ABB Elektromotoren

Antriebe projektieren Ausgabe10/2001

Praxis der Antriebstechnik1052 2905 / DE

Inhaltsverzeichnis

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Praxis der Antriebstechnik Antriebe projektieren 3

1 Einleitung........................................................................................................... 6

2 Drehstromantriebe mit festen Drehzahlen...................................................... 9

3 Drehstromantriebe mit Frequenzumrichter .................................................. 26

4 Servoantriebe .................................................................................................. 33

5 Drehstromantriebe mit mechanischen Verstellgetrieben ........................... 39

6 Getriebe............................................................................................................ 46

7 Formeln der Antriebstechnik ......................................................................... 56

8 Rechenbeispiel Fahrantrieb.. ......................................................................... 65

9 Rechenbeispiel Hubantrieb............................................................................ 92

10 Rechenbeispiel Kettenfrderer mit Frequenzumrichter.. .......................... 103

11 Rechenbeispiel Rollenbahn mit Frequenzumrichter. ................................ 107

12 Rechenbeispiel Drehtischantrieb.. .............................................................. 112

13 Rechenbeispiel Gurtfrderer ....................................................................... 117

14 Rechenbeispiel Kurbelschwingenantrieb................................................... 122

15 Rechenbeispiel Spindelantrieb.................................................................... 126

16 Rechenbeispiel Portal mit Servomotoren................................................... 131

17 Tabellenanhang und Zeichenlegende ......................................................... 148

18 Index............................................................................................................... 153

4 Praxis der Antriebstechnik Antriebe projektieren

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung........................................................................................................... 6

2 Drehstromantriebe mit festen Drehzahlen...................................................... 92.1 Wirkungsweise des Drehstrom-Kurzschlusslufermotors......................... 92.2 Bemessungsdaten des Drehstrom-Kurzschlusslufermotors ................. 112.3 Betriebsarten nach IEC 34 (EN 60034) .................................................. 142.4 Wirkungsgrad , Leistungsfaktor cos und Wrmeklasse..................... 152.5 Schutzart................................................................................................. 172.6 Wicklungsschutz .................................................................................... 182.7 Dimensionsierung des Motors ................................................................ 192.8 Sanftanlauf und Sanftumschaltung ......................................................... 202.9 Bremsmotoren ........................................................................................ 23

3 Drehstromantriebe mit Frequenzumrichter .................................................. 263.1 Frequenzumrichter.................................................................................. 273.2 MOVIMOT Getriebemotoren mit integriertem Frequenzumrichter........ 273.3 Motorbetrieb am Frequenzumrichter....................................................... 283.4 Projektierung mit SEW-Frequenzumrichtern .......................................... 30

4 Servoantriebe .................................................................................................. 334.1 Servomotoren ......................................................................................... 344.2 Servoumrichter MOVIDYN.................................................................... 364.3 Antriebsumrichter MOVIDRIVE und MOVIDRIVE compact................ 374.4 Projektierungsablauf ............................................................................... 38

5 Drehstromantriebe mit mechanischen Verstellgetrieben ........................... 395.1 Eigenschaften ......................................................................................... 395.2 Auslegung des Verstellgetriebemotors ................................................... 40

6 Getriebe............................................................................................................ 466.1 Standardgetriebe fr Getriebemotoren ................................................... 466.2 Dimensionierung von Standardgetrieben mit Betriebsfaktor................... 496.3 Getriebe fr Servoantriebe...................................................................... 526.4 Querkrfte, Axialkrfte ............................................................................ 54

7 Formeln der Antriebstechnik ......................................................................... 567.1 Grundbewegungen ................................................................................. 567.2 Massentrgheitsmomente....................................................................... 587.3 Statische oder dynamische Leistung ...................................................... 607.4 Widerstandskrfte ................................................................................... 617.5 Drehmomente ......................................................................................... 627.6 Leistung .................................................................................................. 627.7 Wirkungsgrade........................................................................................ 627.8 Spindelberechnung ................................................................................. 637.9 Spezielle Formeln ................................................................................... 64


Inhaltsverzeichnis

8 Rechenbeispiel Fahrantrieb ........................................................................... 658.1 Motorberechnung.................................................................................... 668.2 Getriebeauslegung.................................................................................. 738.3 Fahrantrieb mit 2 Geschwindigkeiten...................................................... 758.4 Fahrantrieb mit Frequenzumrichter......................................................... 81

9 Rechenbeispiel Hubantrieb............................................................................ 929.1 Polumschaltbarer Motor.......................................................................... 939.2 Motor mit Frequenzumrichter.................................................................. 97

10 Rechenbeispiel Kettenfrderer mit Frequenzumrichter............................ 10310.1 Motorberechnung.................................................................................. 10410.2 Getriebeauslegung................................................................................ 106

11 Rechenbeispiel Rollenbahn mit Frequenzumrichter ................................. 10711.1 Motorberechnung.................................................................................. 108

12 Rechenbeispiel Drehtischantrieb mit Frequenzumrichter ........................ 11212.1 Motorberechnung.................................................................................. 11312.2 Getriebeauslegung................................................................................ 116

13 Rechenbeispiel Gurtfrderer ....................................................................... 11713.1 Motorberechnung.................................................................................. 11913.2 Getriebe- und Verstellgetriebeauslegung ............................................. 121

14 Rechenbeispiel Kurbelschwingenantrieb................................................... 12214.1 Motorberechnung.................................................................................. 124

15 Rechenbeispiel Spindelantrieb.................................................................... 12615.1 Berechnung........................................................................................... 12715.2 Nachrechnung....................................................................................... 128

16 Rechenbeispiel Portal mit Servoantrieben ................................................. 13116.1 Optimierung der Fahrdiagramme.......................................................... 13216.2 Leistungsberechnung............................................................................ 13416.3 Getriebeauslegung................................................................................ 13616.4 Motorenauswahl.................................................................................... 13916.5 Auswahl der Antriebselektronik............................................................. 143

17 Tabellenanhang und Zeichenlegende ......................................................... 14817.1 Tabellenanhang .................................................................................... 14817.2 Zeichenlegende .................................................................................... 150

18 Index............................................................................................................... 153


Einleitung

1 Einleitung

Das Unterneh-men SEW-EURODRIVE

SEW-EURODRIVE ist eines der fhrenden Unternehmen auf dem Weltmarkt der elek-trischen Antriebstechnik. Das umfangreiche Produktprogramm und das breite Dienst-leistungsspektrum machen SEW zum idealen Partner bei der Lsung anspruchsvollerAntriebsaufgaben.Der Hauptsitz der Firmengruppe befindet sich in Bruchsal/Deutschland. Fertigungswer-ke in Deutschland, Frankreich, USA, Brasilien und China sichern die weltweite Prsenz.In Montagewerken in ber 30 Industrielndern der Welt werden aus lagerhaltigen Kom-ponenten kundennah mit besonders kurzer Lieferzeit und in gleich bleibend hoher Qua-litt die individuellen Antriebssysteme montiert. Vertrieb, Beratung, Kundendienst undErsatzteilservice von SEW finden Sie weltweit in ber 60 Lndern.

Das Produkt-programm

Getriebe und Getriebemotoren mit Stirnradgetrieben bis 18000 Nm Flachgetrieben bis 18000 Nm Kegelradgetrieben bis 50000 Nm Spiroplan-Winkelgetrieben bis 70 Nm Schneckengetrieben bis 4200 Nm spielarmen Planetengetrieben bis 3000 Nm Stirnrad- und Kegelrad-Planetengetrieben bis 415000 Nm Parallelwellengetrieben bis 65000 Nm

Drehstrom-Bremsmotoren bis 75 kW asynchrone Servomotoren bis 200 Nm synchrone Servomotoren bis 47 Nm explosionsgeschtzte Antriebe nach ATEX 100a MOVIMOT Getriebemotoren mit integriertem Frequenzumrichter MOVI-SWITCH Getriebemotoren mit integrierter Schalt- und Schutzfunktion Frequenzumrichter MOVITRAC, MOVIDRIVE und MOVIDYN fr die stufenlose

Drehzahlverstellung von Standard-Drehstromantrieben und Servoantrieben mechanische Verstellgetriebemotoren VARIBLOC bis 45 kW und VARIMOT bis

11 kW

Feste oder vari-able Drehzahl

Sind eine oder zwei Drehzahlen erforderlich, kann netzbetrieben ein eintouriger oderpolumschaltbarer Drehstrom-Getriebemotor eingesetzt werden. Bei mehr als zweiDrehzahlstufen oder bei stufenloser Drehzahlverstellung kommen mit MOVITRAC,MOVIDRIVE, MOVIMOT und MOVIDYN elektronisch geregelte Antriebe zum Ein-satz. Fr kleine Stellbereiche bis 1 : 8 finden auch mechanische Verstellantriebe VARI-BLOC oder VARIMOT Verwendung.


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Regelung Werden die Antriebe in einen Regelkreis einbezogen, bieten sich elektronisch geregelteAntriebe an. Vorteile dieser Antriebe sind beispielsweise hohes Anfahrmoment, beson-dere Hochlauf- und Verzgerungscharakteristik, berlastschutz durch Drehmoment-und Strombegrenzung, Mehrquadrantenbetrieb usw. Zudem knnen mit MOVITRAC,MOVIDYN oder MOVIDRIVE elektronisch geregelte Antriebe im Synchronlauf betrie-ben werden, positionieren oder auch ber Feldbus-Kommunikation und integrierte Ab-laufsteuerung in Automatisierungssysteme eingebunden werden.

Betriebs-bedingungen

Normale Drehstromasynchronmotoren und Servomotoren mit oder ohne Getriebe sindselbst unter schwierigsten Randbedingungen durch ihren einfachen und robusten Auf-bau und durch die hohe Schutzart sichere und auf Dauer zuverlssige Antriebe. In allenFllen sind genaue Kenntnis und Bercksichtigung der Betriebsbedingungen aus-schlaggebend fr den Erfolg.

Wartung Der normale Drehstrommotor und der Servomotor knnen nahezu ohne Wartungsauf-wand ber Jahre einwandfrei arbeiten. Die Wartung der Getriebe beschrnkt sich aufregelmige Kontrolle des lstandes, der lbeschaffenheit und die vorgeschriebenenlwechsel. Dabei ist auf die richtige lsorte mit SEW-Zulassung und die genaue Ein-fllmenge zu achten. Verschlei- und Ersatzteile fr SEW-Antriebe sind in allen wichti-gen Lndern der Welt ab Lager verfgbar.

Projektierung Bei der Vielzahl von verschiedenen Bewegungsablufen scheint kein Antriebsfall demanderen zu gleichen. In Wirklichkeit lassen sich jedoch die Antriebsflle auf drei Stan-dardlsungen zurckfhren:

lineare Bewegung in der Horizontalen lineare Bewegung in der Vertikalen Drehbewegung

Zunchst werden Lastdaten wie Massen, Massentrgheitsmomente, Geschwindigkei-ten, Krfte, Schalthufigkeiten, Betriebszeiten, Geometrie der Rder und Wellen notiert.Mit diesen Daten wird der Leistungsbedarf unter Bercksichtigung der Wirkungsgradeerrechnet und die Abtriebsdrehzahl bestimmt. Nach diesen Ergebnissen wird der Ge-triebemotor unter Beachtung der individuellen Einsatzbedingungen aus dem jeweiligenSEW-Katalog ermittelt. Welche Getriebemotorenart dabei gewhlt wird, ergibt sich ausden folgenden Auswahlkriterien. Da die Betriebseigenschaften der Getriebemotorenvoneinander abweichen, werden in den folgenden Kapiteln diese Eigenschaften ge-trennt dargestellt.Es wird folgende Unterteilung vorgenommen:

Drehstromantriebe mit einer oder mehreren festen Drehzahlen Drehstromantriebe mit Frequenzumrichter Servoantriebe Drehstromantriebe mit mechanischen Verstellgetrieben Getriebearten


Einleitung

SEW-Projektie-rungssoftware ProDrive

Die SEW-Projektierungssoftware ProDrive dient zur schnellen und effektiven Ermittlungvon SEW-Antrieben mit allen fr die Beurteilung des Einsatzes notwendigen Daten. Da-bei stehen die umfangreichen Daten des elektronischen SEW-Kataloges EKAT als Da-tenbasis zur Verfgung.Der Benutzer kann zwischen ungeregeltem und geregeltem Drehstrom-Antrieb undServoantrieb whlen. Fr die Wahl eines Untersetzungsgetriebes stehen Stirnrad-,Flach-, Kegelrad-, Schnecken-, Planeten- und Spiroplan-Getriebe zur Verfgung. Er-gnzend knnen auch die entsprechenden Frequenzumrichter und deren Zubehr be-stimmt werden.


Drehstromantriebe mit festen Drehzahlen

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2 Drehstromantriebe mit festen Drehzahlen

Ausfhrliche Informationen zu Drehstrom-Kurzschlusslufermotoren DR/DT/DV findenSie in den Katalogen "Getriebemotoren" und "Polumschaltbare Getriebemotoren".

2.1 Wirkungsweise des Drehstrom-KurzschlusslufermotorsWegen seiner einfachen Konstruktion, der hohen Zuverlssigkeit und des gnstigenPreises ist der Drehstrom-Kurzschlusslufermotor der am hufigsten eingesetzte Elek-tromotor.

Hochlauf-verhalten

Das Hochlaufverhalten wird durch die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie beschrieben.Wegen der drehzahlabhngigen Luferwiderstnde ergeben sich beim Drehstrom-Kurzschlusslufermotor drehzahlabhngige (schlupfabhngige) Werte fr das Drehmo-ment whrend des Hochlaufs.

Polumschaltbare Motoren

Bild 2 stellt die Drehmomentkennlinien eines polumschaltbaren Motors mit den charak-teristischen Merkmalen dar. Polumschaltbare Getriebemotoren sind die kostengns-tigsten drehzahlvernderbaren Antriebe und werden hufig als Fahr- oder Hubantriebeeingesetzt. Dabei dient die hohe Drehzahl als Eilgang, mit der niedrigen Drehzahl wirdpositioniert.

00624AXXBild 1: Drehstrom-Kurzschlusslufermotor

Tabelle 1: Hufig eingesetzte polumschaltbare MotorenPolzahl synchrone Drehzahl (min-1 bei 50 Hz) Schaltung4/2 1500/3000 / (Dahlander)8/2 750/3000 / (getrennte Wicklung)6/4 1000/1500 / (getrennte Wicklung)8/4 750/1500 / (Dahlander)



Arbeitspunkt Der Motor durchluft bei jedem Hochlauf diese Drehmomentkennlinie bis zu seinem sta-bilen Arbeitspunkt, wo sich Lastkennlinie und Motorkennlinie kreuzen. Der stabile Ar-beitspunkt wird erreicht, wenn das Lastmoment kleiner als Anfahr- oder Sattelmomentist.

Umschalt-moment bei pol-umschaltbaren Motoren

Beim Umschalten des Motors von der 2-poligen auf die 8-polige Wicklung wirkt der Mo-tor kurzzeitig infolge bersynchroner Drehzahl als Generator. Durch Umwandlung derBewegungsenergie in elektrische Energie wird verlustarm und verschleifrei von der ho-hen auf die niedrige Drehzahl abgebremst. Das zum Bremsen verfgbare mittlere Um-schaltmoment ist in erster Nherung:

Das Umschaltmoment MU ist die mittlere Differenz zwischen den Kennlinien fr 2-poli-gen und 8-poligen Betrieb im Drehzahlbereich zwischen der 8-poligen und der 2-poligenBemessungsdrehzahl (schattierter Bereich).

Sanftumschalter Zur Reduzierung des Umschaltmomentes stehen elektronische SanftumschalterTypenreihe WPU zur Verfgung.

MU = UmschaltmomentMA1 = Anzugsmoment der Wicklung fr niedrige Drehzahl

00625BXXBild 2: Kennlinien polumschaltbarer Drehstrommotor

MA1 = Anfahrmoment 8-poligMA2 = Anfahrmoment 2-poligMS = SattelmomentMK = KippmomentMN = BemessungsdrehmomentML = Lastmoment

[1] = Motorbetrieb[2] = Generatorbremsbetrieb[3] = stabiler Arbeitspunkt2P = 2-polig8P = 8-polig



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2.2 Bemessungsdaten des Drehstrom-Kurzschlusslufermotors

Die spezifischen Daten eines Drehstrom-Kurzschlusslufermotors sind: Baugre Bemessungsleistung Betriebsart Bemessungsdrehzahl Bemessungsstrom Bemessungsspannung cos Schutzart WrmeklasseDiese Daten, eventuell noch einige mehr, sind auf dem Motortypenschild festgehalten.Diese Typenschildangaben beziehen sich nach IEC 34 (EN 60034) auf eine Umge-bungstemperatur von 40 C und eine Aufstellungshhe von maximal 1000 m ber NN.

Polzahl Drehstrom-Kurzschlusslufer-Getriebemotoren mit einer festen Drehzahl werden meist4-polig ausgefhrt, da 2-polige Motoren zu erhhten Geruschen beitragen und die Le-bensdauer des Getriebes verringern. Hherpolige Motoren gleicher Leistung (6-polig, 8-polig usw.) erfordern greres Bauvolumen und sind durch schlechteren Wirkungsgradund ungnstigeren cos sowie hheren Preis unwirtschaftlicher. Aus der unten stehenden Tabelle knnen die synchronen Drehzahlen bei verschiede-nen Polzahlen bei 50 Hz und bei 60 Hz entnommen werden.

03214AXXBild 3: Motortypenschild

DFV 160 M 4 /BM01.3001234568.0001.0011 S1

220 - 240 / 380 - 415 Y240 -266 / 415 - 460 Y

1440 / 1740230 AC

109

B50.83

39.0 / 22.535.5 / 20.555 F

BGE1.5150

Tabelle 2: Synchrondrehzahlen nS bei 50 Hz und 60 HzPolzahl 2 4 6 8 12 16 24nS (min1 bei 50 Hz) 3000 1500 1000 750 500 375 250nS (min1 bei 60 Hz) 3600 1800 1200 900 600 450 300



Schlupf Die Bemessungsdrehzahl des Motors nN bei Bemessungsleistung ist im motorischenBetrieb immer kleiner als die synchrone Drehzahl nS. Die Differenz zwischen der syn-chronen Drehzahl und der tatschlichen Drehzahl ist der Schlupf, definiert als:

Bei kleinen Antrieben, z. B. 0,25 kW Bemessungsleistung, betrgt der Schlupf ca. 10 %,bei greren Antrieben, z. B. 15 kW Bemessungsleistung, betrgt der Schlupf ca. 3 %.

Leistungs-minderung

Die Bemessungsleistung PN eines Motors ist abhngig von der Umgebungstemperaturund der Aufstellungshhe. Die auf dem Typenschild angegebene Bemessungsleistunggilt fr eine Umgebungstemperatur bis 40 C und eine maximale Aufstellungshhe von1000 m ber NN. Bei Abweichungen muss die Bemessungsleistung entsprechend derfolgenden Formel reduziert werden:

S = Schlupf [%]nS = synchrone Drehzahl [min1]nN = Bemessungsdrehzahl [min1]

PN1= verminderte Bemessungsleistung [kW]PN = Bemessungsleistung [kW]fT = Faktor fr Reduzierung wegen UmgebungstemperaturfH = Faktor fr Reduzierung wegen Aufstellungshhe

00627CXXBild 4: Leistungsminderung abhngig von Umgebungstemperatur [1] und Aufstellungshhe [2]

30 40 50 60 C 1000 2000 3000 4000 m

0.7

0.8

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1.0fT

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1.0fH

[1] [2]



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Toleranzen Nach IEC 34 (EN 60034) sind folgende Toleranzen fr Elektromotoren bei Bemes-sungsspannung zulssig. Die Toleranzen gelten auch, wenn anstatt eines eindeutigenWerts fr die Bemessungsspannung ein Bemessungsspannungsbereich angegebenist.

Toleranz A Die Toleranz A beschreibt den zulssigen Bereich, in dem Frequenz und Spannungvom jeweiligen Bemessungspunkt abweichen drfen. Die folgende Grafik beschreibtdiesen Bereich. Der mit "0" bezeichnete Koordinatenmittelpunkt kennzeichnet jeweilsden Bemessungspunkt fr Frequenz und Spannung.

Unterspannung / Unterdimen-sionierung

Bei Unterspannung durch schwache Stromnetze oder Unterdimensionierung der Motor-zuleitungen knnen die Katalogwerte wie Leistung, Drehmoment und Drehzahl nichteingehalten werden. Dies gilt insbesondere beim Anlaufvorgang des Motors, bei demder Anlaufstrom das Mehrfache des Bemessungsstroms betrgt.

Spannung und Frequenz: Toleranz AWirkungsgrad : bei PN 50 kW:

bei PN > 50 kW: 0,15 (1 ) 0,1 (1 )

Leistungsfaktor cos : (1 cos ) / 6Schlupf S: bei PN < 1 kW:

bei PN 1 kW: 30 % 20 %

Anlaufstrom IA: + 20 %Anzugsmoment MA: 15 % ... + 25 %Kippmoment MK: 10 %Massentrgheitsmoment MM: 10 %

03210AXXBild 5: Bereich der Toleranz A

f [%]

V [%]

0 +2-2

+5

+3

-3

-5

A



2.3 Betriebsarten nach IEC 34 (EN 60034)Die Bemessungsleistung steht immer im Zusammenhang mit einer Betriebsart und Ein-schaltdauer.

S1 Normal wird fr Dauerbetrieb S1 ausgefhrt, d. h. es liegt Betrieb mit konstantem Belas-tungszustand vor, dessen Dauer ausreicht, dass der Motor den thermischen Behar-rungszustand erreicht.

S2 S2 ist Kurzzeitbetrieb, d. h. Betrieb mit konstantem Belastungszustand fr begrenzte,festgelegte Zeit mit anschlieender Pause, bis der Motor die Umgebungstemperaturwieder erreicht hat.

S3 S3 ist Aussetzbetrieb ohne Einfluss des Anlaufvorgangs auf die Erwrmung. Charakte-ristikum ist die "Relative Einschaltdauer ED". S3 ist gekennzeichnet durch eine Folgegleichartiger Lastspiele, von denen jedes eine Zeit mit konstanter Belastung und einePause umfasst, in der der Motor stillsteht.

S4 S4 ist Aussetzbetrieb mit Einfluss des Anlaufvorgangs auf die Erwrmung, gekenn-zeichnet durch relative Einschaltdauer ED und Zahl der Schaltungen pro Stunde.

S5 - S10 Desweiteren gibt es noch die Betriebsarten S5 ... S10 mit teilweise analogen Bedingun-gen zu S1 ... S4.

03135AXXBild 6: Betriebsarten S1 / S2 / S3



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Erhhung der Bemessungs-leistung

Ist ein Motor fr S1 mit 100 % Einschaltdauer ausgelegt und wird eine geringere Ein-schaltdauer bentigt, kann die Bemessungsleistung nach folgender Tabelle erhht wer-den.

Relative Ein-schaltdauer ED

Verhltnis der Belastungsdauer zur Spieldauer (Spieldauer = Summe der Einschaltzei-ten und spannungslosen Pausen). Die maximale Spieldauer ist 10 Minuten.

2.4 Wirkungsgrad , Leistungsfaktor cos und WrmeklasseAuf dem Typenschild der Motoren wird nach EN 60034 als Bemessungsleistung PN dieAbtriebsleistung, d. h. die zur Verfgung stehende mechanische Wellenleistung, ange-geben. Bei groen Motoren sind Wirkungsgrad und Leistungsfaktor cos gnstigerals bei kleinen Motoren. Wirkungsgrad und Leistungsfaktor ndern sich auch mit derAuslastung des Motors, d. h. sie werden bei Teillast ungnstiger.

Tabelle 3: Leistungssteigerungsfaktor KBetriebsart Leistungssteigerungs-

faktor KS2 Betriebsdauer 60 min

30 min10 min

1,11,21,4

S3 Relative Einschaltdauer ED 60 %40 %25 %15 %

1,11,151,31,4

S4 - S10 Zur Bestimmung der Bemessungsleistung und der Betriebs-art sind Zahl und Art der Schaltungen pro Stunde, Anlauf-zeit, Belastungszeit, Bremsart, Bremszeit, Leerlaufzeit, Spieldauer, Stillstandzeit und Leistungsbedarf anzugeben.

Auf Anfrage

ED = Relative Einschaltdauer [%] te = Summe der Einschaltzeiten [s]

tS = Spieldauer [s]

Scheinleistung

Wirkleistung

Bemessungs-leistung

U1 = Netzspannung [V]IP = Phasenstrom [A]



Wrmeklassen nach EN 60034

Am hufigsten eingesetzt werden heute Motoren mit der Wrmeklasse B. Bei diesenMotoren darf die Wicklungstemperatur, ausgehend von einer Umgebungstemperaturvon 40 C, maximal 80 K zunehmen. In der EN 60034-1 sind die Wrmeklassen festge-legt. Alle polumschaltbaren Motoren mit getrennter Wicklung sind bei SEW serienmigin Wrmeklasse F ausgefhrt. In der untenstehenden Tabelle sind die bertemperatu-ren nach EN 60034-1 aufgefhrt.

Ermittlung der Wicklungs-temperatur

Mit einem geeigneten Widerstandsmessgert kann die Temperaturzunahme eines Mo-tors mit Kupferwicklung ber die Widerstandszunahme ermittelt werden.

a = konst. Der Einfluss der Umgebungstemperatur a1 und a2 kann vernachlssigt werden, wennsich die Umgebungstemperatur whrend der Messung nicht ndert. Damit ergibt sichdie vereinfachte Formel:

Geht man weiterhin davon aus, dass die Temperatur der kalten Wicklung gleich der Um-gebungstemperatur ist, so ergibt sich die Temperaturzunahme folgendermaen:

Tabelle 4: WrmeklassenWrmeklasse Grenzbertemperatur bezogen

auf Khllufttemperatur 40 CAbschalttemperatur der Kaltleiter

B 80 K 130 CF 105 K 150 CH 125 K 170 C

1 = Temperatur der kalten Wicklung in C2 = Wicklungstemperatur in C am Prfungsendea1 = Khlmitteltemperatur in C am Prfungsanfanga2 = Khlmitteltemperatur in C am Prfungsende

R1 = Widerstand der kalten Wicklung (1) in R2 = Widerstand am Ende der Prfung (2) in



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2.5 SchutzartAbhngig von den Umgebungsbedingungen hohe Luftfeuchtigkeit, aggressive Medi-en, Spritz- oder Strahlwasser, Staubanfall usw. werden Drehstrommotoren und Dreh-stromgetriebemotoren mit und ohne Bremse in den Schutzarten IP54, IP55, IP56 undIP65 nach EN 60034 Teil 5 EN 60529 geliefert.

Erhhter Korrosionsschutz fr Metallteile und zustzliche Wicklungsimprgnierung(Feucht- und Sureschutz) sind ebenso mglich wie die Lieferung von explosionsge-schtzten Motoren und Bremsmotoren nach ATEX 100a.

IP1)

1) IP = International Protection

1. Kennziffer 2. KennzifferFremdkrperschutz Wasserschutz

0 Nicht geschtzt Nicht geschtzt1 Geschtzt gegen feste Fremdkrper 50 mm

und grerGeschtzt gegen Tropfwasser

2 Geschtzt gegen feste Fremdkrper 12 mm und grer

Geschtzt gegen Tropfwasser, wenn das Gehuse bis zu 15 geneigt ist

3 Geschtzt gegen feste Fremdkrper 2,5 mm und grer

Geschtzt gegen Sprhwasser

4 Geschtzt gegen feste Fremdkrper 1 mm und grer

Geschtzt gegen Spritzwasser

5 Staubgeschtzt Geschtzt gegen Strahlwasser6 Staubdicht Geschtzt gegen starkes Strahlwasser7 - Geschtzt gegen zeitweiliges Untertauchen in

Wasser8 - Geschtzt gegen dauerndes Untertauchen in

Wasser



2.6 Wicklungsschutz Strom- oder tem-peraturabhngiger Schutz

Die Auswahl der richtigen Schutzeinrichtung bestimmt im wesentlichen die Betriebssi-cherheit des Motors. Unterschieden wird zwischen stromabhngiger und motortempe-raturabhngiger Schutzeinrichtung. Stromabhngige Schutzeinrichtungen sind z. B.Schmelzsicherungen oder Motorschutzschalter. Temperaturabhngige Schutzeinrich-tungen sind Kaltleiter oder Bimetallschalter (Thermostate) in der Wicklung.

Temperatur-abhngige Schutz-einrichtungen

Drei Kaltleiter-Temperaturfhler TF werden im Motor in Reihe geschaltet und vom Klem-menkasten aus an ein Auslsegert im Schaltschrank angeschlossen. Drei1 Bimetall-schalter TH - ebenfalls im Motor in Reihe geschaltet - werden vom Klemmenkasten di-rekt in den berwachungskreis des Motors eingeschleift. Kaltleiter oder Bimetalle spre-chen bei der maximal zulssigen Wicklungstemperatur an. Sie haben den Vorteil, dassdie Temperaturen dort gemessen werden, wo sie auftreten.

Schmelz-sicherungen

Schmelzsicherungen schtzen den Motor nicht vor berlastungen. Sie dienen aus-schlielich dem Kurzschlussschutz der Zuleitungen.

Motorschutz-schalter

Motorschutzschalter sind eine ausreichende Schutzeinrichtung gegen berlast fr Nor-malbetrieb mit geringer Schalthufigkeit, kurzen Anlufen und nicht zu hohen Anlauf-strmen. Fr Schaltbetrieb mit hherer Schalthufigkeit (> 60 c/h2) und fr Schweran-laufbetrieb sind Motorschutzschalter ungeeignet. Wenn die thermischen Zeitkonstantendes Motors und des Schutzschalters nicht bereinstimmen, kann es bei Einstellung aufden Motorbemessungsstrom zur unntigen Frhauslsung oder zum Nichterkennen derberlast kommen.

Qualifikation der Schutzeinrichtung

In der folgenden Tabelle wird die Qualifikation der verschiedenen Schutzeinrichtungenfr unterschiedliche Auslseursachen dargestellt.

1. Bei polumschaltbaren Motoren mit getrennter Wicklung werden sechs Bimetallschalter eingesetzt. 2. c/h Schaltungen pro Stunde

Tabelle 5: Qualifikation der SchutzeinrichtungenA = umfassender SchutzB = bedingter Schutz C = kein Schutz

stromabhngige Schutzeinrichtung

temperaturabhngige Schutzeinrichtung

Schmelz-sicherung

Motorschutz-schalter

Kaltleiter (TF) Bimetallschal-ter (TH)

berstrme bis 200 % IN C A A ASchweranlauf, Reversierung C B A BSchaltbetrieb bis 60 c/h2) C B A ABlockierung C B B B1-Phasenlauf C B A ASpannungsabweichung C A A AFrequenzabweichung C A A AUnzureichende Motorkhlung C C A ALagerschaden C C A A



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2.7 Dimensionsierung des MotorsS1-Betrieb Das Lastmoment ist der bestimmende Faktor bei S1-Betrieb.

Jeder Motor wird nach seiner thermischen Auslastung bemessen. Hufig kommt der An-triebsfall des einmal einzuschaltenden Motors vor (S1 = Dauerbetrieb = 100 % ED). Deraus dem Lastmoment der Arbeitsmaschine errechnete Leistungsbedarf ist gleich derBemessungsleistung des Motors.

S3/S4-Betrieb Das Massentrgheitsmoment und eine hohe Schalthufigkeit sind die bestim-menden Faktoren bei S3- und S4-Betrieb.Sehr verbreitet ist der Antriebsfall mit hoher Schalthufigkeit bei geringem Gegenmo-ment, wie z. B. Fahrantrieb. Hier ist keineswegs der Leistungsbedarf fr die Motordi-mensionierung ausschlaggebend, sondern die Zahl der Anlufe des Motors. Durch dashufige Einschalten fliet jedesmal der hohe Anlaufstrom und erwrmt den Motor ber-proportional. Ist die aufgenommene Wrme grer als die durch Motorlftung abgefhr-te Wrme, werden die Wicklungen unzulssig erwrmt. Durch entsprechende Wahl derWrmeklasse oder durch Fremdbelftung kann die thermische Belastbarkeit des Motorserhht werden.

Leerschalt-hufigkeit

Als Leerschalthufigkeit Z0 gibt der Hersteller die zulssige Schalthufigkeit des Motorsbei 50 % ED ohne Gegenmoment und externe Masse an. Diese drckt aus, wie oft proStunde der Motor das Massentrgheitsmoment seines Lufers ohne Gegenmoment bei50 % ED auf maximale Drehzahl beschleunigen kann.

Zulssige Schalthufigkeit

Muss ein zustzliches Massentrgheitsmoment beschleunigt werden oder tritt zustz-lich ein Lastmoment auf, vergrert sich die Hochlaufzeit des Motors. Da whrend die-ser Hochlaufzeit ein erhhter Strom fliet, wird der Motor thermisch hher belastet unddie zulssige Schalthufigkeit nimmt ab.Die zulssigen Schalthufigkeiten der Motoren knnen nherungsweise ermittelt wer-den:

Z = zulssige SchalthufigkeitZ0 = Leerschalthufigkeit des Motors bei 50 % EDKJ = f (JX, JZ, JM) Rechenfaktor Zusatz-MassentrgheitsmomentKM = f (ML, MH) Rechenfaktor Gegenmoment HochlaufKP = f (PX, PN, ED) Rechenfaktor statische Leistung und Einschaltdauer ED



Die Faktoren KJ, KM und KP knnen fr den jeweiligen Anwendungsfall anhand der Dia-gramme in folgendem Bild ermittelt werden.

2.8 Sanftanlauf und SanftumschaltungStern-Dreieck-Schaltung

Das Drehmoment eines Drehstrom-Kurzschlusslufermotors kann durch uere Be-schaltung mit Drosseln oder Widerstnden oder durch Spannungsabsenkung beein-flusst werden. Die einfachste Form ist die so genannte /-Schaltung. Wird die Wick-lung des Motors in Dreieckschaltung z. B. fr 400 V Netzspannung ausgelegt, derMotor in der Anlaufphase in Sternschaltung an das 400 V-Netz angeschlossen, so er-gibt sich ein Drehmoment von nur noch 1/3 des Drehmoments in Dreieckschaltung. DieStrme, auch der Anlaufstrom, erreichen ebenfalls nur 1/3 des Wertes gegenber derDreieckschaltung.

Schwerer Lfter Reduzierung von Anlaufbeschleunigung und Bremsverzgerung und damit sanfterHochlauf und sanftes Abbremsen knnen bei bestimmten Anwendungen durch das zu-stzliche Massentrgheitsmoment eines Grauguss-Lfters erreicht werden. Hierbei istdie Schalthufigkeit zu berprfen.

Alternativen zur Stern-Dreieck-Umschaltung

Durch Anlasstransformator, entsprechende Drosseln oder Widerstnde wird ein ver-gleichbarer Effekt wie mit der /-Umschaltung erreicht, wobei durch die Gre derDrosseln und der Widerstnde das Drehmoment variiert werden kann.

in Abhngigkeit des Zu-satz-Massentrgheitsmo-mentes

in Abhngigkeit des Ge-genmomentes beim Hoch-lauf

in Abhngigkeit der stati-schen Leistung und Ein-schaltdauer ED

JX = Summe aller externen Massentrgheitsmomente bezogen auf die MotorachseJZ = Massentrgheitsmoment schwerer LfterJM = Massentrgheitsmoment MotorML = Gegenmoment whrend HochlaufMH = Hochlaufmoment MotorPS = Leistungsbedarf nach Hochlauf (statische Leistung)PN = Bemessungsleistung Motor



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Drehmoment-reduzierung bei polumschaltbaren Motoren

Bei polumschaltbaren Motoren ist es eventuell erforderlich, beim Umschalten von hoherauf niedrige Drehzahl entsprechende Drehmomentreduzierungen vorzunehmen, da dieUmschaltmomente grer als die Anlaufmomente sind. Hier bietet sich neben Drosselund Widerstand als preiswerte Lsung eine 2-phasige Umschaltung an. Dies bedeutet,dass der Motor whrend des Umschaltens fr eine bestimmte Zeit (einstellbar mit einemZeitrelais) in der Wicklung fr die kleine Drehzahl nur mit 2 Phasen betrieben wird. Hier-durch wird das sonst symmetrische Drehfeld verzerrt und der Motor erhlt ein kleineresUmschaltmoment.

oder

MU2ph = mittleres Umschaltmoment 2-phasigMU = mittleres Umschaltmoment 3-phasigMA1 = Anzugsmoment der Wicklung fr die niedrige Drehzahl

Bei Hubwerken darf aus Sicherheitsgrnden die 2-phasige Umschaltung nicht verwen-det werden!

00629CXXBild 7: Polumschaltung

1 Richtungsschtze2 Geschwindigkeitsschtze3 Bremsgleichrichter4 Bremsen1 langsame Drehzahln2 schnelle Drehzahl

5 Umschaltstominderung durchA UmschaltdrosselB Kurzschluss-Sanftanlauf-Widerstand (Kusa)C 2-phasiges Umschalten

A) B) C)

L1L2L3

M

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n1 n2



Noch vorteilhafter ist der Einsatz des elektronischen Sanftumschalters WPU, der elek-tronisch die 3. Phase beim Umschalten unterbricht und exakt zur richtigen Zeit wiederzuschaltet.

Die Sanftumschalter WPU werden in zwei Phasen eingeschleift und abhngig von Wick-lungsart und Schaltungsart angeschlossen.

1812193Bild 8: Sanftumschalter WPU



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2.9 BremsmotorenAusfhrliche Informationen ber Bremseigenschaften in Verbindung mit verschiedenenBremsgleichrichtern und Steuergerten finden Sie in den SEW-Katalogen und im Brem-senhandbuch (bisher: Praxis der Antriebstechnik SEW-Scheibenbremsen).

Anwendung und Wirkungsweise

Fr viele Einsatzflle, bei denen ein relativ genaues Positionieren erforderlich ist, mussder Motor eine zustzliche mechanische Bremse besitzen. Neben diesen Anwendun-gen, in denen die mechanische Bremse als Arbeitsbremse genutzt wird, werden Brems-motoren auch eingesetzt, wenn es auf Sicherheit ankommt. Z. B. fllt in Hubantrieben,bei denen der Motor in einer bestimmten Position elektrisch stillgesetzt wird, zur siche-ren Fixierung der Position die "Haltebremse" ein. hnliche Sicherheitsansprche geltenbei der Betriebsstrung "Netzunterbrechung". Dann sind die mechanischen Bremsen anden Motoren Garanten fr den Nothalt. Bei Einschalten der Spannung ffnen (lften) die Bremsen elektromagnetisch, bei Abschalten der Spannung fallen sie durch Federkraft selbstttig ein.

Bremsen-reaktionszeiten

Die Bremsen von SEW-Bremsmotoren werden dank ihres elektronisch gesteuertenZweispulen-Bremssystems mit besonders kurzer Ansprechzeit gelftet. Die Bremseneinfallzeit ist oft zu lang, weil z. B. der Bremsgleichrichter im Klemmenkas-ten des Motors direkt vom Motorklemmbrett versorgt wird. Beim Abschalten des Motorserzeugt dieser, solange er sich dreht, eine generatorische (Remanenz-) Spannung, diedas Einfallen der Bremse verzgert. Aber auch die ausschlieliche Abschaltung derBremsspannung auf der Wechselstromseite hat beachtliche Zeitverzgerungen durchdie Selbstinduktion der Bremsspule zur Folge. Hier hilft nur die gleichzeitige Unterbre-chung auch auf der Gleichstromseite, d. h. im Bremsspulenstromkreis.

00630BXXBild 9: Drehstrombremsmotor und Scheibenbremse



Bremsmomente SEW-Scheibenbremsen sind durch variable Federbestckung im Bremsmoment ein-stellbar. Bei der Motorbestellung ist das gewnschte Bremsmoment entsprechend denAnforderungen aus den Katalogdaten auszuwhlen. Bei Hubwerken muss z. B. dasBremsmoment aus Sicherheitsgrnden etwa doppelt so gro wie das erforderliche Mo-torbemessungsmoment dimensioniert werden. Wird bei Bestellung nichts angegeben,so wird mit maximalem Bremsmoment geliefert.

Grenzbelastung Bei der Dimensionierung der Bremse, insbesondere bei Not-Aus-Bremsen, ist darauf zuachten, dass die maximal zulssige Schaltarbeit je Schaltung nicht berschritten wird.Die entsprechenden Diagramme, die diese Werte in Abhngigkeit von Schalthufigkeitund Motordrehzahl zeigen, finden Sie in den SEW-Katalogen und im Bremsenhandbuch(bisher: Praxis der Antriebstechnik SEW-Scheibenbremsen).

Bremsweg und Haltegenauigkeit

Die Bremszeit setzt sich aus zwei Einzelzeiten zusammen: Bremseneinfallzeit t2 mechanische Bremszeit tBWhrend der mechanischen Bremszeit nimmt die Drehzahl und die Geschwindigkeitdes Motors ab. Whrend der Bremseneinfallzeit bleibt die Geschwindigkeit weitgehendkonstant, evtl. kann sie sogar erhht werden, z. B. bei Hubantrieben im Senkbetrieb,wenn der Motor schon abgeschaltet und die Bremse noch nicht eingefallen ist.Die Toleranz fr den Bremsweg unter unvernderten Randbedingungen betrgt ca. 12 %. Bei sehr kleinen Bremszeiten kann ein grerer Einfluss der elektrischen Steu-erung (Relais- oder Schtzzeiten) den Anhalteweg verlngern. Bei programmierbarenSteuerungen knnen zustzliche Zeiten durch Programmlaufzeiten und Ausgangsprio-ritten anfallen.

Mechanische Lf-tung der Bremse

Die Bremse kann zustzlich mechanisch gelftet werden. Bei der mechanischen Lf-tung wird ein Lfthebel (selbstttig zurckspringend) oder ein Gewindestift (feststellbar)mitgeliefert.

Bremsenheizung Fr besondere Umgebungsbedingungen wie z. B. Betrieb im Freien bei groen Tempe-raturschwankungen oder im Tieftemperaturbereich (Khlhaus) ist es erforderlich, dieBremse vor dem Einfrieren zu schtzen. Dies erfordert ein spezielles Ansteuergert (imSEW-Lieferprogramm).



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Bremsschtze Mit Rcksicht auf hohe Stromstobelastung und zu schaltende Gleichspannung an in-duktiver Last mssen die Schaltgerte fr die Bremsenspannung und die gleichstrom-seitige Abschaltung entweder spezielle Gleichstromschtze oder angepasste Wechsel-stromschtze mit Kontakten der Gebrauchskategorie AC3 nach EN 60947-4-1 sein.Die Auswahl des Bremsschtzes fr Netzbetrieb gestaltet sich recht einfach:Fr die Standardspannungen 230 VAC und 400 VAC wird ein Leistungsschtz mit einerBemessungsleistung von 2,2 kW oder 4 kW bei AC3-Betrieb ausgewhlt.Bei 24 VDC wird das Schtz fr DC3-Betrieb ausgelegt.

Gegenstrom-bremsung Gleichstrom-bremsung

Gegenstrombremsungen oder Reversierbetrieb, d. h. Umpolung der Motorspannungbei der maximalen Drehzahl, stellen fr den Motor eine groe mechanische und thermi-sche Belastung dar. Die hohe mechanische Belastung gilt auch fr nachfolgendeGetriebe und bertragungsglieder. Hier ist auf jeden Fall mit dem Antriebsherstel-ler Rcksprache zu halten.Mit einer Gleichstrombremsung knnen Motoren ohne Bremse je nach Hhe desGleichstroms mehr oder weniger schnell abgebremst werden. Da diese Art der Brem-sung fr zustzliche Erwrmung des Drehstrommotors sorgt, sollte auch hier Rckspra-che mit dem Hersteller gehalten werden.


Drehstromantriebe mit Frequenzumrichter

3 Drehstromantriebe mit Frequenzumrichter

Ausfhrliche Informationen zu Drehstromantrieben mit Frequenzumrichter finden Sie inden Katalogen zu den Frequenzumrichtern MOVITRAC und MOVIDRIVE, dem Kata-log MOVIMOT, dem Systemhandbuch "Antriebssysteme fr Dezentrale Installation"und in "Praxis der Antriebstechnik Projektierung mit Frequenzumrichtern".

Drehstrommotoren und Drehstromgetriebemotoren werden bevorzugt mit Frequenzum-richtern stufenlos in der Drehzahl verndert. Der Frequenzumrichter liefert eine variabeleinstellbare Ausgangsfrequenz mit proportional sich ndernder Ausgangsspannung.

Fr Anwendungen mit dezentraler Installation kommen auch MOVIMOT Getriebemo-toren mit integriertem Frequenzumrichter in Frage.

04077AXXBild 10: SEW-Frequenzumrichter MOVITRAC 07, MOVIDRIVE und MOVITRAC 31C

04791AXXBild 11: MOVIMOT Getriebemotor mit integriertem Frequenzumrichter



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3.1 FrequenzumrichterAntriebsumrich-ter MOVIDRIVE

Die Frequenzumrichter MOVIDRIVE und MOVIDRIVE compact mit einem Leistungs-bereich bis 90 kW gengen hchsten Ansprchen an Dynamik und Regelgenauigkeit.Die vektorgeregelten Umrichter sind zum Einbau in den Schaltschrank vorgesehen, an-reihbar, kompakt und fr minimale Einbauflche optimiert.

VFC Die Ausfhrung mit VFC (Voltage mode flux control) mit oder ohne Drehzahlrckfhrungerlaubt hohe Regelgenauigkeit von Asynchronantrieben.

CFC MOVIDRIVE mit CFC (Current mode flux control) wird hchsten Anforderungen an Ge-nauigkeit und Dynamik gerecht. Asynchronantriebe erreichen mit MOVIDRIVE undCFC Servoeigenschaften.

Frequenzumrich-ter MOVITRAC

Die Frequenzumrichter MOVITRAC ermglichen die stufenlose elektronische Dreh-zahlverstellung von Drehstrom-Getriebemotoren und -Bremsmotoren. MOVITRAC-Gerte sind zum Einbau in den Schaltschrank vorgesehen.Das anwenderfreundliche Bedien- und Informationskonzept auf PC erlaubt schnelle In-betriebnahme und schnellen Service.

Servoumrichter MOVIDYN

Die modularen Servoumrichter MOVIDYN fr Synchronmotoren sind fr Schalt-schrankeinbau bestimmt und bieten hohe Dynamik und groen Stellbereich.

3.2 MOVIMOT Getriebemotoren mit integriertem FrequenzumrichterGetriebemotoren MOVIMOT sind kompakte, anschlussfertig montierte, elektronischdrehzahlvernderliche Antriebe mit oder ohne mechanische Bremse.MOVIMOT ist in allen Standardausfhrungen und Bauformen als Stirnrad-, Flach-, Ke-gelrad-, Spiroplan-, Planeten- oder Schneckengetriebemotor lieferbar.



3.3 Motorbetrieb am FrequenzumrichterBetriebskennlinienKonstantes Drehmoment bis zur Netzfrequenz

Durch nderung von Frequenz und Spannung ist die Drehzahl-Drehmomentkennliniedes Drehstromkurzschlusslufermotors ber der Drehzahlachse verschiebbar (siehefolgendes Bild). Im Bereich der Proportionalitt zwischen U und f (Bereich A) wird derMotor mit konstantem Fluss betrieben und kann mit konstantem Drehmoment belastetwerden. Erreicht die Spannung den Maximalwert und wird die Frequenz weiter erhht,nimmt der Fluss und damit auch das verfgbare Drehmoment ab (Feldschwchung, Be-reich F). Bis zur Kippgrenze kann der Motor im proportionalen Bereich (A) mit konstan-tem Drehmoment betrieben werden und im Feldschwchbereich (F) mit konstanter Leis-tung. Das Kippmoment MK fllt quadratisch. Ab einer bestimmten Frequenz wird MK 1 bleiben (wir empfehlen mindestens 1,25, siehe folgendes Bild).

Tabelle 6: MotorausfhrungDrehzahlbereich bei fmax = 50 Hz

Empfohlene MotorausfhrungLeistung Khlungsart1)

1) Auf ausreichende Khlung der Bremsspule im Fall von Bremsmotoren achten (siehe Bremsenhandbuch,frher: Praxis der Antriebstechnik SEW-Scheibenbremsen)

Wrmeklasse Temperaturfhler TF / Thermostat TH

1 : 5 PC Eigenkhlung F ja1 : 20 und mehr PN Fremdkhlung F ja

PN = listenmige Motorleistung (ohne Reduktion)PC = reduzierte Leistung = Ausnutzung mit der Leistung des nchstkleineren listenmigen Motors

00643BXXBild 14: Quadratisch abnehmendes Kippmoment



Parallelbetrieb Der Parallelbetrieb von mehreren Motoren an einem Umrichter garantiert nicht Gleich-oder Synchronlauf. Entsprechend der Belastung der einzelnen Motoren kann sich dieDrehzahl durch Schlupf bis ca. 100 min-1 zwischen Leerlauf und Bemessungslast ver-ringern. Die Drehzahlabweichung ist ber den ganzen Drehzahlbereich annhernd kon-stant und kann auch nicht durch Schlupf- und IxR-Kompensation am Umrichter ausge-glichen werden. Die Einstellmanahmen am Umrichter betreffen zwangslufig alle Mo-toren, also auch die momentan unbelasteten.

Absicherung der Motorzuleitung

Bei Parallelbetrieb mehrerer Motoren an einem Umrichter ist jede einzelne Motorzulei-tung mit einem thermischen berstromrelais (oder Motorschutzschalter als kombinierterLeitungsschutz) auszustatten, denn die strombegrenzende Wirkung des Umrichters be-zieht sich gemeinsam auf alle parallel betriebenen Motoren.

Sammelschiene Das Zu- und Abschalten von einzelnen Motoren an einer von einem SEW-Umrichter ge-speisten Sammelschiene ist ohne Einschrnkung mglich. Bei einer Sammelschienedarf die Summe der Motorbemessungsstrme maximal den Umrichterbemessungs-strom ergeben oder 125 % des Umrichterbemessungsstroms bei quadratischer Belas-tung sowie Betrieb mit konstantem Drehmoment ohne berlast.

Polumschaltbare Motoren am Frequenzumrichter

Werden polumschaltbare Motoren eingesetzt und diese whrend des Betriebes umge-schaltet, so ist zu beachten, dass beim Umschalten vom nieder- in den hherpoligen Zu-stand der Motor generatorisch betrieben wird. Fr diesen Fall muss der Umrichter miteinem ausreichenden Bremswiderstand versehen sein, ansonsten kann eine Abschal-tung wegen zu hoher Zwischenkreis-Spannung erfolgen. Beim Umschalten vom hher-in den niederpoligen Zustand des Motors wird der Umrichter mit einem zustzlichenUmschaltstrom belastet. Er muss hierfr gengend Stromreserve haben, sonst erfolgteine Abschaltung wegen berlast.

Optionen Die Frequenzumrichter knnen je nach Bedarf mit zustzlichen Funktionen ergnzt wer-den. Aufgrund der vielen Optionsmglichkeiten knnen eine groe Anzahl von Applika-tionen mit den SEW-Frequenzumrichtern gelst werden.Beispielsweise stehen zur Verfgung: Anwendungsoptionen

Drehzahlregelung Ein-/Ausgabefunktionen Synchronlaufregelung Positioniersteuerung Kurvenscheibe Fliegende Sge Zugspannungswickler

Kommunikationsoptionen Handbediengerte serielle Schnittstellen Feldbus-Schnittstellen


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4 Servoantriebe

Ausfhrliche Informationen zu Servoantrieben finden Sie in den Katalogen "Servogetrie-bemotoren", im Systemhandbuch "MOVIDRIVE Antriebsumrichter" im Katalog "MOVI-DYN Servoumrichter" und in "Praxis der Antriebstechnik Servo-Antriebe".

Bild 15: Antriebsumrichter MOVIDRIVE, Servoumrichter MOVIDYN, asynchrone und synchro-ne Servomotoren


Servoantriebe

Definition In der modernen Antriebstechnik werden bei vielen Anwendungen hohe Anforderungengestellt an: Dynamik Positioniergenauigkeit Drehzahlgenauigkeit Regelbereich Drehmomentkonstanz berlastfhigkeit

Dynamik Die Ansprche an die Dynamik, also das zeitliche Verhalten eines Antriebes, resultiertaus immer schneller werdenden Bearbeitungsvorgngen, einer Erhhung der Taktzei-ten und der damit verbundenen Produktivitt einer Maschine.

Genauigkeit Die hohe Genauigkeit bestimmt sehr hufig die Anwendungsmglichkeiten eines An-triebssystems. Diesen Ansprchen muss ein modernes dynamisches Antriebssystemgerecht werden.

Drehzahl-stellbereich

Servoantriebe sind Antriebssysteme, die ein dynamisches, hochgenaues und berlast-fhiges Verhalten in einem groen Drehzahlstellbereich aufweisen.

4.1 ServomotorenAufbau Von SEW werden asynchrone und synchrone Servomotoren angeboten. Die Statoren

dieser beiden Motoren sind prinzipiell hnlich, whrend die Lufer unterschiedlich aus-gefhrt sind: der asynchrone Servomotor hat einen Kurzschlusslufer und das Magnetfeld wird

durch Induktion erzeugt der synchrone Servomotor hat auf den Lufer aufgeklebte Magnete, die ein konstan-

tes Lufermagnetfeld erzeugen


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Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien

Bei der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Servomotors werden drei Grenzen sicht-bar, die bei der Projektierung eines Antriebes bercksichtigt werden mssen:1. Das maximale Drehmoment eines Motors wird durch seine mechanische Ausfh-

rung bestimmt. Bei dem synchronen Servomotor spielt zustzlich die Belastbarkeitder Dauermagnete eine Rolle.

2. Drehmomenteinschrnkungen im oberen Drehzahlbereich ergeben sich aufgrundder Klemmenspannung. Diese ist abhngig von der Zwischenkreisspannung unddem Spannungsfall auf den Leitungen. Aufgrund der Gegen-EMK (induzierte Polrad-spannung im Motor) kann der maximale Strom nicht mehr eingeprgt werden.

3. Eine weitere Grenze ist die thermische Auslastung des Motors. Bei der Projektierungwird das Effektivdrehmoment berechnet. Dies muss unterhalb der S1-Kennlinie frDauerbetrieb liegen. Ein berschreiten der thermischen Grenze kann eine Besch-digung der Wicklungsisolation zur Folge haben.

00226BXXBild 16: Beispielhafte Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien eines synchronen und eines asynchro-

nen Servomotors

VY = Fremdlfter fr SynchronmotorenVR = Fremdlfter fr Asynchronmotoren


Servoantriebe

4.2 Servoumrichter MOVIDYN

Eigenschaften Servoumrichter der Typenreihe MOVIDYN sind modular aufgebaute Umrichter, diepermanenterregte Synchronmotoren mit sinusfrmigen Strmen speisen. Sie sind an ei-ner Netzspannung von 380 ... 500 VAC mit 50/60 Hz betreibbar und liefern Ausgangs-strme von 5 bis 60 AAC. Servoumrichter MOVIDYN arbeiten mit Synchronmotoren mitResolverrckfhrung.

NetzmoduleMPB... und MPR...

Die Netzmodule dienen zur Leistungsversorgung der angeschlossenen Achsmoduleber den Zwischenkreis und zur Spannungsversorgung der Steuerelektronik ber einSchaltnetzteil. Sie enthalten zudem den zentralen Brems-Chopper oder die Netzrck-speisung, alle notwendigen Schutzfunktionen und die KommunikationsschnittstellenRS-232 und RS-485.

Achsmodule MAS...

Der Anschluss der Achsmodule an den Zwischenkreis und den Schutzleiter erfolgt mitStromschienen. Fr die Spannungsversorgung der Steuerelektronik wird ein separater24 VDC-Bus benutzt. Fr die Kommunikation der Gerte untereinander ist an den Ger-teunterseiten ein Datenbus verlegt.

Optionen Feldbus-Schnittstellen PROFIBUS, INTERBUS, CAN und DeviceNet Positioniersteuerung Ein-/Ausgabekarte Auswertung von Absolutwertgebern abnehmbares Diagnosegert mit Parameterspeicher Bremswiderstnde Netzfilter, Netzdrosseln, Ausgangsdrosseln und Ausgangsfilter


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4.3 Antriebsumrichter MOVIDRIVE und MOVIDRIVE compactEigenschaften MOVIDRIVE ist ein anwendungsorientiertes System von Antriebsumrichtern, das mit

verschiedenen Regelverfahren an die individuellen Aufgaben angepasst wird.Steckbare Optionskarten und Applikationsmodule sind nur beim MOVIDRIVE einsetz-bar, nicht beim MOVIDRIVE compact.

Typenreihen Fr Servoantriebe werden folgende Typenreihen der Gertefamilie MOVIDRIVE be-nutzt: MOVIDRIVE MDV: fr asynchrone Servomotoren ohne und mit Geberrckfhrung

(Encoder). Wahlweise vektorielle Regelverfahren VFC (Voltage mode flux control)oder CFC (Current mode flux control).

MOVIDRIVE MDS: fr Synchron-Servomotoren mit Geberrckfhrung. Regelver-fahren CFC.

Systembus Mit dem standardmig vorhandenen Systembus (SBus) knnen mehrere MOVI-DRIVE-Antriebsumrichter miteinander vernetzt werden. Somit kann ein schneller Da-tenaustausch zwischen den Gerten realisiert werden.

Optionen Feldbus-Schnittstellen PROFIBUS, INTERBUS, CAN und DeviceNet Synchronlauf Positioniersteuerung Ein-/Ausgabekarte Auswertung von Absolutwertgebern abnehmbares Klartext-Bediengert mit Parameterspeicher Netzrckspeisung Applikationsmodule


Servoantriebe

4.4 ProjektierungsablaufDas folgende Ablaufdiagramm zeigt schematisch die Vorgehensweise bei der Projektie-rung eines Positionierantriebs.

Notwendige Informationen ber die anzutreibende Maschine technische Daten und Umgebungsbedingungen Positioniergenauigkeit / Stellbereich Berechnung des BetriebszyklusBerechnung der relevanten Applikationsdaten statische, dynamische, generatorische Leistung Drehzahlen Drehmomente Betriebsdiagramm (effektive Belastung)Getriebeauswahl Festlegung von Getriebegre, Getriebebersetzung und Getriebeausfhrung berprfung der Positioniergenauigkeit berprfung der Getriebebelastung (Ma max Ma (t) )System-Auswahl in Abhngigkeit von Positioniergenauigkeit Stellbereich Regelung (Position / Drehzahl / Drehmoment)Antriebsart asynchron oder synchron Beschleunigung max. Drehmoment betriebsmige minimale MotordrehzahlMotorauswahl maximales Drehmoment < 300 % MN effektives Drehmoment < MN bei mittlerer Drehzahl Verhltnis der Massentrgheitsmomente JL / JM maximale Drehzahl thermische Belastung (Stellbereich / Einschaltdauer) Motorausstattung Getriebe-Motor-ZuordnungUmrichterauswahl Motor-Umrichter-Zuordnung Dauerleistung und Spitzenleistung Auswahl des Bremswiderstands oder Rckspeisegerts Auswahl der Optionen (Bedienung / Kommunikation / Technologiefunktionen)Prfen, ob alle Anforderungen erfllt sind.


Drehstromantriebe mit mechanischen Verstellgetrieben

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5 Drehstromantriebe mit mechanischen Verstellgetrieben

Ausfhrliche Informationen finden Sie im Katalog "Verstellgetriebemotoren".

5.1 EigenschaftenViele Bewegungsablufe erfordern Antriebe mit verstellbarer Drehzahl in kleinem Ver-stellbereich ohne besondere Anforderungen an die Drehzahlkonstanz, z. B. Transport-bnder, Rhrer, Mischer usw. Hier wird mit Hilfe von Verstellgetrieben lediglich dieDrehzahl der einzelnen Maschinen auf einen gnstigen Wert eingestellt.Die mechanischen Verstellgetriebe werden oft mit einem nachgeschalteten Unterset-zungsgetriebe kombiniert. Angetrieben werden die Verstellgetriebe durch Drehstrom-kurzschlusslufermotoren.

Verbreitete Verstellgetriebe

Sehr verbreitet sind: Reibradverstellgetriebe mit eingeschrnktem Stellbereich bis ca. 1 : 5. Breitkeilriemenverstellgetriebe mit eingeschrnktem Stellbereich bis ca. 1 : 8.Die Stellbereiche knnen durch Einsatz polumschaltbarer Motoren (z. B. 4/8-polig) ver-grert werden.

Regelbarkeit, Verstellzeit

Durch relativ lange Verstellzeiten, je nach Stellbereich 20 ... 40 s, ist eine Regelung mitdiesen mechanischen Verstellgetrieben sehr trge. Deshalb werden diese Antriebe nurals Stellantriebe eingesetzt.

04083AXXBild 17: Reibrad-Verstellgetriebemotor VARIMOT mit Flachgetriebe und Breitkeilriemen-Ver-

stellgetriebemotor VARIBLOC mit Kegelradgetriebe



5.2 Auslegung des VerstellgetriebemotorsUm die Verstellantriebe dimensionieren zu knnen, mssen neben der bentigten Leis-tung und dem Drehzahlstellbereich die Umgebungstemperatur, die Aufstellhhe und dieBetriebsart bekannt sein. Im folgenden Bild sind die Abtriebsleistung Pa, der Wirkungs-grad und der Schlupf s in Abhngigkeit der bersetzung i dargestellt.

Dimensionie-rungskriterien

Da mechanische Verstellgetriebe nicht nur Drehzahl-, sondern auch Drehmomentwand-ler sind, mssen sie nach verschiedenen Kriterien dimensioniert werden:

nach konstantem Drehmoment nach konstanter Leistung nach konstantem Drehmoment und konstanter Leistung (jeweils in Teildrehzahl-

bereichen)

Die obige Grafik zeigt den Verlauf von Pa, s und entsprechend den Messungen an be-lasteten Verstellgetrieben. Das Diagramm zeigt einen engen Zusammenhang zwischenWirkungsgrad und Schlupf zur eingestellten bersetzung. Aus mechanischen Grnden,wie maximale Reibung zwischen Riemen (Reibscheibe) und maximaler Umfangsge-schwindigkeit sowie geschwindigkeitsabhngigen Reibwerten, gibt es hier keine linea-ren Zusammenhnge. Um ein Verstellgetriebe optimal einsetzen zu knnen, ist dahereine differenzierte Betrachtung der Einsatzflle notwendig.

00633BXXBild 18: Kennwerte der Verstellgetriebe

Pa = Leistung = Wirkungsgrad

s = Schlupf i0 = bersetzung des Verstellgetriebes

0 1 2 3000

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0.3 i0

S[%]

0.9 Pa

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bersetzung

na0 = Abtriebsdrehzahl ohne Belastung ne0 = Antriebsdrehzahl ohne Belastung



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Auslegung fr konstantes Drehmoment

Die meisten Antriebsflle bentigen im Verstellbereich ein weitgehend konstantes Ab-triebsdrehmoment. Hierfr ausgelegte Verstellantriebe knnen mit einem Drehmomentbelastet werden, das sich aus folgender Formel errechnen lsst:

Bei dieser Auslegung bzw. Betriebsart wird das nachgeschaltete Untersetzungsgetriebeim gesamten Stellbereich gleichmig belastet. Die volle Auslastung des Verstellgetrie-bes wird nur bei maximaler Drehzahl erreicht. Bei niedrigen Drehzahlen ist die erforder-liche Leistung kleiner als die zulssige Leistung. Mit der folgenden Gleichung wird diekleinste Leistung bei niedrigster Drehzahl des Verstellbereiches berechnet:

Die folgende Grafik zeigt Drehmoment und Leistung in Abhngigkeit von der Drehzahl:

Abtriebs-drehmoment

Ma = Abtriebsdrehmoment [Nm]Pamax = Maximale Abtriebsleistung [kW]namax = Maximale Abtriebsdrehzahl [min1]

Abtriebsleistung

Pamin = Minimale Abtriebsleistung [kW]R = Drehzahlstellbereich

00634CXXBild 19: Kennwerte der Verstellgetriebe bei konstantem Drehmoment

Pa max (n) = Maximale Leistung laut VersuchDefinitionsmoment Ma = Grenzmoment Ma max des Untersetzungsgetriebes

0 00 0

na min na minna max na maxna na

M

MaM = const.a

Pa

Pa min

Pa max

P (n)a max



Auslegung fr konstante Leistung

Die Abtriebsleistung Pa kann innerhalb des gesamten Verstellbereiches abgenommenund mit folgender Formel berechnet werden:

Das Verstellgetriebe wird nur bei der niedrigsten Abtriebsdrehzahl ausgelastet. Dasnachgeschaltete Untersetzungsgetriebe muss zur bertragung der dabei entstehendenDrehmomente geeignet sein. Diese Drehmomente knnen um 200 - 600 % hher liegenals bei der Auslegung fr konstantes Drehmoment (siehe Kennlinien).

Abtriebsleistung

00635BXXBild 20: Kennwerte der Verstellgetriebe bei konstanter Leistung

Pa max (n) = Maximale Leistung laut VersuchDefinitionsmoment Ma = Grenzmoment Ma max des Untersetzungsgetriebes

0 00 0

na min na minna max na maxna na

Pa

P = P = const.a a min

Ma

Ma min

Ma max

P (n)a maxMa max

Ma



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Auslegung fr konstante Leistung und konstantes Drehmoment

Bei dieser Belastung wird das Verstellgetriebe optimal ausgelastet. Das Untersetzungs-getriebe ist so auszulegen, dass die maximal auftretenden Abtriebsmomente bertra-gen werden knnen. Im Bereich na ... namax bleibt die Leistung konstant. Im Bereichnamin ... na bleibt das Drehmoment konstant.Will man den verfgbaren Verstellbereich des Verstellgetriebes nicht voll nutzen, ist eszweckmig, wegen des Wirkungsgrades den zu nutzenden Drehzahlbereich bei denhheren Drehzahlen anzusiedeln. Im oberen Drehzahlbereich ist der Schlupf des Ver-stellgetriebes am geringsten und die bertragbare Leistung am grten.

00636BXXBild 21: Kennwerte der Verstellgetriebe bei konstantem Drehmoment und konstanter Leistung

Pa max (n) = Maximale Leistung laut VersuchDefinitionsmoment Ma = Grenzmoment Ma max des UntersetzungsgetriebesM (t) = zulssiger Drehmomentverlauf

Abtriebsleistung



Betriebsfaktoren Fr die Auswahl der Verstellgetriebe anhand von Auswahltabellen gelten folgende Be-triebsfaktoren: fB = Betriebsfaktor fr Belastungsart (siehe folgende Tabelle) fT = Betriebsfaktor fr den Einfluss der Umgebungstemperatur (siehe folgende Gra-

fik)Der Gesamtbetriebsfaktor ergibt sich aus fB x fT.

berlastungs-schutz

Der vorhandene Motorschutz, gleichgltig welcher Art, schtzt nicht die nachfolgendenGetriebe.

Elektronischer berlastungs-schutz

Um bei mechanischen Verstellgetrieben nachfolgende Getriebestufen gegen berlas-tung zu schtzen, kann eine elektronische berwachung eingesetzt werden. Bei demelektronischen berlastungsschutz werden Motorleistung und Abtriebsdrehzahl desVerstellgetriebes gemessen. Bei konstantem Drehmoment ndert sich die Leistung li-near mit der Drehzahl, d. h. bei abnehmender Drehzahl muss sich ebenfalls die Motor-leistung verringern. Ist dies nicht der Fall, liegt eine berlastung vor und der Antrieb wirdabgeschaltet. Dieser berlastschutz eignet sich nicht als Blockierschutz.Dagegen sind berlastbegrenzende Kupplungen auch als Blockierschutz geeignet.

Belastungsart fB Erluterungen BeispieleI 1,0 gleichfrmiger, stofreier Betrieb Lfter, leichte Transportbnder, Abfll-

maschinenII 1,25 ungleichfrmiger Betrieb mit mittleren

StenLastaufzge, Auswuchtmaschinen, Kranfahrwerke

III 1,5 stark ungleichfrmiger Betrieb mit hef-tigen Sten

schwere Mischer, Rollgnge, Stanzen, Steinbrecher

00637BXXBild 22: Betriebsfaktoren fT



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Projektierungs-hinweise

Die Auslegung von Verstellgetrieben ist, wie beschrieben, von verschiedenen Parame-tern abhngig. Nachfolgend in tabellarischer Form die wichtigsten Projektierungshin-weise zu VARIBLOC und VARIMOT.

Kriterium VARIBLOC (Riemengetriebe) VARIMOT (Reibscheibe)Leistungsbereich 0,25 ... 45 kW 0,25 ... 11 kWStellbereich 1:3, 1:4, 1:5, 1:6, 1:7, 1:8 je nach Polzahl des

Antriebsmotors und der eintreibenden Leis-tung.

1:4, 1:5 je nach Polzahl des Antriebsmotors und der eintreibenden Leistung.

Verstellung im Still-stand

Verstellung im Stillstand ist nicht zulssig, da die Riemenspannung nur bei laufendem Antrieb automatisch nachgestellt wird.

Verstellung im Stillstand ist mglich, sollte jedoch betriebsmig nicht zu hufig ange-wendet werden.

Belastungsart Geeignet auch fr wechselnde Belastung (Ste durch Materialzufuhr etc.), Dmpfung durch den Riemen.

Geeignet nur fr gleichfrmige Belastung (z. B. Frderbnder), bei Belastungssten kann die Reibscheibe durchrutschen und dadurch die Oberflche beschdigt werden.

Ex-Schutz Zur Definition vom Explosionsschutz fr mechanische Verstellgetriebe, siehe "Praxis der Antriebstechnik Explosionsgeschtzte Antriebe". Alle Treibriemen sind elektrisch leit-fhig und verhindern eine statische Aufladung durch drehende Teile. Zur berwachung der Minimaldrehzahl werden Istwertgeber mit Auswertung und Abschaltung bei Unterschrei-ten der Minimaldrehzahl eingesetzt. In explo-sionsgefhrdeter Umgebung vorzugsweise Umrichterantriebe einsetzen.

Zur Definition vom Explosionsschutz fr mechanische Verstellgetriebe, siehe "Praxis der Antriebstechnik Explosionsgeschtzte Antriebe". Der Reibring ist elektrisch leitfhig und verhindert eine statische Aufladung durch drehende Teile. Zur berwachung der Mini-maldrehzahl werden Istwertgeber mit Auswer-tung und Abschaltung bei Unterschreiten der Minimaldrehzahl eingesetzt. In explosionsge-fhrdeter Umgebung vorzugsweise Umrichter-antriebe einsetzen.

Verschlei Der Riemen ist ein Verschleiteil, das nach ca. 6000 h unter Bemessungslast gewechselt werden muss. Bei geringerer Belastung ergibt sich eine erheblich lngere Lebensdauer.

Verschleiarm, konkrete Angaben ber Wech-selintervalle nicht mglich.

Verstellmglichkeiten Handrad oder Kettenrad, elektrische oder hydraulische Fernverstellung.

Handrad, elektrische Fernverstellung.

Anzeigegerte Analoge oder digitale Anzeigegerte, analoge Anzeige mit Sonderskala ist blich.

Analoge oder digitale Anzeigegerte, analoge Anzeige mit Sonderskala ist blich, Stellungs-anzeige am Gehuse.


Getriebe

6 Getriebe

6.1 Standardgetriebe fr GetriebemotorenAusfhrliche Informationen zu SEW-Getrieben finden Sie in den Katalogen "Getriebe", "Getriebemotoren" und "Planetengetriebemotoren".

04094AXXBild 23: SEW-Getriebemotoren

Stirnradgetriebemotor RKegelradgetriebemotor KPlanetengetriebemotor P

Flachgetriebemotor FSchneckengetriebemotor SSpiroplan-Getriebemtor W


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Eigenschaften Der SEW-Getriebemotor besteht aus einem der vorgenannten Elektromotoren mit ei-nem Untersetzungsgetriebe und bildet eine konstruktive Einheit. Kriterien fr die Aus-wahl der geeigneten Getriebeart sind unter anderem Platzverhltnisse, Befestigungs-mglichkeiten und Verbindung mit der Arbeitsmaschine. Es stehen Stirnradgetriebe,Flachgetriebe, Kegelradgetriebe in normaler und spielreduzierter Ausfhrung, sowieSchneckengetriebe, Spiroplan-Getriebe, Planetengetriebe und spielarme Planetenge-triebe zur Auswahl.

Stirnradgetriebe mit verlngerter Lagernabe

Eine Besonderheit stellt das Stirnradgetriebe mit einer verlngerten Lagernabe dar. Eswird mit RM bezeichnet und hauptschlich fr Rhrwerksanwendungen eingesetzt. RM-Getriebe sind fr besonders hohe Quer- und Axialkrfte sowie Biegemomente ausge-legt. Die brigen Daten entsprechen den Standard-Stirnradgetrieben.

Doppelgetriebe Fr besonders niedrige Abtriebsdrehzahlen lassen sich auch Doppelgetriebe durch an-triebsseitigen Anbau eines passenden Stirnradgetriebes im Baukastensystem erzeu-gen.

Abtriebsdreh-zahl, Abtriebs-drehmoment

Die Getriebegre richtet sich nach dem Abtriebsdrehmoment. Dieses Abtriebsdrehmo-ment Ma errechnet sich aus der Motorbemessungsleistung PN und der Getriebe-abtriebsdrehzahl na.

Bestimmung des Getriebemotors

Die im Katalog angebotenen SEW-Getriebemotoren werden entweder durch die abge-gebene Leistung oder das abgegebene Drehmoment bei gegebener Abtriebsdrehzahlbeschrieben. Ein weiterer Parameter ist dabei der Betriebsfaktor.

PN = Bemessungsleistung des Motors [kW]na = Abtreibsdrehzahl des Getreibes [min 1] = Getriebewirkungsgrad


Getriebe

Getriebe-wirkungsgradVerluste Typische Verluste in Untersetzungsgetrieben sind Reibungsverluste am Zahneingriff, in

den Lagern und an den Wellendichtringen sowie Planschverluste der ltauchschmie-rung. Erhhte Verluste treten bei Schnecken- und Spiroplan-Getrieben auf.Je grer die eintreibende Drehzahl des Getriebes ist, desto grer werden auch dieVerluste.

Verzahnungs-wirkungsgrad

Bei Stirnrad-, Flach-, Kegelrad- und Planetengetrieben liegt der Verzahnungswirkungs-grad je Getriebestufe bei 97 % bis 98 %. Bei Schnecken- und Spiroplan-Getrieben liegtder Verzahnungs-Wirkungsgrad je nach Ausfhrung zwischen 30 % und 90 %. Wh-rend der Einlaufphase kann der Wirkungsgrad bei Schnecken- und Spiroplan-Getrie-ben noch bis zu 15 % geringer sein. Liegt der Wirkungsgrad unter 50 %, ist das Getriebestatisch selbsthemmend. Solche Antriebe drfen nur dann eingesetzt werden, wenn kei-ne rcktreibenden Drehmomente auftreten oder diese so gering sind, dass das Getriebenicht beschdigt werden kann.

Planschverluste Bei bestimmten Bauformen taucht die erste Getriebestufe voll in den Schmierstoff ein.Bei greren Getrieben und hoher Umfangsgeschwindigkeit der eintreibenden Seiteentstehen Planschverluste in einer Grenordnung, die nicht vernachlssigt werdenkann.

Planschverluste gering halten

Verwenden Sie nach Mglichkeit fr die Kegelradgetriebe, Flachgetriebe, Stirnradge-triebe und Schneckengetriebe die Grundbauform M1, um die entstehenden Planschver-luste gering zu halten.

Zulssige anbau-bare mechani-sche Leistung

Je nach Einsatzbedingungen (Aufstellungsort, Einschaltdauer, Umgebungstemperaturusw.) mssen Getriebe mit kritischer Bauform und hoher Eintriebsdrehzahl auf ihre zu-lssige anbaubare mechanische Leistung hin geprft werden. In diesen Fllen bitteRcksprache mit SEW halten.


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6.2 Dimensionierung von Standardgetrieben mit BetriebsfaktorDie Getriebe sind fr gleichfrmige Belastung und wenige Einschaltungen ausgelegt.Bei Abweichungen von diesen Bedingungen ist es notwendig, das errechnete theoreti-sche Abtriebsdrehmoment oder die Abtriebsleistung mit einem Betriebsfaktor zu multi-plizieren. Dieser Betriebsfaktor wird wesentlich durch die Schalthufigkeit, den Massen-beschleunigungsfaktor und die tgliche Betriebszeit bestimmt. In erster Nherung kn-nen die folgenden Diagramme ausgenutzt werden. Hhere Betriebsfaktoren ergeben sich bei anwendungsspezifischen Besonderheitendurch entsprechende Erfahrungswerte. Mit dem daraus errechneten Abtriebsdrehmo-ment kann das Getriebe festgelegt werden. Das zulssige Getriebeabtriebsdrehmo-ment muss grer oder gleich dem errechneten sein.

00656CXXBild 24: Notwendiger Betriebsfaktor fB fr R-, F-, K-, W-, S-Getriebe

04793AXXBild 25: Notwendiger Betriebsfaktor fB fr P-Getriebe

tB = Laufzeit in Stunden/Tag [h/d]c/h = Schaltungen pro StundeZu den Schaltungen zhlen alle Anlauf- und Bremsvorgnge sowie Umschaltungen von niedrigen auf hohe Drehzahlen und umgekehrt.

0 200 400 600 800 1200 14001000

24 16 8tB [h/d]

0.80.9

1.01.1

1.21.31.4

1.51.6

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c/h

fB

I

II

III


Getriebe

Stograd I gleichfrmig, zulssiger Massenbeschleunigungsfaktor 0,2II ungleichfrmig, zulssiger Massenbeschleunigungsfaktor 3III stark ungleichfrmig, zulssiger Massenbeschleunigungsfaktor 10

Beispiel Stograd I bei 200 Schaltungen/Stunde und Laufzeit 24h/Tag ergibt fB = 1,35.

BetriebsfaktorfB > 1,8 Bei einigen Applikationen knnen jedoch auch Betriebsfaktoren > 1,8 auftreten. Diese

werden z. B. durch Massenbeschleunigungsfaktoren > 10, durch groes Spiel in denbertragungselementen der Arbeitsmaschine oder durch groe auftretende Querkrftehervorgerufen. In solchen Fllen bitte Rckfrage bei SEW.

Bestimmung des Stograds

Die Stograde I bis III werden anhand der ungnstigsten Werte der Massentrgheits-momente, sowohl extern als auch auf der Motorseite, gewhlt. Es kann zwischen denKurven I bis III interpoliert werden.

SEW-Betriebs-faktor

Im SEW-Katalog wird zu jedem Getriebemotor der Betriebsfaktor angegeben. Der Be-triebsfaktor stellt das Verhltnis der Getriebebemessungsleistung zur Motorbemes-sungsleistung dar. Die Bestimmung von Betriebsfaktoren ist nicht genormt. Deshalbsind die Angaben ber Betriebsfaktoren herstellerabhngig und nicht vergleichbar.

fa = MassenbeschleunigungsfaktorJX = alle externen MassentrgheitsmomenteJM = Massentrgheitsmoment auf der Motorseite


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Zusatzbetriebs-faktoren fr Schnecken-getriebe

Bei Schneckengetrieben muss zustzlich noch der Einfluss der Umgebungstemperaturund der Einschaltdauer bei der Getriebefestlegung bercksichtigt werden. Das folgendeBild zeigt die zustzlichen Betriebsfaktoren fr Schneckengetriebe.

Bei Temperaturen < 20 C bitte Rckfrage bei SEW.

Gesamtbetriebs-faktor fr Schne-ckengetriebe

Der Gesamtbetriebsfaktor fBT fr Schneckengetriebe errechnet sich dann zu:

00657DXXBild 26: Zusatzbetriebsfaktoren fB1 und fB2 fr Schneckengetriebe

fB2

-20 0-10 200 4010 6020 8030 100 % ED40 C

fB1 I

II

III

1.0 0.6

1.2 0.8

1.4 1.0

1.6

1.8

ED = EinschaltdauertB = Belastungszeit in min/h

fB = Betriebsfaktor aus Grafik "Notwendiger Betriebsfaktor fB"fB1 = Betriebsfaktor aus UmgebungstemperaturfB2 = Betriebsfaktor fr Kurzzeitbetrieb


Getriebe

6.3 Getriebe fr ServoantriebeServogetriebemotoren bestehen aus synchronen oder asynchronen Servomotoren inVerbindung mit: Standardgetrieben: Stirnradgetriebe R, Flachgetriebe F, Kegelradgetriebe K, Schne-

ckengetriebe S spielreduzierten Getrieben: Stirnradgetriebe R, Flachgetriebe F, Kegelradgetriebe K spielarmen Planetengetrieben PS.Weitere Informationen finden Sie im Katalog "Servogetriebemotoren".

SpielarmePlaneten-getriebemotoren

Spielarme Planetengetriebemotoren Baureihe PSFDie Baureihe PSF wird in den Getriebegren 211/212 bis 901/902 angeboten. Siezeichnet sich durch einen B5-Quadratflansch mit Abtriebsvollwelle aus.

Spielarme Planetengetriebemotoren Baureihe PSBDie Baureihe PSB wird in den Getriebegren 311/312 bis 611/612 angeboten. Diespezifische Abtriebsflanschwelle entspricht der Norm EN ISO 9409. Diese Norm be-handelt die Anforderungen an Industrieroboter. Die Baureihe PSB kommt verstrktin Industrieanwendungen zum Einsatz, bei denen hohe Querkrfte und hohe Kipp-steifigkeiten verlangt werden.

Spielarme Planetengetriebemotoren Baureihe PSEDie Baureihe PSE wird in den Getriebegren 211/212 bis 611/612 angeboten. Siezeichnet sich durch einen runden B14-Flansch mit Abtriebsvollwelle aus. Die PSE-Getriebebaureihe unterscheidet sich von der bestehenden PSF-Baureihe durch einekostengnstigere Konstruktion. Die technischen Daten wie Verdrehspiel, Drehmo-ment und Untersetzungen sind mit denen der PSF/PSB-Getriebe vergleichbar.

Angaben zur Dimensionierung

Fr die Dimensionierung von Servogetriebemotoren werden folgende Angaben ben-tigt:

Abtriebsdrehmoment Mamax Abtriebsdrehzahl namax Querkraft / Axialkraft FRa / FAa Verdrehwinkel < 1, 3, 5, 6, 10, > 10 Bauform M1 ... M6 Umgebungstemperatur U Genaues Belastungsspiel, d. h. Angabe aller erforderlichen Drehmomente und

Aktionszeiten und der zu beschleunigenden und abzubremsenden externen Mas-sentrgheitsmomente.


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Getriebespiel N und R

PS.-Getriebe werden wahlweise mit Getriebespiel N (normal) oder R (reduziert) ausge-fhrt:

Verdrehwinkel < 1 auf Anfrage

Motorabsttzung Werden groe Motoren an PS.-Getriebe angebaut, so ist eine Motorabsttzung ab fol-genden Massenverhltnissen erforderlich:PS. einstufig: mM / mPS. > 4PS. zweistufig: mM / mPS. > 2,5Weitere Projektierungshinweise zu PS.-Getrieben finden Sie in den Katalogen "Spielar-me Planetengetriebe" und "Servogetriebemotoren".

Spielreduzierte Servogetriebe-motoren R/F/K

Spielreduzierte Kegelrad-, Flach- und Stirnradgetriebemotoren mit synchronen oderasynchronen Servomotoren ergnzen im Drehmomentbereich vonMamax = 200 ... 3000 Nm das Programm der spielarmen Planetengetriebemotoren miteinem eingeschrnkten Verdrehspiel.Die spielreduzierten Ausfhrungen gibt es fr die Getriebegren: R37 ... R97 F37 ... F87 K37 ... K87

Projektierung Die Anschlussabmessungen und Untersetzungsbereiche sind mit denen der Nor-malausfhrungen identisch.Die Verdrehspiele werden in Abhngigkeit der Getriebegre in den entsprechendenKatalogen angegeben.

Getriebe N RPS. 211 ... 901 < 6 < 3PS. 212 ... 902 < 10 < 5


Getriebe

6.4 Querkrfte, AxialkrfteZustzliche Kriterien fr die Wahl der Getriebegre sind zu erwartende Quer- und Axi-alkrfte. Bestimmend fr die zulssigen Querkrfte sind die Wellenfestigkeit und die La-gertragfhigkeit. Die im Katalog angegebenen, maximal zulssigen Werte beziehensich immer auf Kraftangriffspunkt Wellenendmitte bei ungnstiger Kraftangriffsrichtung.

Kraftangriffs-punkt

Bei auermittigem Kraftangriffspunkt ergeben sich grere oder kleinere zulssigeQuerkrfte. Je nher zum Wellenbund die Kraft angreift, desto hher knnen die zuls-sigen Querkrfte angesetzt werden und umgekehrt. Die Formeln fr auermittigenKraftangriff knnen Sie dem Katalog "Getriebemotoren", Kapitel "Projektierung Getrie-be", entnehmen. Die Gre der zulssigen Axialkraft kann nur bei bekannter Querkraft-belastung exakt ermittelt werden.Die Querkraft am Wellenende bei bertragung des Abtriebsdrehmomentes mittels Ket-tenrad oder Zahnrad ergibt sich aus Abtriebsdrehmoment und Ketten- oder Zahnradra-dius.

Querkraft-ermittlung

Bei der Querkraftermittlung muss mit Zuschlagsfaktoren fZ gerechnet werden. Diesesind abhngig von den eingesetzten bertragungsmitteln Zahnrder, Ketten, Keil-,Flach- oder Zahnriemen. Bei Riemenscheiben kommt der Einfluss der Riemenvorspan-nung hinzu. Die mit dem Zuschlagfaktor errechneten Querkrfte drfen nicht grersein als die fr das Getriebe zulssige Querkraft.

F = Querkraft [N]M = Abtriebsdrehmoment [Nm]r = Radius [m]

bertragungselement Zuschlagsfaktor fZ BemerkungenDirektantrieb 1,0 Zahnrder 1,0 17 ZhneZahnrder 1,15 < 17 ZhneKettenrder 1,0 20 ZhneKettenrder 1,25 < 20 ZhneSchmalkeilriemen 1,75 Einfluss der VorspannkraftFlachriemen 2,50 Einfluss der VorspannkraftZahnriemen 1,50 Einfluss der VorspannkraftZahnstange 1,15 < 17 Zhne (Ritzel)


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Definition des Kraftangriffes

Der Kraftangriff wird gem dem folgenden Bild definiert:

FR = Querkraft [N]Md = Abtriebsdrehmoment [Nm]d0 = mittlerer Durchmesser [mm]fZ = Zuschlagsfaktor

02355CXXBild 27: Definition des Kraftangriffs

FX = zulssige Querkraft an der Stelle X [N]FA = zulssige Axialkraft [N]

0 0

x

FX

FA

- +


Formeln der Antriebstechnik

7 Formeln der Antriebstechnik

7.1 GrundbewegungenAlle Anwendungen lassen sich in zwei Grundbewegungen einteilen:

Kinematische Zusammenhnge

Fr geradlinige oder lineare Bewegung gilt:

lineare Bewegung (Fahrantrieb, Hubantrieb) Kreisbewegung (Drehtisch)Weg s [m] Winkelweg [rad] oder []

rad ist das Bogenma imEinheitskreis und ist ohneEinheit [rad] = 1360 6,28 rad

Geschwindigkeit v [m/s] Winkelgeschwindigkeit [rad/s] oder [1/s]Drehzahl n [min1]

= 2 nBeschleunigung a [m/s2] Winkelbeschleunigung [rad/s2] oder [1/s2]Kraft F [N] Drehmoment M [Nm]Masse m [kg] Massentrgheitsmoment J [kgm2]

RadiusDurchmesser

r [m]D [m]

v = konst. a = konst.Weg

Geschwindigkeit

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Fr Kreisbewegungen gilt:

Umrechnung Linear / Kreisbe-wegung

Da ein Getriebemotor unabhngig von der Anwendung immer eine Kreisbewegung alsBasis hat, muss lineare Bewegung in eine Kreisbewegung umgerechnet werden undumgekehrt.

= konst. = konst.Weg

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Zeit

Winkel

Geschwindigkeit

Beschleunigung



7.2 MassentrgheitsmomenteReduktion exter-ner Massentrg-heitsmomente

Um das Anlauf- und Bremsverhalten eines Antriebes berechnen zu knnen, mssenalle zu beschleunigenden Massentrgheitsmomente auf die Motorwelle bezogen undaddiert werden. Alle bersetzungsverhltnisse gehen dabei gem Energieerhaltungs-satz im Quadrat ein.

Daraus ergibt sich fr eine Kreisbewegung als Anwendung:

Ebenso kann auch eine linear bewegte Masse m auf die Motorwelle reduziert werden:

externesMassentrg-heitsmoment

JL = Massentrgheitsmoment der LastJX = externes Massentrgheitsmoment auf Motorwelle reduziertiT = Gesamtbersetzung

Kreisbewegung

n = Drehzahl nach Gesamtbersetzung (Vorgelege und Getriebe)nM = Motordrehzahl

Linearbewegung



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RotierendeKrper

Massentrgheitsmomente charakteristischer rotierender KrperKrper Lage der Drehachse Symbol Massentrgheitsmoment J

Kreisring, dnnHohlzylinder, dnnwandig

senkrecht zur Ringebene

Vollzylinder Lngsachse

Hohlzylinder, dickwandig Lngsachse

Kreisscheibe senkrecht zur Scheibenebene

Kreisscheibe Symmetrieachse in der Scheibenebene

Kugel durch den Mittelpunkt

Kugel, dnnwandig durch den Mittelpunkt

Stab, dnn, mit Lnge l senkrecht zur Stabmitte

AS

a

SteinerscherSatz

JS = Massentrgheitsmoment eines Krpers, bezogen auf eine durch den Schwerpunkt S gehende Drehachse

JA = Massentrgheitsmoment des gleichen Krpers, bezogen auf eine Drehachse durch Aa = Abstand beider parallel zueinander verlaufenden Achsenm = Masse des Krpers



7.3 Statische oder dynamische LeistungDie Gesamtleistung jeder Anwendung unterteilt sich in statische und dynamische Leis-tung. Die statische Leistung ist die Leistung bei konstanter Geschwindigkeit. Dies sindin erster Linie Reibungskrfte und Gravitationskrfte. Im Gegenzug dazu ist die dynami-sche Leistung die Leistung, die zum Beschleunigen und Verzgern bentigt wird. BeideLeistungsanteile haben bei unterschiedlichen Anwendungen unterschiedliche Auswir-kungen.

Horizontal / Vertikal

Dieser Zusammenh

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