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Auslegung elektrischer Antriebe

Konstruktive Motorauslegung

Schwingstärke

In Motoren werden konstruktionsbedingt unerwünschte mechanische Schwingungen angeregt. Ursachen für diese Anregungen liegen z. B. in

der Unwucht des Läufers
der Ausführung der Lager
den Rastmomenten das magnetischen Kreises.

Der Motor folgt ja nach Befestigung diesen Anregungen und führt entsprechende Schwingungen oder Vibrationen aus. In Abhängigkeit von der Anwendung sind diese Vibrationen mehr oder weniger tolerierbar. Z. B. wirken sich Vibrationen bei der Bearbeitung von Oberflächen in Werkzeugmaschinen unmittelbar auf die Produktqualität aus und sind dort nicht akzeptierbar.

Um Motoren entsprechend auswählen zu können, werden sie nach ihrer Schwingstärke klassifiziert. Die Schwingstärke beschreibt den Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit. Die Schwinggeschwindigkeit wird an verschiedenen Stellen des Motors in mm/s gemessen. Berücksichtigt wird der maximal auftretende Wert.
Bei der Messung ist der Motor nicht in die Arbeitsmaschine eingebaut. Einflüsse, die sich aus einer ungünstigen Befestigung ergeben, werden damit nicht betrachtet.

Die Schwingstärke wird wie folgt gekennzeichnet:

Schwingstärke	Drehzahl in U/min	Achshöhe
		56 bis 132	132 bis 225	225 bis 400
		Max. zulässiger Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit in mm/s, gemessen bei freier Aufhängung des Motors
N (normal)	600 bis 3.600	1,8	2,8	3,5
R (reduced)	600 bis 1.800	0,71	1,12	1,8
R (reduced)	1.800 bis 3.600	1,12	1,8	2,8
S (special)	600 bis 1.800	0,45	0,71	1,12
S (special)	1.800 bis 3.600	0,71	1,12	1,8

Die Schwingstärke ist damit lediglich bis Drehzahlen von 3.600 U/min definiert. Für höhere Drehzahlen, die bei Servoantrieben durchaus üblich sind, müssen die Angaben des Motorenlieferanten beachtet werden.

Wellenausführung

Die Wellen von Servomotoren werden im allgemeinen mit Passfedernut oder glatt angeboten. Je nach Ausführung des anzukoppelnden Antriebselementes ist die entsprechende Ausführung der Motorwelle zu wählen.

Ausführung der Motorwelle	Verbindungselement	Vorteile	Nachteile
Passfedernut	Passfeder	positionsgenau einfache Montage	ev. Spiel bei Wechsellast geringere Standzeit
glatt	Spannhülse	hohe Drehmomente übertragbar, auch bei Wechsellast	schwierigere Montage nicht positionsgenau beim Austausch

Wellen- und Flanschgenauigkeit

Neben der Schwingstärke des Motors ist eine hohe mechanische Genauigkeit für einen schwingungs- und vibrationsarmen Lauf von Vorteil. Geringe Rund- und Planlauftoleranzen verhindern, dass in Abhängigkeit von der Lage der Motorwelle stark unterschiedliche Lastmomente wirksam sind. Diese Lastmomente bilden beim Lauf des Motors eine drehfrequente Störquelle, die zu unerwünschten Vibrationen führen können. Selbstverständlich gelten die gleichen Anforderungen an das mechanische Maschinenelement, das mit dem Motor gekuppelt wird,

Die Genauigkeitsangaben für Rund- und Planlauftoleranz werden vom Motorenlieferanten bereitgestellt.

Zulässige Quer- und Axialkräfte

Sind an die Motoren Getriebe angekuppelt, können über das Drehmoment hinaus Quer- und Axialkräfte auf die Motorwelle wirken. Diese Kräfte werden von den Lagern des Motors aufgenommen. Sie dürfen deshalb die vom Motorenlieferanten vorgegebenen Maximalwerte nicht überschreiten, da es anderenfalls zu Schädigungen der Lager und damit zu Frühausfällen des Motors kommen kann.

Querkräfte entstehen
- durch Riementriebe (Die Spannung des Riemens ruft eine entsprechende Querkraft an der Motorwelle hervor.)
- oder durch Werkzeuge, die auf eine zu bearbeitende Oberfläche einwirken
Axialkräfte entstehen durch
- schräg verzahnte Zahnräder in Getrieben oder
- durch Werkzeuge, die auf eine zu bearbeitende Oberfläche einwirken

Zu beachten ist, daß die zulässigen Axialkräfte von ihrer Wirkrichtung und auch von der Bauform des Motors abhängen.

Bei Bauformen für vertikalen Einbau (IM Vzz) müssen die Lager das axial wirkende Gewicht des Läufers aufnehmen. Eine zusätzliche Axialkraft kann hier be- oder entlastend für die Motorlager wirken.
Die Axialkraft kann in Richtung oder entgegen der Federanstellkraft der Lager gerichtet sein. Sie wirkt damit entweder be- oder entlastend für die Motorlager.

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