4 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 11. Mai 2022

HDP-Motoren: Dynamische Alleskönner mit wenig Platzbedarf

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Intro

Dynamik, hohe Leistungsdichte und perfekte Technik auf engstem Raum: Klingt nach der Laudatio für einen Weltfußballer, doch beschreiben diese Attribute Asynchronmotoren der HDP-Serie aus dem Hause ABB. HDP-Motoren – kurz für High Dynamic Performance – kommen immer dann zum Einsatz, wenn kompakte Abmessungen und zugleich eine hohe Dynamik gefragt sind. Die Asynchronmotoren mit hoher Leistungsdichte sind in unterschiedlichen Anwendungsbereichen zu finden, wie etwa bei Spritzgießmaschinen, Hubeinrichtungen, Wicklern, Kunststoff- und Gummiextrusionsanlagen. Und in der Kosmetikindustrie, wie etwa bei Straub Cosmetics.

Ein neuer Antrieb für den Homogenisator

Das familiengeführte Unternehmen Straub Cosmetics mit Sitz in Wertheim am Main ist ein Hersteller hochwertiger Kosmetikprodukte, wie etwa Shampoos, Cremes und andere Beautyprodukte. Innerhalb des Produktionsprozesses werden verschiedene, häufig nur schwer mischbare Komponenten wie Trägersubstanzen, Feststoffe und Flüssigkeiten in einem Homogenisator gemischt. Der Homogenisator ist das Herzstück der Produktion, hier werden chargenweise die Produkte hergestellt und später in Dosen, Tuben oder Flaschen abgefüllt. Vereinfacht gesagt knetet, pumpt und presst ein Homogenisator die verschiedenen Stoffe, um die Masse für den weiteren Verlauf der Produktion fertigzustellen. Es ist entscheidend, dass dieser Schritt im Produktionsprozess reibungslos funktioniert.

In der Anlage von Straub Cosmetics war ein Gleichstrommotor mit Sonderwelle verbaut. Dieser hat ein hohes Losbrechmoment gewährleistet, damit das Rührwerk auch bei sämtlichen Füllständen und allen möglichen Substanzen sicher anlaufen kann. Die Drehzahl des Motors wird in einem Bereich von 500 bis 3.000 Umdrehungen geregelt. Ein Nachteil des Gleichstrommotors sind die verschleißanfälligen Kohlebürsten. Dies wurde zum Problem, da der Hersteller diese Art der Motoren nicht mehr fertigte und auch den technischen Support einstellte. Es drohte ein Ausfall der elementaren Anlage und damit ein Produktionsausfall.

Straub Cosmetics wandte sich an den Großhändler Max Lamb, einen erfahren und langjährigen ABB-Partner. Max Lamb erhielt den Auftrag, ein Modernisierungskonzept für den Antrieb auszuarbeiten.

Die Lösung: Ein kompakter HDP-Motor

Die Wahl fiel auf einen HDP-Motor mit Sonderwelle in Kombination mit dem ACS880-Frequenzumrichter. Aufgrund begrenzter räumlicher Möglichkeiten war die kompakte Bauweise des Asynchronmotors ein entscheidender Faktor.

Das Modernisierungskonzept wurde auf Basis eines Betriebsprofils entwickelt, das auf Drehzahl- und Drehmomentauswertungen basiert. Damit konnte der neue Antrieb für die tatsächlich auftretenden Anforderungen ausgelegt werden. Am Stromrichter wurde bei einem festen Drehzahlsollwert die zugehörige Motordrehzahl mit dem Stroboskop berührungsfrei gemessen. Anschließend wurde ein Datenlogger für diesen Drehzahlsollwert sowie ein Energiemessgerät für Strom und Leistung in der Anlage installiert. Über das Softwaretool DriveSize von ABB wurden dann der passende Motor und Frequenzumrichter ausgewählt.

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HDP-Motor mit Sonderwelle in Kombination mit dem ACS880-Frequenzumrichter

Ein HDP-Motor bringt viele Vorteile mit sich. Er besitzt eine gute Wärmeabfuhr und ist eine kostengünstige Alternative zu einem DC-Motor. Bei Platzproblemen ist er ideal, da er eine kleine Baugröße besitzt. Auch im Bereich von sehr hohen maximalen Drehzahlen kann er punkten.

Andreas Dürr, Elektrotechniker bei Lamb

Die hohe Dynamik ist zwar in diesem Fall des Rührwerks nicht gefordert, aber aufgrund der räumlichen Situation war kein Standardmotor möglich. Der vorhandene DC-Stromrichter befand sich in einem Schaltschrank auf einer Empore, wo vor allem durch die Sonneneinstrahlung auf das Blechdach höhere Umgebungstemperaturen herrschten. Durch den Einsatz des ACS880 mit der hohen Schutzart IP55 konnte der Frequenzumrichter außerhalb des Schaltschrankes montiert werden. Die Temperatur im Schaltschrank ist dadurch nicht mehr so hoch. Der Drehgeber am Motor und der ACS880 mit DTC-Regelung (Direct Torque Control) gewährleisten eine hohe Regelungsqualität in der Anlage.

Schnelle Reaktion nach Maschinenstillstand

Kurz vor der Auslieferung des Motors kam es zu einem unerwarteten Maschinenstillstand. Nach Rücksprache mit ABB und mithilfe einer Expresslieferung konnte Lamb sehr schnell handeln. Bereits vorhandene Komponenten wie Frequenzumrichter und Leitungen wurden vorab geliefert, um schon mit dem Umbau beginnen zu können.

Der neue Motor wurde über Nacht eingebaut. Am nächsten Morgen war Andreas Dürr vor Ort, um den korrekten Einbau und Anschluss zu prüfen und die notwendige Parametrierung und Optimierungen des Frequenzumrichters vorzunehmen. Um einen weiteren Ausfall zu vermeiden, orderte Straub einen weiteren HDP-Motor als Ersatz. Gegenüber einem Gleichstrommotor hat der Drehstrommotor mit Frequenzumrichter mit Blick auf die Wartungsintervalle und die Betriebssicherheit deutliche Vorteile. Seit seiner Inbetriebnahme läuft der Motor störungsfrei und zur Zufriedenheit des Kunden.