Durch die Kompaktheit eines in sich abgeschlossenen Antriebssystems fanden Elektrozylinder allgemein weitere Verbreitung. Die Linearbewegung wird überwiegend durch Kugelgewindetriebe erzeugt, für hohe Leistungsanforderungen auch durch Planetenrollengewindetriebe. In Verbindung mit elektronischer Servo-Antriebstechnologie sind so dynamische und präzise Bewegungsvorgänge möglich. In herkömmlichen Elektrozylindern werden die Gewindetriebe typischerweise mit Fett geschmiert. Bauartbedingt tritt zwischen der Gewindespindel-Geometrie und der drehenden Dichtung der Mutter ein geringer Schmierstoffverlust auf. Nachlassende Schmierfähigkeit und der Ausgleich des Schmierstoffverlustes erfordern dann ein Nachschmieren. Abhilfe schafft die Ölbadschmierung von SEW-Eurodrive. Kompakter Aufbau Der Elektrozylinder CMS63 besteht aus einer Lineareinheit mit Servo-Antriebsmotor, in dessen Rotor Teile der Lineareinheit integriert sind. Anders als bei bestehenden Lösungen, bei der die Lineareinheit über Adapter und Kupplung mit dem Motor verbunden ist, weist diese Entwicklung eine kompakte Bauweise auf. Das Ölbad in der Lineareinheit wird durch zwei Dichtsysteme – nach außen begrenzt. Hierbei kommen robuste und bewährte Dichtsysteme Kolbenstangen- und Rotationsdichtung aus der Hydraulik – zum Einsatz. Dadurch entfallen Abdichtungen an den Einzelkomponenten (Spindelmutter, Lager, Führungen) im Innern. Das spart Bauraum und reduziert im Gesamtsystem Reibung. Effiziente Schmierung Das Ölbad hat einen günstigen Einfluss auf die Lebensdauer der Spindelmutter, Lager und Führungen. Durch einen höheren Anteil von Flüssigkeitsreibung tritt insgesamt weniger Reibung auf. Die Reibungsquellen werden optimal mit Schmierstoff versorgt. Die Folge ist eine geringere Erwärmung der Bauteile. Durch die schnelle Wärmeabfuhr aus der Kontaktzone beider Reibpartner sowie die Wärmeabfuhr aus den Bauteilen im Motorinnern zu den äußeren, wärmeabgebenden Gehäuseteilen wird die Gesamtoberfläche des Motors optimal genutzt. In der Warmlaufphase erwärmen sich die Bauteile gleichmäßig. Zudem verkürzt sich die Warmlaufphase. Dadurch werden ein thermisch stabiler Betriebszustand und somit Prozesssicherheit schneller erreicht. Aus dem Stillstand laufen die Teile leichter an, und es tritt kein Slip-Stick-Effekt (Ruckgleiten) auf. Weil bei der Kugelumlaufspindel keine Abdichtungen an der Spindelmutter notwendig sind, gelangt das Öl in die Spindelmutter zu den Kugeln und wird mittransportiert. Laufbahnen und besonders die Umlenksysteme in den Kugelrückführkanälen profitieren durch die Ölströmung. Optimale Schmierbedingungen reduzieren bereits die Geräuschentstehung und den damit verbundenen Verschleiß. Gleichzeitig dämpft das Öl Bauteilschwingungen und deren Ausbreitung. Die Kugelumlaufspindel arbeitet dadurch leise und ruhig. Bei maximaler Drehzahl und einer Beschleunigungsrampe von 0,01s (ohne Last) ergibt sich ein Schalldruck <60dB(A). Zum Vergleich: Normale Unterhaltung zwischen Menschen liegt im Bereich von 40 bis 60dB(A). Beim Planetenrollengewindetrieb kann sich bauartbedingt im Innern der Planetenrollengewindemutter nur eine relativ geringe Schmierfettmenge als Schmierfilm auf der Oberfläche der Wälzkörper sammeln. Das Öl umspült ständig die Wälzkörper und verhindert latenten Schmierstoffmangel. Planetenrollen arbeiten mit hohem Mischreibungsanteil, da keine Trennung der Reibpartner durch Schmierstoff vorhanden ist. Die Ölschmierung verringert den Mischreibungsanteil und die niedrigeren Oberflächentemperaturen der Reibpartner steigern die Lebensdauererwartung. Wärmefluss im Motor Die abgegebene Dauerleistung als Produkt aus Vorschubkraft und Vorschubgeschwindigkeit wird allgemein durch die thermischen Grenzen des elektrischen Antriebsmotors und/oder die thermischen Grenzen der Lineareinheit (Werkstoffe, Dauerschmierfähigkeit des Schmierstoffs) limitiert. Mit Ölbadschmierung wird die Leistung nur durch die thermische Belastbarkeit des elektrischen Antriebsmotors festgelegt. Das Ölbad verstärkt durch seine Wärmeleitung den Temperaturausgleich zwischen den Wärmequellen und den wärmeableitenden Bauteilen innerhalb des Gesamtmotors. Die bauraumbezogene Leistung steigt, oder der Antrieb arbeitet bei tieferen Temperaturen, wodurch die Schmierfähigkeit des Schmierstoffs gewinnt. Dadurch ergeben sich im Betriebsverhalten Unterschiede zwischen fett- und ölbadgeschmierten Elektrozylindern. Wenn sich der CMS63 im thermisch stabilen Nennbetriebszustand befindet, erkennt man auf einem Wärmebild (Bild 2), dass sich am elektrischen Antriebsmotor die höchste Temperatur einstellt, während die Lineareinheit die Wärme homogen weiterleitet und über die gesamte Oberfläche an die Umgebung abgibt. Das Diagramm (Bild 3) zeigt charakteristische thermische Grenzkennlinien von fett- und ölgeschmierten Elektrozylindern CMS63 bei konstanter zulässiger Betriebstemperatur des Gesamtantriebs. Die Kennlinie veranschaulicht, dass beim ölgeschmierten Antrieb mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit auch höhere Kräfte als bei fettgeschmierten Zylindern abgenommen werden können. Zusätzlich hat der Elektrozylinder standardmäßig ein wasserkühlbares Lagerschild, das zentral angeordnet zwischen der Lineareinheit und dem elektrischen Motor Wärme abführen kann. Abhängig vom Betriebszustand lässt sich die Nennleistung bis zu 25% weiter steigern. Geringer Wartungsaufwand Die Eigenschaften des Schmierkonzepts ermöglichen eine Lebensdauerschmierung (in Standardanwendungsfällen). Es gibt also praktisch keinen Wartungsaufwand für Ölwechsel. Allgemein profitieren Service und Wartung von der Ölbadschmierung. So werden Anlagenstillstände infolge notwendiger Wartung oder gar durch Ausfälle vermieden. Auch der Einsatz in schwer zugänglichen Anwendungen ist möglich. Das vorgestellte Konzept trägt dazu bei, die Umwelt zu schonen. Durch die kleinere notwendige Schmierstoffbevorratung und das geringe Altschmierstoffaufkommen reduzieren sich die Schmierstoff- und Entsorgungskosten. Zur höheren Gesamtzuverlässigkeit des Antriebs trägt auch bei, dass die sonst üblichen Wartungsrisiken vermieden werden: Dazu zählen beispielsweise die Überwachung des korrekten Schmierintervalls, der richtige Schmierstoff und die korrekte Schmierstoffmenge sowie ein möglicher Eintrag von Fremdstoffen in die zu schmierenden Lagerstellen beim Nachschmieren. Schutzart und Dichtheit Der Elektrozylinder CMS63 hat keine Entlüftungsbohrungen und ist deshalb hermetisch dicht. Hochwertige, zuverlässige Dichtsysteme verhindern negative Einflüsse von außen. Somit wird die für Elektrozylinder hohe Schutzart IP65 erreicht. Die Kolbenstangendichtung ist dauerhaft leckagefrei. Der feine Schmierfilm an der Kolbenstangenoberfläche wird durch die Rückförderwirkung der Dichtkantengeometrie stabil gehalten; es gibt keinen Ölverlust. Der Antrieb eignet sich für erhöhte Anforderungen an die Hygiene sowie an den Schutz vor Staub und Feuchtigkeit bei rauem Betrieb. In Kombination mit der randschichtgehärteten, verchromten Kolbenstange erreicht der Antrieb in verschiedenen Einsatzbereichen vergleichbare Eigenschaften wie die robusten Hydraulikzylinder. Der Elektrozylinder CMS63 ist in den Hublängen 100, 200, 400 und 600mm lieferbar. Das Spindel-Abstützungskonzept ermöglicht in Verbindung mit der Ölbadschmierung hohe Vorschubgeschwindigkeiten, auch bei großen Hüben. SEW-Eurodrive wird dieses Baukonzept auf weitere Baugrößen ausdehnen. SPS/IPC/Drives:
SEW EURODRIVE GmbH & Co. KG
