Onderhoudsvrije aandrijving verhoogt de output en de kwaliteit van veel machines

Direct drive motoren bieden veel voordelen voor machinebouwer en eindgebruiker

Interview met Maarten Kok, productmanager Direct Drive Technology
Direct drive motoren zijn vandaag de dag praktisch standaard in high-end machines, waar snelle bewegingen en hoge nauwkeurigheden gevraagd zijn. Voor veel andere toepassingen, bijvoorbeeld grafische- en verpakkingsmachines, maar ook maritieme en offshore applicaties, bieden de direct aangedreven motoren eveneens voordelen. Niet alleen voor de machinebouwer, maar vooral voor de eindgebruiker.

Direct drive motoren, torque motoren en permanent magneet motoren. Drie verschillende benamingen voor eigenlijk hetzelfde aandrijfconcept. De elektromagneten op de stator zetten direct de rotor in beweging. De elektrische spanning en stroom regelen deze beweging heel precies. Een klassieke tandwielkast of reductor is niet nodig. “Eigenlijk is een direct drive motor een omgekeerde dynamo. De officiële benaming die HEIDENHAIN hanteert, is overigens Frameless Permanent Magneet Synchroon (FPMS) motor.”, zegt Maarten Kok, productmanager Direct Drive Technology bij HEIDENHAIN NEDERLAND.

Breder toegepast dan enkel in high-end machines
De toepassingen van deze aandrijftechnologie zijn legio, ook buiten de high-end machine-industrie. Denk aan de snel opkomende elektrisch aangedreven stadsbussen. Of CT-scanners en andere medische apparatuur. “De medische industrie kiest voor direct drive technologie omdat er geen getande riemen nodig zijn. Deze veroorzaken stof en dat wil je in de operatiekamer vermijden”, zegt Maarten Kok. Als derde voorbeeld wijst hij op de radarsystemen, zoals je die op vliegvelden en schepen ziet. “Deze draaien continu met dezelfde snelheid, ongeacht hoe hard het waait.”

Nauwkeurig regelbaar
Deze voorbeelden illustreren enkele belangrijke voordelen van dit type motoren. Direct drive motoren zijn heel nauwkeurig te regelen; halen als het nodig is hoge snelheden; zijn heel betrouwbaar en vragen nauwelijks onderhoud. Dit laatste is te danken aan het ontbreken van tandwielen of aandrijfriemen. “Dat maakt direct drive motoren aantrekkelijk voor machinebouwers, bijvoorbeeld in de grafische- en verpakkingsindustrie”, aldus de productmanager Direct Drive Technology. Onderhoudsvrij is niet alleen voor de machinebouwer belangrijk; voor de eindgebruiker net zo. Maarten Kok: “Er is geen smering nodig, wat op zichzelf al een voordeel kan zijn. En omdat deze motoren geen onderhoud vragen, zijn machines meer uren beschikbaar.”

Ook andere toepassingen van een conventionele servo drive vergen tandwielen, riemen of reductors.

Hogere output, minder vibraties
Elke direct drive motor bestaat uit een rotor, een stator én een encoder die de informatie over de snelheid en de positie aan de besturing terugkoppelt. Deze componenten zorgen samen voor de soepele, gelijkmatige, trillingvrije en eventueel zeer dynamische bewegingen van de direct drive motor. Maarten Kok legt uit waarom deze motoren trillingvrij lopen: “De magneten in een klassieke servomotor blijven altijd zoeken naar de negatieve en positieve pool, wat een trilling veroorzaakt. Bij torquemotoren onderbreekt de besturing de voeding van de elektromagneten. Dit type motor kan echt zo goed als stilstaan.” Omdat deze motoren direct de as van de machine aandrijven, ontstaan er geen trillingen bij hoge snelheden of hoge krachten. In de praktijk gebruiken machinebouwers dit voordeel om de machines sneller te laten draaien. “De machine levert dus een hogere output”, aldus Maarten Kok. En omdat de direct drive motoren nauwkeurig gepositioneerd kunnen worden, kan men bijvoorbeeld bij een bedrukkingsmachine voor verpakkingen direct exact de tweede of volgende kleur aanbrengen. Direct drive motoren zijn bovendien compacter; machinebouwers kunnen hiermee ruimte besparen.

In een conventionele draaitafel moeten de roterende krachten altijd met een wormwiel worden overgebracht.

Uniek: motor, besturing en encoder ontwikkeld in eigen huis
HEIDENHAIN is al lang actief in de wereld van de direct drive motoren. Oorspronkelijk als leverancier van besturingen en encoders die de positie bepalen, levert HEIDENHAIN tegenwoordig complete systeemoplossingen. Het Zwitserse ETEL, fabrikant van direct drive motoren, maakt namelijk deel uit van de HEIDENHAIN groep. Dat geeft de onderneming een unieke positie. “Wij zijn de enige fabrikant die alle componenten inclusief de motor, besturing en encoder in eigen huis ontwikkelt en produceert”, legt Maarten Kok uit. De R&D medewerkers van ETEL in Zwitserland werken intensief samen met de engineers en softwareontwikkelaars van moederbedrijf HEIDENHAIN. Maarten Kok: “Omdat we als één team samenwerken, kunnen we de motoren, de encoders en de besturing perfect op elkaar afstemmen. Voor onze klanten in de machinebouw betekent dit dat ze op één plek een complete systeemoplossing vinden.”

Zeer soepel en krachtig
Dankzij de unieke, in eigen huis ontwikkelde technologie, draaien de ETEL motoren heel soepel. ETEL slaagt er namelijk in om de overgang van de ene naar de andere pool,‘cogging’, zo soepel te laten lopen dat dit niet merkbaar is in de aandrijving. De HEIDENHAIN dochter bouwt zeer krachtige direct drive motoren. Direct drive motoren staan erom bekend zowel hoge krachten als hoge snelheden aan te kunnen. “Dit is een groot voordeel van direct drive systemen”, aldus Maarten Kok. De meest krachtige motor haalt een piektorque van 21kN. De meest snelle motor haalt een toerental van 5000 RPM. “Conventionele aandrijfconcepten hebben altijd concessies nodig. Direct drive systemen niet: ze combineren hoge snelheden met een hoog koppel.” Daardoor is er voor elke applicatie een passende oplossing te vinden. Adviseren over het juiste type en de meest geschikte encoder en besturing is wel belangrijk voor een succesvolle integratie van deze aandrijftechnologie.

Specifieke koeling torque motoren Een laatste punt waarop de direct drive motoren van ETEL zich onderscheiden, is de koeling. Koeling is belangrijk voor dit type motor. Vaak gebeurt dit met water. Omdat machinebouwers vaak bang zijn voor lekkages, heeft ETEL een gesloten koeling ontwikkeld. De koeling loopt door de mantel om de stator en rotor. “Lekkages zijn uitgesloten”, zegt Maarten Kok.

Extra informatie met betrekking tot het direct drive motoren kunt u vinden op de product pagina.

ETEL is een onderdeel van HEIDENHAIN.