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WENIG SCHWINGEN UND NICHTS VERLIEREN


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antriebstechnik - epaper ⋅ Ausgabe 11/2022 vom 08.11.2022

HOCHTOURIGE DREHSTROMSPEZIALMOTOREN

Artikelbild für den Artikel "WENIG SCHWINGEN UND NICHTS VERLIEREN" aus der Ausgabe 11/2022 von antriebstechnik. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: antriebstechnik, Ausgabe 11/2022

Die grundsätzliche Funktionsweise einer Zentrifuge ist schnell erklärt: Durch starkes Schleudern trennt sie die Bestandteile von Suspensionen und Emulsionen. Benötigt werden solche Geräte sowohl in medizinischen Laboren als auch in der Forschung, zum Beispiel für die Untersuchung von Blutproben sowie Zellkulturen oder in der Mikround Molekularbiologie. Trotz der hohen Geschwindigkeiten dürfen die Antriebe nicht zu heiß werden, um das empfindliche Material nicht zu beschädigen. die hochtourigen Drehstromspezialmotoren von Groschopp eignen sich sehr gut für Anwendungen dieser Art.

Sie haben aber auch zahlreiche Vorteile für den Einsatz in der Textilindustrie. Um das Garn aufzuwickeln, werden die Spindeln von einem Motor angetrieben. In einer Anlage kommen nicht selten mehrere hundert Motoren zum Einsatz. Um hohe Geschwindigkeiten und eine größtmögliche Produktivität ...

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... sowie Wettbewerbsfähigkeit in der Textilproduktion zu erreichen, sind robuste, hochdrehende Antriebslösungen gefragt, die individuellen Anforderungen gerecht werden. „Besonders wichtig ist es, dass bei Anwendungen, die bei 10.000 bis sogar 30.000 Umdrehungen pro Minute liegen, ein vibrationsarmer Betrieb gegeben ist und wenig Verluste entstehen“, weiß Wolf Meyer, Produktmanager bei Groschopp.

KOMPAKT MIT WENIG VERSCHLEISS

Für den Einsatz in Tischzentrifugen sind spezielle hochtourige Induktionsmotoren besonders beliebt, weil sie wesentliche Vorteile bieten: Da die einzigen Verschleißteile die Lager der Welle sind, ist diese Antriebslösung nahezu wartungsfrei. Zudem las-sen sich Induktionsmotoren einfach durch einen Frequenzumrichter regeln. Die Viersener Experten konzipieren und realisieren schon seit Jahren erfolgreich kundenspezifische Motoren, sowohl für größere Standzentrifugen als auch für Tischmodelle mit einer kleinen Stellfläche.

Für Tischzentrifugen mit geringer Stellfläche, müssen die eingesetzten Motoren kompakte Abmessungen aufweisen. Dabei ist vor allem die Gerätehöhe ein kritischer Faktor – schließlich stehen die Zentrifugen oft erhöht auf einem Labortisch, damit sie sich bequem be- und entladen lassen. Für die Bauform der Motoren bei senkrechtem Einbau bedeutet das: besser kurz und mit einem großen Durchmesser als lang und dünn. Diese Bauform hat sich ebenfalls in der Textilindustrie bewährt.

LEISER UND VIBRATIONSARMER BETRIEB

Einige Zentrifugen sind luftgekühlt, andere verfügen über eine aktive Kompressorkühlung. Durch eine individuelle Auslegung der Wicklung, die insbesondere die magnetischen Eigenschaften, den Wirkungsgrad und Leistungsfaktor des Motors sowie Umgebungstemperaturen berücksichtigt, lässt sich zudem nicht nur die Motorerwärmung verringern, sondern auch der Energieverbrauch so niedrig wie möglich halten. „So entstehen effiziente Antriebssysteme, die bei größtmöglicher Leistung möglichst leise arbeiten und wenig Energie verbrauchen“, erklärt Wolf Meyer.

Ein Labor ist keine Produktionshalle. Dementsprechend sollten die Motoren auch möglichst leise laufen. Damit Geräusche besser absorbiert werden, sind die Lagerschilde der Motoren in Grauguss gefertigt, was vor allem in klinischen oder wissenschaftlichen Anwendungen gewünscht ist.

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Zudem wird ein ruhiger und geräuscharmer Betrieb durch eine hohe Masse des Motorgehäuses sowie schwere, massive Lagerflansche erreicht, wodurch nur geringe Eigenschwingungen auftreten. Hierbei spielt auch die Materialverteilung, zum Beispiel die Ausbildung der Flansche, eine große Rolle. Hilfreich ist auch eine geringe Wellendurchbiegung, die durch einen möglichst kleinen Lagerabstand erreicht wird. Einen erhöhten Rundlauf erreichen die Experten durch eine definierte Wuchtgüte. Eine minimierte Restunwucht sorgt dafür, dass der Motor nicht seinerseits das System anregt. Die Ingenieure realisiert auch Lösungen mit elektronisch kommutiertem Motor mit integrierter Platine zur Drehzahl und Unwuchterkennung. Außerdem setzt das Unternehmen in bestimmten Fällen besonders verlustarme Elektrobleche ein. „Je präziser und feiner diese gefertigt werden, desto genauer ist die Ausrichtung des Magnetfelds, das in den Läufer des Induktionsmotors induziert wird“, erklärt Christian Skaletz, Produktmanager bei Groschopp. „Je besser die Richtung der Magnetfelder vorgegeben ist, desto höher sind auch die Wirkung und die zu erreichenden Drehzahlen. Die Verluste fallen geringer aus und weniger Wärme entsteht.“

RICHTIG SCHMIEREN IST WICHTIG

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Motorenfertigung ist der Einsatz qualitativ hochwertiger Fette zur Schmierung der Kugellager. Denn diese sind bei hochdrehenden Induktionsmotoren besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Eine unzureichende Schmierung könnte nicht nur zu einem hohen Geräuschpegel führen, sondern auch Schäden durch Hitze verursachen und damit die Lebensdauer der Komponenten signifikant verkürzen. Deshalb werden die Induktionsmotoren laufend getestet und unter anderen die Auswahl der Fettqualität immer weiter verbessert.

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„Neben der Schmierung wirkt sich auch die Auswahl und die Qualität der Wälzlager direkt auf Lautstärke und Vibrationen aus“, betont Meyer. „Durch auftretende Axial- und Radiallasten ist neben den richtigen Wälzlagern zusätzlich aber auch die entsprechende Vorspannungs-Einstellung sehr wichtig.“ Nicht zuletzt spielt die Gestaltung der Lagersitze (Fest-/Loslager) sowie des Schiebesitzes eine entscheidende Rolle. Wenn dann immer noch Eigenschwingungen auftreten, sind gegebenenfalls zusätzlich noch Sonderlösungen beim Design der Motorwelle erforderlich: „Die Entwicklung solcher Lösungen ist schwierig, oft sind mehrere iterative Schritte notwendig“, erklärt Meyer. „Manche Sonderausführungen der Welle erfordern ebenfalls ein hohes Maß an Erfahrung in der Fertigung.“ Apropos Welle: Je nach Einsatz muss die Konstruktion auch das Material dieser zentralen Komponente anpassen. So realisiert man bei Bedarf auch Wellen aus nicht rostendem Edelstahl.

TESTS IM HAUSEIGENEN LABOR

„Bei allen Maßnahmen ist es wichtig, diese durch Messungen in der Zentrifuge zu verifizieren“, erläutert Meyer. „Nur so lässt sich der Motor in Abhängigkeit von der jeweiligen Zentrifuge optimieren.“ Bei der Messung der Vibrationen ist zum Beispiel nicht nur die Höhe des Ausschlags aussagekräftig, sondern auch bei welcher Frequenz er auftritt. Die Zentrifuge muss im Drehzahlbetriebsbereich ruhig laufen. Zudem sollten die kritischen Resonanzen möglichst weit davon entfernt sein und zügig durchfahren werden. Und auch bezüglich der Lautstärke gibt es einiges zu berücksichtigen: So achtet der Hersteller nicht nur auf den absoluten Wert der auftretenden Schwingungen, sondern zusätzlich auf die Amplitude um den Mittelwert. Um hier beste Ergebnisse zu erzielen, sind gegebenenfalls aufwändige Tests nötig. Da ist es hilfreich, dass die Entwicklungsabteilung direkt im Mutterhaus in Viersen sitzt und über modernste Tools, einen speziell eingerichteten Musterbau sowie ein eigenes Labor verfügt.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Anforderungen von Tischzentrifugen und Textilspindeln sind vielfältig und lassen sich in den seltensten Fällen mit Motoren von der Stange abdecken. Als etablierter Anbieter hochtouriger Drehstromspezialmotoren hat Groschopp laut eigener Aussage das nötige Know-how, um individuelle Antriebskonzepte umzusetzen. „Wir beliefern schon seit vielen Jahren namhafte Hersteller von Tischzentrifugen oder Spindeln mit kundenspezifischen Antriebslösungen“, fasst Meyer zusammen. „Über die Zeit haben wir in diesem Bereich einen großen Erfahrungsschatz gesammelt und arbeiten vertrauensvoll Hand in Hand mit unseren Anwendern.“

Bilder: Innentitel, Bild 03: Groschopp, Bild 01: toeytoey - stock.adobe.com, Bild 02 zhengzaishanchu - stock.adobe.com

DIE IDEE

„Hochtourige Drehstromspezialmotoren für Tischzentrifugen oder Textilspindeln: Dahinter verbirgt sich eine individuelle Auslegung der Wicklung, ein spezifisches Design der Welle, eine besondere Auswahl der Kugellager und deren Schmierung, eine entsprechende Vorspannung, die passende Bauform, ein individuelles Kühlkonzept und vieles mehr. Das alles sind Faktoren, die bei der Planung des Antriebskonzepts berücksichtigt werden müssen und je nach Anwendung variieren können. Für optimale Ergebnisse sind oft aufwändige Tests nötig. Umfassende Erfahrungen durch vielfältige erfolgreich realisierte Projekte und eine entsprechende Beratung durch den Hersteller sind da natürlich von Vorteil.