Synchron oder asynchron? Automatisierung und Positionierung

Trommelmotoren – Mehr Waren, schnellere Abläufe, unterschiedliche Transportgüter: Bandförderer, die mit Trommelmotoren angetrieben werden, müssen über viele Jahre hinweg steigende Anforderungen erfüllen. Trommelmotoren als kompakte Förderantriebe gibt es in asynchroner und synchroner Bauart. Wo die Unterschiede beider Technologien liegen, erklärt Interroll.

07. November 2018
Synchron oder asynchron? Automatisierung und Positionierung
(Bild: © Interroll)

Als Antriebe für Förderbänder werden üblicherweise Elektromotoren verwendet, wobei der Trend zum Einsatz von Trommelmotoren geht. Weil bei diesen der Antrieb bereits in der Rolle integriert ist, eignen sich Trommelmotoren für den Aufbau besonders kompakter, energieeffizienter und wartungsfreundlicher Förderlösungen. Durch ihre hermetisch geschlossene Bauweise verbuchen sie zudem gegenüber Getriebemotoren Vorteile in hygienisch sensiblen Bereichen, die eine gründliche Nassreinigung erfordern.

Die Qual der Wahl

Bei Trommelmotoren stehen grundsätzlich Synchron- und Asynchronmotoren zur Wahl. Bei beiden Technologien baut sich durch elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den am Stator angebrachten Spulen und dem Rotor des Motors ein Drehmoment auf. Beim Asynchronmotor wird zusätzlich durch das Statormagnetfeld im Rotor eine elektrische Spannung induziert. Dieser Vorgang entfällt beim Synchronmotor, da hier am Rotor Permanentmagnete wirken.

Asynchronmotoren stellen bei industriellen Anwendungen heute die mit Abstand am weitesten verbreitete Form von Elektromotoren dar. Sie sind robust, besitzen einen guten Wirkungsgrad und lassen sich für konstante Transportgeschwindigkeiten ohne zusätzliche Steuerelektronik betreiben. Für Anwendungen, bei denen es um einen gleichmäßigen Fluss mittelschwerer Waren in normalen Geschwindigkeitsbereichen (von etwa 0,1 bis 1 Meter/Sekunde) geht, sind Asynchronmotoren daher meist die erste Wahl.

Bei Synchron-Trommelmotoren ist die Spanne der möglichen Transportgeschwindigkeiten allerdings deutlich größer, sie reicht von rund 0,01 bis knapp 3 Meter pro Sekunde. Damit eignen sich diese Antriebe einerseits für sehr langsam fließende Prozesse, bei denen Güter zum Beispiel manuell bearbeitet werden müssen. Andererseits können auch Fließprozesse in Hochgeschwindigkeit realisiert werden, wie sie etwa in Distributionszentren oder in automatischen Verpackungsanlagen erforderlich sind.

Exakte Positionierung

So lassen sich zum Beispiel nur über Synchron-Trommelmotoren sehr schnelle und häufige Start-/Stopp-Vorgänge realisieren, was sie immer dann zur ersten Wahl macht, wenn ein intermittierender Warenfluss vorliegt – also zum Beispiel bei automatisierten Befüllungs- oder Bearbeitungsprozessen. Außerdem ermöglichen Synchronmotoren ein sehr präzises Geschwindigkeits- und Positionierungsverhalten, wie es etwa bei automatischen Schneideprozessen nötig ist.

Zugleich bieten sie im Vergleich zu Asynchronmotoren über alle Geschwindigkeitsbereiche hinweg ein deutlich höheres Drehmoment, was auch den Transport schwererer Güter ermöglicht. Synchronmotoren zeichnen sich zudem durch ihre – im Vergleich zum Asynchronmotor – deutlich höhere Überlastfähigkeit aus. Ein Synchronmotor kann problemlos kurzfristig mehrfach überlastet werden, was insbesondere dann hilfreich ist, wenn rasch viel Kraft benötigt wird. So können auch schwerere Güter schnell beschleunigt oder abgebremst werden.

Der Blick auf die Kosten

Synchronmotoren arbeiten außerdem besonders energieeffizient. Asynchronmotoren, insbesondere bei kleineren Motorleistungen, haben im Vergleich zu Synchronmotoren baulich bedingt wesentlich schlechtere Wirkungsgrade. Das heißt nicht nur, dass Synchronmotoren den Stromverbrauch und damit die laufenden Kosten einer Materialflussanlage verringern.

Als direkte Folge davon bleiben sie auch kühler, da ein geringerer Anteil der zugeführten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird. Dies erhöht zugleich ihre Eignung zum Einsatz bei temperaturkritischen Anwendungen, etwa im Bereich der Lebensmittelverarbeitung. Als direkte Folge der niedrigeren Betriebstemperaturen zeichnet sich dieser Motorentyp durch eine extrem lange Lebensdauer aus.

Wann ist eine Umrüstung sinnvoll?

Ein weiterer Vorteil von Synchronmotoren ist ihre bei gleicher Leistung geringere Baugröße, die sich vor allem durch den wesentlich kompakteren Permanentmagnet-Rotor ergibt. So hat etwa der bis 700 Watt belastbare Synchron-Trommelmotor von Interroll nur einen Durchmesser von rund 81,5 Millimetern bei einer Mindesteinbaulänge von 290 Millimetern. Ein vergleichbarer Asynchron-Trommelmotor mit Nennleistung von 750 Watt hat einen Außendurchmesser von 138 Millimetern bei einer Mindestlänge von 350 Millimetern.

Durch den geringeren Durchmesser von Synchron-Trommelmotoren können kleinere Güter besser auf ein nachfolgendes Förderband übergeben werden. Nicht nur bei der Konzeption von neuen Anlagen, auch dort, wo vorhandene Warenflussanlagen modernisiert werden sollen, kann die Umrüstung von Asynchron- auf Synchrontechnik also zahlreiche Vorteile bieten.

Beratung hilft

Wer eine Neuanschaffung oder eine Modernisierung seiner Materialflusslösung plant, ist gut beraten, sich über die grundsätzlichen Möglichkeiten, die ihm asynchrone und synchrone Trommelmotorentechnik bieten, zu informieren.

Warum spielt die präzise Position eines Transportgutes auf einem Bandförderer für viele Anwender eine wichtige Rolle?

Weil heute immer häufiger automatisierte Bearbeitungsverfahren in den Warenfluss integriert werden sollen — zum Beispiel fürs Tracking, für Verpackungsprozesse oder fürs Etikettieren. Hierzu muss das einzelne Transportgut millimetergenau auf dem Förderband gestoppt werden.

Wie wird dies heute üblicherweise realisiert?

In vielen Fällen noch über asynchrone Trommelmotoren, die mit einem zusätzlichen Drehgeber, also einem Sensor, ausgestattet sind. Er misst die Drehzahl und Position des Rotors. Ein angeschlossenes elektronisches Zählwerk registriert dann die entsprechenden Impulse und gibt den gewünschten Stopp-Befehl. Diese Lösung ist zwar extrem genau, aber auch kostenträchtig und störungsempfindlich.

Ist dies immer nötig?

Nein. Beim Einsatz eines Synchron-Trommelmotors können die transportierten Güter auch ohne Drehgeber millimetergenau positioniert werden. Das reicht für die meisten Anwendungen vollkommen aus. Hierzu kommt einfach der Frequenzgeber des Synchronmotors zum Einsatz, den asynchrone Motoren bei variablen Transportgeschwindigkeiten ja auch benötigen. Neben den allgemeinen Vorteilen hinsichtlich Leistung, Energieeinsparung und Kompaktheit sorgt die Lösung mit Synchron-Trommelmotoren zusätzlich also für günstigere Anschaffungskosten und höhere Betriebssicherheit.