Was unterscheidet Torque-Motoren von Servomotoren und Frequenzumrichtern bei der Zugspannungsregelung?

Was unterscheidet Torque-Motoren von Servomotoren und Frequenzumrichtern bei der Zugspannungsregelung?

Torque-Motoren, Servomotoren und Frequenzumrichter können alle in Zugspannungsregelsystemen eingesetzt werden, unterscheiden sich jedoch in ihrer Funktionsweise. Torque-Motoren eignen sich für einfache Auf- und Abwickler, die eine Drehmomentregelung erfordern. Servomotoren sind ideal für Maschinen, die eine hohe Präzision und eine Synchronisation mehrerer Achsen erfordern. Frequenzumrichter eignen sich für Systeme mit AC-Motoren, insbesondere in Kombination mit Drehmomentregelung, Vektorregelung, Kraftmessdosen, Tänzerwalzen oder speziellen Auf-/Abwickelfunktionen.

Was ist eine Zugspannungsregelung?

Die Zugspannungsregelung ist der Prozess, bei dem eine konstante Zugkraft auf bahnförmiges Material während des Aufwickelns, Abwickelns oder des Transports über mehrere Maschinenachsen aufrechterhalten wird.

Materialien, die häufig eine Zugspannungsregelung erfordern, sind Kunststofffolien, Papier, Textilien, Metallfolien, Klebebänder, Drähte, Kabel und bahnförmige Materialien.

Wenn die Zugspannung instabil ist, kann das Material knittern, reißen, durchhängen, seitlich verlaufen, ungleichmäßig aufgewickelt werden oder zu Fehlern beim Drucken, Schneiden oder Etikettieren führen.

Bei Auf- und Abwickelmaschinen ändert sich der Rollendurchmesser kontinuierlich. Wenn sich der Rollenradius ändert, muss sich auch das erforderliche Drehmoment an der Wickelwelle entsprechend anpassen.

Grundformel:

Drehmoment = Zugspannung × Radius

Dies bedeutet, dass das System das Drehmoment an den Rollenradius anpassen muss, um eine konstante Zugspannung zu gewährleisten. Daher kann die Wahl der Antriebslösung für Auf- und Abwickler nicht allein auf der Leistung in kW oder PS basieren.

Was ist ein Torque-Motor in der Zugspannungsregelung?

Ein Torque-Motor ist ein Motortyp, der zur Steuerung des Drehmoments oder der Zugkraft an einer Welle eingesetzt wird. In Auf- und Abwickelsystemen werden Torque-Motoren häufig für Aufwickelwellen, Abwickelwellen oder Materialaufnahmegruppen verwendet, wenn eine grundlegende bis mittlere Zugspannungsregelung erforderlich ist.

Torque-Motoren eignen sich für:

• Folienwickelmaschinen

• Abwickelmaschinen

• Papierwickler

• Draht-/Kabelwickler

• Abfallaufnahmegruppen

• Verpackungsmaschinen mit mittlerer Geschwindigkeit

• Einfache Zugspannungsregelsysteme

Die Vorteile von Torque-Motoren liegen in der einfachen Implementierung, den angemessenen Kosten und der Eignung für Maschinen, die keine hochpräzise Positionssynchronisation erfordern. Torque-Motoren benötigen jedoch eine geeignete Steuerung und eine thermische Überwachung, wenn sie über längere Zeit unter hoher Last oder bei niedriger Geschwindigkeit betrieben werden.

Was ist ein Torque-Getriebemotor?

Ein Torque-Getriebemotor ist ein Torque-Motor in Kombination mit einem Getriebe. Das Getriebe reduziert die Ausgangsdrehzahl und erhöht das Drehmoment an der Lastwelle.

Ein Torque-Getriebemotor sollte verwendet werden, wenn:

• Schwere Materialrollen vorhanden sind

• Die Wickelwelle eine niedrige Drehzahl benötigt

• Ein höheres Ausgangsdrehmoment erforderlich ist

• Der Antrieb über Kupplungen, Riemenscheiben, Kettenräder oder Wickelwellen erfolgt

• Der Torque-Motor ohne Getriebe nicht genügend Zugkraft aufbringt

Einfach ausgedrückt: Der Torque-Motor dient zur Steuerung der Zugspannung; der Torque-Getriebemotor wird verwendet, wenn eine Zugspannungsregelung erforderlich ist, aber nach dem Getriebe ein höheres Drehmoment benötigt wird.

Servomotoren in der Zugspannungsregelung

Der Servomotor ist eine hochpräzise Antriebslösung, die üblicherweise mit einem Servoverstärker und einem Encoder zur Rückführung ausgestattet ist. Servomotoren können Position, Geschwindigkeit und Drehmoment regeln und eignen sich für Maschinen, die eine Bewegungs-Synchronisation oder eine präzise Steuerung mehrerer Achsen erfordern.

Servomotoren eignen sich für:

• Hochgeschwindigkeits-Verpackungsdruckmaschinen

• Querschneider

• Präzisionsverpackungsmaschinen

• Maschinen, die eine Synchronisation von Zug-, Druck- und Schneidwalzen erfordern

• Systeme, die eine Materialpositionsregelung erfordern

• Anlagen mit SPS oder Motion-Controllern

• Anwendungen, die Encoder-Feedback, Wägezellen oder Tänzerwalzen erfordern

Die Vorteile von Servos sind Präzision, schnelles Ansprechverhalten und gute Regelbarkeit. Die Nachteile sind höhere Kosten, komplexere Installation und die Notwendigkeit einer Feinabstimmung (Tuning).

Frequenzumrichter in der Zugspannungsregelung

Ein Frequenzumrichter ist nicht in jedem Fall nur ein einfaches Gerät zur „Drehzahlregelung“. In Auf- und Abwickelsystemen kann ein Frequenzumrichter zur Zugspannungsregelung beitragen, sofern der richtige Antriebstyp gewählt und korrekt konfiguriert wird.

Auf grundlegender Ebene steuert ein Frequenzumrichter die Drehzahl eines AC-Motors. In einem verbesserten Zugspannungsregelsystem kann der Frequenzumrichter jedoch nach folgenden Verfahren arbeiten:

• Drehzahlregelung

• Drehmomentregelung

• Vektorregelung

• PID-Drehzahl-Trim

• Auf-/Abwickelfunktion

• Wägezellen-Feedback

• Tänzerwalzen-Feedback

• Berechnung des Wickeldurchmessers

• SPS oder Zugspannungsregler

Der wichtige Punkt ist: Nicht jeder Frequenzumrichter ist für eine gute Zugspannungsregelung geeignet. Wenn nur ein herkömmlicher U/f-Umrichter ohne Zugspannungsrückführung verwendet wird, handelt es sich primär um eine Motordrehzahlregelung und nicht um eine präzise Zugspannungsregelung.

Für den Einsatz von Frequenzumrichtern in der Zugspannungsregelung sollten Antriebe mit Drehmomentregelung, Vektorregelung oder Auf-/Abwickelfunktion bevorzugt werden. Bei Systemen, die eine höhere Stabilität erfordern, sollte die Kombination mit Wägezellen, Tänzerwalzen, Encodern oder SPS/Zugspannungsreglern in Betracht gezogen werden.

Frequenzumrichter-Konfigurationen in der Zugspannungsregelung

Tabelle 1: Häufige Frequenzumrichter-Konfigurationen in Zugspannungsregelsystemen

Vergleich von Torque-Motoren, Servomotoren und Frequenzumrichtern

Tabelle 2: Vergleich von Torque-Motoren, Servomotoren und AC-Motoren mit Frequenzumrichter in der Zugspannungsregelung

Wann sollten Sie einen Torque-Motor, Servo-Motor oder Frequenzumrichter wählen?

Wählen Sie einen Torque-Motor, wenn:

• Einfache Auf-/Abwickelanwendungen vorliegen

• Eine grundlegende Zugkraftregelung erforderlich ist

• Die Geschwindigkeit nicht zu hoch ist

• Keine präzise Positionssynchronisation erforderlich ist

• Eine wirtschaftliche und einfach zu bedienende Lösung gewünscht ist

Wählen Sie einen Torque-Getriebemotor, wenn:

• Schwere Materialien aufgewickelt werden

• Niedrige Wellendrehzahlen erforderlich sind

• Ein höheres Ausgangsdrehmoment benötigt wird

• Der Antrieb über ein Getriebe, Riemenscheiben, Kettenräder oder Kupplungen erfolgt

Wählen Sie einen Servo-Motor, wenn:

• Die Maschine eine hohe Präzision erfordert

• Eine Synchronisation mehrerer Achsen erforderlich ist

• Eine präzise Materialpositionierung benötigt wird

• Hochgeschwindigkeits-Druck-, Schneid- oder Verpackungsmaschinen eingesetzt werden

• Eine SPS oder ein Motion-Controller vorhanden ist

• Rückmeldungen von Encodern, Kraftmessdosen oder Tänzerwalzen erforderlich sind

Wählen Sie einen Frequenzumrichter, wenn:

• Das System AC-Motoren verwendet

• Die Geschwindigkeit der Produktionslinie angepasst werden muss

• Eine gängige und wartungsfreundliche Lösung gesucht wird

• Der Antrieb über Vektorregelung, Drehmomentregelung oder Wickelfunktionen verfügt

• Kraftmessdosen, Tänzerwalzen, Encoder oder eine SPS zur Rückmeldung der Zugkraft vorhanden sind

Auswahlhilfe nach Anwendung

Tabelle 3: Empfehlungen zur Auswahl von Zugkraftregelungslösungen für praktische Anwendungen

Häufige Fehler bei der Auswahl von Zugkraftregelungssystemen

1. Die Annahme, dass ein U/f-Frequenzumrichter für jede Zugkraftregelung ausreicht

Ein V/F-Frequenzumrichter kann die Motordrehzahl regeln, sollte jedoch ohne Drehmomentregelung, Vektorregelung oder Zugkraftrückführung nicht als präzise Lösung für die Zugkraftregelung betrachtet werden.

2. Unterschätzung der Rolle des Frequenzumrichters bei Auf- und Abwicklern

Mit dem passenden Antrieb, ausgestattet mit Drehmomentregelung, Wägezelle/Tänzer oder Wicklerfunktion, kann ein Frequenzumrichter durchaus eine gute Lösung für viele Auf- und Abwickelsysteme mit AC-Motoren sein.

3. Einsatz von Servos bei zu einfachen Maschinen

Servos sind präzise, aber kostenintensiver und komplexer. Wenn die Maschine nur einfache Auf- oder Abwickelvorgänge ausführt, können ein Drehmomentmotor oder ein geeigneter Frequenzumrichter wirtschaftlicher sein.

4. Verwendung von Standardmotoren anstelle von Drehmomentmotoren

Standardmotoren sind nicht dafür ausgelegt, als Drehmomentmotoren in Anwendungen zu arbeiten, die ein dauerhaftes Haltemoment oder eine Zugkraftregelung erfordern. Bei falscher Anwendung kann der Motor schnell überhitzen oder vorzeitig ausfallen.

5. Vernachlässigung des Wickeldurchmessers

Wenn sich der Wickeldurchmesser ändert, ändert sich auch das erforderliche Drehmoment. Ohne Berücksichtigung des kleinsten und größten Wickeldurchmessers neigt das System zu unzureichender Zugkraft oder instabiler Bahnspannung.

MDriveTech berät zu Lösungen für die Zugkraftregelung

MDriveTech bietet Beratung zu Drehmomentmotoren, Drehmomentgetriebemotoren, Servomotoren, Frequenzumrichtern, Getriebemotoren und Antriebslösungen für Auf- und Abwickelmaschinen.

Bei der Auswahl einer Lösung sollten Kunden folgende Informationen bereitstellen:

• Materialtyp

• Materialbreite

• Minimaler und maximaler Wickeldurchmesser

• Anlagengeschwindigkeit

• Erforderliche Zugkraft

• Rollengewicht

• Bilder der Maschine oder des alten Motors

• Vorhandenes System: Drehmomentmotor, Servo oder AC-Motor + Frequenzumrichter

• Vorhandensein von Wägezellen, Tänzerwalzen, Encodern oder SPS

Hotline: 0868 789 647
Email: [email protected]

FAQ – Häufig gestellte Fragen

Was unterscheidet einen Drehmomentmotor von einem Servomotor?

Ein Drehmomentmotor ist auf die Regelung von Drehmoment und Zugkraft spezialisiert. Ein Servomotor steuert Position, Geschwindigkeit und Drehmoment präziser und eignet sich für Maschinen, die eine Achssynchronisation oder Motion Control erfordern.

Was unterscheidet einen Drehmomentmotor von einem Frequenzumrichter?

Ein Drehmomentmotor ist ein Motor zur Regelung von Drehmoment/Zugkraft. Ein Frequenzumrichter ist ein Antrieb zur Steuerung von AC-Motoren. Bei Verwendung eines geeigneten Typs mit Drehmomentregelung, Vektorregelung oder Wicklerfunktion in Kombination mit einer Wägezelle/Tänzer kann ein Frequenzumrichter die Zugkraftregelung übernehmen.

Kann ein Frequenzumrichter die Zugkraft regeln?

Ja, aber abhängig von der Konfiguration. Ein Frequenzumrichter kann die Zugkraft regeln, wenn der Antrieb über eine Drehmomentregelung, Vektorregelung oder Wicklerfunktion verfügt und mit einer Wägezelle, Tänzerwalze, einem Encoder oder einer SPS/Zugkraftregelung kombiniert wird. Bei reinem V/F-Betrieb ohne Rückführung dient das System primär der Drehzahlregelung.

Wann sollte ein Drehmomentmotor eingesetzt werden?

Ein Drehmomentmotor sollte für Auf- und Abwickelmaschinen, Folienwickler, Papierwickler, Drahtwickler, Schrottaufwickler oder Systeme eingesetzt werden, die eine grundlegende Zugkraft aufrechterhalten müssen.

Wann sollte ein Servomotor eingesetzt werden?

Ein Servomotor sollte verwendet werden, wenn die Maschine eine präzise Steuerung, die Synchronisation mehrerer Achsen, eine exakte Positionierung beim Schneiden/Drucken oder eine stabile Zugkraft bei hoher Geschwindigkeit erfordert.

Wann sollte ein Frequenzumrichter verwendet werden?

Ein Frequenzumrichter sollte eingesetzt werden, wenn das System einen AC-Motor verwendet, eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung erforderlich ist und zur besseren Zugkraftregelung ein Rückführungssensor integriert werden kann.

Wann wird ein Drehmoment-Getriebemotor eingesetzt?

Ein Drehmoment-Getriebemotor wird verwendet, wenn eine Zugkraftregelung erforderlich ist, die Last jedoch eine niedrige Drehzahl und ein höheres Ausgangsdrehmoment benötigt.

Fazit

Drehmomentmotoren, Servomotoren und Frequenzumrichter können alle in Zugkraftregelsystemen eingesetzt werden, müssen jedoch entsprechend den Anforderungen der Maschine korrekt ausgewählt werden.

Der Drehmomentmotor eignet sich für einfache Auf- und Abwickelsysteme. Der Drehmoment-Getriebemotor ist geeignet, wenn ein höheres Ausgangsdrehmoment erforderlich ist. Servomotoren eignen sich für hochpräzise Systeme, die eine Wellensynchronisation und Bewegungssteuerung erfordern. Frequenzumrichter eignen sich für Systeme mit AC-Motoren, insbesondere wenn der Antrieb über Drehmomentregelung, Vektorregelung, Wickelfunktionen verfügt und mit einer Wägezelle oder einer Tänzerwalze kombiniert wird.

Die Wahl der richtigen Lösung trägt dazu bei, dass Auf- und Abwickelmaschinen stabiler laufen, Materialfalten und -risse sowie Ausschuss reduziert werden und die Investitionskosten optimiert werden.