Servomotor Antriebstechnik in einem ganz anderen Licht

Anwendungs-Vielfalt? Fast noch bunter ist inzwischen der Anforderungs-Mix an kleine DC-Motoren. Da kommt es nicht nur auf Drehmoment und Drehzahl an. Auch Abmessungen, Umgebungsbedingungen, dynamische Anforderungen und Energieverbrauch spielen eine Rolle. Nicht nur Industrie, wie ein Projekt des britischen Fotokünstlers Patrick Llewelyn-Davies zeigt.

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Nur kurz ist die Blende normalerweise für die Belichtung beim Fotografieren geöffnet. Ob fürs Smartphone-Selfie oder bei einem künstlerischen Profibild, der Auslöser hat das Licht beim „Knipsen“ meist nur für den Bruchteil einer Sekunde durch die Blende gelassen. Analog ist ein Verschlussgeräusch zu hören, das digitale Apparate sogar simulieren, um den kurzen Moment der Aufnahme auch akustisch zu markieren. Ganz anders als bei dieser Fotografietechnik entstehen Bilder in der Lichtmalerei. Hier bleibt die Blende lange offen und bewegliche Lichter hinterlassen ihre Spuren auf dem Film beziehungsweise dem Bildsensor. Dabei können faszinierende Bilder und Ansichten entstehen. Wohl jeder kennt vermutlich die roten und weißen Lichtstreifen von Scheinwerfern und Rücklichtern, die auf lange belichteten Bildern nächtlicher Autobahnen zu sehen sind. Anders als bei der gängigen Fotografie wird auf solchen Bildern die Bewegung nämlich nicht an-, sondern festgehalten.

Bildergalerie

Lichtgemalte Stillleben

Der britische Fotograf Patrick Llewelyn-Davies verbindet beide Techniken in seinen künstlerischen Projekten. In seinen Bildern steht das ruhende Objekt im Mittelpunkt, das bewegliche Licht setzt er wie einen Stift zum Kolorieren ein. Nur, dass er seine Bilder nicht mit zusätzlicher Farbe versieht. Stattdessen bringt er die Objekte zum Glühen und Leuchten. So, wie Llewelyn-Davies das Licht einsetzt, schafft er zudem neue und manchmal fast röntgenartige Einblicke in die fotografierten Gegenstände. Sie bekommen eine nahezu dreidimensionale Plastizität, obwohl sie optisch die 2D-Welt nicht verlassen.

Das Geheimnis dieser lichtgemalten Stillleben ist eine elektromechanische Vorrichtung, die mit „Light Revolution System“ einen gleich im doppelten Sinne passenden Namen trägt: „Revolution“ bedeutet hier sowohl Umdrehung als auch grundlegende Erneuerung. Zwei intensiv strahlende LED-Leuchten umlaufen auf einer Kreisbahn einen runden Tisch, auf dem der Fotograf das jeweilige Objekt platziert hat. In der Regel dauert es sechs Sekunden, bis sie ihre Runde gedreht haben. Die Zeit lässt sich jedoch variieren, je nach angestrebtem Lichteffekt.

Rundlauf ums Motiv

Das System kann aber noch mehr, denn die Leuchten sind an zwei Armen befestigt, die mit der rotierenden zentralen Achse verbunden sind. Sie lassen sich damit in der Höhe verstellen, was unterschiedliche Einstrahlwinkel ermöglicht. Diese Anordnung erfordert auf den ersten Blick keine spektakuläre Technik, doch im Detail kommt es auf höchste Präzision und ruhigsten Gleichlauf an. „Jedes noch so kurze Stocken oder Ruckeln in der Rotation würde zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung führen“, erklärt Patrick Llewelyn-Davies. „Es gäbe hellere und dunklere Stellen, die den beabsichtigten Effekt beeinträchtigen oder verhindern würden. Das Gleiche gilt für das Abfahren des vollständigen Kreises. Die Arme dürfen nicht einen Grad mehr oder weniger als 360 Grad absolvieren – und das exakt in der vorgegebenen Zeit.“

Eine Herausforderung ist es, die Zentralachse des Systems sowohl ruckfrei als auch sehr genau zu bewegen. Dabei sollte das tragbare Gerät gleichzeitig für den mobilen Einsatz so leicht wie möglich bleiben. Bei der Auswahl des passenden Antriebs haben die Experten des britischen Faulhaber-Vertriebspartners EMS geholfen. „Sie haben die nötige technische Expertise für den Antrieb und die Steuerung eingebracht“, erzählt Patrick Llewelyn-Davies. „Sie trägt entscheidend zur hohen Qualität des Systems bei. Zudem haben sich Motoren von Faulhaber in hochkritischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt bewährt. So wusste ich, dass sie die Genauigkeit und Zuverlässigkeit mitbringen würden, die das Light Revolution System benötigt.“

Bürstenloser DC-Servomotor in 4-Pol-Technologie

Die Experten von EMS haben die bürstenlosen Motoren der Serie BX4 als die für dieses Anforderungsprofil geeignete Lösung identifiziert. Mit ihnen ließen sich die gewünschte Präzision und Wiederholbarkeit des Ablaufs sicherstellen. „Nachdem wir uns für eine Motorfamilie entschieden hatten, konnten wir verschiedene Größen ausprobieren, ohne in die Programmierung einzugreifen“, erzählt Dave Walsha, Vertriebsingenieur bei EMS, von der gemeinsamen Entwicklungsarbeit. „Damit ließ sich auch sehr flexibel auf Veränderungen am System reagieren.“ Mit der kompakten und leichten Bauweise der BX4-Motoren hat das Team auch ein „Idealgewicht“ eingehalten.

Die bürstenlosen DC-Servomotoren in 4-Pol-Technologie liefern je nach Baugröße Drehmomente bis 96 mNm bei ruhigen Laufeigenschaften und niedrigem Geräuschpegel. Die integrierten Hall-Sensoren geben ein präzises Positionssignal an die Steuerung und bilden damit die Grundlage für exakt reproduzierbare Bewegungsabläufe. Der dynamisch gewuchtete Rotor sorgt für einen ruhigen, rastmomentfreien Lauf.

Der Fotograf hat sein Light Revolution System natürlich selbst ausgiebig getestet und erzielt nun einzigartige Lichteffekte. Das „Glühen“, das er unscheinbaren Alltagsgegenständen wie einem Hühnerei, einer Schere oder einem Angelhaken entlockt, entsteht, indem man die kreisenden LED-Lampen sehr tief über dem Tisch platziert.

Das System wird derzeit in verschiedenen Einsatzbereichen erprobt. Statt der Leuchten lässt sich auch eine Kamera auf einem der Arme anbringen. Ist sie an einem kreisbogenförmigen Arm befestigt, kann das Objekt bei gleichbleibendem Abstand aus unterschiedlichen Winkeln fotografiert werden. Das nutzen zum Beispiel Museen, um aus Bilddaten hochauflösende 3D-Modelle ihrer wertvollen Objekte zu berechnen. Diese Daten können Forscher dann weltweit untereinander austauschen und für ihre Studien nutzen. Mittels 3D-Druck lassen sich zudem präzise Repliken herstellen. „Bisher waren solche Aufnahmen mit einem großen Aufwand für die Einstellung in Handarbeit verbunden“, berichtet Patrick Llewelyn-Davies. „Mit dem Light Revolution System lässt sich der Ablauf jetzt weitgehend automatisieren und dadurch enorm beschleunigen.“

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