Um sicherzustellen, dass seine neueste Spul- und Wickellösung höchste Effizienz auf kleinstem Raum bietet, entschied sich Reel Power Industrial für Permanentmagnet-Synchrongetriebemotoren des Experten Bauer Gear Motor, einer führenden Marke der Altra Industrial Motion Corporation.

Ein wichtiges Segment des Marktes ist Kupferdraht. Er wird in der Elektro-, Kommunikations- und Energieinfrastruktur verwendet – die Nachfrage der Unternehmen in allen Sektoren ist hoch. Entsprechend stark ist der Druck auf die Kupferdraht-Hersteller. Sie wünschen Lösungen, die den Draht zuverlässig und effizient auf kleinere Trommeln versandfertig aufspulen. Außerdem soll diese Maschine möglichst kompakt sein. Dies ermöglicht es den Lieferanten, die Flächeneffizienz zu maximieren, so dass mehr Maschinen auf begrenztem Raum installiert werden können und die Produktivität steigt. Unternehmen wie Reel Power Industrial haben sich auf Spul- und Wickelmaschinen spezialisiert, die ihren Kunden diese Vorteile erschließen.

Die Vorteile der PMSM-Technologie

Für die neue Maschinenvariante mit der Bezeichnung RD10 wollte Reel Power Industrial durch Neugestaltung des Walzenantriebs eine verbesserte Effizienz bei geringerem Platzbedarf erreichen. Um diese beiden Ziele zu erreichen, war es notwendig, den In-Line-Motor durch einen rechtwinkligen Getriebemotor zu ersetzen, der eine höhere Leistungsdichte bietet. Nach Prüfung von Getriebemotoren verschiedener Hersteller entschied sich Reel Power Industrial für einen Kegelradgetriebemotor der Reihe BK von Bauer mit Permanentmagnet-Synchronmotor-Technologie (PMSM).

Das kompakte Getriebe BK40 mit integriertem Motor in PMSM-Ausführung kann im Bereich 0 Hz bis 120 Hz ein gleichmäßiges Drehmoment aufrechterhalten – ideal für Spulanwendungen. Die Wärmeverluste am Rotor sind um 100 % und die Gesamtverluste um ca. 25 % reduziert. Dies gewährleistet, dass der Motor bei geringerer Leistung nicht überhitzt. Außerdem steigert die Technologie den Gesamtwirkungsgrad um 10 % oder mehr. Dies führt zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten (TCO) durch Energieeinsparungen sowie zu reduzierten CO₂-Emissionen.

Maschinen vom Typ RD benötigen außerdem eine variable Drehzahlregelung, damit der Aufwickelvorgang gesteuert werden kann. „Ältere RD-Modelle erreichten dies über mechanische Regelantriebe mit verstellbaren Riemenscheiben. Neuere Modelle nutzten umrichtergespeiste Induktionsmotoren“, so Crosley. „Die Umstellung auf PMSM geht nicht so ohne Weiteres. Wir haben viele Frequenzumrichtersteuerungen gründlich getestet und festgestellt, dass einige Antriebshersteller keine geeigneten Algorithmen für die PMSM-Steuerung haben.“

Der BK40 wurde daher mit einem geeigneten Frequenzumrichter kombiniert, um die gewünschte Funktionalität herzustellen. Um die Leistung zu testen, wurde eine RD10 mit einer über 4.500 kg schweren Trommel beladen und mehrere Stunden lang im Start/Stopp-Zyklus betrieben. Dies sollte sicherstellen, dass der BK40 die Last bewältigen kann. Die Fachbereiche von Bauer Gear Motor und Reel Power Industrial arbeiteten eng zusammen, um den Motor so abzustimmen, dass er die Leistungsanforderungen erfüllt.

Die Serie RD10

Die Serie RD von Reel Power Industrial ist eines der erfolgreichsten Produkte des Unternehmens. Sie steht vorwiegend bei Draht- und Kabeldistributoren, wo große Trommeln mit Kupferdraht auf kleinere Trommeln für die Kabelverleger umgespult werden. Der neue wellenlose Wickler RD10 mit Walzenantrieb ist die jüngste Ergänzung der Produktreihe, die nächste Stufe in einem jahrzehntelangen Entwicklungszyklus.

„Die RD-Serie wird seit über 30 Jahren hergestellt und regelmäßig aktualisiert, um die Vorteile innovativer Technologien zu nutzen, sobald sie verfügbar sind“, sagt Joe Crosley, leitender Elektroingenieur bei Reel Power Industrial. „Ursprünglich wurden die Wickler der RD-Serie mit einem mechanischen variablen 20-PS-Antriebssystem angeboten, das zwar ein hohes Drehmoment lieferte, aber aufwändig und teuer in der Wartung war. Als dann Frequenzumrichter und Steuerungen verfügbar waren, rüsteten wir auf, mussten aber die Leistung erhöhen, um das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich zu erhalten. „Die RD10-Wickelmaschinen arbeiten mit einem Walzenantrieb, was das Auswechseln und Laden von großen Leitungs- und Kabelspulen beschleunigt. Der Getriebemotor der Maschine treibt eine Walze an, die die Kabeltrommel beim Aufwickeln dreht. Die Abtriebswelle des Getriebemotors ist über einen Kettenantrieb mit der Antriebswalze verbunden. Ein kleinerer Motor mit Getriebe treibt zwei Gewindestangen an, die wiederum die Auswurfwalze am Rahmen auf und ab bewegen. Die Aufrechterhaltung eines konstanten Wickeldrehmoments in allen Drehzahlbereichen ist entscheidend, um ein ordnungsgemäßes Aufwickeln zu gewährleisten.

Hohe Leistung auf kleinstem Raum

Neben dem hohen Wirkungsgrad war beim BK40 das Verhältnis von Baugröße und Leistung ein wichtiger Faktor bei seiner Auswahl für die RD10.

„Abgesehen von der inhärenten überlegenen Effizienz, die die Bauer PMSM-Technologie bietet, konnten wir dank der hohen Leistungsdichte von einem 20-PS-Motor auf einen 15-PS-Motor umsteigen. Hierdurch konnten wir sowohl die Anschaffungs- als auch die Betriebskosten senken", erklärt Crosley. „Durch die Bauer-BK-Lösung mit dem rechtwinkligen Kegelradgetriebemotor konnten wir außerdem die Breite der Maschine von ca. 3,5 m auf 2,6 m reduzieren – ein großer Mehrwert für unsere Kunden.“

Dank der so gewonnenen Platzersparnis können Endbenutzer die verfügbare Fläche wesentlich effektiver nutzen.

Das neue RD10-Modell zeichnet sich durch sanftere Beschleunigung und Abbremsung ohne Zug- oder Stauchbelastung des Kabels aus. So reduziert sich das Risiko einer Beschädigung der Litzen. Ein Fußschalter und eine zentrale Bedienersteuerung mit Handdrehzahlregler ermöglichen es dem Bediener, Material auf eine Trommel oder einen Wickelkopf aufzuspulen. Der Fußschalter kann zudem „getippt“ werden, ohne beim Antrieb den Schutz auszulösen – dies erleichtert die Verpackung des aufgespulten Materials. Eine dynamische Bremse reduziert ein „Überdrehen“. Im Vergleich zu mechanisch angetriebenen Maschinen ist die RD10 zudem deutlich leiser.

Für den kleineren Auswurfantrieb der Maschine kommt ein Drehzahlminderer der Serie 700 von Boston Gear zum Einsatz. Die Serie 700 ist der Industriestandard für Schneckengetriebe in Modularbauweise. Die Geräte verfügen über ein robustes Gehäuse aus feinkörnigem Gusseisen für maximale Festigkeit und Haltbarkeit.

„Der BK40 hat sowohl in unseren internen Tests als auch in den Tests bei unserem Kunden gut abgeschnitten. Bauer ist ein hervorragender Partner, der uns sehr unterstützt und gut mit unseren Mitarbeitern zusammengearbeitet hat“, sagt Crosley. „Wir suchen nach weiteren Anwendungen, die die inhärenten Eigenschaften der Bauer PMSM-Getriebemotoren maximieren können.“

Bildtexte:

Bild 1: Für seine neue Spul- und Wickelmaschine RD10 wählte Reel Power Industrial einen Kegelradgetriebemotor der Bauer BK-Reihe mit PMSM-Technologie.

Bild 2: Der kompakte BK40 bietet sanftes Abbremsen und Beschleunigen, einen hohen Wirkungsgrad sowie ein beeindruckendes Größen-Leistungs-Verhältnis.

Bild 3: Kabeldistributoren verwenden die Maschinen der Serie RD von Reel Power Industrial, um große Trommeln mit Kupferdraht auf kleinere Trommeln für die Kabelverleger umzuspulen.

Bild 4: Die kompakte Baureihe BK nutzt einen integrierten Motor mit PMSM-Technologie, um ein gleichmäßiges Drehmoment zu gewährleisten – ideal für Spulanwendungen.

Bild 5: Für den kleineren Auswurfantrieb der Maschine wurde ein Drehzahlminderer der Serie 700 von Boston Gear montiert.