Ein Schwenkantrieb mit 400V-Getriebemotor ist eine robuste Lösung für Dreh-, Schwenk- und Positionieraufgaben im Maschinen- und Vorrichtungsbau. Durch die Kombination aus Getriebemotor und hoch untersetztem Schwenkantrieb lassen sich hohe Ausgangsdrehmomente und sehr niedrige Drehgeschwindigkeiten auf vergleichsweise kompakter Baugröße realisieren.

Wird zusätzlich ein Frequenzumrichter eingesetzt, können Drehzahl, Drehrichtung sowie Beschleunigungs- und Bremsrampen eingestellt werden. Encoder, Absolutwertgeber und SPS ermöglichen darüber hinaus definierte Positionen und automatische Bewegungsabläufe.

Wie ist ein 400-V-Schwenkantrieb-System aufgebaut?

Bei industriellen Anwendungen besteht der Antriebsstrang typischerweise aus mehreren aufeinander abgestimmten Komponenten:

Je nach Anwendung kommen weitere Komponenten hinzu:

• Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung
• Motorhaltebremse
• Endschalter
• Encoder oder Absolutwertgeber
• SPS-Steuerung
• Bedienbox oder HMI
• Gegenlager bzw. zusätzliche Drehverbindung
• Schnittstelle zu einer übergeordneten Maschinensteuerung

ATH Technik bietet entsprechende 400-V-Schwenkantrieb-Komplettsysteme projektbezogen mit Getriebemotor und optionaler Steuerung an.

Warum wird zusätzlich ein Getriebemotor eingesetzt?

Ein normaler 400-V-Asynchronmotor besitzt häufig eine Drehzahl von deutlich über 1.000 U/min. Eine industrielle Drehvorrichtung soll sich dagegen oftmals nur mit einem Bruchteil einer Umdrehung pro Minute oder wenigen Umdrehungen pro Minute bewegen.

Der Schwenkantrieb besitzt bereits eine hohe interne Übersetzung. Trotzdem kann eine zusätzliche Getriebestufe sinnvoll sein, um die gewünschte Ausgangsdrehzahl zu erreichen und gleichzeitig das erforderliche Antriebsmoment bereitzustellen.

Hier kommen beispielsweise folgende Getriebemotoren infrage:

• Helical gearmotors
• Flachgetriebemotoren
• Helical-bevel gearmotors
• Kegelstirnradgetriebemotoren

Eine Übersicht geeigneter elektrischer Antriebe finden Sie auch unter Elektromotoren und Getriebemotoren .

Gesamtübersetzung und Ausgangsdrehzahl berechnen

Für die Drehzahl am Ausgang des Schwenkantriebes müssen die Übersetzung des Getriebemotors und die Übersetzung des Schwenkantriebes miteinander multipliziert werden.

Beispiel einer Drehzahlberechnung

Angenommen wird ein Motor mit einer Nenndrehzahl von ungefähr 1.450 U/min.

Der vorgeschaltete Getriebemotor besitzt eine Übersetzung von:

i = 30

Der Schwenkantrieb besitzt zusätzlich:

i = 85

Die Last würde sich damit bei Nennfrequenz ungefähr mit 0,57 U/min drehen.

Über einen Frequenzumrichter kann diese Geschwindigkeit innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen zusätzlich verändert werden.

Was macht der Frequenzumrichter?

Ein Frequenzumrichter verändert Frequenz und Spannung der Motorversorgung und ermöglicht dadurch eine geregelte Ansteuerung des Drehstrommotors.

Bei einer Dreh- oder Wendevorrichtung kann der Frequenzumrichter unter anderem folgende Aufgaben übernehmen:

• Drehzahl einstellen
• Drehrichtung ändern
• sanft beschleunigen
• kontrolliert verzögern
• unterschiedliche Einricht- und Arbeitsgeschwindigkeiten verwenden
• Motorströme und Betriebszustände überwachen

Damit kann eine schwere Vorrichtung wesentlich kontrollierter bewegt werden als bei einem einfachen direkten Ein- und Ausschalten des Motors.

Kann die Drehzahl beliebig reduziert werden?

Nicht unbegrenzt. Zwar lässt sich die Motordrehzahl über den Frequenzumrichter deutlich verändern, für sehr große Drehzahlreduzierungen sollte jedoch nicht allein der Frequenzumrichter verwendet werden.

Die mechanische Übersetzung sollte bereits so gewählt werden, dass der Motor im normalen Arbeitsbereich betrieben werden kann.

Das hat mehrere Gründe:

• Motorkühlung kann bei sehr niedriger Drehzahl schlechter werden.
• Das verfügbare Motormoment hängt von Motor und Regelverfahren ab.
• Eine ungünstige Auslegung kann zu unnötig hohen Motorströmen führen.
• Getriebe und Schwenkantrieb müssen das erforderliche Lastmoment übertragen können.

Der Frequenzumrichter sollte daher primär zur Regelung und Feinabstimmung der Geschwindigkeit dienen. Die grundlegende Drehzahlreduzierung erfolgt über Getriebemotor und Schwenkantrieb.

Frequenzumrichter oder SPS – was übernimmt welche Aufgabe?

Frequenzumrichter und SPS werden häufig gemeinsam eingesetzt, erfüllen aber unterschiedliche Funktionen.

Bei einer einfachen Anwendung kann deshalb ein Frequenzumrichter mit Vor-/Rück-Bedienung ausreichen. Für wiederkehrende Bewegungsabläufe oder mehrere definierte Positionen wird häufig zusätzlich eine SPS eingesetzt.

Wie lassen sich 0°, 90° und 180° automatisch anfahren?

Soll die Vorrichtung bestimmte Winkelpositionen anfahren, benötigt die Steuerung eine Rückmeldung über die aktuelle Stellung.

Dafür kommen beispielsweise infrage:

• Endschalter für einfache Endlagen
• Inkrementalencoder
• Singleturn-Absolutwertgeber
• Multiturn-Absolutwertgeber

Mit einem Absolute encoder kann die Winkelposition eindeutig erfasst und an eine geeignete Steuerung übertragen werden.

Damit lassen sich beispielsweise Bewegungsfolgen wie 0° → 90° → 180° → 0° automatisieren.

Wann wird eine Haltebremse benötigt?

Eine wichtige Frage bei jeder Dreh- und Schwenkvorrichtung ist, was mit der Last passiert, wenn der Motor abgeschaltet wird oder die Versorgung ausfällt.

Insbesondere bei außermittigen Lasten kann dauerhaft ein Moment auf den Antrieb wirken.

Je nach Gefährdungsbeurteilung und Anwendung können deshalb zusätzliche Maßnahmen erforderlich sein:

• Federkraft- bzw. Motorhaltebremse
• mechanische Verriegelung
• separate Haltevorrichtung
• geeignetes Sicherheitskonzept

Welcher Getriebemotor ist sinnvoll?

Welche Bauform sinnvoll ist, hängt nicht nur von der Übersetzung ab. Einbauraum, Motorlage, erforderliches Drehmoment, Wartungszugang und Bauteilaufnahme sollten ebenfalls berücksichtigt werden.

Wann ist ein Servomotor die bessere Lösung?

Nicht jede elektrische Schwenkachse benötigt einen Servomotor. Für viele langsam laufende Montage-, Prüf- oder Wendevorrichtungen ist ein 400-V-Asynchron-Getriebemotor mit Frequenzumrichter wirtschaftlich und technisch ausreichend.

Ein Servoantrieb wird interessanter, wenn beispielsweise:

• sehr hohe Positioniergenauigkeit erforderlich ist,
• häufig wechselnde Positionen angefahren werden,
• hohe Dynamik gefordert wird,
• definierte Bewegungsprofile notwendig sind,
• Drehzahl und Position sehr genau geregelt werden müssen.

Für einfache langsame Positionieraufgaben kann dagegen ein 400-V-Getriebemotor + Frequenzumrichter + Absolutwertgeber eine wirtschaftlich interessante Alternative darstellen.

Typical applications

400-V-Schwenkantrieb-Systeme eignen sich besonders für stationäre industrielle Anwendungen.

• Montagevorrichtungen
• Wendevorrichtungen
• Schweißpositionierer
• Test benches
• Drehachsen im Maschinenbau
• Werkstückpositionierer
• Bearbeitungsvorrichtungen
• Sondermaschinen

Für kleinere oder mobile Anwendungen kann alternativ ein 24-V-Schwenkantrieb-Komplettsystem geeignet sein.

Welche Angaben werden für die Auslegung benötigt?

Für eine erste Systemauslegung sollten insbesondere folgende Daten vorliegen:

• Gewicht der Last
• Lage des Schwerpunktes
• Abstand des Schwerpunktes zur Drehachse
• gewünschte Ausgangsdrehzahl
• Drehwinkel oder kontinuierliche Rotation
• Einschaltdauer und Anzahl der Zyklen
• gewünschte Positioniergenauigkeit
• zusätzliche Prozesskräfte
• Einbausituation und verfügbarer Bauraum
• gewünschte Steuerungsfunktionen

Eine allgemeine Übersicht der benötigten Daten finden Sie auch unter Properly sizing a slewing drive: 9 essential specifications .

Schwenkantrieb und 400-V-Getriebemotor online vorauslegen

Für eine erste technische Vorauswahl können Schwenkantrieb, Ausgangsdrehzahl und elektrische Motorisierung über den ATH Schwenkantrieb-Konfigurator zusammengestellt werden.

Die abschließende Auslegung sollte anschließend anhand des tatsächlichen Lastfalls erfolgen. Insbesondere Lastmoment, Kippmoment, Betriebsdauer, Sicherheitsanforderungen und Einbausituation müssen projektbezogen geprüft werden.