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Hilchenbach, 28. Januar 2020

Energieeffizienter Direktantrieb für mechanische Anstellungen

Eine mechatronische Lösung für Walzgerüste

Mit einem Gesamtwirkungsgrad von 98 Prozent sind Direktantriebe extrem energieeffizient und sind sehr wartungsfreundlich. SMS group beabsichtigt, diese Technologie jetzt auch für die mechanische Anstellung von Walzgerüsten einzusetzen.

Antriebssysteme mit Synchronmotoren

In den Warmbandstraßen für Stahl und Aluminium sowie Grobblechwalzwerken haben sich Antriebssysteme mit fremdbelüfteten Asynchronmotoren, Getrieben und mechanischen Bremsen für die mechanische Anstellung bei der Einstellung des Walzspaltes bewährt.

Torquemotoren kommen ohne ein Getriebe aus, da sie hohe Drehmomente bei kleinen Drehzahlen erreichen. Dies wird durch eine hohe Polarzahl des Motors erreicht, welche durch den Einsatz von Hochleistungspermanentmagneten auf dem Rotor gewährleistet wird. Dass die Torquemotoren ihre industrielle Reife längst erreicht haben, lässt sich daran erkennen, dass diese Art von Antrieben schon seit Jahren als Standard für Werkzeugmaschinen gilt und in vielen unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz kommt, ob als Schiffantriebe oder als Antriebe für die Grundstoffindustrie.

Zum ersten Mal hat SMS group den innovativen Direktantrieb bei einem Saumhaspel eingebaut. Jetzt beabsichtigt SMS group, Direktantriebe mit einem Torquemotor auch bei mechanischen Anstellungen für Walzgerüste einzusetzen. Dadurch, dass bei einer direkt angetriebenen mechanischen Anstellung weniger Bauteile erforderlich sind, ergeben sich für Anwender folgende Vorteile:

  • Reduzierung des Energieverbrauchs dank eines höheren Wirkungsgrads
  • Reduzierung der Wartung, dank weniger Verschleiß- und Ersatzteile
  • Reduzierung der Kapazität der Ölschmieranlage
  • Bessere Regeldynamik dank weniger bewegter Teile und direkter Anbindung an die Mechanik.

Nicht nur beim Betrieb der Anlagen ergeben sich diese Vorteile, auch bei der Montage und Reparatur entfallen aufwendige Ausricht- und Montagearbeiten.

Direktantrieb ersetzt Asynchronmotor und Getriebe

Bei der klassischen Lösung treibt ein Asynchronmotor (rot dargestellt) über ein Schneckenradgetriebe eine Vielkeilnabe mit darin befindlicher Anstellschraube an. Das System befindet sich auf beiden Walzenständern, vergrößert oder verkleinert den Walzspalt und sorgt so für die Vorpositionierung der Walzensätze. Die genaue Positionierung übernimmt bei modernen Anlagen die Regelung für die hydraulischen Anstellzylinder (Hydraulic Gap Control).

Bei der innovativen integrierten mechatronischen Lösung entfallen der Asynchronmotor und das Schneckenradgetriebe. Übrig bleibt ein Gehäuse mit einer aufgesetzten Bremseinrichtung, in dem sich ein hochpoliger permanent erregter Synchronmotor, ein Torquemotor, mit einer Vielkeilnabe und einer Anstellschraube befinden. Der bewegliche Teil, die Vielkeilhülse, ist mit starken Dauermagneten bestückt. Der feststehende Teil besteht aus einem Stator, ähnlich dem Stator eines Asynchronmotors. Dieser wird durch einen Frequenzumrichter, zum Beispiel dem X-Pact® Drive der SMS group, gespeist. Durch Wasserkühlung können noch kompaktere Bauformen erreicht werden.

Vorteile der kompakten Bauweise

Aus der kompakten Bauweise ergeben sich günstigere Gestaltungsspielräume für die Gerüstkonstruktion. Durch den Wegfall des Schneckenradgetriebes verbessert sich der mechanische Wirkungsgrad deutlich. Dies führt zur Senkung des Energieverbrauchs und zur Halbierung der erforderlichen Leistung. Zudem gibt es weniger bewegte Massen, die Massenträgheit wird so reduziert und die Dynamik und die Regelbarkeit werden verbessert. Die zur Erzeugung der Drehmomente erforderlichen „aktiven“ Teile, wie Dauermagnete und Elektroblechpaket mit Wicklung (Stator), sind in den ohnehin erforderlichen mechanischen Komponenten (Gehäuse mit Lagerung) integriert.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Lösung, ist der Antrieb an sich wartungsfrei. Die üblichen Wartungsarbeiten an den Schneckengetrieben entfallen und das Risiko für Leckagen wird verringert.

Aus zwei Komponenten ein System

Der Elektromotor wurde in der beschriebenen Lösung mit  den mechanischen Komponenten zu einem mechatronischen System zusammengeführt. Diese Antriebslösung ist ein wichtiger Bestandteil des Portfolios der SMS group als Anlagenbauer, aber auch als System- und Lösungsanbieter und stellt zusammen mit X-Pact® Drive ein optimal aufeinander abgestimmtes Antriebkonzept dar, das auf hausinterne Kompetenz zurückzuführen ist.

Modernisierungsprojekte

Nicht nur neue, auch bestehende Anlagen mit Vor- und Fertiggerüsten können mit einer elektromechanischen Anstellung mit integriertem Torquemotor ausgestattet werden. Die Anstellspindel kann dabei bestehen bleiben beziehungsweise wird gegebenenfalls überholt. Die Vielkeilnabe mit Magneten und der Stator inklusive Gehäuse mit den integrierten Bremsen ersetzen das alte System. Dadurch wird nicht nur eine kompaktere Bauform erreicht, sondern es ergeben sich die Vorteile eines neuen Anstellsystems.