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antriebstechnik 3/2019

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ELEKTROMOTOREN Neue

ELEKTROMOTOREN Neue Anwendungen im Fokus Im Bereich Virtual Reality finden sich neue Einsatzbereiche für innovative FDB-Motoren Die Precision Motors Deutsche Minebea GmbH (PM DM) ist Teil des japanischen Minebea Mitsumi Konzerns und nach eigenen Angaben das einzige Entwicklungszentrum für Festplattenmotoren in Europa. Die dort entwickelten Spindelmotoren mit innovativer Flüssigkeitslagertechnologie erobern in jüngster Zeit neue, spannende Anwendungsbereiche. I nzwischen sind die Vorteile des Spindelmotors mit FDB-Technologie (Fluid Dynamic Bearings) in zahlreichen Einsatzfeldern, in denen hohe Akribie und Genauigkeit gefragt sind, gerne gesehen. So z. B. im Laser Scanning sowie Laser Tracking im Bereich Virtual Reality. Auch im Einsatzgebiet von Lidar (Light detection and ranging) könnte die Motortechnologie Vorteile schaffen. So kombiniert der FDB-Motor der PM DM GmbH die positiven Eigenschaften eines BLDC-Motors (bürstenlosen Gleichstrommotors) mit der hoch modernen Technologie der FDB-Lagerung. Er beseitigt u. a. die begrenzte Präzision von kugelgelagerten Motoren, reduziert den nicht Roman Klein und Annette Bammert, Public Relations Department, bei PM DM GmbH in Villingen-Schwenningen wiederholbaren Schlag auf ein absolutes Minimum, senkt den akustischen Geräuschpegel und verbessert die Zuverlässigkeit sowie die Lebensdauer. Der Einsatz im Laser-Scanner Für das Aufmaß in der Industrie, etwa in der Fabrikplanung und im Anlagenbau, werden Laser Scanner für die effiziente und vollständige Vermessung von Produktionshallen, der technischen Gebäudeausstattung, Stahlkonstruktionen, Fertigungsstraßen sowie produzierenden Maschinen verwendet. Gerade bei der Modernisierung, der Produktionserweiterung, aber auch für die Produktionsoptimierung ist dieses leistungsfähige Verfahren für das industrielle Aufmaß ideal geeignet. Auch die Vermessung von Schiffen und Flugzeugen vereinfacht sich durch den Einsatz von Laser Scannern. Die Geräte werden ebenfalls für die 3D-Vermessung bzw. die Erfassung von großen Bauteilen und komplexen Strukturen benutzt. Typische Anwendungen sind das verformungsgerechte Aufmaß, das Fassadenaufmaß, die Schadenskartierung und die Gebäudedokumentation. Aus den Scan-Ergebnissen lassen sich z. B. Volumen, Flächen, Grundrisse und Schnitte, vollständige und vor allem aktuelle Pläne und Ansichten erstellen. Laser Scanner vermessen nicht nur Objekte. Sie sorgen auch für die Sicherheit in gefährdeten Bereichen oder tracken in virtuellen Welten den Gamer anhand von Sensoren auf dem Headset und dem Controller. Beim Laser Scanning wird ein Laserstrahl über einen Umlenkspiegel abgelenkt und in Rotation versetzt. Das vom Scanner empfangene Laserlicht wird dann entsprechend ausgewertet. Je präziser der Scan-Vorgang, umso genauer sind die Abbildungen oder Darstellungen der Objekte. Wer präzise messen will, braucht den richtigen Antrieb in seiner Applikation. Das ist gar nicht so einfach, denn Kugelgelagerte Motoren weisen verstärkt Taumelfehler auf, 16 antriebstechnik 3/2019

ELEKTROMOTOREN 01 Hinter dem Begriff ‚Fluid Dynamic Bearings‘ steht eine Lagerung durch den Einsatz von spezifischen Ölen – anstelle von Kugeln deren Ursachen das Achs- bzw. Lagerspiel, die Unrundheiten der Kugeln sowie im Achslager oder am Achszapfen, das Durchbiegen der Kugellagerachsen oder einfach nur eine unregelmäßige Verteilung des Schmierfetts sein können. Ein solcher Taumelfehler wirkt sich mit bis zu 1" auf die gemessenen Horizontalrichtungen aus, aber auch auf die Vertikalwinkel und Distanzen. Dabei verzeichnen Motoren mit unverspannten Lagern zu viele Taumelfehler und sind für den speziellen Einsatz schwierig zu handhaben. Verspannt man dagegen die Lager – dem sogenannten Preload – so wird zwar eine gewisse Achsstabilität sichergestellt, die Stromaufnahme steigt jedoch durch die verstärkte Reibung in den Lagern. Naturgemäß sind solche Taumelfehler die Besten, die gar nicht erst auftreten. Hier rückt der FDB-Motor von PM DM in den Fokus. Er besitzt eine besonders steife Achsstabilität und verringert die Taumelfehleranzahl bei unterschiedlichen Frequenzen erheblich. Die Winkelveränderungen gehen sogar in der Bestimmungsgenauigkeit der Mess- und Auswertverfahren unter. Ausgewuchtet treten kaum Taumelfehler auf und auch mit verschiedenen Frequenzen gibt es keine signifikanten Änderungen. Der Rundlauf ist gegeben. Maßgeblich für den Einsatz des FDB-Motors in der Laser- Scanner-Technologie sind zudem die jahrzehntelangen Erfahrungen, die PM DM in der Festplattenindustrie mitbringt. Der FDB-Motor ist kundenspezifisch, d. h., er kann individuell an die Applikation angepasst werden. Lagerung aus Flüssigkeiten Spindelmotoren mit FDB- Technologie sind besondere BLDC-Motoren, deren Lagertechnologie nicht aus Kugeln besteht, sondern aus Flüssigkeiten in Form von spezifischen Ölen. Fluid Dynamic Bearings nennt die Fachwelt die innovativen Lager. In den letzten 15 Jahren haben sich Motoren mit diesem Lagersystem ausschließlich in der Festplattenindustrie etabliert. Den positiven Eigenschaften dieser Antriebstechnologie ist es zu verdanken, dass die Festplattenhersteller ihre Speicherkapazitäten immer weiter steigern konnten und heute bei bis zu 12 Tera-Byte pro Festplatte stehen. Bereits in die Entwicklungsphase sind zahlreiche Testläufe integriert, um einen optimalen Rund- und Planlauf zu gewähren sowie den nicht wiederholbaren Schlag so niedrig wie möglich zu halten. Der Lagerspalt zwischen Welle und Buchse misst nur wenige μm. In diesem Spalt zirkuliert ein Spezialöl. Die Buchse selbst besteht aus einem speziellen Material, um Verschleiß und Reibung vorzubeugen, wodurch sich die Lebensdauer erheblich verlängert. Zudem muss die Bauteilequalität und -genauigkeit höchsten Standards für die Massenproduktion entsprechen. Die Fertigung solcher Motoren erfordert ein hohes Maß an Präzision und findet in Reinräumen statt. Fazit Entscheidungskriterien für die Wahl eines FDB-Motors sind die spezifischen Eigenschaften wie extrem leiser Lauf, hohe Drehzahlen, sehr geringe Vibrationen, der niedrige nicht wiederholbare Schlag unter 40 Nm, eine geringe Taumelfehlerquote, die lange Lebensdauer und der niedrige Stromverbrauch. Fotos: Precision Motors Deutsche Minebea www.pmdm.de 02 In den Bereichen Lidar (Light detection and ranging) und VR (Virtual Reality) ist Präzision gefragt – das ideale Einsatzgebiet für FDB-Motoren antriebstechnik 3/2019 17

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