3-2015
Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion
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Antriebe<br />
Bewegen und Positionieren mit magnetischen Direktantrieben:<br />
Neue Lösungsansätze für die Präzisionsautomatisierung<br />
Bild 2: Der magnetische Linearantrieb<br />
bietet hohe Scanfrequenzen<br />
und schnelles Einschwingen.<br />
Bild 1: Voice-Coil-Aktor: Strom wird elektromechanisch in Kraft<br />
umgewandelt. (Alle Bilder: PI)<br />
Magnetische Direktantriebe<br />
bieten vor allem hinsichtlich Verschleiß<br />
und Dynamik Vorteile<br />
gegenüber klassisch motorisierten,<br />
spindelbasierten Lösungen.<br />
Da die Direktantriebe weitgehend<br />
auf mechanische Komponenten<br />
im Antriebsstrang verzichten,<br />
gibt es weniger Reibung<br />
und Spiel und damit mehr Präzision.<br />
Gleichzeitig sinken die<br />
Kosten und die Energieeffizienz<br />
steigt. Zudem sind sowohl<br />
Positions- als auch Kraftregelung<br />
möglich. In Kombination<br />
mit einem digitalen Controller<br />
lassen sich dann in vielen unterschiedlichen<br />
Bereichen Aufgaben<br />
im Automatisierungsverbund<br />
lösen, die schnelle, submikrometergenaue<br />
Positionierung<br />
und geregelte Aktorkraft<br />
erfordern.<br />
Von den Eigenschaften magnetischer<br />
Direktantriebe lässt sich<br />
in zahlreichen Anwendungsgebieten<br />
profitieren; Beispiele reichen<br />
von der Halbleiterfertigung,<br />
Biotechnologie und Medizintechnik<br />
über Kippspiegel-,<br />
Dosier-, Prüf- und Fokussieranwendungen<br />
bis hin zu Photonik<br />
oder Weltraumtechnik. Hinzu<br />
kommt, dass die Antriebe durch<br />
relativ große Stellwege, hohe<br />
Geschwindigkeiten und lange<br />
Lebensdauer überzeugen. Damit<br />
eignen sie sich für industrielle<br />
Anwendungen, die sieben Tage<br />
die Woche einen „Rund-um-die-<br />
Uhr-Betrieb“ verlangen.<br />
Voice-Coil-Aktoren und<br />
magnetische Linearantriebe<br />
Prinzipiell lassen sich für<br />
magnetische Direktantriebe<br />
unterschiedliche Antriebstechnologien<br />
nutzen. Voice-<br />
Coil-Aktoren und magnetische<br />
Linearantriebe beispielsweise<br />
machen sich die Tatsache<br />
zunutze, dass die Kraft auf einen<br />
stromdurchflossenen Leiter in<br />
einem Magnetfeld proportional<br />
zur Magnetfeldstärke und<br />
zum Strom ist (Bild 1). Die elektrische<br />
Energie wird in mechanische<br />
Energie umgewandelt und<br />
erzeugt eine Kraft, die je nach<br />
Stromrichtung bidirektional wirken<br />
kann. Voice-Coil Antriebe<br />
werden durch hohe Dynamik,<br />
aber relativ geringe Haltekräfte<br />
und Stellwege charakterisiert.<br />
Sie kommen als reibungsfreie<br />
Linearantriebe besonders bei<br />
Scananwendungen mit Stellwegen<br />
bis zu einigen zehn Millimetern<br />
zum Einsatz (Bild 2).<br />
Eisenlose Linearmotoren entsprechen<br />
im Prinzip einer Aneinanderreihung<br />
mehrerer Voice-<br />
Coil-Aktoren (Bild 3); einzelne<br />
Spulen lassen sich nach positionsabhängigem,<br />
festgelegtem<br />
Muster ansteuern (Kommutierung).<br />
Dabei ist prinzipiell entweder<br />
die Bewegung der Spulen-<br />
oder der Magnetbaugruppe<br />
möglich, es können damit praktisch<br />
unbegrenzte Hübe erreicht<br />
werden. Solche Motoren werden<br />
sowohl für sehr hohe als auch<br />
für sehr geringe Vorschubgeschwindigkeiten<br />
eingesetzt und<br />
arbeiten präzise in einem Bereich<br />
von unter 0,1 μm/s bis zu über<br />
5 m/s. In Kombination mit Luft-<br />
Autoren:<br />
Dipl.-Ing. (FH) Franz Oebels,<br />
Produktbereichsleiter<br />
„Magnetische Direktantriebe“<br />
bei Physik Instrumente (PI)<br />
GmbH & Co. KG und<br />
Ellen-Christine Reiff, M.A.,<br />
Redaktionsbüro Stutensee<br />
Bild 3: Magnetische Linearmotoren sind im Prinzip eine Aneinanderreihung von Voice-Coil-Aktoren.<br />
38 3/<strong>2015</strong>