GMM/ETG-Fachtagung Miniaturantriebe mit großem Potenzial

Am 27. und 28. Oktober veranstalteten GMM und VDE|ETG die Fachtagung »Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik« (IKMT). Im Fokus standen elektrische, elektronische und mechanische ­Antriebskomponenten für den Leistungsbereich bis 750 W, aber auch neue Werkzeuge für deren Entwurf und Simulation.

Die IKMT wurde von der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik (GMM) und der Energietechnischen Gesellschaft im VDE (ETG) veranstaltet und von Chairman Prof. Dr. Ing. Matthias Nienhaus vom Lehrstuhl für Antriebstechnik der Universität des Saarlandes in Saarbrücken geleitet. Die Schwerpunktthemen erstreckten sich dabei von den Entwicklungstrends bei konventionellen Antrieben sowie bei Servo-, Feinwerk- und mikrotechnischen Antrieben über piezoelektrische und unkonventionelle Antriebe bis hin zu neuen Werkstoffen und zu Fragen der Qualitätssicherung und Zuverlässigkeit.

Trend zur Individualisierung

Dr.-Ing. Kay-Horst Dempewolf von Wittenstein Cyber Motor in Igersheim beschrieb in seiner Keynote die aktuellen Trends im Bereich der Klein- und Servoantriebe. Er verdeutlichte die an die Antriebstechnik gestellten Herausforderungen, deren Einsatzbereich sich von der Automobiltechnik über die Öl- und Gasindustrie, die Medizintechnik und die Luftfahrt bis hin zur Robotik erstreckt.

Spezifische Umgebungsanforderungen oder technische Faktoren führen laut Dempewolf zu unterschiedlichen Entwicklungsergebnissen. Als Beispiele erwähnte er verschiedenartige Anwendungen im Bereich hoher mechanischer Belastungen – z.B. starke Vibrationen –, hoher Temperaturen über 200 °C, hohem Umgebungsdruck oder Anwendungen im Vakuum.

Übergreifende Trends für Klein- und Servoantriebe liegen in der zunehmenden Individualisierung antriebstechnischer Lösungen, der Beherrschung der Komplexität durch die zunehmende Produktvielfalt, den Anforderungen hin zu immer höheren Drehzahlen und dem immer dominanter werdenden Systemansatz gegenüber der Komponente Antrieb.

Hin zu smarten ­Antrieben

Rüdiger Laschewski und Adriano De Rosa von TDK-Micronas in Freiburg stellten in ihrer Keynote Halbleiterlösungen für eingebettete Steuerungen kleiner Antriebe vor. Sie machten deutlich, dass der erste Schritt in Richtung smarter Antriebe die Integration aller wichtigen eingebetteten IPs für die Motorsteuerung in einem einzigen Halbleiter-Chip sei. Neben Komplexität und Grenzen wurden auch die Chancen und Vorteile dieses Ansatzes betrachtet – dabei wurden auch funktionale und kostenmäßige Aspekte berücksichtigt.

Über die Herausforderungen beim Design von Hochgeschwindigkeitslaufwerken berichtete Dr.-Ing. Tobias Heidrich vom Fachgebiet Kleinmaschine an der Technischen Universität Ilmenau. Zusätzlich stellte er die Entwicklung eines Motors für einen elektrisch angetriebenen Verdichter (eBooster) vor. Zu diesem Zweck wurden geeignete magnetische Schaltungen und weichmagnetische Materialien ausgewertet. Anschließend wurde das Motordesign im Hinblick auf die Zentrifugalfestigkeit und das Schwingungsverhalten analysiert.

Für mehr Zuverlässigkeit

Zum Thema Zuverlässigkeit referierte unter anderem Florian Rieger von SEW-Eurodrive in Bruchsal über das Verhalten von Elektromotoren mit angebautem Drehgeber, die durch Bremsvorgänge hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dadurch breitet sich ein Bremsstoß durch den Motor aus und kann elektrische Komponenten, insbesondere Drehgeber, beschädigen. Das Phänomen lässt sich auch mit heutigem Kenntnisstand nicht ausreichend erklären. Darum wurden die Mechanismen und beeinflussenden Faktoren von Bremsschocks analysiert. So konnten valide Stoßgrenzen identifiziert werden, wodurch sich die Anzahl der bisher erforderlichen Tests über den gesamten Lebenszyklus verringern lässt. Auf diese Weise lassen sich Entwicklungszeiten und Kosten deutlich reduzieren.

Dr.-Ing. Bernd Löhlein vom Institut für Mechatronik und elektrische Antriebssysteme an der Technischen Universität Kaiserslautern berichtete über alternative Materialien für Permanentmagnet-Synchronmotoren. Auf Grund der steigenden Anforderungen an die Energieeffizienz sind Permanentmagnet-Synchronmotoren zwar eine gute Wahl. Ihr Nachteil besteht allerdings darin, dass mit wachsenden Geschwindigkeiten inhärente Kernverluste auftreten können. Außerdem setzen hohe Geschwindigkeiten kompakte Motorbauweisen voraus. Löhlein und sein Team konnten zeigen, dass Statorkernverluste überschaubar werden, wenn das Design mit weichmagnetischen Verbundwerkstoffen erfolgt. Ein für hohe Drehzahlen geeigneter Rotor lässt sich wiederum realisieren, wenn das Rotor-Design in hochfester Duplex-Stahltechnologie erfolgt.

 

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