Scheibenläufermotor defekt, was nun?

Der Scheibenläufermotor nach dem Prinzip des „Barlow’schen Rades“ war in den 70er Jahren der Motor in der Automatisierungstechnik schlechthin. Bild: Mattke
Ein Artikel über Scheibenläufermotoren? In Manchem mag das nostalgische Gefühle wecken, denn in den 1970ern waren diese Motoren der Antrieb der Automatisierungstechnik schlechthin. Heute gibt es zahlreiche Alternativen, die mit Scheibenläufermotoren konkurrieren oder ihnen längst den Rang abgelaufen haben. Aber so nostalgisch ist das Thema gar nicht. Noch heute arbeiten Scheibenläufermotoren in etlichen Anlagen. Doch der Zahn der Zeit nagt auch an ihnen. Was also tun, wenn Ersatz gefragt ist?

Die Vorteile von Scheibenläufermotoren sind auch heute noch überzeugend: Die Antriebsart baut zum Beispiel sehr flach, weil der Kommutator die Form einer Scheibe hat, auf der die stromdurchflossenen Wicklungen angebracht sind. Man spricht deshalb auch vom Flundermotor. Durch das Fehlen eines Eisenkerns ist das Trägheitsmoment gering, was für viele Anwendungen vorteilhaft ist. Die Kohlenbürsten überstreichen außerdem auf der Scheibe gleichzeitig mehrere Leiter. Das führt zu hervorragenden Rundlaufeigenschaften. Dass beim Scheibenläufermotor Spannung und Drehzahl sowie Strom und Drehmoment direkt proportional zueinander sind, vereinfacht die Regelung. Aber es gibt auch einen entscheidenden Nachteil: Im Stillstand stehen die Kohlebürsten auf einem Punkt. Der gesamte Strom fließt dann in diese Stelle, erhitzt die Kupferbahnen und hebt sie ab. Wenn ein Antrieb aus dem Stillstand ein hohes Drehmoment entwickeln oder ohne zusätzliche Bremse eine Last halten soll, ist das ungünstig. Gleichzeitig hat sich der ganze Motoren-Markt in den letzten Jahrzehnten natürlich deutlich weiterentwickelt, sodass für vielen Anwendungen nun gute Alternativen zum Scheibenläufermotor existieren. Aber ist ein Tausch immer die richtige Lösung, wenn ein Scheibenläufermotor seinen Dienst quittiert?

Scheibenläufer reparieren

Klaus Bütow, Vorstand der Mattke AG: „Wir unterstützen sowohl bei der Reparatur von Scheibenläuferantrieben als auch beim Retrofit von Anlagen. Dazu haben wir verschiedene bürstenlose Servoantriebe samt Reglern im Produktprogramm, die einen 1:1 Tausch möglich machen.“ Bild: Mattke
Klaus Bütow, Vorstand der Mattke AG: „Wir unterstützen sowohl bei der Reparatur von Scheibenläuferantrieben als auch beim Retrofit von Anlagen. Dazu haben wir verschiedene bürstenlose Servoantriebe samt Reglern im Produktprogramm, die einen 1:1 Tausch möglich machen.“

Wenn Scheibenläufermotoren nicht in die beschriebenen Überlastsituationen kommen, laufen sie oft über Jahre reibungslos. Die Lebensdauer begrenzende Größe sind meist die Lager, die über die Zeit verschleißen. Funktioniert der Rest der Anlage aber nach wie vor zuverlässig, kann eine Reparatur des Antriebs sinnvoll sein. Die Freiburger Mattke AG hat dazu bereits vor Jahren einen Reparaturservice installiert, um in solchen Fällen weiterhelfen zu können. Klaus Bütow, Vorstand des Unternehmens, erklärt: „Um einen Scheibenläufer reparieren zu können braucht es Know-how und das nötige Werkzeug, zum Beispiel mit dem wir die Lager ein- und auspressen, sowie den Motor vor dem Auseinanderbauen ent- und danach wieder magnetisieren können. Reparatur ist zwar nicht unser Kerngeschäft, aber wir bieten das unseren Kunden als Serviceleistung und liegen mit den Aufträgen hier schon im dreistelligen Bereich pro Jahr.“ Sind alle Ersatzteile vorrätig, ist die Reparatur in ein bis zwei Tagen erledigt und die Anlage läuft wieder wie zuvor.

Scheibenläufer durch Scheibenläufer ersetzen

Ist eine Instandsetzung nicht möglich, stellt sich die Frage nach einer Alternative. Muss wieder ein Scheibenläufermotor angeschafft werden? Noch heute gibt es Anwendungen, die auf diese Antriebe angewiesen sind, zum Beispiel, wenn absoluter Gleichlauf gefragt ist. Bürstenlose Motoren neigen zu cogging (Rastmoment). Wird der Antrieb mit einer Sinus-Kommutierung bestromt, ist das zwar kaum wahrnehmbar, aber in Anwendungen wie Schleifen oder Ziehen von feinen Glasröhren oder Siliziumstäben, sowie in der Mess- und Regeltechnik im Labor ist das unter Umständen problematisch. Hier kommt man oft nicht um die Anschaffung eines neuen Scheibenläufermotors herum.

Das Problem hierbei: Weil der Antrieb viel seltener angefragt wird, sind die Produktionsstückzahlen in den vergangenen Jahren deutlich zurück gegangen und die Preise entsprechend gestiegen. Wo man also nicht zwingend auf einen Scheibenläufer angewiesen ist, kann daher ein adäquater Ersatz sinnvoll sein:

Scheibenläufer durch bürstenlose Servomotoren ersetzen

Die MCxx-BL-Reihe ist aus mechanischer Sicht baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren. Bild: Mattke
Die MCxx-BL-Reihe ist aus mechanischer Sicht baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren.

In manchen Fällen wird der Ausfall eines bewährten Antriebs zum Anlass für den Retrofit einer Anlage. Auch hier haben die Freiburger Experten für Elektronik und Mechanik mit ihrer langjährigen Erfahrung eine pfiffige Lösung entwickelt. In ihrem Produktsortiment bieten sie bürstenlose Servomotoren als Ersatz für Scheibenläufer. Der Clou der MC17BL, MC19BL und MC23BL Antriebe: Sie sind baugleich mit herkömmlichen Scheibenläufermotoren, haben eine identische flache Bauform, die gleiche Wellenlänge, denselben Wellendurchmesser und stimmen an Zentrierbund sowie an der Befestigungsbohrung mit den Vorgängern überein. Sie können damit 1:1 als Ersatz von Scheibenläufermotoren von Parvex, Axem, Servalco, ABB oder BBC dienen, ohne dass Anwender mechanische Veränderungen an der Maschine vornehmen müssen.

Die permanentmagneterregten Synchronmotoren MC17-BL, MC19-BL und MC23-BL. Bild: Mattke
Die permanentmagneterregten Synchronmotoren MC17-BL, MC19-BL und MC23-BL.

Die permanentmagneterregten Synchronmotoren der MCxx-BL-Reihe überzeugen dank hochwertiger Materialien durch ein sehr hohes Drehmoment-zu-Volumenverhältnis, und haben eine exzellente dynamische Leistung mit hoher Maximaldrehzahl von bis zu 5.000 Umdrehungen pro Minute. Standardmäßig sind die Antriebe mit Resolver ausgestattet, können auf Wunsch aber auch mit Inkremental- oder Absolutwertgeber geliefert werden. Die Seltenen Erden Magnete halten auch hohen Temperaturen stand. Die Antriebe werden in achtpoliger Ausführung mit Sinuskommutierung und integriertem Thermoschutz geliefert. Drehbar abgewinkelte Stecker erleichtern den Einbau ebenso wie das kompakte Design.

Weil die neue Antriebsart auf eine andere Kommutierungstechnik setzt, wird für die bürstenlosen Servomotoren allerdings auch ein entsprechender Servoregler benötigt. Mattke bietet dazu digitale Servoregler mit idealen Soft- und Hardwareeigenschaften. In die Regler sind analoge und digitale Ein- und Ausgänge, verschiedene Geberinterfaces, CAN-Bus und USB-Schnittstelle etc. integriert. Bütow erklärt: „Damit sind die neuen Zuleitungen, die die alternative Antriebsart benötigt, die wesentliche Herausforderung bei der Umrüstung. Und ob ich in diesem Zusammenhang überhaupt von einer Herausforderung reden sollte, ist fraglich. Den Platz für die neuen Leitungen findet man eigentlich fast immer.“ Weil die Kosten für Scheibenläufermotoren mittlerweile so hoch sind, kommt man mit der Kombination aus bürstenlosem Servomotor und zugehörigem Servoregler dennoch deutlich billiger weg. Zum Vergleich, während ein Scheibenläufermotor mit einer Nennleistung von 570 Watt schon mal 3.000 Euro oder auch mehr kostet, liegt eine adäquate Servo-Alternative bei rund der Hälfte davon. Natürlich sind diese Kosten immer abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.

Dank Retrofit bereit für Industrie 4.0

„Eine kommunikative Anbindung ist für einen Antrieb generell nichts Neues“ ergänzt Bütow. „Immer schon musste ein Antrieb mit dem Rest der Anlage irgendwie kommunizieren. Aber ein direkter Zugriff auf alle Betriebs- und Diagnosedaten des Antriebs, wie ihn heute viele Anwendungen fordern, war bei den guten alten Scheibenläufermotoren natürlich noch nicht integriert.“ Dank der neuen Scheibenläufer-Ersatzmotoren und der Servoantriebe von Mattke ist die Maschine nicht nur innerhalb kürzester Zeit auf die neueste Antriebstechnik umgerüstet, sondern auch auf den neuesten Stand der Kommunikationstechnik. Alle üblichen Kommunikationsbusse werden unterstützt. Insgesamt wird also nicht nur der Tausch des Antriebs zu geringeren Kosten ermöglicht, sondern Retrofit macht Anlagen auch fit für Industrie 4.0.

Über Mattke
Die Mattke AG ist ein mittelständisches Unternehmen, das seit seiner Gründung im Jahre 1965 in Freiburg im Breisgau dem Standort Baden und Deutschland verbunden ist. Elektronik und Mechanik aus einer Hand lautet das Motto, das das Unternehmen seit über 50 Jahren zum Erfolg führt und weltweit für zufriedene Kunden sorgt. Fast alle Automatisierungsaufgaben, von der einfachen Drehzahlregelung bis hin zur hochpräzisen Positionierung mit Linearantrieben lassen sich mit dem Lieferprogramm lösen, das eines der umfangreichsten in der Industrie ist. Die Spezialität der Freiburger Antriebsspezialisten sind innovative Projekte, die Hand in Hand mit dem Kunden entstehen. Sonderanfertigungen und Änderungen bestehender Systeme gehören dabei zum Alltag. Was nicht standardmäßig verfügbar ist, wird auf Wunsch von Mechanikern, Elektronik- oder Softwareingenieuren im Hause entwickelt oder kann aus dem Partnerprogramm bereitgestellt werden. Wo Standardkomponenten nicht mehr ausreichen, werden Sonderlösungen angeboten, vom Steuerungs- und Schaltschrankbau bis hin zum Vorrichtungs-, Apparate- und Sondermaschinenbau.

Alle Bilder: Mattke

Nora Crocoll

Studium Technische Redaktion, Praxis in der Elektronik-Industrie. Diplomarbeit in der Softwareentwicklung (XML-basierte Arbeitsumgebung für Redaktionsleitfaden). Seit 2005 als Autorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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