Print Friendly
Share

Ventilstellantrieb war schwach und geräuschvoll

Ein praktisch geräuschloser, kostengünstiger, bürstenloser Gleichstrommotor und eine hochmoderne Steuerung lieferten gleichermaßen hohe wie variable Betätigungskraft und senkten die Material- und Produktionskosten. Die Aufgabenstellung:

Motordrehmoment verbessern und Geräuschquelle ausschalten

Der Ventilstellantrieb wird dafür genutzt, Ventile hauptsächlich für die Wasser- oder Dampfverteilung in Gebäuden zu steuern. Es handelt sich um einen linearen Antrieb, d. h. der Ventilschaft wird in die Ventilkammer hineingeschoben bzw. aus dieser herausgezogen. Die Zugkraft liegt in der Größenordnung von 250–1.000 N, der Hub beträgt 10–50 mm und die Geschwindigkeit ist bis zu einem Maximalwert von 1 mm/s variabel. In Gesprächen mit Unjo beschrieb der Kunde zwei unmittelbar anstehende Probleme – dass eine unzureichende Steuerung des Motordrehmoments zu Beschädigungen der Ventile führte und der Geräuschpegel viel zu hoch sei.

 

Die Herausforderung:
Einen geeigneten Motortyp für die Anwendung zu finden, ohne das Produkt insgesamt zu verteuern

Stellantriebe dieses Typs werden in der Regel von Wechselstrom-Induktionsmotoren oder Schrittmotoren angetrieben. Induktionsmotoren erzeugen eine konstante Geschwindigkeit, wobei die korrekte Position dadurch eingestellt wird, dass der Stellantrieb in die richtige Richtung bewegt wird, d. h. bis das Ventil die richtige Position erreicht hat. Schrittmotoren können auf eine Position eingestellt werden, jedoch bei geringer Leistung. Keiner dieser Motortypen kann mit variablem Drehmoment und somit variabler Betätigungskraft angesteuert werden – zumindest nicht ohne extrem komplexe Anpassungen.

Die von Unjo vorgeschlagene Lösung beinhaltete die Umstellung auf einen BLDC-Motor und die komplette Neugestaltung der Steuerelektronik. Dabei war die zentrale Anforderung des Kunden, dass die Kosten des Produkts nicht höher sein dürften als bei der vorhandenen Lösung.

Die Lösung:
Praktisch geräuschloser, kostengünstiger, bürstenloser Gleichstrommotor mit modernster Steuerung

Der neue Stellantrieb wird durch einen praktisch geräuschlosen, bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben. Dieser Motortyp wurde noch niemals zuvor für diese Art von Stellantrieb eingesetzt – unter anderem, weil bislang kein Motor erhältlich war, der preislich zu derartigen Anwendungen passte. Ferner gab es keine Komponenten oder Verfahren, um die nötige Elektronik ausreichend kostengünstig herstellen zu können.

Der Motor ist so ausgelegt, dass er ohne weitere Modifikation sowohl mechanisch als auch hinsichtlich der Ansteuerungstechnik mit dem Stellantrieb kompatibel ist. Und obwohl er deutlich kompakter ist als die in früheren Lösungen verbauten Motoren liefert er ein deutlich höheres Drehmoment. Dazu kommt, dass das Drehmoment beliebig einstellbar ist. Die Steuerelektronik ist zwar ein wenig komplexer, wurde dafür aber in beträchtlichem Umfang miniaturisiert und in modernster Technologie ausgeführt. Um weiter Kosten zu sparen, wurde das Prüfverfahren sowohl bei der Fertigung der Platine als auch bei der Montage und Prüfung des Stellantriebs signifikant gestrafft.

Der Nutzen:
Hohe und variable Betätigungskraft verbunden mit niedrigeren Material- und Produktionskosten

Die Gefahr, das kleinere Ventile aufgrund zu großer Kräfte zerstört werden, ist gebannt, da das Motordrehmoment exakt geregelt wird. Das bedeutet, dass nur eine Version der Platine produziert und vorgehalten werden muss, was die Produktion erheblich verbilligt und die Logistik vereinfacht. Das richtige Drehmoment und damit auch die richtige Betätigungskraft wird im Rahmen der Abschlussprüfungen bei der Montage des Stellantriebs festgelegt.

Dank der größeren Kraft und des geräuscharmen Betriebs des Motors hat sich auch der Markt für dieses Produkt vergrößert. Neue Stellantriebstypen mit größerer (grob etwa der doppelten) Kraft als früher können nun durch einfache Anpassung des Drehmoments hergestellt werden. Das im Vergleich zu früher erheblich präziser regelbare Drehmoment war schließlich auch der Auslöser für direkte Verbesserungen in Funktionalität und Leistung von Stellantrieben.

Warum sollten Sie sich für Unjo entscheiden?
Bessere Leistung und neue Funktionalität vergrößern den vorhandenen Markt für Stellantriebe

Die von Unjo vorgeschlagene Lösung beinhaltete die Umstellung auf einen BLDC-Motor und die komplette Neugestaltung der Steuerelektronik. Dabei war die zentrale Anforderung des Kunden, dass die Kosten des Produkts nicht höher sein dürften als bei der vorhandenen Lösung. Diese Anforderung wurde durch drei Maßnahmen erfüllt – Optimierung der Elektronik, umfangreiche Beteiligung an der Spezifikation und Beschaffung des richtigen Elektromotortyps und schließlich Anpassung des Produktionsprozesses beim Kunden und Bau eines leistungsfähigen Produktionsprüfsystems für Platinen.

Im Verlauf des Entwicklungsprojekts leistete Unjo außerdem Beiträge zur Marketingstrategie des Kunden und erweiterte zudem den Funktionsumfang und die Leistung der Stellantriebe, indem die Steuerungs-Software optimiert wurde. Hierdurch konnte der Kunde neue Märkte erschließen und seinen Marktanteil bei Stellantrieben ausbauen.

 

Weiterführende Informationen/Links:

 

Share this!

×