitsfaktoren:

Betriebsbedingungen

Empfohlener Sicherheitsfaktor

1.2 – Im Allgemeinen gleichmäßige Lasten, zum Beispiel bei der Standard-Materialhandhabung.

1.5 – Mittlere Stoßbelastungen, zum Beispiel bei häufigem Vorwärts- und Rückwärtsdrehen.

2.0 oder höher – Schwere Lasten oder starke Stoßbelastungen, zum Beispiel bei der Schwerzerspanung oder beim Be- und Entladen im Zusammenhang mit Stanzvorgängen.

ps zur Auswahl eines Präzisions-Drehantriebs – von der ersten Produktauswahl und Drehmomentberechnung bis hin zu den abschließenden Überlegungen zu Konfiguration und Installation.

Schritt 3: Berechnetes Drehmoment mit den Antriebsspezifikationen abgleichen

Das berechnete ΣT entspricht dem erforderlichen Spitzendrehmoment beim Beschleunigen und Abbremsen. Prüfen Sie in diesem Schritt das Datenblatt des Antriebs und verifizieren Sie zwei entscheidende Parameter.

1. Spitzendrehmoment überprüfen (beim Anfahren und Anhalten)

Anforderung:

ΣT ≤ zulässiges maximales Momentan-Drehmoment des Antriebs

Je nach Herstellerangaben wird dieser Wert möglicherweise als maximales Momentan-Drehmoment oder maximales Beschleunigungsmoment (T2B) angegeben.

Es ist wichtig, zwischen dem maximalen Momentan-Drehmoment, das möglicherweise nur wenige Sekunden lang zulässig ist, und dem maximalen Beschleunigungs-/Verzögerungsmoment zu unterscheiden, das für wiederholtes Anfahren und Anhalten gilt.

Bei der Auswahl eines Antriebs muss das berechnete Drehmoment unter den jeweils geltenden Herstellergrenzwerten liegen. Bei häufigen Beschleunigungs- und Verzögerungszyklen ist besonders auf den niedrigeren zulässigen Drehmomentgrenzwert zu achten.

Liegt das berechnete ΣT unter dem für den Antrieb angegebenen zulässigen intermittierenden Spitzendrehmoment (beispielsweise einem Spitzendrehmoment, das weniger als 2 Sekunden lang zulässig ist), kann der Antrieb die erforderliche kurzzeitige Last möglicherweise mechanisch bewältigen. Dabei sind die Einschaltdauer und Betriebsbeschränkungen des Herstellers zu beachten.

2. Nenndrehmoment überprüfen (Dauerbetrieb)

Anforderung:

Tatsächliches Drehmoment im Dauerbetrieb ≤ Nenndrehmoment des Antriebs

Auch wenn das Spitzendrehmoment innerhalb des zulässigen Grenzwerts liegt, muss das Drehmoment im Dauerbetrieb überprüft werden.

Betreibt man den Antrieb dauerhaft oberhalb seines Nenndrehmoments, können übermäßige Erwärmung und ein beschleunigter Ermüdungsverschleiß der Flexspline des Wellgetriebes auftreten, wodurch sich die Lebensdauer deutlich verkürzt.

Als gängige vorläufige Auslegungsrichtlinie für Industrieanlagen gilt, das Drehmoment im Dauerbetrieb unter etwa 80% des Nenndrehmoments zu halten, um eine ausreichende Betriebsreserve zu gewährleisten.

Wichtig: Das erforderliche Lastmoment muss beim Anfahren und Anhalten unter dem zulässigen Spitzendrehmoment bleiben und eine ausreichende Sicherheitsreserve aufweisen. Gleichzeitig muss das Drehmoment im Dauerbetrieb innerhalb des Nenndrehmoments des Antriebs liegen.

Die Montagekonstruktion ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Drehantriebs.

HONPINE bietet verschiedene Bauformen für unterschiedliche Installationsanforderungen.

HAM – zylindrische Ausführung ohne Flansch

Die HAM-Serie hat ein zylindrisches Gehäuse ohne integrierten Montageflansch. Sie eignet sich für Anlagenkonstruktionen, bei denen der Kunde eine kundenspezifische Montagekonstruktion verwendet oder eine flexiblere Installationsanordnung bevorzugt.

HAMF – integrierter Montageflansch

Die HAMF-Serie verfügt über einen integrierten Montageflansch, der die mechanische Installation und Positionierung vereinfacht.

Die Wahl zwischen HAM und HAMF sollte sich nach dem mechanischen Aufbau der Anlage, dem verfügbaren Montageraum und den Installationsanforderungen richten.

4. Wird eine elektromagnetische Bremse benötigt?

Ob eine elektromagnetische Bremse erforderlich ist, hängt von den Betriebsbedingungen und Sicherheitsanforderungen der Anlage ab.

Die Drehantriebe von HONPINE sind mit Bremsenausführungen und entsprechenden Haltemomenten erhältlich. Prüfen Sie bei der Auswahl eines Modells das angegebene Bremsmoment, um sicherzustellen, dass es den Anforderungen an das Halten der Last entspricht.

In der Modellbezeichnung steht:

B für eine Ausführung mit Bremse.

A für eine Ausführung ohne Bremse.

Bei Anwendungen, in denen der Antrieb seine Position halten muss, wenn der Motor stromlos ist, kann eine elektromagnetische Bremse erforderlich sein.

Typische Anwendungen sind vertikale Positioniersysteme, Hebemechanismen und Anlagen, bei denen sich die Last nach einem Stromausfall durch die Schwerkraft bewegen könnte.

Die Bremsenausführung sollte entsprechend der tatsächlichen Last, dem erforderlichen Haltemoment und dem Sicherheitskonzept der Anlage ausgewählt werden.

[Bild: Vergleich von Drehantrieben mit und ohne elektromagnetische Bremse]

5. Auflösung und Typ des Motorencoders überprüfen

Die Auswahl des Encoders wirkt sich direkt auf die Rückmeldeauflösung und die Möglichkeiten zur Positionsüberwachung des Drehantriebs aus.

HONPINE bietet zwei Optionen für multiturnfähige Absolutwertgeber:

23-Bit-Multiturn-Absolutwertgeber

17-Bit-Multiturn-Absolutwertgeber

Beide Optionen sind Multiturn-Absolutwertgeber, die Positionsinformationen auch nach dem Trennen der Stromversorgung speichern.

Im Gegensatz zu Inkrementalgebern, bei denen nach einem Stromausfall eine Referenzierung der Position erforderlich ist, können Multiturn-Absolutwertgeber absolute Positionsinformationen über mehrere Umdrehungen hinweg speichern. Das erleichtert den Systemstart und die Positionsverwaltung.

Die passende Encoder-Auflösung sollte entsprechend den Positionieranforderungen, der Steuerungsarchitektur und den Genauigkeitsanforderungen der Anlage ausgewählt werden.

Außerdem muss zwischen Encoder-Auflösung und tatsächlicher Positioniergenauigkeit unterschieden werden. Die endgültige Positionierleistung hängt vom gesamten Antriebssystem, der mechanischen Steifigkeit, dem Umkehrspiel, der Regelungsstrategie und weiteren Faktoren ab.

6. Kabelabgangsrichtung festlegen

Als letzter Punkt ist die Kabelabgangsrichtung zu berücksichtigen, da sie sich direkt auf die Montagefreundlichkeit und die interne Kabelführung auswirkt.

Für die Drehantriebe von HONPINE sind zwei Kabelabgangsvarianten erhältlich:

Kabelabgang an der Stirnseite: Die Kabel treten an der Stirnseite des Antriebs aus. Diese Ausführung eignet sich für Anlagenlayouts, bei denen die axiale Kabelführung praktischer ist.

Seitlicher Kabelabgang: Die Kabel treten seitlich aus dem Antrieb aus. Diese Ausführung eignet sich für Installationen mit begrenztem axialem Bauraum oder bei bevorzugter seitlicher Kabelführung.

Berücksichtigen Sie vor der Auswahl der Kabelabgangsvariante die Einbaulage des Antriebs, angrenzende mechanische Komponenten, den verfügbaren Platz und den Biegeradius der Kabel.

Die passende Kabelabgangsrichtung kann die Montage vereinfachen und Kabelinterferenzen während des Anlagenbetriebs verringern.

Benötigen Sie Unterstützung bei der Auswahl eines hochpräzisen Drehantriebs für Ihre industrielle Anwendung?

Bei der Auswahl eineshochpräzisen Drehantriebsgeht es um mehr als nur darum, ein Modell anhand seines Nenndrehmoments auszuwählen.

Zu berücksichtigen sind außerdem die Bauform des Antriebs, das Lastträgheitsmoment, die Beschleunigungsanforderungen, die Übersetzung, die Montageausführung, die Bremsanforderungen, die Encoder-Auflösung und die Kabelführung.

HONPINE bietet mehrere Präzisions-Drehantriebsserien, darunter HAS, HAT, HAM und HPG, für unterschiedliche Anforderungen an die industrielle Bewegungssteuerung und Positionierung.

Wenn Sie einen hochpräzisen Drehantrieb für Ihre Industrieanlage auswählen, wenden Sie sich an HONPINE, um die aktuellen Produktdatenblätter anzufordern und mit unserem technischen Team die passende Antriebskonfiguration zu besprechen.