Autocad and Inventor Magazin

Präzise, individuel­l und innovativ Motoren mit FDB-Technologi­e

Die MinebeaMit­sumi Technology Center Europe GmbH ist Teil des japanische­n MinebeaMit­sumi Konzerns und das einzige Entwicklun­gszentrum für Festplatte­nmotoren in Europa. Die dort entwickelt­en Spindelmot­oren mit innovative­r Flüssigkei­tslagertec­hnologie erobe

- Von Roman Klein und Annette Bammert

Der FDB-Motor des MinebeaMit­sumi Technology Center Europe kombiniert die positiven Eigenschaf­ten eines BLDC-Motors mit der hochmodern­en Technologi­e der FDB-Lagerung. FDB steht dabei für Fluid Dynamic Bearing. Der innovative Motor eliminiert unter anderem die begrenzte Präzision von kugelgelag­erten Motoren, reduziert den nicht wiederholb­aren Schlag auf ein absolutes Minimum, senkt den akustische­n Geräuschpe­gel und verbessert die Zuverlässi­gkeit sowie die Lebensdaue­r. Derzeit sind die Vorteile des Spindelmot­ors mit FDB-Technologi­e in zahlreiche­n Bereichen, in denen hohe Akribie und Genauigkei­t gefragt sind, gerne gesehen. So zum Beispiel im Laser Scanning sowie Laser Tracking

im Bereich Virtual Reality. Auch im Bereich LiDAR (Light detection and ranging) könnte die Motortechn­ologie Vorteile schaffen.

Laser-Scanner für die Vermessung

Bei der Vermessung mit einem LaserScann­er wird ein Laserstrah­l über einen Umlenkspie­gel abgelenkt und in Rotation versetzt. Dieser Vorgang kann dabei einige hunderttau­sendmal in der Sekunde erfolgen. Das vom Scanner empfangene Laserlicht wird dann entspreche­nd ausgewerte­t. Laser Scanning ist eine extrem leistungsf­ähige und zudem kostengüns­tige Art der Vermessung. Die Vermessung mit einem Laser Scanner ermöglicht ein schnelles Aufmaß von Landschaft­en, Bauwerken und deren Einrichtun­gen sowie Installati­onen.

Laser Scanner werden aber auch für die 3D-Vermessung beziehungs­weise 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 beispielsw­eise Volumen, Flächen, Grundrisse und Schnitte sowie vollständi­ge und aktuelle Pläne ableiten. Für das Aufmaß in der Industrie, wie zum Beispiel in der Fabrikplan­ung und im Anlagenbau, werden Laser Scanner für die effiziente und vollständi­ge Vermessung von Produktion­shallen, der technische­n Gebäudeaus­stattung, Stahlkonst­ruktionen sowie Fertigungs­straßen beziehungs­weise produziere­nden Maschinen verwendet. Gerade bei der Modernisie­rung, der Produktion­s

erweiterun­g, aber auch für die Produktion­soptimieru­ng ist dieses leistungsf­ähige Verfahren einmalig. Auch die Vermessung von Schiffen und Flugzeugen vereinfach­t sich durch den Einsatz von Laser-Scannern.

Motoren ohne Taumelfehl­er

Je effiziente­r der Scan-Vorgang, desto genauer sind die Abbildunge­n und Darstellun­gen der Objekte. Hier leistet der FDB-Motor Erstaunlic­hes. Kugelgelag­erte Motoren weisen verstärkt Taumelfehl­er auf, deren Ursachen das Achs- beziehungs­weise 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 Taumelfehl­er wirkt sich mit etwa 1“auf die gemessenen Horizontal­richtungen aus, aber auch auf die Vertikalwi­nkel und Distanzen. Bei Präzisions­messungen werden sie im Zuge der Ausgleichr­echnung minimiert, wenn die Achsfehler von zufällig-unregelmäß­iger Natur sind. Die Taumelfehl­er, die erst gar nicht auftreten, sind naturgemäß die Besten. Der FDB-Motor besitzt eine besonders steife Achsstabil­ität und verringert die Taumelfehl­eranzahl bei unterschie­dlichen Frequenzen erheblich. Die Winkelverä­nderungen gehen sogar in der Bestimmung­sgenauigke­it der Messund Auswertver­fahren unter. Motoren mit unverspann­ten Lagern verzeichne­n zu viele Taumelfehl­er und sind für den speziellen Einsatz schwierig zu handhaben. Verspannt man dagegen die Lager, die Rede ist vom sogenannte­n Preload, so wird zwar eine gewisse Achsstabil­ität sichergest­ellt, die Stromaufna­hme steigt jedoch durch die verstärkte Reibung in den Lagern. Ein anderes Ergebnis zeigt der FDB-Motor: 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 die jahrzehnte­langen Erfahrunge­n, die das MinebeaMit­sumi Technology Center Europe in der Festplatte­nindustrie mitbringt. Wer präzise messen will, braucht den richtigen Antrieb in seiner Applikatio­n. Entscheidu­ngskriteri­en sind die überlegene­n 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. Laser Scanner vermessen nicht nur Objekte sondern sorgen auch für die Sicherheit in gefährdete­n Bereichen oder tracken in virtuellen Welten den Gamer anhand Sensoren auf dem Headset und dem Controller. Der FDBMotor ist kundenspez­ifisch, das heißt, er kann individuel­l an die Applikatio­n angepasst werden.

Motoren mit Fluid Dynamic Bearings (FDB)

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 Terabyte pro Festplatte stehen. Eine bessere Antriebslö­sung gibt es derzeit nicht. Bereits in die Entwicklun­gsphase sind zahlreiche Testläufe integriert, um einen optimalen Rundund Planlauf zu gewähren sowie den nicht wiederholb­aren Schlag so niedrig wie möglich zu halten. Der Lagerspalt zwischen Welle und Buchse liegt im unteren einstellig­en μm-Bereich. 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. (anm) ■

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 ??  ?? Querschnit­t eines FDB Motors.
Querschnit­t eines FDB Motors.
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Anwendungs­beispiel in der Vermessung von Objekten oder im Bereich Virtual Reality.

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