Elektrische Antriebe Ursachen von Geräuschen in Kleinstantrieben

Nur eine Ansteuer- und Leistungselektronik mit sinusförmig verlaufenden Strömen vermeidet störende Geräusche in Kleinantrieben, deren Wirkung nicht zu unterschätzen ist.

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FAULHABER Antriebssysteme

ACE Stoßdämpfer GmbH

Maxon Motor GmbH

Laufruhe ist heute ein gern verwendetes Wort, wenn es um Antriebe aller Art geht. Gerade bei elektrischen Kleinstantrieben, die häufig in Geräten für sensible Bereiche eingebaut werden, ist ein leiser Lauf sehr wichtig. Schwingungen oder Vibration sind häufig Ursache für Schallabstrahlung, aber wann ist der Schall störend? Erst wenn man die Eigenschaften des menschlichen Ohres kennt, kann tatsächlich durch eine Messung des relevanten Schalls eine Aussage über eventuell störende Schallkomponenten getroffen werden, die landläufig „Lärm“ genannt wird.

Geräusche, die der Mensch wahrnimmt, werden in den meisten Fällen über die Luft übertragen. Dieser sogenannte Luftschall ist aber nur eine Form, die andere ist der Körperschall, also Schwingungen im festen oder flüssigen Material. Beide Formen können bei zu hohen Pegeln bzw. bestimmten Schwingungsanteilen vom Betroffenen als störend empfunden werden. Um Produkte für das menschliche Empfinden als laufruhig oder leise zu gestalten, sind deswegen immer physikalische, biologische und psychische Komponenten aufeinander abzustimmen.

Wie ein tatsächlich laufruhiger Antrieb entsteht

Der Antriebsspezialist Faulhaber analysiert nicht nur physikalisch die einzelnen Schwingungen und Geräusche der Kleinstantriebe, die Experten in Schönaich bewerten die ermittelten Daten auch nach den Gesichtspunkten der menschlichen Wahrnehmung. So entsteht als Endprodukt ein Antrieb, der die Bezeichnung laufruhig tatsächlich verdient. Da Schall auf Schwingungen von Gasen oder festen Körpern basiert, kommen für die Schwingungsanregung der Materie eine ganze Reihe von Ursachen in Frage. Teilweise werden die einzelnen Schwingungsformen ineinander umgewandelt und ergeben so besonders störende Anteile. Im Allgemeinen lässt sich die Anregung zum Schwingen bei elektrischen Kleinantrieben auf folgende drei Ursachen zurückführen (Bild 2).

Erstens: Die magnetische Anregung und Kommutierung. Die elektrisch-magnetische Anregung wird durch Ausdehnung bzw. Verformung über die Magnetfelddurchdringung von Draht und Magnetblech oder über die Kommutierung generiert. Im klassischen Stator eines Motors entstehen durch die magnetischen Wechselfelder Kräfte in radialer und tangentialer Richtung (Bild 3). Die räumlich und zeitlich schwankende magnetische Energiedichte erzeugt Pendel- und Rastmomente sowie Biegeverformungen, zum Beispiel an den Zähnen der Blechpakte von Stator und Rotor. Diese wiederum führen zu Körperschallschwingungen und in Folge davon auch zu Luftschall. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen kann die Stärke der Anregung minimiert werden.

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