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Zwischenflansch verbindet Motoren und Getriebe
- Bild 1: Der NEMA-Zwischenflansch ermöglicht eine exakte Montage.
August 2006
Flexible Lösungen mit Standard-Komponenten
Anwendungen, in denen kleine Antriebe für Bewegungen sorgen, sind sehr breit gefächert. So bedienen Antriebe beispielsweise in Produktions- und Forschungsanlagen für chemische oder pharmazeutische Produkte Regelventile, verrichten in Medizin- und Laborgeräten besonders geräuscharm und sehr zuverlässig ihren Dienst oder sorgen in Druckmaschinen für den richtigen Anpressdruck der Walze.
So unterschiedlich die Anwendungen sind, eins haben sie alle gemeinsam: Viele kleine Antriebe wie bürstenlose EC-Motoren arbeiten mit hohen Drehzahlen und kleinen Drehmomenten, um die gewünschten Leistungen zu bringen. Erst die Verbindung mit einem passenden Getriebe sorgt für die richtige Abstimmung des Antriebs. Für jede Anwendung ein exakt abgestimmtes Getriebe zu entwickeln bedeutet jedoch immense Entwicklungs- und auch Lagerkosten. Lassen sich dagegen Standardkomponenten sinnvoll kombinieren, kann damit ein ebenso gutes Ergebnis erreicht werden. Klar ist dabei auch: Je breiter die Getriebeauswahl, umso besser harmoniert die Abstimmung im Einzelfall.
Ein Problem bei der Verbindung von Antrieben und Getrieben war bislang jedoch, dass viele auf dem Markt erhältlichen Komponenten nicht kompatibel sind. Für die auch in Europa bei kleineren Antrieben gebräuchlichen Motoren mit NEMA-Geometrie gibt es nun eine Lösung: Die NEMA-Schnittstelle am Antrieb erlaubt mit der vom Antriebsspezialist ZEITLAUF entwickelten Lösung eine schnelle, passgenaue und exakt zentrierte Montage unterschiedlichster Getriebe und Motoren. Dazu verbindet ein spezieller Flansch die Norm-Schnittstelle der NEMA-Geometrie mit den individuellen Montageaufnahmen einer breiten Getriebepalette.
Die Zahl der zur Verfügung stehenden Getriebevariationen erhöht sich so enorm. Der Antriebsspezialist entwickelte für seine Getriebepalette eine spezielle NEMA-Schnittstelle, besonders um Schrittmotoranwendern eine breitere Getriebeauswahl bieten zu können. Mit der Methode lassen sich die Getriebe einfach montieren und ihre Bauform stellt die zentrische Kopplung sicher. Das ermöglicht sogar die Endkonfiguration des Antriebes vor Ort durch den Kunden. Im Problemfall können Motor oder Getriebe relativ einfach ausgetauscht werden. Mit einem auf die NEMA-Geometrie abgestimmten Zwischenflansch und einem Klemmritzel lassen sich alle Standardgetriebe des Herstellers schnell und sicher an Motoren mit NEMA-Schnittstelle anbauen.
- 2a) NEMA 17 mit Produktmöglichkeiten
- 2b) NEMA 23 mit Produktmöglichkeiten
- 2c) NEMA 34 mit Produktmöglichkeiten
Bild 2a, b, c: Neben den unterschiedlichen Getriebeausführungen erlaubt das Baukastensystem mit über 174 Varianten auch innerhalb der einzelnen Getriebetypen eine feinfühlige Abstufung der Untersetzung.
Preiswerte und flexible Übersetzungsvielfalt
Der neue Zwischen- bzw. Koppelflansch übernimmt die mechanische Verbindung von (Schritt-)Motor und Gehäuse der Performax-, Noiseless- und Focus-Planetengetriebe. Auch die Flatline- und Compactline-Stirnradgetriebe können so schnell an einen Antrieb gekoppelt werden. Die Kraftübertragung von der Motorwelle in das Getriebe übernehmen schräg verzahnte Kupplungsritzel. Ungeschlitzte Klemmhülsen vermeiden dabei Winkelfehler bei der Ritzelmontage (Bild 1). Den Kraftschluss selbst stellt ein Klemmring sicher, der über eine Schraube vorgespannt wird und die Klemmhülse fest mit der Motorwelle verpresst. Die so konfigurierten Getriebe stehen in Leistung und Lebensdauer den bisherigen diskreten Getriebe-Motor-Lösungen in nichts nach, die Standard-Lebensdauer der Getriebe beträgt über 5.000 Stunden.
Die neue Lösung ist für die NEMA-Nenngrößen 17, 23 und 34 verfügbar. Somit deckt sie einen weiten Bereich der Kleinantriebe ab. Je nach NEMA-Ausführung und gewähltem Getriebetyp lassen sich Abtriebsdrehmomente von 0,5 bis 30 Nm realisieren. Neben den unterschiedlichen Getriebeausführungen erlaubt das Baukastensystem mit über 174 Varianten auch innerhalb der einzelnen Getriebetypen eine feinfühlige Abstufung der Untersetzung (Bild 2a, b, c). Vielfalt und Lebensdauer gestatten den Einsatz der Getriebe in so unterschiedlichen Bereichen wie Apparate- und Maschinenbau, Türantriebs- oder Medizintechnik. So können dank des Flansches in zahlreichen Anwendungen Standardkomponenten eingesetzt werden; der entwicklungs- und lagerintensive Einsatz von speziell angepassten Lösungen wird dadurch in vielen Bereichen überflüssig, ein deutlicher Kostenvorteil.
Praxisbeispiele
Bei Druckmaschinen, die unterschiedliche Papierstärken verarbeiten, muss die Einstellung der Druckwalze den jeweiligen Papierdicken angepasst werden. Für ein optimales Druckbild ist ein definierter Andruck der Walze auf die Papierbahn Voraussetzung. Hochleistungsdruckmaschinen sind heute Dauerläufer und Ausfälle von Komponenten im Druckvorgang damit sehr teuer, denn gedruckt wird zeitnah kurz vor der Auslieferung. Um flexibel auf unterschiedliche Papierstärken automatisch reagieren zu können, entwickelte Zeitlauf als Systempartner einen kompakten Antrieb zum Nachregeln der Druckwalze.
Ein Standardschrittmotor der Baugröße 42 wird über einen NEMA 17-Flansch an ein kundenspezifisches Planetengetriebe mit 50 mm Durchmesser mit einer Untersetzung von 164:1 gekoppelt. Am Getriebeabgang sorgt dann ein Dauerdrehmoment von bis zu 30 Nm für den richtigen Anpressdruck. Das Verdrehflankenspiel der Getriebeeinheit beträgt weniger als 20 arcmin. Das wartungsfreie, dauergeschmierte Getriebe ist mit über 5.000 Stunden Lebensdauer bei 30 Nm Nennbelastung dem Einsatzzweck angepasst. Die Kombination aus Standardmotoren und spezifisch ausgelegtem Getriebe über den NEMA-Flansch erlaubt einerseits eine kostengünstige Fertigung und andererseits eine flexible Anbindung. Dank der Standardkomponenten, die einzeln austauschbar sind, sinken die Wartungs- und Lagerkosten.
Ein anderes Beispiel ist die feinfühlige Bedienung von Regelventilen in Produktions- und Forschungsanlagen für chemische oder pharmazeutische Produkte. Gerade bei kleineren Anlagen fehlt oft die Druckluftversorgung, die bei größeren Anlagen Ventile und Klappen antreibt. Als Alternative dazu haben sich daher elektrische Aktuatoren durchgesetzt. Im diesem Fall koppelt ein NEMA-Flansch einen handelsüblichen, hochauflösenden Schrittmotor an ein Planetengetriebe. Das aus ausgesuchten Zahnradpaarungen spielfrei zusammengesetzte zweistufige Noiseless 42-Getriebe erlaubt Dauer-Abtriebsdrehmomente bis zu 7,5 Nm bei weniger als 24 arcmin Flankenspiel. Durch die große Untersetzung in Verbindung mit dem hochauflösenden Schrittmotor sind bis zu 20.000 Regelpositionen bei einem Schwenkwinkel von nur 90° möglich.
- Bild 3: Versprochen ist versprochen: Mit der Keep Word Warranty wird ein unkomplizierter Austausch oder die Reparatur defekter Getriebemotoren zugesichert.
Die exakte Zahnradpaarung ermöglicht ein wiederholgenaues Ansteuern der exakten Schaltpositionen. Die Lebensdauer des Stellantriebes liegt bei 5.000 Stunden. Auch hier kann dank der einfachen Kopplung von Standardschrittmotor mit einem speziell ausgelegten Getriebe eine preiswerte und doch sehr spezifische Auslegung des Antriebs auf die Anwendungsanforderungen realisiert werden.
Der modulare Aufbau ist auch eine wesentliche Voraussetzung für den schnellen 48 Stunden-Lieferservice bei allen Standardausführungen. Als bislang konkurrenzlosen Service bietet ZEITLAUF® die „Keep Word Warranty" (Bild 3). Sollte ein Getriebemotor innerhalb eines Jahres nach dem Kauf ausfallen, wird er bis zu zweimal kostenlos repariert oder durch einen neuen ersetzt. Dies gilt bei einer Liefermenge bis 20 Stück aus dem Standardprogramm Baukasten.
Baukastenkomponenten flexibel kombinieren
Moderne Technik ist heute immer ein Kompromiss zwischen optimaler Abstimmung und preiswerter Herstellung. In der Theorie müsste man für jede Antriebsanwendung eigene, exakt passende Motoren und Getriebe verwenden. Das ist schlicht unbezahlbar. In der Praxis setzt der Konstrukteur daher auf Kompromisse zwischen technischen Erfordernissen und Fertigungskosten. Je größer die Auswahl einzelner Komponenten, umso wahrscheinlicher trifft man genau das Richtige für den gesuchten Einsatzzweck.
Für Kleinantriebe gibt es inzwischen schon eine Vielzahl von Getriebeausführungen. Je nach Auslegungsschwerpunkt sind sie spielarm, laufen sehr leise, vertragen hohe Radiallasten usw. Gleiches gilt für die Antriebsmotoren, auch hier gibt es hochauflösende Schrittmotoren, drehmomentstarke oder besonders laufruhige Ausführungen. Um die oft unterschiedlichen Flanschflächen miteinander zu kombinieren und die Vielfalt der Standardkomponenten aus beiden Bereichen nutzen zu können, bieten sich Zwischenflansche an. So kommt man der theoretischen Forderung nach dem exakt abgestimmten Antrieb für die jeweilige Anwendung schon sehr nahe. Gleichzeitig sinken durch den Einsatz von Standardkomponenten die Herstellungskosten, entfallen Entwicklungskosten und die „Time to market“ sinkt ebenfalls. Die Zwischenflanschlösung bietet daher kostengünstige Hilfe bei der richtigen Antriebsabstimmung.
Text: Dipl.-Chem. Andreas Zeiff und Dipl.-Ing. (FH) Nora Homburg, beide Redaktions Büro Stutensee
