Die Gruner AG mit Sitz im baden-württembergischen Wehingen ist Weltmarktführer bei gepolt bistabilen Schaltrelais von 8 bis 200 A. Das Produktprogramm umfasst daneben anwendungsspezifische Magnete für die Sektoren Automotive, HLK, Mechatronik, IT sowie Stellantriebe für das Building Management.
Konstruktive Maßnahmen senken den Lärmpegel
Der geringere Schallleistungspegel des linearen Spindelantriebs wird durch niedrige Drehzahlen des BLDC-Motors, die spezielle Gewindeform und die im Vergleich zu einem normalen Hubantrieb deutlich größere Kontaktfläche des Spindelgewindes zum Endrad erzielt. Die Fixierung der Spindel befindet sich innerhalb des Antriebs, was eine kompaktere Bauweise und eine zentrische Montage ermöglicht. Darüber hinaus bewirkt der Antrieb ein hohes stromloses Haltemoment. Auf diese Weise wird eine höhere Energieeffizienz erzielt als mit herkömmlichen Modellen, die zum Erreichen derselben Haltekraft einen Haltestrom benötigen. Der Antrieb ist für Bodenluftauslässe, Drallluftdurchlässe sowie Weitwurfdüsen zum Belüften, Heizen und Kühlen geschlossener Räume geeignet.
Der lineare Spindelantrieb besteht aus einer Spindel und einem Getriebe mit bürstenlosem DC- beziehungsweise BLDC-Motor und Positionssteuerung. Dabei wird der BLDC-Motor durch die Positionssteuerung angesteuert und das Getriebe übersetzt diese Drehbewegung bis zum Endrad, also der Spindel, wo sie in eine Hubbewegung umgewandelt wird. Im Endrad sind Gewindegänge eingebracht, die die ebenfalls mit einem Gewinde versehene Spindel vorwärts und rückwärts bewegen.
Interne Fixierung und selbstständige Endlagenerkennung
Bisherige Spindelantriebe benötigten eine separate externe Fixierung der Spindel, um zu verhindern, dass diese eine Drehbewegung macht. Denn nur so ergibt sich eine Hub-Zug-Bewegung. Das ist wie bei einer Schraube mit Mutter. Die Mutter muss festgehalten werden, damit die Schraube gedreht und damit festgezogen werden kann. Beim Spindelantrieb von Gruner ist die Fixierung antriebsintern verbaut. Damit wird der Aufwand für den Anwender vermindert und eine kompaktere Bauweise mit zentrischer Montage möglich. Daneben erreicht der Antrieb eine hohe stromlose Haltekraft von mindestens 100 N. Dazu wurde die Selbsthemmung so gewählt, dass der Steigungswinkel der Spindel etwas kleiner ist als der Reibungswinkel. Somit kommt die Mutter selbstständig zum Stillstand, wenn sie nicht mehr angetrieben wird. Bei herkömmlichen Modellen wird dagegen ein Haltestrom von ein bis zwei Watt benötigt.
Zudem war die Positionssteuerung bei früheren Spindelantriebmodellen nicht in der Lage, selbstständig Endpositionen zu erkennen und den Antrieb abzuschalten. Mit der Neuentwicklung ist es nun möglich,neben einer VAV-Einstellung (variables Luftvolumen) auch eine einfache Positionierung vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Endlagen nun automatisch registriert werden und der Antrieb sich intern abschaltet, wenn diese erreicht werden. Für die stetige Ansteuerung muss der Antrieb nur in einer Einmessfahrt die Hublänge lernen.
Deutlich niedrigerer Schallleistungspegel
Die größte Herausforderung bei der Entwicklung war, für die Spindel und ihr Gewinde das richtige Design zu finden, da beides für die Funktion des Antriebs entscheidend ist. Es musste eine Balance zwischen bester Effizienz bzw. Kraftübertragung und hoher Haltekraft, also großer Hemmung, gefunden werden. Ebenso ist die Wahl des Gewindes entscheidend für den Schallleistungspegel und damit die Geräuschentwicklung bei der Positionierung.
Der so gefundene Spindelantrieb führt im Vergleich zu anderen linearen Antrieben eine deutlich leisere Hub-Zug-Bewegung aus. Seine Lautstärke liegt bei 30 db(A) und damit 5 dB unter der üblicher Antriebe. Der Effekt beruht letztlich auf einer Kombination aus geringen Drehzahlen beim BLDC-Motor und der Gewindeform beziehungsweise der Tatsache, dass in einem Spindelgewinde mehr als ein Gewindegang Kontakt zum Endrad hat. Der Schallleistungspegel reduziert sich deutlich im Vergleich zu einem Hubantrieb, bei dem deutlich weniger Kontakt der Hubstange zum Endrad besteht. Damit eignet sich der Antrieb besonders für den Einsatz in lärmempfindlichen Umgebungen wie Theater, Fernseh- und Tonstudios, Schlaf- sowie Ruhebereichen, wo bislang zum Teil auf eine zusätzliche Schallisolation zurückgegriffen werden musste, um den Geräuschpegel noch weiter zu senken.
Der Spindelantrieb kann an verschiedene Anforderungen individuell angepasst werden. So lässt sich die Ansteuerung beispielsweise für eine VAV-Anwendung, für eine -Punkt- sowie für eine einfache, stetige Ansteuerung auslegen. Aus der Hub-Zug-Bewegung kann auch eine Drehbewegung werden. Diese Variante hat Gruner eigens für Bodenluftauslässe entwickelt. -
Dr.-Ing. Wolfgang Spreitzer
Geschäftsführer der Gruner AG, Wehingen
