Modulare Kleinantriebe Individuelle Innenläufer

Bild 1: Motor ECI 42.40 - eine Variante der neuen 42 mm durch--messenden Modulantriebe
Bild 1: Motor ECI 42.40 - eine Variante der neuen 42 mm durchmessenden Modulantriebe

Moderne Kleinantriebe bieten heute einen ebenso großen Komfort wie große Antriebe. Durch ihre kleinen Abmessungen eröffnen sie jedoch völlig neue Möglichkeiten bei der Gestaltung des Antriebes als Komplettaggregat. Ein neues modulares Baukastensystem soll dabei eine anwendungsspezifische Auslegung erlauben, ohne dass der Anwender auf die Vorteile einer vollständig geprüften preiswerten Serienproduktion verzichten muss.

Kleinantriebe sind heute so flexibel wie ihre größeren »Brüder«. Die Anforderungen der Anwender ändern sich jedoch mit der Baugröße. Ist bei großen Aggregaten die separate Zusammenstellung aus Komponenten oft konstruktiv unabdingbar, bieten bei Kleinantrieben Kompletteinheiten viele Vorteile.

Aus diesem Grund setzt ebm-papst auf ein neues Modulkonzept. Der im Durchmesser von 42 mm erhältliche Antrieb basiert auf der Vorgabe: so individuell wie nötig und so einheitlich wie möglich (Bild 1).

So profitiert der Anwender von hohen Stückzahlen bei den Einzelmodulen und kann doch »seinen« Antrieb selbst gestalten (Bild 2).

Als Kraftspender des Antriebssystems dient ein elektronisch kommutierter Innenläufermotor. Dieses Konzept vermeidet Bürstenabrieb, sorgt für lange Lebensdauer bis über 20 000 h und bringt deutliche Vorteile bei der elektromagnetischen Verträglichkeit, ein wichtiger Punkt etwa beim Einsatz in medizinischen Geräten. Durch das geringe Trägheitsmoment des innen liegenden Rotors ist der Motor zudem für dynamische Anwendungen geeignet.

Die Bleche des Rotors bilden »Taschen«, in die hochwertige Neodym-Permanentmagnete eingeschoben werden. Das verbessert den Magnetfluss und damit die Ausnutzung des Motors. Zudem werden die empfindlichen Magnetsegmente durch die umgebenden Bleche von Fliehkräften entlastet. Das erhöht die Sicherheit bei hohen bis höchsten Drehzahlen und erlaubt gleichzeitig eine automatisierte Produktion der Rotoren.

Um unterschiedliche Leistungsanforderungen abdecken zu können, werden die Motormodule in zwei Baugrößen mit 20 mm und 40 mm Statorpaketlänge angeboten (Bild 3).

Damit erreichen die Antriebe Leistungen von rund 45 W beziehungsweise 90 W bei 110 mNm oder 220 mNm Nenndrehmoment und jeweils 4000 U/min Nenndrehzahl. Gegenüber dem Vorgängertyp bedeutet das eine höhere Leistungsdichte und ein annähernd verdoppeltes Drehmoment bei 40 Prozent weniger Masse.

In Schutzart IP40 ausgeführt, arbeitet der Antrieb mit Nennspannungen von 24 V und 48 V. Die im Motor eingesetzte Leiterplatte des Rotorlagegebers nutzt drei Hallgeber.

Getriebe nach Bedarf, Elektronik nach Maß

Als Standardgetriebe für den 42-mm-Motor stehen durchmesserkon-forme Planetengetriebe in Zinkdruckguss-Gehäusen zur Verfü-gung. Vorteil dieser Getriebe-bauart im Kleinantriebsbereich ist die kurze Bauform bei hohen möglichen Untersetzungen. Eine Schrägverzahnung in der Eingangsstufe sorgt durch den gleitenden Eingriff der Zähne für eine exzellente Laufruhe.

In Verbindung mit der Kraftaufteilung auf mehrere (Planeten-)Zahnräder werden die Getriebebauteile gleichmäßig belastet. Im vorliegenden Fall reichen die Untersetzungen der ein- und mehrstufig ausgelegten Getriebemodule von 3:1 bis 150:1. Damit können aus den 110 mNm oder 220 mNm des Motors 0,3 Nm bis 10 Nm Drehmoment an der Abtriebswelle gewonnen werden.

Für besondere Anwendungsfälle hält der Baukasten noch weitere Planeten- und Schneckengetriebe in Modulbauform bereit. Letzteres erlaubt auf einfache Weise etwa den Kraftfluss bei Bedarf um 90° zur Motorachse zu versetzen, ohne die kompakten Maße des Antriebssystems zu beeinträchtigen. Alle Getriebe sind mit verstärkten Lagern an der Abtriebswelle ausgestattet, um auch höheren Radiallasten auf Dauer standzuhalten, wie sie bei Keil- oder Zahnriemenbetrieb auftreten (Bild 3).

Nicht jeder Antrieb ist zwingend auf eine interne Betriebselektronik angewiesen. In manchen Fällen kann eine externe Anwenderelektronik die Antriebssteuerung problemlos übernehmen. In diesem Fall reicht für den Motor eine preisgünstige Elektronikschaltung aus, die über die Impulsausgabe von drei Hallgebern die nötigen Informationen für die externe Steuerung liefert.

Zusätzlicher Vorteil der externen Steuerung ist der weiter reduzierte Platzbedarf des Antriebs vor Ort, so können auch bei sehr beengten Platzverhältnissen die Antriebe problemlos eingesetzt werden. Ist eine präzise Rückmeldung über die aktuelle Position des Antriebs gewünscht, kommen Encoder-Module zum Einsatz. Die Encoder messen dabei direkt die Bewegung der Motorwelle. Eine optionale Untersetzung der Motordrehzahl durch ein Getriebe erhöht somit entsprechend die Auflösung der Encoder an der langsamer drehenden Abtriebswelle. Damit eignen sich die Antriebe auch für Anwendungen, bei denen es auf hohe Präzision ankommt.

Über die Autoren:

Michael Enz ist Projektleiter Entwicklung Antriebssysteme bei ebm-papst und Andreas Zeiff schreibt für das Redaktionsbüro Stutensee.