Kleinmotoren Flache Drehzahl-Drehmomentkennlinie und modularer Aufbau ermöglichen schnelle Anpassung von Servomotoren

Redakteur: Reinhard Kluger

Bessere Werkstoffe, neue Fertigungsmethoden und kleinere Elektronikkomponenten für interne Sensorik bringen moderne DC-Servomotoren in Schwung. Ihre Leistungscharakteristik kann durch Variieren von Magnetmaterial, Wickeltechnik oder geometrischer Abstimmung gut den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Um die vielfältigen Möglichkeiten schnell und optimal nutzen zu können, ist ein modulares Konzept bei der Antriebskonfigurierung eine Grundvoraussetzung.

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Das neue Motorkonzept in Vierpol-Technik mit besonders steifer Drehmomentkennlinie.
Das neue Motorkonzept in Vierpol-Technik mit besonders steifer Drehmomentkennlinie.
( Archiv: Vogel Business Media )

Höher, schneller, weiter: Diese Zielsetzung gilt auch für Kleinantriebe. Die Forderungen nach hoher Leistung und mehr Zuverlässigkeit bei gleichzeitig rationeller Fertigung ist nur durch konsequente Weiterentwicklung zu erreichen. Genau diese Strategie verfolgt der Antriebsspezialist Faulhaber aus Schönaich bei Stuttgart. Ein neues Motorkonzept basierend auf der Vierpol-Technik und der Einsatz von formgebundenen Duroplasten statt Klebstoffen bei der Montage der Komponenten brachten hier neben vielen weiteren kleinen Innovationen den Erfolg (Bild 1). Gleichzeitig wurde Wert auf einen modularen Aufbau der neuen BX4-Motorengeneration gelegt, um schnell und preiswert individuelle Antriebe auf Kundenwunsch als Standardkomponenten zusammenstellen zu können.

Vorteile bei der Getriebeauslegung

Technische Merkmale In der Praxis sollten Antriebe bei Belastung in ihrer Drehzahl wenig einbrechen. So legten die Entwickler von Anfang an Wert auf eine besonders steife Kennlinie. Bei Belastung steht so über einen weiten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment bereit, der Motor arbeitet mit nur geringem Drehzahlverlust weiter. Auf dieses Ziel hin wurde die generelle Auslegung von Magnetmaterial, Wickeltechnik und geometrischer Abstimmung optimiert. Vierpolige Motoren drehen langsamer als zweipolige. Das bringt Vorteile bei der Getriebeauslegung und Lebensdauer.

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Ganz ohne Klebstoff

Um die Herstellung zu vereinfachen, verzichten die Schönaicher auf jeglichen Klebstoff. Eine formschlüssige, Toleranz ausgleichende Verbindungstechnologie (Bild 2), ausgeführt im Spritzpressverfahren mit duroplastischem Kunststoff imprägniert die Wicklung rundum und schützt sie thermisch und mechanisch. Der neue Stator-Aufbau reduziert dabei zusätzlich noch die Wirbelstromverluste im Blechpaket. Um eine möglichst breite Leistungspalette anbieten zu können, ist das gesamte Motorenkonzept modular.

Das Baukastensystem

So gibt es die Motoren momentan in zwei Varianten mit 22 und 32 mm Durchmesser und je zwei Baulängen, insgesamt also vier Motorgrößen. Dabei erreicht die Variante 2232BX4 bei 22 mm Durchmesser und 32 mm Baulänge thermisch zulässige Dauerdrehmomente bis zu 17 mNm. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 75 %, die Dauer-Abgabeleistung 20 W. Die neuen Motoren der Serie 32...BX4 warten mit Motorlängen von 42 mm und 68 mm auf und erreichen ein Dauerdrehmoment von 56 mNm bzw. 97 mNm bei einer Abgabeleistung von bis zu 40 W (42 mm Baulänge) bzw. 60 W (68 mm Motor) bei bis zu 80% Wirkungsgrad (Modell 3268 ).

Große Branbreite

Das Anhaltemoment beträgt 83 ... 718 mNm. Die zulässige Temperaturspanne aller Motoren liegt im weiten Bereich zwischen -40 und +100 °C. Der kleine Motor ist in Spannungsvarianten von 12 und 24 VDC, der größere Motor erhältlich in 24 VDC. Dazu passende, langlebige Planetengetriebe aus Metall mit 22 mm Durchmesser erlauben mit 21 fein abgestuften Untersetzungen eine Anhebung des Drehmomentes an der Abtriebswelle auf bis zu 1500 mNm. Die Bandbreite der Untersetzungen reicht dabei von 4:1 bis 344:1. Bei den 32 mm Getrieben reicht die Untersetzungsbandbreite von 4:1 bis 2076:1. Das Dauerdrehmoment kann bis zu 4,5 Nm betragen, kurzeitig sind sogar 6 Nm zulässig. Die wartungsfreien Getriebe mit Lebensdauerschmierung und robuster Lagerung der Wellen erreichen eine dem Motorkonzept angepasste lange Lebensdauer. Kundenspezifische Anpassungen bei Welle, Flansch, Kabel usw., eine Kernkompetenz von Faulhaber, sind auch bei der BX4-Familie möglich.

Modulare Praxis

Die Motoren können in der Grundausführung als reiner Antrieb eingesetzt und extern angesteuert werden. Motorversionen mit integriertem Encoder im Gehäuse bieten vier werksseitig einstellbare Auflösungen von 32, 64, 128 oder 256 Impulsen je Umdrehung plus einem Indexkanal. Eine Linedriver-Ausführung mit Ausgang für ein Differentialsignal ist ebenfalls verfügbar. Alternativ sind für anspruchsvollere Aufgaben auch Kompaktversionen mit integriertem Motion Controller (CS) oder integriertem Speed Controller (SC) verfügbar. Die CS-Variante ist auf Basis der bewährten Faulhaber Motion Control Systeme aufgebaut und ihre kompakte Bauform für viele Anwendungen ein großer Vorteil. Die Motoren haben eine serielle Schnittstelle RS232 und sind mit der Motion-Manager-Software 4.3 parametrierbar. Der neue Typ SCDC ist durch den Zweidrahtanschluss sehr einfach zu handhaben. Er kann z.B. einen herkömmlichen bürstenbehafteten Motor ersetzen, wenn Anwendungen höhere Anforderungen an die Lebensdauer stellen. Dazu ist er mit Verpolungsschutz ausgestattet, die Drehrichtung wird durch die Anschlussbelegung vorgewählt.

Große Anwendungsvielfalt

Alle Produkte mit integrierter Elektronik haben eine elektronische Begrenzung von Spitzen- und Dauerstrom zum Schutz von Motor und Elektronik. Motor und Elektronik sind bei Bedarf auch mit getrennten Versorgungsspannungen zu betreiben (Bild 3). Die neuen Antriebe sind für Anwendungen prädestiniert, bei denen es auf Lebensdauer oder ein hohes Drehmoment ankommt. Mit integriertem Motion-Controller eignen sich auch für Positionieraufgaben oder mit eingebauter Drehzahlregelung (SpeedControl) für Pumpen und Lüfter. Die Kombination mit einem Getriebe ist ideal, da die niedrige Drehzahl den Getriebewirkungsgrad und die Lebensdauer erhöht. Die große Anwendungsvielfalt ergibt sich dabei aus dem modularen Aufbau. So kann der optimale Antrieb aus den einzelnen Komponenten schnell und preiswert zusammengestellt werden. Das langjährige Know-howdes Herstellers ist dabei Garant für eine leistungsfähige Lösung.

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