Motoren mit Lüfter: Was muss beim Einsatz beachtet werden?

Frage:

• Was ist zu beachten, wenn Motoren "mit Lüfter" im Einsatz sind?
• Warum sind in der Liste der Steuerungen im "Baukastensystem" bei Motoren "mit Lüfter" keine EPOS Positionsregler vorhanden?

Lösung:

Ein Blick in den Katalog:

Die technischen Daten von maxon Motoren finden Sie auf der Website von maxon (z.B. www.maxongroup.de) oder im Katalog von maxon. Der maxon-Katalog listet im Baukastensystem empfohlene oder für den Einsatz typische Steuerungen auf. Den aktuellsten maxon Katalog finden Sie immer unter diesem Link::
-> http://epaper.maxongroup.de 

• Die EC60-flat Motoren sind im maxon Katalog 2022/2023 auf den Seiten 322 - 324 zu finden.
• Die EC90-flat Motoren sind im maxon Katalog 2022/2023 auf den Seiten 325 - 330 zu finden.

Folgende Steuerungen werden im Katalog 2022/2023 empfohlen, je nachdem, ob ein "EC-flat", "EC-flat offener Rotor" oder "EC-flat mit Lüfter" im Einsatz ist, z.B.

• "EC-flat" und "EC-flat offener Rotor":
  
• "EC-flat mit Lüfter":
  
  

Warum fehlt die EPOS4 im "Baukastensystem" bei Motoren mit Lüfter?

Die Empfehlungen im "Baukastensystem" listen nur ESCON- und DEC-Produkttypen im Falle von Motoren mit Lüfter auf, da Motoren mit Lüfter typischerweise für Anwendungen verwendet werden, die mit konstant hoher Drehzahl (d.h. etwa 1000 min-1) betrieben werden, wenn ein "Nenndrehmoment" bereitgestellt werden muss.

Positionsregelungsanwendungen?

Bei Positionsregelungsanwendungen werden Motoren auch mit niedriger Drehzahl und Stillstand betrieben und benötigen möglicherweise immer noch ein bemerkenswertes Drehmoment, um die Position der Motorwelle zu halten (z. B. im Falle eines Roboters oder Exoskeletts) oder die Bewegung in einem Zustand mit hoher Reibung oder hoher Last wieder aufzunehmen.

Es muss berücksichtigt werden, dass "belüftete" Motoren nicht das angegebene "Nenndrehmoment" und die Leistung bei niedriger Drehzahl oder Stillstandsregelung bereitstellen können. Der höhere Leistungs- und Drehmomentvorteil von Motoren "mit Lüfter"  im Vergleich zum "offenen Rotor" nimmt ab, wenn die Drehzahl abnimmt. Auf dieser Grundlage gibt es nicht viele Positionsregelungsanwendungen, die für Motoren mit Lüfter und eine EPOS4 sprechen. Ein Grund, sich immer noch für ein EPOS4 zu entscheiden, könnte die Notwendigkeit einer Busschnittstelle sein, die nur bei der EPOS, jedoch nicht bei der ESCON vorhanden ist (-> ESCON oder EPOS: Welche Steuerungsbaureihe ist die richtige Wahl?).

Technische Grundlagen

Motoren "mit Lüfter" benötigen etwa 1000 min-1, um den Kühleffekt aufgrund eines konstant starken Kühlluftstroms durch den Ventilator (montiert auf der Motorwelle) zu nutzen. Solange der Motor mit hohen Drehzahlen läuft, ist der Luftstrom zur Kühlung der Wicklung vorhanden und die Motoren mit Lüfter können die spezifizierte viel höhere Ausgangsleistung und ein höheres Drehmoment liefern, als dies von einem Motor mit einem geschlossenen Rotor oder nur einem "offenen Rotor" möglich ist, obwohl die gleiche Motorwicklung verwendet wird.

Wichtig zu beachten:

Als Faustregel kann festgehalten werden, dass die mögliche Leistung und das Drehmoment (bzw. der Motorstrom) eines Motors "mit Lüfter" bei niedriger Drehzahl oder Stillstand weit unter dem spezifizierten möglichen "Nenndrehmoment" bei hohen Drehzahlen und eher im Bereich des Drehmoments bei Drehzahl null eines "EC-Flat" oder "EC-flat offener Rotor" mit gleicher Wicklung liegt.

Das "abnehmende" Dauerdrehmoment bei niedriger Drehzahl wird durch das im Katalog vorhandene Betriebsbereichsdiagramm deutlich, z.B.

• "EC90-flat 360W mit Lüfter":
  
  => Die mögliche Drehmomentabgabe bei niedrigen Drehzahlen oder Stillstand ist deutlich kleiner (nur ca. 500 mNm) als das vom Motor angegebene "Nenndrehmoment" (z.B. 953 mNm bei Artikelnummer: 607953).
  
  
• "EC90-flat 220W offener Rotor" (bei gleicher Wicklung):
  
  => Die mögliche Drehmomentabgabe bei niedrigen Drehzahlen oder Stillstand ist kleiner (nur ca. 500 mNm) als das vom Motor angegebene "Nenndrehmoment" (z.B. 729 mNm bei Artikelnummer: 607942).
  
  
• "EC90-flat 160W" (bei gleicher Wicklung):
  
  => Die mögliche Drehmomentabgabe ist bei niedriger Drehzahl nahe dem Stillstand am höchsten.
  
  

Vergleich der verschiedenen EC90-flat bzw. EC60-flat Varianten in einem Diagramm:

Die beiden obigen Diagramme sind zur besseren Beurteilung auch als Grafikdateien (jpg) diesem Dokument angehängt. 

Anwendungsaspekte & Motorauswahl:

Beachten Sie deshalb bei Motoren "mit Lüfter" und "offenen Rotor" den tatsächlichen Drehmomentbedarf Ihrer Anwendung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl.

Motorwicklungen von Motoren mit Lüfter haben ein hohes Risiko, beschädigt zu werden, wenn diese bei niedrigen Drehzahlen oder Stillstand über einen längeren Zeitraum das angegebene "Nenndrehmoment" bereitstellen müssen oder wenn die Motorrotation sogar während des Betriebs blockiert werden kann, wenn noch ein hoher Motorstrom angelegt ist.

Vorsicht:

Der Belüftungs- und Kühleffekt ist nur vorhanden, wenn sich der Motor mit hohen Drehzahlstufen dreht! Wird ein Motor mit Lüfter mit niedriger Drehzahl betrieben oder muss er seine Position (mit Nenndrehmoment) über einen längeren Zeitraum im Stillstand halten, wird seine Wicklung überlastet und beschädigt!

Schlussfolgerung:

Muss das angegebene "Nenndrehmoment" auch bei niedriger Drehzahl oder Stillstand (was oft von einer positionsgeregelten Anwendung vorausgesetzt werden muss) bereitgestellt werden, ist ein Motor mit Lüfter oft die falsche Wahl! Das ist auch der Grund, warum maxon im "Baukastensystem" des Katalogs keine Positionsregler für Motoren mit Lüfter empfiehlt. Die Empfehlung "fehlender" Positionsregler könnte interessierte Benutzer dazu zwingen, danach zu fragen, und es besteht die Möglichkeit, über den eingeschränkten Einsatz von Motoren mit Lüfter (wie oben erwähnt) und die konkreten Anforderungen einer Anwendung zu diskutieren, um auf dieser Grundlage über die Machbarkeit zu entscheiden.

• Wenn das "Nenndrehmoment" und die Leistung eines Motors "mit Lüfter" nur bei hohen Drehzahlen benötigt werden, ist es in Ordnung, eine EPOS4 Steuerung (mit einem passenden Ausgangsstromwert) zu verwenden.

• Wenn das spezifizierte "Nenndrehmoment" eines Motors über den gesamten Drehzahlbereich oder sogar im Stillstand erforderlich ist, vergessen Sie die Verwendung eines Motors "mit Lüfter" und wählen Sie einen "offenen Rotor" -Typ. Wählen Sie einen Motor, der in der Lage ist, das von Ihrer Anwendung benötigte Drehmoment ab Nulldrehzahl bereitzustellen. Kombinieren Sie diesen dann mit einer EPOS4 (wie in der Liste "Baukastensystem" des Katalogs vorhanden).

Hinweis:

Bitte beachten Sie, dass der Katalog und der E-Shop nicht alle möglichen Kombinationen aus dem "Baukastensystem" auflisten.  Empfohlene "Baukastensystem" Komponenten konzentrieren sich auf typischerweise verwendete Kombinationen und schließen "exotische" aus, die zwar möglich sind und von einigen Anwendungen verwendet werden, aber im Voraus einige Klarstellungen über Details benötigen, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Im Falle eines ausführlichen Gesprächs über Ihre Anwendung und eine geeignete Motor- und Steuerungsauswahl wenden Sie sich bitte an die lokalen Vertriebsingenieure von maxon oder nutzen  Sie das Webformular des Support-Centers, um ein Ticket einzureichen.