Kleine, leichte Motoren, die eine hohe Leistung erbringen, sind an sich nicht neu. Bereits vor zwei Jahren hat das Antriebstechnikunternehmen Faulhaber die Serie 3274 BP4 für solche Anforderungen entwickelt: Der bürstenlose DC-Servomotor mit 32 mm Durchmesser und 74 mm Länge hat ein Dauerdrehmoment von 162 mNm. Mit knapp 320 g wiegt er weniger als die Hälfte als herkömmliche Motoren mit vergleichbarem Leistungsvermögen und eignet sich für Anwendungen, in denen es auf hohe Leistung und dynamischen Start-Stopp-Betrieb bei möglichst geringem Gesamtgewicht ankommt, wie beispielsweise in Gelenkantrieben von humanoiden Robotern, elektrischen Greifern oder Hochleistungsfahrantrieben für die Inspektionsrobotik. Nun hat die Produktfamilie mit dem neuen DC-Kleinstantrieb 2264 BP4 einen kleinen Bruder bekommen.
Der Kleinstantrieb erreicht ein maximales Drehmoment von 59 mNm, bei einem Gewicht von nur 140 g und einem Durchmesser von 22 mm. Außerdem sind bis zu 34 000 Umdrehungen pro Minute möglich. Grund für die Leistungsmerkmale ist die neuartige Segment-Wicklung der Spule. „Wir haben aber nicht nur die Wicklung – eine unserer Kernkompetenzen – entwickelt, sondern beherrschen auch die dazugehörige Fertigungstechnik“, erklärt Anne Schilling, Produktmanagerin bei Faulhaber.
Mehr Kupfer in der Spule erzeugt weniger Stromverlust und mehr Leistung
Im Motor werden nun einzeln gewickelte Segmente überlappend ineinander gesteckt. Dadurch lässt sich in der Spule eine besonders große Menge Kupfer unterbringen. Der hohe Kupferanteil steigert die Leistungsfähigkeit des Motors. Weitere erwünschte Nebeneffekte dieses Spulenaufbaus sind eine hohe Wicklungssymmetrie mit minimalen Stromverlusten und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad. Durch die kompakte Spule lässt sich außerdem eine belastbare Welle mit 4 mm Durchmesser und passender Lagerung verbauen. „Damit kann der kleine Motor auch als Direktantrieb dienen, etwa in Handstücken motorisierter Werkzeuge“, sagt Schilling. Der vierpolige Motor weist zudem ein geringes Trägheitsmoment auf und sei deshalb auch gut für den dynamischen Start-Stopp-Betrieb geeignet.
Die Sensoren für die Positionsbestimmung können platzsparend integriert werden. Analoge Hallsensoren, die es als Option gibt, benötigen keinen zusätzlichen Bauraum. Sie bestimmen die Position der Welle sehr genau und können in den meisten Fällen einen Encoder ersetzen. Dadurch sind besonders leichte und kompakte Antriebslösungen realisierbar. Sollte doch mehr Präzision gefordert sein, etwa bei optischen Systemen, in Messsystemen oder in der Halbleiterfertigung, stehen kompatible optische und magnetische Encoder zur Verfügung. Diese lassen sich einfach am hinteren Multifunktionsflansch des Motors befestigen.
Wie sein großer Bruder ist auch der neue Kleinstantrieb überlastfähig. Er arbeitet ohne verschleißanfällige mechanische Kommutierung und erreicht deshalb im Vergleich zum herkömmlichen DC-Kleinstmotor eine deutlich höhere Lebensdauer. Für viele Anwendungen interessant ist auch der Einsatzbereich in einem Temperaturbereich von -40 bis +125 °C.
„Mit diesen Eigenschaften ist der neue DC-Kleinstmotor eine passende Antriebslösung für praktisch alle Anwendungen, bei denen es eng zugeht oder das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, aber zugleich viel Drehmoment benötigt wird“, meint die Produktmanagerin. Die beiden wichtigsten Einsatzgebiete sieht sie bei Handstücken von elektrischen Werkzeugen und in der industriellen Automation: „Bei elektrischen Astscheren, elektrischen Schraubendrehern oder bei motorisierten Instrumenten für die Chirurgie arbeiten die Anwender oft viele Stunden mit ihren Geräten. Es zählt also jedes Gramm, das gehalten und bewegt werden muss. Zugleich sollen die Werkzeuge schnell, stark und effektiv sein, müssen also auf den Punkt Höchstleistungen erbringen, damit jeder Arbeitsgang ohne Nachsetzen abgeschlossen werden kann“, weiß die Produktmanagerin.
Ganz ähnliche Anforderungen gelten – zumindest im Hinblick auf das Größe-Drehmoment-Verhältnis – in vielen Bereichen der Fabrikautomation, etwa bei Greifern oder Robotern, bei mobilen Robotern wie zum Beispiel Kanalrobotern, in der Luftfahrt bei der Kabinenausstattung oder bei aktiven Prothesen, welche die Funktion fehlender Gliedmaßen immer umfassender übernehmen können. Mit passenden Präzisionsgetrieben lässt sich der DC-Kleinstantrieb für praktisch jede Aufgabenstellung passend konfigurieren.
Das Unternehmen
Die Faulhaber-Gruppe mit ihren 1800 Mitarbeitern ist seit 1947 auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 W Abgabeleistung spezialisiert. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller.
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