Direktantrieb von Faulhaber

Andreas Mühlbauer,

Drehmoment, Geschwindigkeit und Präzision

Faulhaber bietet Direktantriebe mit Hohlwelle für verschiedenste Anwendungen an.

Viele Anwendungen erfordern Antriebslösungen, die eine zentrale Öffnung haben, durch die zum Beispiel Licht, Kabel oder Werkzeuge geführt werden können. Beispiele dafür finden sich in Robotik, Halbleiterfertigung und Photonik ebenso wie bei Handlingaufgaben. © Mercia De Wet / istockphoto.com

Viele Anwendungen erfordern Antriebslösungen, die eine zentrale Öffnung haben, durch die sich Licht, Kabel oder Teile der Anwendung führen lassen. Beispiele dafür finden sich in Optik und Photonik für Laserlenksysteme oder in Automatisierung und Robotik für Halbleiterhandhabungssysteme. Herkömmliche Lösungen führten hier bislang immer zu Kompromissen. Oft waren die Öffnungen nur recht klein, die Antriebe langsam, schwer oder sehr aufwendig bei der mechanischen Integration. Ein neuer Direktantrieb bietet jetzt eine vielversprechende Alternative. Seine große Öffnung hat einen Durchmesser von 40 mm und dank Schrittmotortechnologie erreicht er bei geringem Gewicht und Volumen eine ausgewogene Kombination von Geschwindigkeit und Drehmoment.

Antriebstechnologien und -lösungen, die sich prinzipiell eignen, wenn eine zentrale Öffnung gefordert ist, gibt es viele. Allerdings haben sie im praktischen Einsatz jeweils spezifische Nachteile. Bei Hybrid-Schrittmotoren beispielsweise ist der Durchmesser der Hohlwellen aufgrund des notwendigen Kupferfüllfaktors oder magnetischen Rückschlusses normalerweise auf etwa 10 bis 12 mm begrenzt. Torquemotoren lassen zwar aufgrund ihres vielpoligen Aufbaus größere Öffnungen zu, können jedoch wegen ihrer großen bewegten Masse keine hohen Geschwindigkeiten erreichen.

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Zudem sind sie vergleichsweise teuer und oft nur schwierig zu integrieren. Viele Anwendungen verwenden deshalb Drehtische mit zentraler Öffnung, die von einem „normalen“ Motor angetrieben werden. Solche Lösungen brauchen allerdings eine Übersetzung und eine komplexe Mechanik. Das unvermeidliche Spiel, das sich daraus ergibt, muss dann in Präzisionsanwendungen aufwendig kompensiert werden. Das verkompliziert die Systemintegration beträchtlich. Außerdem sind zahlreiche Verschleißteile involviert, der Wartungsbedarf ist deshalb hoch. Durch einen hybriden Schrittmotor angetriebene Drehtische sind ebenfalls oft das Mittel der Wahl, werden aber voluminös und schwer, wenn sie größere Leistungswerte erreichen sollen. Eine praxisgerechte Lösung zu finden, wenn die Anwendung eine Öffnung erfordert, war bisher also nicht unbedingt einfach.

Neuer Direktantrieb: Bei einem Gesamtdurchmesser von 64 mm bietet der Schrittmotor einen mit 40 mm ausgesprochen großen Hohlwelleninnendurchmesser. Dabei ist er nur 24 mm flach. © Faulhaber

Neuer Ansatz, neue Möglichkeiten

Der Antriebsspezialist Faulhaber hat sich deshalb dieser Thematik angenommen und mit dem Schrittmotor der Reihe DM66200H eine völlig neue Antriebslösung entwickelt, die speziell für Anwendungen ausgelegt ist, die eine große Öffnung benötigen. Bei einem Gesamtdurchmesser von 66 mm bietet er einen mit 40 mm ausgesprochen großen Hohlwelleninnendurchmesser. Dabei ist er nur 24 mm flach und wiegt lediglich 218 g. Der kompakte Antrieb lässt sich dadurch einfach montieren und benötigt wenig Einbauplatz. Der Rotor mit der Öffnung treibt die um die Öffnung herum angeordnete Mechanik ohne Übersetzung direkt an. Es gibt also kein mechanisches Spiel, was kompensiert werden muss.

Ursprünglich konzipiert für Optik und Photonik-Anwendungen, erschließt der neue Hohlwellen-Direktantrieb auch in vielen anderen Bereichen interessante Möglichkeiten, zum Beispiel auch als Laufradantrieb, wenn die Antriebswellen aus Platzgründen durch den Motor geführt werden oder in der Prothetik bei künstlichen Knien oder Schultern. Prinzipiell kann er überall dort eingesetzt werden, wo Kabel durch die Öffnung geführt werden oder die Öffnung zum Durchleiten von Gasen, Flüssigkeiten oder Lichtsignalen benötigt wird. Neben dem Bereich Optik – zum Beispiel für Mikroskoptische, Blenden, Zoom-Objektive, Laserstrahl-Steuerung etc. – sind damit vielfältige Steuerungs- und Positionieraufgaben möglich. Typische Anwendungen sind aber beispielsweise auch Drehtische, Antennenfüße sowie Luft- und Gasabzüge.

Hohe Leistungswerte in optimaler Kombination

Der Direktantrieb basiert auf der bewährten Schrittmotor-Technologie von Faulhaber. Der mehrpolige Zwei-Phasen-Motor mit Permanentmagneten liefert pro Umdrehung 200 Schritte. Mit einer hohen Auflösung von 1,8° im Vollschritt kann er Positionieraufgaben im offenen Regelkreis (open loop) präzise ausführen. Er erreicht dabei ein dynamisches Drehmoment von bis zu 200 mNm und kann entsprechend große Lasten bewegen. Das maximale Haltemoment liegt bei 307 mNm, geboostet sogar bei 581 mNm. Bremsen sind damit unnötig. Geschwindigkeiten bis 2000 min-1 sind realisierbar. Für viele Anwendungen bietet der kompakte Direktantrieb damit eine perfekte Balance von Geschwindigkeit und Drehmoment. Er erlaubt einen wartungsfreien Dauerbetrieb, da das Kugellager das einzige Verschleißteil ist. Applikationsspezifische Modifikationen sind auf Anfrage möglich, zum Beispiel spezielle Schmierstoffe, kundenspezifische Wicklungen, besondere Kabel und Stecker sowie Montageflansche.

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