Lineardirekter Motor bedient zwei Antriebsrichtungen gleichzeitig Neuer Flächenmotor macht Maschinen dynamischer

Mehrkoodinatenantrieb als Planarmotor zur Positionierung in zwei Freiheitsgraden
Mehrkoodinatenantrieb als Planarmotor zur Positionierung in zwei Freiheitsgraden

Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz-Universität Hannover hat einen lineardirekten Motor entwickelt, der zwei Antriebsrichtungen gleichzeitig bedienen kann. Geeignet ist der Motor für Werkzeugmaschinen und Bestückungsautomaten, aber auch für die Medizin- und Reha-Technik.

Wenn sich das Werkzeug einer Werkzeugmaschine nicht nur entlang einer Richtung bewegen soll, dann braucht die Maschine - bislang - zwei Elektromotoren: Der erste bewegt sich vor und zurück und trägt den zweiten Motor, der den Antrieb nach rechts und links (oder oben und unten) bewerkstelligt, Huckepack. Gemeinsam können die beiden Motoren so alle Punkte einer Ebene ansteuern. Gemeinsam sind sie aber auch relativ schwer und benötigen in ihrer Konstruktion viel Platz - ungünstige Eigenschaften, wenn es um schnelle und präzise Positioniervorgänge gerade in hochdynamischen Werkzeugmaschinen geht.

Jan Friederichs, Ingenieurwissenschaftler am IFW im Produktionstechnischen Zentrum der Leibniz-Universität Hannover, hat sich der Aufgabe angenommen, einen einzigen planaren Motor zu entwickeln, der beide Antriebsrichtungen bedienen kann. »Dass diese so naheliegende Idee noch nicht verfolgt worden war, macht deutlich, dass es sich hier um anspruchsvolle Grundlagenforschung ohne Erfolgsgarantie handelte«, sagt Friederichs. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert sein Konzept seit 2010.

Eine der zentralen Herausforderungen war die elektromagnetische Auslegung des Motors, denn anders als sonst üblich muss die Kraft, die im Motor erzeugt wird, ja nicht mehr nur in eine Richtung weisen. Völlig neue Kreuzwickeltechniken, kombiniert mit einem passenden Permanentmagnetfeld in Form eines Schachbrettmusters, waren erforderlich. Die resultierende, in jede beliebige Flächenrichtung weisende Kraft bewegt einen Arbeitstisch, der über zwei senkrecht zueinander angebrachte Schienen geführt wird. Mittlerweile ist der Prototyp in Betrieb. Er bewegt zurzeit einen 0,3 x 0,3 m großen Arbeitstisch und beschleunigt ihn und ein Bauteil von bis zu 80 kg beim Positionieren mit bis zu 2g, der zweifachen Erdbeschleunigung.

»Unser Antrieb hat mehrere Vorteile: Er ist kompakter in der Bauweise, ausgeglichener in der Leistungsverteilung auf die Einzelachsen, steifer in der Konstruktion und genauer bei der Positionierung«, erläutert Friederichs. Die Vielfalt möglicher Anwendungen skizziert Prof. Berend Denkena, Leiter des IFW: »Der Antrieb eignet sich für Sonder-, Dreh- und Fräsmaschinen sowie für Bestückungsautomaten, die Leiterplatten in x- und y-Richtung bewegen. Aber auch jenseits des Maschinenbaus sind viele neue Anwendungen denkbar - ob in der Medizintechnik, der Reha-Technik oder der Spiele-Industrie, denn der Motor lässt sich beispielsweise auch per Joystick steuern.«

Für den Transfer der erfolgreichen Grundlagenforschung in konkrete industrielle Anwendungen kooperiert das Team des IFW mit Industriepartnern. Interessierte Unternehmen können sich an Jan Friederichs wenden. Kontaktmöglichkeiten und weitere Informationen sind unter www.planardrive.de zu finden.