Wasserdichtes Konzept

Ellen-Christine Reiff und Alex HomburgJournalisten in Stutensee

So unterschiedlich wie die Anwendungen sind die Anforderungen an miniaturisierte DC-Motoren. Bei der Auswahl eines passenden Antriebs kommt es nicht nur auf Drehmoment oder Drehzahl an. Ebenso wichtig können die Abmessung, Umgebungsbedingungen, dynamische Anforderungen oder auch der Energieverbrauch sein. Um spezifische Anforderungen erfüllen zu können, bietet der Antriebsspezialist Faulhaber DC-Klein- und Kleinstmotoren in zahlreichen Baugrößen und Varianten an. Das umfangreiche Portfolio reicht von grafit- und edelmetallkommutierten Ausführungen bis hin zu bürstenlosen, elektronisch kommutierten DC-Kleinmotoren. Basierend auf den Standardprodukten lassen sich schnell und wirtschaftlich auch kundenspezifische Lösungen realisieren – inklusive unterschiedlicher Präzisionsgetriebe, hochauflösender Inkremental- oder Absolut-Encoder sowie leistungsfähiger Speed- und Motion-Controller.

Ein Beispiel dafür liefert eine kundenspezifische Antriebsentwicklung, die Faulhaber zusammen mit der Mattke AG entwickelt hat: ein ex-geschütztes Antriebssystem für eine Mikrozahnringpumpe, bestehend aus DC-Servomotor und Motion Controller. Als dritter Partner kam die HNP Mikrosysteme GmbH ins Spiel. HNP ist Spezialist für die Entwicklung und Herstellung von Mikrozahnringpumpen zur hochpräzisen Dosierung und Förderung kleinster Mengen niedrig- bis hochviskoser Flüssigkeiten. Die geplante Pumpenlösung soll vorwiegend in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzt werden. Design und damit auch der Bauraum waren vorgegeben.

Ausgangsbasis war eine bewährte Mikrozahnringpumpe. Durch die Kombination mit einem Atex-Motor samt integrierter Steuerung konnte deren Leistung und Ansteuerung optimiert werden. Außerdem wurde durch die Einsparung von externen Regelkomponenten der Einbauraum verringert.

Grundlage für die dazu gehörende Antriebslösung bildete ein bürstenloser Faulhaber DC-Servomotor der Baureihe 3268BX4. Für diese Auswahl sprachen gleich mehrere Argumente: So liefert die Vierpoltechnologie trotz kompakter Abmessungen ein hohes Dauerdrehmoment von 96 mNm. Dazu kommen Laufruhe und geringer Geräuschpegel. Der modulare Aufbau ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Rotorkonzepte, über die sich eine optimale Anpassung des Drehmoments unterschiedlichen Drehzahlen realisieren lassen.

Durch die elektronische Kommutierung ist die Lebensdauer im Vergleich zu mechanisch kommutierten Motoren um ein Vielfaches höher und dank der eingesetzten Hallsensoren können auch ohne zusätzlichen Encoder Drehzahlen bis circa 3000 min-1 stabil geregelt werden. Das flexible Motorkonzept bietet zudem die Möglichkeit, unterschiedliche Motion Controller einzusetzen. In der beschriebenen Pumpenanwendung wird der DC-Servomotor etwa mit einem Controller der Serie MCBL 3003 ergänzt, der über eine CANopen- oder eine RS232-Schnittstelle angesteuert wird.

Für diese Kombination entwickelten die Mattke-Ingenieure ein druckfest gekapseltes Gehäuse. Motion Controller und Motor sind dabei in einer speziellen Aufnahmevorrichtung eingebettet, die sich in einem verschlossenen Metallrohr befindet. Dadurch sind keine Ex-Schutzvorkehrungen für die sensible Elektronik von Regler und Motor mehr notwendig. Außerdem werden so Signalverluste und Störungen vermieden, die durch lange Zuleitungen entstehen, wenn die Elektronik außerhalb des Ex-Bereichs platziert werden muss. Damit ist auch die für Pumpen zumeist vorgeschriebene Atex-Zertifizierung keine Hürde mehr.

Anwendungsbereiche für den integrierten Atex-Pumpenantrieb finden sich überall in der Verfahrenstechnik. So wurde der neue Antrieb gleich nach Fertigstellung in einer hermetisch inerten Mikrozahnringpumpe von HNP verbaut, die in einer Wasseraufbereitungsanlage Bleichlauge fördert. Diese konzentrierte, wässrige Lösung aus NaOCL wirkt hier als selektives Oxidations- und Desinfektionsmittel. Die Pumpe ermöglicht einen Volumenstrom von 0,48 ml/min bis 240 ml/min sowie Differenzdrücke von 0 bis 10 bar.

Die Faulhaber-Gruppe mit 1600 Mitarbeitern und Stammsitz in Schönaich ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 W Abgabeleistung. Dazu zählen die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen wie auch ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marken der Faulhaber-Gruppe eignen sich für komplexe und anspruchsvolle Anwendungsgebiete wie Medizintechnik, Bestückungsautomaten, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Das Portfolio des Anbieters reicht vom Mikroantrieb mit 1,9 mm Durchmesser bis zum leistungsstarken 44-mm-DC-Kleinstmotor.

Die Mattke AG in Freiburg im Breisgau befasst sich seit 50 Jahren mit Automatisierungsaufgaben, die heute von der einfachen Drehzahlregelung bis hin zur hochpräzisen Positionierung mit Linearantrieben reichen. Eine Spezialität der Freiburger sind maßgeschneiderte Antriebslösungen; Sonderanfertigungen und Änderungen bestehender Systeme gehören zum Alltag. Was nicht standardmäßig verfügbar ist, wird auf Wunsch vom eigenen Entwicklungs-Team konstruiert oder aus dem Partnerprogramm bereitgestellt. Das Portfolio reicht dabei von Sonderlösungen für den Steuerungs- und Schaltschrankbau bis hin zum Vorrichtungs-, Apparate- und Sondermaschinenbau. Auf Wunsch übernimmt die Mattke AG die komplette Projektverantwortung über Konstruktion und Entwicklung bis hin zum Aufbau und der Inbetriebnahme der Anlage.