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Hannover Messe 2019

Kompakte Flachmotoren liefern hohe Drehmomente

| Redakteur: Stefanie Michel

In vielen Anwendungen sind drehmomentstarke Außenläufer-Motoren gefragt, die in axialer Richtung möglichst kurz bauen.
In vielen Anwendungen sind drehmomentstarke Außenläufer-Motoren gefragt, die in axialer Richtung möglichst kurz bauen. (Bild: Dr. Fritz Faulhaber)

Neue Außenläufer-Motoren mit spezieller Wicklungstechnik setzen neue Maßstäbe, denn sie liefern deutlich höhere Drehmomente, als es bisher in dieser Größe und Bauart möglich war.

Der Einbauplatz für Motoren ist in vielen Anwendungen knapp bemessen. Vor allem wenn drehmomentstarke Antriebe gefordert sind, die aufgrund der Einbausituation in axialer Richtung möglichst kurz bauen müssen, wird es oft schwierig die ideale Lösung zu finden. In der Robotik, bei Gelenken von Prothesen, in der Laborautomation, bei Pumpen, in der Medizintechnik oder bei der Ausstattung von Flugzeugkabinen findet sich diese Vorgabe häufig. Oft waren Anwender dann auf Kompromisse angewiesen. Neue Außenläufermotoren mit spezieller Wicklungstechnik von Faulhaber sollen jetzt Abhilfe schaffen und wollen in diesen Marktsegmenten neue Maßstäbe setzen, weil sie deutlich höhere Drehmomente liefern, als es bisher in dieser Größe und Bauart möglich war.

DC-Servomotoren neue definiert

Faulhaber hat auf Basis klassischer Außenläufermotoren die neue Motorfamilie BXT entwickelt. Aufgrund neuer Wicklungstechnik und optimierter Auslegung sollen die bürstenlosen DC-Servomotoren Drehmomente bis zu 134 mNm bei einem Durchmesser von 22 mm, 32 mm beziehungsweise 42 mm liefern. Damit würden die kompakten Motoren die in dieser Antriebsklasse bisher üblichen Standards deutlich übertreffen. Vor allem das Verhältnis von Drehmoment zu Bauraum und zu Gewicht sei wesentlich besser als der Marktstandard. Da die Motoren in axialer Richtung nur 14, 16 beziehungsweise 21 mm kurz sind, ließen sie sich auch bei platzkritischen Applikationen einfach unterbringen.

Hoher Wirkungsgrad

Mit den drei Baugrößen sind viele unterschiedliche Antriebsaufgaben lösbar. Bei einer Unterarm-Prothese bieten sich beispielsweise der kleine Motor für die Hand und der mittlere Motor für den Ellenbogen an. Weiterhin finden sich Einsatzmöglichkeiten bei Robotergreifern, in der industriellen Automation, in humanoiden Robotern und selbst in der Biorobotik für motorisierte – also kraftunterstützende – Hand-Exoskelette kommen die kleinen Kompaktantriebe infrage.

Darüber hinaus können die Motoren mit weiteren Eigenschaften punkten: So überzeugen sie durch ihre guten Gleichlaufeigenschaften, wovon beispielsweise Dialysegeräte und medizinische Pumpen profitieren. Durch den hohen Kupferfüllfaktor und die Auslegung der Polschuhe ist das Magnetfeld stark und das Rastmoment nur sehr klein. Der Wirkungsgrad der Motoren übertrifft den vergleichbarer Motoren in dieser Größe und Bauart deutlich.

Präzise Drehzahlregelung

Die Motoren liefern eine Dauerleistung von bis zu 100 W. Kundenspezifische Modifikationen an der elektrischen und der mechanischen Schnittstelle der Motoren sind verfügbar. Die Motoren haben standardmäßig Einzellitzen und bieten damit eine flexible elektrische Schnittstelle für verschiedenste Anwendungen. Weiterhin gibt es ein Steckerkonzept zum Anschluss von Steuerungen. Die Baureihe ist ausgelegt für Drehzahlbereiche bis 10.000 U/min und lässt sich mit verschiedenen Getrieben, Encodern, Bremsen und Steuerungen aus dem Faulhaber-Programm kombinieren. Mit diesem Baukasten steht ein perfekt abgestimmtes Antriebssystem zur Verfügung, so der Hersteller. Die Motoren sind standardmäßig mit digitalen Hallsensoren ausgestattet. Durch ihre hohe Polzahl können die Motoren bereits mit den digitalen Hallsensoren sehr präzise drehzahlgeregelt werden.

Die Motoren werden mit oder ohne Gehäuse angeboten. Die ungehäusten Ausführungen BXT R empfehlen sich besonders für drehzahlgeregelte Anwendungen, in welchen hohen Leistungen umgesetzt werden, da die Wärme in den ungehäusten Ausführungen optimal abgeführt wird. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass der Rotor in der Anwendung frei drehen kann.

Die gehäusten Ausführungen BXT H empfehlen sich besonders für Positionieranwendungen, da sie mit einer Vielzahl optischer und magnetischer Encoder kombiniert werden können. Die Gehäuse der BXT H dienen als Schutz vor Berühren und vor Schmutz, sie sind durchmesserkonform und damit genauso wie die ungehäusten Motoren BXT R sehr kompakt.

Ein starkes Herz

Das Wichtigste ist jedoch das „Herz“ der neuen Motoren: die elektromagnetische Auslegung von Stator und Rotor. Mit 14 starken NdFeB-Einzelmagneten auf dem Rotor und 12 Zähnen auf dem Stator treffen bewährte Technologien auf eine innovative Wickeltechnik. Der Kupferfüllfaktor im aktiven Teil der Wicklung ist bemerkenswert hoch, gleichzeitig ist der Platzverbrauch durch das Verlegen der Drähte auf ein Minimum reduziert.

Dr. Fritz Faulhaber auf der Hannover Messe 2019: Halle 15, Stand H29

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