4-2015
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement
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Komponenten<br />
Neue Lösungsansätze für die<br />
Präzisionsautomatisierung<br />
Bewegen und Positionieren mit magnetischen Direktantrieben:<br />
Bild 1: Voice-Coil-Aktor: Strom wird elektromechanisch in Kraft umgewandelt; Bild 2: Der magnetische<br />
Linearantrieb bietet hohe Scanfrequenzen und schnelles Einschwingen. (Alle Bilder: PI)<br />
Magnetische Direktantriebe<br />
bieten vor allem hinsichtlich Verschleiß<br />
und Dynamik Vorteile gegenüber<br />
klassisch motorisierten,<br />
spindelbasierten Lösungen. Da<br />
die Direktantriebe weitgehend<br />
auf mechanische Komponenten<br />
im Antriebsstrang verzichten, gibt<br />
es weniger Reibung und Spiel und<br />
damit mehr Präzision. Gleichzeitig<br />
sinken die Kosten und die Energieeffizienz<br />
steigt. Zudem sind<br />
sowohl 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 lösen,<br />
die schnelle, sub-mikrometergenaue<br />
Positionierung und geregelte<br />
Aktorkraft erfordern.<br />
Von den Eigenschaften magnetischer<br />
Direktantriebe lässt sich in<br />
zahlreichen Anwendungsgebieten<br />
profitieren; Beispiele reichen<br />
von der Halbleiterfertigung, Biotechnologie<br />
und Medizintechnik<br />
über Kippspiegel-, Dosier-, Prüfund<br />
Fokussieranwendungen bis<br />
hin zu Photonik oder Weltraumtechnik.<br />
Hinzu kommt, dass die<br />
Antriebe durch relativ große Stellwege,<br />
hohe Geschwindigkeiten<br />
und lange Lebensdauer überzeugen.<br />
Damit eignen sie sich für industrielle<br />
Anwendungen, die sieben<br />
Tage die Woche einen „Rundum-die-Uhr-Betrieb“<br />
verlangen.<br />
Voice-Coil-Aktoren<br />
und magnetische<br />
Linearantriebe<br />
Prinzipiell lassen sich für<br />
magnetische Direktantriebe unterschiedliche<br />
Antriebstechnologien<br />
nutzen. Voice-Coil-Aktoren und<br />
magnetische Linearantriebe beispielsweise<br />
machen sich die Tatsache<br />
zunutze, dass die Kraft auf<br />
einen stromdurchflossenen Leiter<br />
in 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 werden<br />
durch hohe Dynamik, aber relativ<br />
geringe Haltekräfte und Stellwege<br />
charakterisiert. Sie kommen<br />
als reibungsfreie Linearantriebe<br />
besonders bei Scananwendungen<br />
mit Stellwegen bis zu einigen<br />
zehn Millimetern zum Einsatz<br />
(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 prak-<br />
Autoren:<br />
Dipl.-Ing. (FH) Franz<br />
Oebels, Produktbereichsleiter<br />
„Magnetische<br />
Direktantriebe“ bei<br />
Physik Instrumente (PI)<br />
GmbH & Co. KG und<br />
Ellen-Christine Reiff,<br />
M.A., Redaktionsbüro<br />
Stutensee<br />
Bild 3: Magnetische Linearmotoren sind im Prinzip eine Aneinanderreihung von Voice-Coil-Aktoren.<br />
118 meditronic-journal 4/<strong>2015</strong>
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