Elektrische Stellantriebe von Aris verdrängen Mechanik

Rolf Schneider, Geschäftsführer Aris Stellantriebe GmbH in Troisdorf

Mit den neuen Baureihen „Flexor“ und „Tensor“ hat Aris Stellantriebe im Zuge einer Erneuerung des kompletten Produktportfolios die klassischen Baureihen „Nano“ und „Classic Line“ erweitert und bietet damit eine innovative Generation elektronisch geregelter Stellantriebe an. Die Baureihe „Flexor“ basiert auf einem Stirnradgetriebe in Kombination mit einem Synchronmotor. Letzterer punktet bauartbedingt mit hohem Selbsthaltemoment und lastunabhängiger, konstanter Drehzahl, die mit der Frequenz des Stromnetzes „synchron“ läuft. Diese Eigenschaft ist der Grund dafür, dass klassische Stellantriebe in der Regel auf Synchronmotoren als Antrieb setzen. Damit endet allerdings die Gemeinsamkeit mit dieser Baureihe. Bei diesem Stellantrieb wurde das komplette mechanische Abschaltsystem durch eine verschleißfreie und berührungslose Positionserfassung ersetzt, die auf dem Halleffekt basiert. Im Stellantrieb wird auf der Abtriebswelle ein Magnet montiert, der sich unter einer Elektronikplatine dreht. Sie ist das Herzstück des Stellantriebs und besitzt exakt über dem Magneten eine Sensoreinheit als integrierte Schaltung mit mehreren Hallsensoren und einer Auswerteelektronik. Damit wird die Position des Magneten präzise und ohne mechanische Verbindung berührungslos erfasst und steht anschließend als absolutes Positionssignal mit 12-Bit-Auflösung zur Verfügung. Durch die Auswertung der Winkelstellung des Magneten wird sichergestellt, dass auch nach einem Spannungsausfall, nach einem Verstellen des Antriebs im spannungslosen Zustand oder einer Handbetätigung trotzdem die richtige Position eindeutig erkannt wird. Zudem sind mit diesem System auch Multiturn-Anwendungen realisierbar. Gerade hier glänzt das System mit der hohen Auflösung, die unabhängig vom Stellbereich konstant hoch bleibt. Bisher musste der Anwender beim klassischen Stellantrieb für unterschiedliche Stellwege entsprechend viele Stellantriebe mit unterschiedlich untersetztem Abschaltsystem vorhalten, jetzt deckt das elektronische System alle Regelmöglichkeiten mit einer Variante ab. Mit der berührungslosen Positionserfassung wird das System praktisch verschleißfrei und gewährleistet konstante Präzision über die gesamte Lebensdauer. In der Summe ergibt sich für den Anwender eine spürbar höhere Regelgenauigkeit des Gesamtantriebes, die außerdem über die Lebensdauer des Antriebs praktisch konstant bleibt. Aufgrund knapper werdender Ressourcen und der hieraus resultierenden steigenden Energiekosten fordert der Anlagen- und Maschinenbau immer exaktere Regelungen.

Der klassische Stellantrieb stößt hier an seine Grenzen. Neben der exakten Regelung bietet das elektronische Positioniersystem auch eine einfachere und schnellere Inbetriebnahme. Mussten beim klassischen Stellantrieb die Endlagen per Schaltnocken eingestellt und justiert werden, erfolgt dies beim „Flexor“ per Programmierung über Taster. Ebenfalls verschleißfrei und langzeitkonstant. Mit der Programmierung der optionalen Zwischenschalter werden die Vorteile der elektronischen Positionserfassung noch deutlicher, weil beim klassischen Stellantrieb unterschiedliche Schaltwinkel auch unterschiedliche Schaltnockenformen erfordern. Die elektronische Variante ermöglicht per Tastendruck eine separate Festlegung von Einschalt- und Ausschaltpunkt. Damit auch im spannungslosen Zustand des Stellantriebs die Zwischenschalterstellungen unverändert ausgegeben werden, sind alle optionalen Schaltausgänge mit bistabilen Relais ausgestattet.

Auch die Baureihe „Tensor“ verfügt über alle Innovationen des Schwesterantriebs. Zudem wurde das klassische Stirnradgetriebe durch ein spielarmes Präzisionsgetriebe mit einer Positioniergenauigkeit von 0,1 ° ersetzt. Der BLDC-Motor ist dem Synchronmotor ähnlich, weil sich beide vom Funktionsprinzip her nicht besonders unterscheiden. Während beim Synchronmotor die Netzspannung und Frequenz für Drehzahl und Leistung bestimmend sind, nimmt beim BLDC-Motor eine Elektronik diese Funktion wahr. Daraus ergeben sich Vorteile, weil jetzt mit der Änderung der Frequenz die Drehzahl des Motors in weiten Bereichen stellbar wird. Über die Variation der Spannung kann jetzt das Drehmoment verändert und gesteuert werden. Somit werden Drehmoment und Drehzahl exakt regelbar. Mit der permanenten Drehmomentüberwachung werden Stellantrieb und Armatur zuverlässig vor Überlastung geschützt. Über einen Störmeldeausgang kann einfach und kostengünstig eine elektronische Drehmomentabschaltung realisiert werden.

Während klassische Stellantriebe und der „Flexor“ in der richtigen Netzspannung bestellt werden müssen, weil der Synchronmotor nur dann korrekt arbeitet, hat man das Problem bei diesem Antriebstyp nicht mehr. Dis bisherige Typenvielzahl reduziert sich auf zwei Varianten, weil ein Schaltnetzteil neben besserem Wirkungsgrad auch einen Weitspannungseingang bietet. Mit 90 bis 254V AC und 50 bis 60 Hz ist der Anwender weltweit gut aufgestellt. Die zweite Variante deckt mit 24V AC/DC den Niederspannungsbereich ab. Da beide Stellantrieb-Baureihen über eine Elektronik mit Mikrocontroller verfügen, lassen sich Optionen wie Diagnose-, Programmier- und Feldbus-Schnittstellen oder Regelfunktionen wesentlich einfacher und preisgünstiger realisieren. Mit der elektronischen Abbildung vieler bisher mechanischer Funktionen ergeben sich Steigerungen der Leistung und Performance bei gleichzeitiger Kostenersparnis und Reduzierung der Typenvielfalt. So wird es möglich, mit diesen Baureihen trotz aufwendiger Elektronik in der bekannten Preisstruktur über eine deutlich gesteigerte Sicherheit, höhere Genauigkeit und einfachere Bedienung einen spürbaren Mehrwert und Wettbewerbsvorteil zu bieten. Die Stellantriebe gibt es in den Baugrößen „S“ (bis 20 Nm), „M“ (bis 60 Nm) und „L“ (bis 250 Nm). Eine Baugröße „XL“ (bis 500 Nm) rundet das Programm nach oben ab. jg