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
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) ■