Bürstenloser DC-Servomotor

Kleiner Antrieb für starke Leistung

Servomotoren beim Pick & Place. Kleinteile entnehmen und an der richtigen Stelle wieder absetzen ist in vielen Handhabungs- und Montageprozessen eine Standardaufgabe. In elektrischen Greifern sind Servomotoren von Faulhaber verbaut.

Faulhaber-Antriebe sind in Kleinteilegreifern verbaut. (Foto: Schunk)

In industriellen Handhabungs- und Montageprozessen sowie in Großlaboren, wo im Minutentakt Tausende von Bio- und Wirkstoffproben auf Pipettierplatten analysiert werden, ist das zuverlässige Kleinteilehandling von Bedeutung. Eine weitere typische Pick-and-Place-Anwendung ist die Bestückung von Leiterplatten für moderne Leistungselektronik: Hier nehmen Kleinteilegreifer die Bauelemente auf und stecken deren Kontakte in die vorgesehenen Löcher der Platine, wobei das Werkstück nicht beschädigt werden darf. Hier spielt neben einer genau abgestimmten Kraft vor allem die Geschwindigkeit eine Rolle – schnelles Greifen erhöht die Produktivität. Kleine Greifer für Pick-and-Place-Anwendungen, die gleichzeitig schnell und leistungsstark sind, ließen sich bisher meist nur mit Pneumatik realisieren, denn mit Druckluft lässt sich viel Kraft praktisch ohne Zeitverzug übertragen. Allerdings benötigt Druckluftversorgung eine komplexe Infrastruktur. Neue elektrisch betriebene Greifer erreichen mittlerweile die gleiche Geschwindigkeit und Kraft wie pneumatische Ausführungen. Kleine, leistungsstarke Servomotoren spielen dabei eine Schlüsselrolle.

Rastmomentfreier Lauf
Schunk hat mit dem EGP 40 einen rein elektrischen Kleinteilegreifer entwickelt, der mit 140 Newton sogar eine größere Schließkraft entwickelt als sein pneumatisches Pedant, der MPG-plus 40. Treibende Kraft des elektrischen Kleinteilegreifers ist ein vierpoliger, bürstenloser DC-Servomotor der BX4-Reihe von Faulhaber. Die Vierpoltechnologie bewirkt trotz kompakter Abmessungen ein hohes Dauerdrehmoment bei ruhigen Laufeigenschaften. Die robuste Konstruktion wird automatisiert und somit kostengünstig gefertigt. „Da der Motor rastmomentfrei läuft, ist seine Drehmomentabgabe von der Stellung unabhängig“, erläutert Andreas Knebel, Kundenberater bei Faulhaber. „Zugleich erreicht er dank seiner minimalen Schwungmassen eine sehr hohe Dynamik. Schon beim Anfahren und im unteren Drehzahlbereich steht das volle Drehmoment sofort zur Verfügung. Das ist für diese Anwendung besonders wichtig, da die Greiffinger oft nur sehr kurze Wege fahren.“ Ein erwünschter Nebeneffekt der hochwertigen Motortechnologie ist zudem ihr geringer Energieverbrauch.

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Durch diese Eigenschaften war der kleine Servomotor eine wichtige technische Voraussetzung für die Entwicklung der elektrischen Kleinteilegreifer, die Schunk für die leichte, unkomplizierte Handhabung und Integration in Kundenapplikationen konzipiert. Motoren mit hoher Leistung waren früher für den Einbau in solche Greifer zu teuer. Dank des Faulhaber-Motorkonzepts ist der Einsatz eines zugekauften elektrischen Antriebs für den Greiferhersteller, der auf robuste und vielfach bewährte Technik setzt, nun geeignet; der Motor hat seine Zuverlässigkeit und lange Haltbarkeit in vielen Anwendungen schon unter Beweis gestellt.

Bürstenloser DC-Servomotor in Vierpoltechnologie: Hohe Drehzahl und großes Drehmoment aus kleinstem Bauraum (Foto: Faulhaber)

Maßgeschneiderte Elektronik
Die Steuerungselektronik musste allerdings – vor allem aus Platzgründen – an die Anwendung angepasst werden. Damit sie in Greifer passt, wurden die Form der Platine und die Anordnung der Bauteile optimiert. Gleichzeitig erhielt die Elektronik einen kundenspezifischen Anschluss und eine zusätzliche EMV-Schutzbeschaltung. Auch die Software wurde entsprechend modifiziert. Da Gehäuseform und elektrische Anschlüsse des elektrischen Greifers dem pneumatischen Pendant entsprechen und Sensorik sowie die Steuerungssignale ebenfalls identisch sind, können die Anwender auch mit minimalem Aufwand vom pneumatischen zum elektrischen Betrieb wechseln und die Vorzüge der neuen Technik nutzen: Dazu gehört beispielsweise das gute Verhältnis von Schließzeit und Hub, der präzise Lauf der Greiffinger, der einer leistungsfähigen Kreuzrollenführung zu verdanken ist, sowie die vierfach variable Greifkraft. Was bei der Pneumatik nur mit aufwendiger Regelung geht, ist hier denkbar einfach: Über eine seitlich am Gehäuse angeordnete Öffnung ist die gewünschte Greifkraft über Schalter einstellbar. Damit lässt sich die Greifkraft auch an verformbare oder empfindliche Werkstücke anpassen.

Für Fertigungsprozesse mit besonders hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit gibt es den elektrischen Greifer in einer Speed-Variante: Hier arbeitet der Motor über eine andere Getriebeuntersetzung; er hat so zwar etwas weniger Kraft, erreicht aber enorm kurze Taktzeiten und ist sogar schneller als die pneumatische Variante.
A. Seegen/pb


Die Antriebsexperten aus Schönaich
Die Faulhaber-Gruppe mit 1.800 Mitarbeitern ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen sowie Standardprodukte, etwa bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Anwendungsgebieten sind Medizintechnik, Bestückungsautomaten, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik.

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