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Keine Scheu vor extremen Einsätzen

Atex-Motor mit integrierter Steuerung treibt Mikrozahnringpumpe
Keine Scheu vor extremen Einsätzen

Antriebslösung | Viele Bereiche verlangen anwendungsspezifische Antriebe. Oft bieten zuverlässige DC-Kleinstmotoren und Motion Controller gute Voraussetzungen. Druckfest gekapselt, lassen sie sich auch in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzen.

Ellen-Christine Reiff und Alexander Homburg Fachjournalisten in Stutensee

So unterschiedlich wie die Anwendungen sind die Anforderungen, die kleine DC-Motoren heute erfüllen müssen. Dabei kommt es bei der Auswahl eines passenden Antriebs keineswegs nur auf benötigtes Drehmoment oder die Drehzahl an. Eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen Abmessungen, Umgebungsbedingungen, dynamische Anforderungen und der Energieverbrauch. Faulhaber bietet deshalb DC-Klein- und Kleinstmotoren in unterschiedlichsten Baugrößen und Varianten, von grafit- und edelmetallkommutierten Ausführungen bis hin zu bürstenlosen, elektronisch kommutierten DC-Kleinmotoren. Auf Basis der Standardprodukte lassen sich rasch auch kundenspezifische Lösungen realisieren, zumal die Motoren mit unterschiedlichen Präzisionsgetrieben, hochauflösenden Inkremental- oder Absolut-Encodern sowie leistungsfähigen Speed- und Motion-Controllern kombinierbar sind.
Ein Beispiel dafür liefert eine kundenspezifische Antriebsentwicklung der Mattke AG. Dabei kooperierten die Freiburger Mechatronikspezialisten eng mit den Antriebsexperten aus Schönaich, um ein ex-geschütztes Antriebssystem – bestehend aus DC-Servomotor und Motion Controller – für eine Mikrozahnringpumpe zu entwickeln. Hier kam als dritter Partner der Pumpenspezialist HNP Mikrosysteme GmbH aus Schwerin ins Spiel. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Mikrozahnringpumpen zur hochpräzisen Dosierung und Förderung kleinster Mengen niedrig- bis hochviskoser Flüssigkeiten und war nun an einer Weiterentwicklung interessiert.
Die Pumpe, für die eine neue Antriebslösung gewünscht wurde, wird vorwiegend in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzt. Ihr Design und damit auch der Bauraum für den Antrieb war bereits vorgegeben. Durch den neuen Atex-Motor mit integrierter Steuerung sollten nun diese im Einsatz bewährten Pumpen noch leistungsfähiger und besser ansteuerbar werden; außerdem wollte man den Einbauraum verringern, also möglichst die bisher externen Regelkomponenten einsparen. Eine integrierte Lösung war deshalb erforderlich.
Standardkomponenten als Basis
Basis für ihre Entwicklung bildete schließlich ein bürstenloser DC-Servomotor der Baureihe 3268BX4. Für diese Auswahl sprachen gleich mehrere Argumente: So verleiht die Vierpoltechnologie diesen Antrieben trotz der mit 32 mm Durchmesser und 68 mm Länge kompakten Abmessungen ein hohes Dauerdrehmoment von 96 mNm bei ruhigen Laufeigenschaften und geringem Geräuschpegel. Der modulare Aufbau ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Rotorkonzepte, über die sich das Drehmoment bei hohem oder niedrigen Drehzahl-niveau optimal anpassen lässt. Durch die elektronische Kommutierung ist die Lebensdauer im Vergleich zu mechanisch kommutierten Motoren um ein Vielfaches höher. Überdies können dank der Hallsensoren auch ohne zusätzlichen Encoder Drehzahlen bis circa 3000 min-1 stabil geregelt werden. Das flexible Motorkonzept ermöglicht es zudem, die Motoren mit unterschiedlichen Motion Controllern zu kombinieren. In dieser Pumpenanwendung wurde der DC-Servomotor mit einem Controller der Serie MCBL 3003 ergänzt, der über eine CANopen- oder RS232-Schnittstelle angesteuert wird.
Ummantlung für die Atex-Zulassung
Hierfür entwickelten die Mattke-Ingenieure ein druckfest gekapseltes Gehäuse, das es in dieser Form am Markt noch nicht gab. Motion Controller und Motor sind dabei in einer speziellen Aufnahmevorrichtung eingebettet, die ihrerseits in einem vorn und hinten verschlossenen Metallrohr untergebracht ist. Umständliche Ex-Schutzvorkehrungen für die sensible Elektronik des Servoreglers oder den Motor sind obsolet. Außerdem werden so Signalverluste und Störungen vermieden, die durch lange Zuleitungen entstehen, wenn die Elektronik vom Motor getrennt außerhalb des Ex-Bereichs platziert werden muss. Das erleichtert dem Pumpenhersteller wie dem Anwender das Leben, denn die für die Pumpen meist vorgeschriebene Atex-Zertifizierung ist durch die Ummantelung des Antriebs keine Hürde mehr.
Anwendungsbereiche für den integrierten Atex-Pumpenantrieb finden sich überall in der Verfahrenstechnik. So wurde der neue Antrieb nach Fertigstellung in einer hermetisch inerten Mikrozahnringpumpe von HNP verbaut, die in einer Wasseraufbereitungsanlage Bleichlauge fördert, die hier als selektives Oxidations- und Desinfektionsmittel wirkt.
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