Direktantrieb-Servomotor vs. Riemenantrieb-Servomotor: Analyse der Ausfallmodi von Servoantrieben nach längerem Feldeinsatz in Spritzgussanlagen

1. Der Topologieunterschied und warum er für den Außendienst wichtig ist

Der topologische Unterschied zwischen einem Direktantrieb-Servomotor Bei einem riemengetriebenen Antrieb verbindet diese Bauart den Motorrotor über eine starre Kupplung direkt mit der Kugelumlaufspindel der IMM oder der Lastwelle. Bei einem riemengetriebenen Antrieb hingegen wird das Motordrehmoment über einen Synchronzahnriemen und zwei passende Riemenscheiben auf die Lastwelle übertragen. Die riemengetriebene Bauart kommt ohne Riemen, Riemenscheiben und Spannvorrichtung aus, während die riemengetriebene Bauart alle drei Komponenten als Verschleißteile beibehält. Aus Sicht des Kundendienstes weist die riemengetriebene Bauart weniger Verschleißteile auf als die riemengetriebene Bauart. Allerdings sind die einzelnen Verschleißteile in der Regel günstiger zu ersetzen als die entsprechenden Komponenten der riemengetriebenen Bauart.

Der Topologieunterschied beeinflusst auch die Energieeffizienz und den Geräuschpegel. Die Direktantriebstopologie bietet typischerweise eine um 8–15 Prozent höhere Energieeffizienz, da die Übertragungsverluste durch Riemen, Riemenscheibenreibung und Riemenspanner entfallen. Die riemengetriebene Topologie bietet typischerweise einen um 2–4 dB geringeren Geräuschpegel bei gleicher Motordrehzahl, da Riemen und Riemenscheibe als mechanischer Tiefpassfilter wirken und die hochfrequenten Motorgeräusche dämpfen. Für Spritzgießanlagen mit 24/7-Produktion sind sowohl die Energieeffizienz als auch der Geräuschpegel wichtige Betriebsfaktoren. Das Engineering-Team unterstützt Sie gerne mit einer standortspezifischen Abwägungsanalyse für Ihre Spritzgießanlage. Produktseite für Direktantrieb-Servomotoren listet die Standard-Effizienzklasse und die Standard-Geräuschpegelklasse für jedes Motormodell auf, und die ABT Servomotor-Produktseite listet die entsprechenden Nennwerte für die riemengetriebene Motorenfamilie auf.

2. Direktantrieb-Servomotor – Ausfallarten im Feldeinsatz

Basierend auf den von unserem Ingenieurteam im Feldeinsatz gesammelten Daten von IMM-Anlagen mit einer Dauerlaufzeit von 12 bis 36 Monaten sind die häufigsten Ausfallarten bei Direktantrieben. ServomotorDie häufigsten Fehlerursachen sind Lagerausfall, Ausfall der Encoder-Rückmeldung, Isolationsdurchschlag der Statorwicklung und Kühlmittelleckage. Lagerausfall ist die häufigste dieser vier Ursachen und tritt typischerweise nach 5–7 Jahren Dauerbetrieb auf, abhängig von der Taktfrequenz, der Umgebungstemperatur und dem Schmierregime. Der Ausfall der Encoder-Rückmeldung ist die zweithäufigste Ursache und tritt typischerweise nach 6–8 Jahren Dauerbetrieb auf. Die Ausfallursache ist in der Regel eine Verschmutzung der Glasscheibe oder eine Degradation der Fotodiode.

Der Isolationsausfall der Statorwicklung ist die dritthäufigste Ursache. Die typische Ausfallzeit beträgt 8–10 Jahre im Dauerbetrieb. Die Ausfallursache ist in der Regel die thermische Alterung des Isolationsmaterials der Klasse F oder H. Kühlmitteldichtungsleckagen sind die vierthäufigste Ursache. Die typische Ausfallzeit beträgt 4–6 Jahre im Dauerbetrieb. Die Ausfallursache ist in der Regel Verschleiß der Lippendichtung oder Druckverformung des O-Rings. Zur vorbeugenden Wartung empfiehlt unser Ingenieurteam eine Lagerprüfung nach 4 Jahren, eine Encoderprüfung nach 5 Jahren, eine Kühlmitteldichtungsprüfung nach 3 Jahren und eine Isolationsprüfung der Statorwicklung nach 7 Jahren. Die relevante Wartungsnorm ist die … Qualitätsmanagementstandard ISO 22716 dass die wichtigsten IMM-Markeninhaber die entsprechenden Prüfstandards anwenden und der relevante Motorprüfstandard der ASTM D4169 Transportprüfstandard für die Validierung der Motorverpackung und des Versands.

3. Riemengetriebener Servomotor – Ausfallarten im Feldeinsatz

Basierend auf denselben Feldservicedaten sind die häufigsten Ausfallursachen bei riemengetriebenen Servomotoren Verschleiß und Zahnabscherung des Zahnriemens, Ausfall des Riemenspanners, Verschleiß der Keilnut der Riemenscheibe und Ausfall der Motorlager. Verschleiß und Zahnabscherung des Zahnriemens sind die häufigste dieser vier Ursachen. Die typische Ausfallzeit beträgt 18–30 Monate im Dauerbetrieb, abhängig von der Zyklusrate, der Umgebungstemperatur und der Riemenspannung. Der Ausfall des Riemenspanners ist die zweithäufigste Ursache. Die typische Ausfallzeit beträgt 24–36 Monate im Dauerbetrieb. Die Ausfallursache ist in der Regel eine Ermüdung der Spannfeder oder ein Verschleiß des Spannrollenlagers.

Der Verschleiß der Keilnut der Riemenscheibe ist die dritthäufigste Ursache für Verschleiß. Die typische Ausfallzeit beträgt 36–48 Monate im Dauerbetrieb. Die Ausfallursache ist in der Regel Reibverschleiß an der Keilnutverbindung zwischen Riemenscheibe und Motorwelle. Der Ausfall des Motorlagers ist die vierthäufigste Ursache. Die typische Ausfallzeit beträgt 3–5 Jahre im Dauerbetrieb. Die Ausfallursache ist dieselbe wie beim Lagerausfall des Direktantriebsmotors. Zur vorbeugenden Wartung empfiehlt unser Ingenieurteam eine Riemenprüfung nach 12 Monaten, einen Riemenwechsel nach 18 Monaten, eine Spannrollenprüfung nach 18 Monaten, eine Keilnutprüfung der Riemenscheibe nach 24 Monaten und eine Motorlagerprüfung nach 3 Jahren. Die relevante Norm für Riemenantriebe ist die … BSI-Norm für mechanische Kraftübertragung dass die wichtigsten Riemenantriebshersteller die entsprechenden Normen veröffentlichen und die relevante Prüfnorm für Motoren dieselbe ist. ASTM D4169 Transportprüfstandard wird in Abschnitt 2 erwähnt.

4. Direkter Vergleich im Außendienst

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Unterschiede im Außendienst zwischen den beiden Motortopologien hinsichtlich der Wartungsdimensionen zusammen, die die Instandhaltungsteams der IMM-Anlagen üblicherweise bewerten. Die Zahlen basieren auf den Standard-IMM-Produktionsläufen, die unser Entwicklungsteam in den letzten zehn Jahren betreut hat, und dienen als Ausgangspunkt für das TCO-Modell des Instandhaltungsteams, nicht als feste Garantie für den Außendienst.

5. Die 5-Jahres-Gesamtkostenanalyse

Für ein Team in einer IMM-Anlage, das die beiden Motortopologien evaluiert, ist die Analyse der Gesamtbetriebskosten (TCO) über fünf Jahre von größter Bedeutung. Der Unterschied im Anschaffungspreis zwischen den beiden Topologien beträgt typischerweise 10–20 Prozent, während die TCO-Differenz über fünf Jahre in der Regel 15–30 Prozent zugunsten der Direktantriebstopologie ausmacht. Die TCO über fünf Jahre umfassen den Anschaffungspreis, die Kosten für die vorbeugende Wartung, die Kosten für ungeplante Ausfallzeiten und die Energiekosten. Bei einer 200-Tonnen-IMM, die im 24/7-Betrieb läuft, betragen die Energiekosten über fünf Jahre typischerweise 60–70 Prozent der TCO, die Kosten für die vorbeugende Wartung typischerweise 10–15 Prozent, die Kosten für ungeplante Ausfallzeiten typischerweise 10–15 Prozent und der Anschaffungspreis typischerweise 5–10 Prozent.

Die Direktantriebstopologie hat zwar einen höheren Anschaffungspreis, aber geringere Kosten für vorbeugende Wartung, geringere Kosten durch ungeplante Ausfallzeiten und niedrigere Energiekosten. Die riemengetriebene Topologie hat einen niedrigeren Anschaffungspreis, aber höhere Kosten für vorbeugende Wartung (aufgrund der häufigen Riemen- und Spannrollenwechsel), höhere Kosten durch ungeplante Ausfallzeiten (aufgrund von Riemenscheren und Ausfällen der Spannrolle) und höhere Energiekosten (aufgrund der Riemenübertragungsverluste). Bei einer 200-Tonnen-Wärmetauscheranlage sind die Gesamtbetriebskosten (TCO) der Direktantriebstopologie über 5 Jahre typischerweise 5.000–8.000 USD niedriger als die der riemengetriebenen Topologie, und die TCO über 7 Jahre sind typischerweise 8.000–12.000 USD niedriger. vollständige Produktpalette des Werks Beinhaltet beide Motortopologien, und das Ingenieurteam kann ein standortspezifisches TCO-Modell für eine gegebene IMM-Installation auf der Grundlage der Zyklusrate, der Energiekosten und der Arbeitskosten unterstützen.

6. Empfehlungen zur Instandhaltungsplanung

Für ein IMM-Werksteam, das bereits eine Direktantriebs-Servomotortopologie implementiert hat, empfiehlt unser Ingenieurteam einen vierstufigen Wartungsplan. Die erste Stufe umfasst die jährliche Sichtprüfung, bei der die Motorbefestigungsschrauben, die Kupplungsausrichtung und die Kabelverschraubung überprüft werden. Die zweite Stufe ist die zweijährliche Schwingungsanalyse, die den Zustand der Lager, der Kupplung und die Rotorwuchtung prüft. Die dritte Stufe ist die vierjährliche Lagerprüfung, bei der das radiale Lagerspiel, die Lagerschmierung und der Zustand der Lagerdichtung überprüft werden.

Für ein IMM-Werksteam, das bereits eine riemengetriebene Servomotortopologie implementiert hat, empfiehlt das Ingenieurteam einen sechsstufigen Wartungsplan. Die erste Stufe umfasst die monatliche Sichtprüfung des Riemens, einschließlich der Überprüfung des Zahnzustands, der Riemenspannung und der Riemenscheibenausrichtung. Die zweite Stufe beinhaltet die vierteljährliche Riemenspannungsmessung, die die statische und dynamische Riemenspannung prüft. Die dritte Stufe ist der zweijährliche Riemenwechsel, der den Riemenwechsel und die Prüfung des Spannmechanismus umfasst. Die vierte Stufe ist die zweijährliche Prüfung der Keilnut der Riemenscheibe, einschließlich der Prüfung des Keilnutspiels und des Anzugsmoments der Riemenscheibe. Die fünfte Stufe ist die dreijährliche Prüfung der Motorlager. Die sechste Stufe ist der fünfjährliche Austausch der Motorlager. Über uns-Seite der Fabrik listet die Kontaktdaten des Ingenieurteams für die Überprüfung des vorbeugenden Wartungsplans auf. Der relevante Standard für vorausschauende Wartung ist der Standard für die Berichterstattung über vorausschauende Instandhaltung gemäß dem Federal Register Bei industriellen Motoranlagen ist die relevante Norm für die Schwingungsanalyse die ISO 10816, die mechanische Schwingungsnorm, auf die das Ingenieurteam im vorbeugenden Wartungsplan für die Inspektion der Motorlager Bezug nehmen kann.

7. Der Entscheidungsrahmen für die Auswahl

Für ein Beschaffungsteam, das zwischen zwei Motortopologien für eine neue IMM-Anlage wählt, empfiehlt es sich, mit den Anwendungsanforderungen zu beginnen und die Topologiewahl rückwärts abzuleiten. Bei einer IMM-Anlage, die einen 24/7-Dauerbetrieb mit minimalen ungeplanten Ausfallzeiten erfordert, ist die Direktantriebstopologie die konservativere Wahl, da sie weniger Verschleißteile und eine längere mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen aufweist. Bei einer IMM-Anlage mit flexiblem Wartungsfenster und begrenztem Investitionsbudget ist die Riemenantriebstopologie die praktischere Wahl, da sie einen niedrigeren Anschaffungspreis und planbare Wartungsfenster bietet.

Für eine IMM-Anlage mit spezifischen Anforderungen an die Energieeffizienz ist der Direktantrieb in der Regel die bessere Wahl, da er eine um 8–15 Prozent höhere Energieeffizienz als ein vergleichbarer Riemenantrieb bietet. Für eine IMM-Anlage mit spezifischen Anforderungen an den Geräuschpegel ist der Riemenantrieb hingegen meist die bessere Wahl, da er bei gleicher Motordrehzahl einen um 2–4 dB geringeren Geräuschpegel aufweist. Käufer, die ihre Motoren von einem einzigen Hersteller beziehen möchten, profitieren von dessen Angebot. vollständiges Produktsortiment Es deckt beide Motortopologien ab, was bedeutet, dass das Beschaffungsteam ein einziges Lieferantenqualifizierungsaudit und eine einzige Qualitätsvereinbarung für beide Motorfamilien durchführen kann. Kontaktseite des Werks stellt die E-Mail-Adresse für die Vereinbarung eines TCO-Review-Meetings mit dem Engineering-Team bereit, und das Engineering-Team kann auch ein ausgearbeitetes TCO-Modell zur Verfügung stellen, das das Beschaffungsteam an die spezifische IMM-Installation des Käufers anpassen kann.

Häufig gestellte Fragen

8. Praktische Auswahl- und Nachrüstungshinweise

Für ein Team in einer IMM-Anlage, das ein bestehendes Hydraulikpumpensystem mit fester Drehzahl auf eine der beiden Topologien umrüstet, empfiehlt unser Ingenieurteam, mit der Größe der IMM-Platte und dem Zyklusprofil zu beginnen. Diese beiden Parameter bestimmen das Motordrehmoment und die Motordrehzahl, die die neue Antriebstopologie unterstützen muss. Bei einer IMM mit einer Schließkraft unter 200 Tonnen und einer typischen Zykluszeit von 4–6 Sekunden ist die riemengetriebene Topologie in der Regel die praktikable Wahl, da das erforderliche Motordrehmoment unter 50 Nm liegt und die Zyklusrate moderat ist, wodurch der Wartungsaufwand für den Riemen überschaubar bleibt. Bei einer IMM mit einer Schließkraft über 200 Tonnen und einer Zykluszeit von 2–3 Sekunden ist die Direktantriebstopologie in der Regel die sicherere Wahl, da das erforderliche Motordrehmoment über 100 Nm liegt und die Zyklusrate hoch ist, was einen übermäßigen Wartungsaufwand für den Riemen zur Folge hätte.

Für ein Team eines IMM-Werks, das die beiden Topologien für eine Neuinstallation vergleicht, empfiehlt es sich, die Gesamtbetriebskosten über einen Zeitraum von sieben Jahren zu bewerten. Dieser Zeitraum umfasst bei der Direktantriebstopologie einen größeren Austauschzyklus der Statorwicklung und zwei größere Austauschzyklen der Motorlager. Bei der riemengetriebenen Topologie umfasst er einen größeren Austauschzyklus der Statorwicklung, zwei größere Austauschzyklen der Motorlager und vier größere Austauschzyklen des Zahnriemens. Die Gesamtbetriebskosten über sieben Jahre sind die aussagekräftigste Kennzahl für den Vergleich von Neuinstallationen. Erfahrungsgemäß liegt die Differenz der Gesamtbetriebskosten über sieben Jahre typischerweise bei 15–25 Prozent zugunsten der Direktantriebstopologie. Dies ist insbesondere für eine 200-Tonnen-IMM im oberen Preissegment des IMM-Marktes relevant. Über uns-Seite der Fabrik listet die Kontaktdaten des Ingenieurteams für das TCO-Review-Meeting für das Greenfield-Projekt auf und stellt gerne ein ausgearbeitetes TCO-Modell zur Verfügung, das das Beschaffungsteam an die spezifische IMM-Installation des Käufers anpassen kann, da sich jedes IMM-Projekt hinsichtlich Zyklusprofil, Energiekosten und Arbeitskostenstruktur unterscheidet.