Faulhaber
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    • DC-Motoren

      DC-Motoren

      • Rastmomentfrei
      • Präzise Positions- und Drehmomentregelung
      • Hocheffizient
      • Geräuscharm
      • Hohes Drehmoment
      • Leicht
      • Minimales Rotorträgheitsmoment
      • Einzigartige Dynamik bei Start-Stop-Betrieb
      • FAULHABER S/G

        FAULHABER S/G

        • Hochleistungs-Magnete  
        • Weiter Betriebstemperaturbereich  
        • Ganzstahlgehäuse mit korrosionsbeständiger Beschichtung
        • Kein Rastmoment, hohe Dynamik, präziser Gleichlauf
        • Geringe Stromaufnahme – niedrige Anlaufspannung
        • Extrem kompakte und leichte Bauform
      • FAULHABER SR

        FAULHABER SR

        • Hochleistungs-Selten-Erd-Magnete
        • Weiter Betriebstemperaturbereich: -30 °C bis +85 °C (optional -55 °C bis +125 °C)
        • Ganzstahlgehäuse mit korrosionsbeständiger Beschichtung
        • Kein Rastmoment, hohe Dynamik, präziser Gleichlauf
        • Geringe Stromaufnahme – niedrige Anlaufspannung
        • Extrem kompakte und leichte Bauform mit integriertem Encoder
      • FAULHABER CXR

        FAULHABER CXR

        • Hohe Dynamik dank minimalem Rotorträgheitsmoment
        • Erschütterungsfestes Ganzstahlgehäuse mit korrosionsbeständiger Beschichtung
        • Hochleistungs-Selten-Erd-Magnet
        • Weiter Betriebstemperaturbereich -30 °C bis 100 °C (optional -55 °C)
        • Langlebige Graphitkommutierung
        • Rastmomentfrei
        • Sehr hohe Leistungsdichte
      • FAULHABER CR

        FAULHABER CR

        • Höchste Dynamik dank minimalem Rotorträgheitsmoment
        • Erschütterungsfestes Ganzstahlgehäuse mit korrosionsbeständiger Beschichtung
        • Hochleistungs-Selten-Erd-Magnet
        • Breitester Betriebstemperaturbereich -30 °C bis 125 °C (optional -55 °C, Wicklung bis 155 °C)
        • Langlebige Graphitkommutierung
        • Rastmomentfrei
        • Höchste Leistungsdichte
      • FAULHABER SR-Flat

        FAULHABER SR-Flat

        • Extrem flache Bauweise. Längenbereich von 6 mm bis 19 mm
        • 4-Pol-Bauweise
        • Minimales Trägheitsmoment
        • Integrierte Stirnradgetriebe minimaler Länge mit hohen Untersetzungsverhältnissen lieferbar
        • Verfügbar mit integrierten optischen Encodern
      • Technische Informationen
    • Bürstenlose DC-Motoren

      Bürstenlose DC-Motoren

      • Hocheffiziente Bauweise
      • Hohe Drehzahlen oder hohes Drehmoment auf kleinstem Bauraum und mit geringstem Gewicht
      • Hochdynamisches Start-Stop-Verhalten
      • Geräuscharm
      • Erhältlich mit oder ohne Sensoren
      • FAULHABER B-Micro

        FAULHABER B-Micro

        • Extrem kompakte Bauweise. Durchmesserbereich von 3 mm bis 5 mm
        • Für Anwendungsbereiche mit geringstem verfügbarem Bauraum
        • 2-Pol-Bauweise mit mittleren bis höheren Drehzahlen
        • Passende hochkompakte Getriebe verfügbar
        • Passender Speed Controller lieferbar
      • FAULHABER B

        FAULHABER B

        • Eisenloses System mit hoher Leistungsdichte und FAULHABER-Wicklung
        • Digitale oder analoge Hallsensoren lieferbar
        • Extrem gleichmäßige Drehzahlregelung
        • Empfindliche Positioniersteuerung
      • FAULHABER BHx

        FAULHABER BHx

        • Hohe Leistung von bis zu 96 W bei geringem Durchmesser
        • Hohe Drehzahl von fast 100.000 min-1 (BHS-Version)
        • Sehr hohes Impulsdrehmoment von mehr als 30 mNm (BHT-Version)
        • Sehr dynamisch und reaktionsschnell bei niedrigem Trägheitsmoment
        • Durch geringe Vibration und hohe Laufruhe für Handwerkzeuge geeignet
        • Optionaler integrierter Encoder
      • FAULHABER BX4

        FAULHABER BX4

        • Hohes Drehmoment und Drehzahlsteifigkeit durch 4-Pol Technologie
        • Positionsregelung auf kleinstem Bauraum durch optionale analoge Hallsensoren
        • Modulares durchmesserkonformes Anbaukonzept für hochauflösende magnetische und optische Encoder
        • Versionen mit integrierten Speed- oder Motion Controllern verfügbar
        • Hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer
        • Dynamisch gewuchteter Rotor, ruhiger Lauf
      • FAULHABER BP4

        FAULHABER BP4

        • High Power Motoren mit höchstem Drehmoment
        • Dauerleistung von 133 W bis 150 W
        • Hervorragendes Verhältnis von Drehmoment zu Gewicht und Bauvolumen
        • Sehr hoher Wirkungsgrad von bis zu 91 %
        • Vollintegrierte analoge Hallsensoren und passende Encoder, Getriebe und Steuerungen verfügbar
        • Für dynamischen Start-/Stopp-Betrieb
      • FAULHABER B-Flat

        FAULHABER B-Flat

        • Extrem flache Bauweise. Längenbereich von 9 mm bis 22 mm
        • 4-Pol-Bauweise
        • Elektronische Kommutierung mit 3 digitalen Hall Sensoren
        • Integrierte Stirnradgetriebe minimaler Länge mit hohen Untersetzungsverhältnissen lieferbar
        • Präziser Gleichlauf
      • FAULHABER BXT

        FAULHABER BXT

        • Außenläufer-Motoren mit sehr hohem Drehmoment
        • Dauerleistung bis 100 W
        • Hervorragendes Verhältnis von Drehmoment zu Gewicht und Bauvolumen
        • Flache Bauweise für platzkritische Anwendungen. Längenbereich von 14 bis 21 mm.
        • Passende optische und magnetische Encoder, Getriebe und Steuerungen verfügbar
        • 14-Pol-Bauweise
      • Technische Informationen
    • Motoren mit integrierter Elektronik

      Motoren mit integrierter Elektronik

      • Integrierter Speed Controller
      • Kompakte Bauform
      • Robuste Ausführung
      • Einfache Handhabung
      • Integrierte Strombegrenzung (Motorschutz)
      • Reglereinstellung über Programmieradapter parametrierbar
      • FAULHABER BRC

        FAULHABER BRC

        • Programmierbare Motorcharakteristik durch integrierten Speed Controller
        • Große Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer
        • Dynamisch gewuchteter Rotor, ruhiger Lauf
        • Rastmomentfrei
        • Breiter linearer Drehzahl-Drehmoment-Bereich
        • Gleichmäßiger Lauf
      • FAULHABER BX4 SC

        FAULHABER BX4 SC

        • Hohes Drehmoment und Drehzahlsteifigkeit durch 4-Pol Technologie
        • Drehzahlregelung auf kleinstem Bauraum, durch optionale analoge Hallsensoren auch in niedrigem Drehzahlbereich ab 50 min-1 verfügbar
        • Modulares durchmesserkonformes Anbaukonzept mit integrierter Strombegrenzung
        • Einfache und komfortable Programmierung über Motion Manager und Programmieradapter
        • Hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer
        • Dynamisch gewuchteter Rotor, ruhiger Lauf
      • FAULHABER BXT SC

        FAULHABER BXT SC

        • Hohes Drehmoment und Drehzahlsteifigkeit durch 14-Pol-Technologie
        • Drehzahlregelung auf kleinstem Bauraum, durch die Hochpoligkeit der Motoren auch in niedrigem Drehzahlbereich ab 200 min-1 verfügbar
        • Modulares durchmesserkonformes Anbaukonzept mit integrierter Strombegrenzung
        • Einfache und komfortable Programmierung über Motion Manager und Programmieradapter
        • Hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer
        • Zweites Wellenende in den Baugrößen 32 und 42 mm verfügbar
      • FAULHABER B-Flat SC

        FAULHABER B-Flat SC

        • Extrem flache Bauweise. Längenbereich von 10 mm bis 22 mm mit bereits integriertem Speed Controller
        • 4-Pol-Bauweise
        • Einfache Handhabung
        • Integrierte Stirnradgetriebe minimaler Länge mit hohen Untersetzungsverhältnissen lieferbar
        • Präziser Gleichlauf
      • FAULHABER B Cx

        FAULHABER B Cx

        • Weiter Drehzahlbereich von 1…14.000 min-1
        • RS232 oder CANopen Schnittstelle, Adapter zum Anschluss an USB Schnittstelle
        • Kompaktes Anbaukonzept mit integrierter Strombegrenzung
        • Einfache und komfortable Programmierung über Motion Manager und Programmieradapter
        • Geringer Verdrahtungsaufwand
        • Hohe Laufruhe
      • FAULHABER BX4 CxD/Cx

        FAULHABER BX4 CxD/Cx

        • Weiter Drehzahlbereich von 1…11.300 min-1
        • RS232 oder CANopen Schnittstelle, Adapter zum Anschluss an USB Schnittstelle
        • Kompaktes Anbaukonzept mit integrierter Strombegrenzung
        • Einfache und komfortable Programmierung über Motion Manager und Programmieradapter
        • Geringer Verdrahtungsaufwand
        • Hohe Laufruhe
      • FAULHABER MCS

        FAULHABER MCS

        • Höchstes Drehmoment in kompaktem Bauraum
        • Schnittstellen: RS232, CANopen, EtherCAT, Parametrierung über USB
        • Optional verfügbar in Schutzart IP 54
        • Einfache und komfortable Programmierung über Motion Manager und Programmieradapter
        • Standardisiertes Stecker- und Anschlussleitungskonzept
        • Universell einsetzbar im Slave- oder Stand-Alone Betrieb
        • Umfangreiche Schutz- und Diagnosefunktionen, lokale Status-LEDs
    • Lineare DC-Servomotoren

      Lineare DC-Servomotoren

      • Hohe Dynamik
      • Ausgezeichnetes Leistungs-/ Volumenverhältnis
      • Keine Rastmomente vorhanden
      • Antimagnetisches Metallgehäuse
      • Kompakte und robuste Konstruktion
      • Benötigt keine Schmierung
      • Einfacher Einbau und Inbetriebnahme
    • Schrittmotoren

      Schrittmotoren

      • Kostengünstiger Positionierbetrieb ohne Impulsgeber (offener Regelkreis)
      • Hohe Leistungsdichte
      • Langlebig
      • Großer Temperaturbereich
      • Drehzahlbereich bis 16 000 min-1 bei Stromansteuerung (Chopperbetrieb)
      • Voll-, Halb- und Mikroschrittbetrieb möglich
    • Piezomotoren

      Piezomotoren

      • Small size
      • High force output
      • Direct drive
      • Backlash free
      • Nanometer resolution
      • Energy efficient
    • Präzisionsgetriebe

      Präzisionsgetriebe

      • Sehr hohe Untersetzungen möglich
      • Auch als spielarme Variante verfügbar
      • Unterschiedliche Abtriebslager erhältlich (Sinter-, Kugel- oder Keramiklager)
      • Planetengetriebe

        Planetengetriebe

        • Je nach Anforderung wahlweise als Metall- oder Kunststoffgetriebe
        • Verwendung von Hochleistungskunststoffen und Keramikbauteilen
        • Unterschiedliche Abtriebslager erhältlich (Sinter-, Kugel- oder Keramiklager)
        • Sonderversionen mit Spezialfettung für erweiterten Anwendungsbereich verfügbar
        • Kompetente Realisierung von kundenspezifischen Ausführungen
      • Stirnradgetriebe und Stirnradgetriebe, spielarm

        Stirnradgetriebe und Stirnradgetriebe, spielarm

        • Sehr hohe Untersetzungen möglich
        • Auch als spielarme Variante verfügbar
        • Unterschiedliche Abtriebslager erhältlich (Sinter-, Kugel- oder Keramiklager)
    • Lineare Komponenten

      Lineare Komponenten

      • Hohe Lebensdauer
      • Hoher Wirkungsgrad
      • Variables Längenkonzept
      • Sonderversionen mit Spezialschmierung für erweiterte Anwendungsbereiche
      • Hohe Positioniergenauigkeit durch stark reduziertes Spiel
      • Spindeln und Optionen
    • Encoder

      Encoder

      • Extrem Kompakt
      • Hohe Auflösung von bis zu 40.000 Schritten pro Umdrehung (entspricht 0,009° Winkelauflösung)
      • Keine Pull-up-Widerstände an den Ausgängen erforderlich, da keine Open-Collector-Ausgänge
      • Symmetrische Schaltflanken, CMOS- und TTL-kompatibel
      • Verschiedene Auflösungen, je nach Encodertyp, von 16 bis 10.000 Impulsen als Standard lieferbar
      • Inkrementalencoder

        Inkrementalencoder

        • Verschiedenste Auflösungen als Standard lieferbar
        • Auch als Line Driver-Version verfügbar
        • Indexkanal zur Referenzierung einer Umdrehung der Antriebswelle
        • Flexible kundenspezifi sche Anpassungen der Auflösung, Drehrichtung, Indexbreite und Indexposition möglich
        • Hohe Signalgüte
        • Extrem kompakt
      • Absolutencoder

        Absolutencoder

        • Geringer Verkabelungsaufwand
        • Absolute Winkelinformation direkt nach dem Einschalten
        • Kein Referenzieren notwendig
        • Verbesserte Regeleigenschaften auch bei niedrigen Drehzahlen
        • Flexible kundenspezifische Anpassungen von Auflösung und Drehrichtung möglich
    • Steuerungen

      Steuerungen

      • Kompakte Bauform
      • Präzise und dynamische Regelung
      • Flexibel konfigurierbar für verschiedene Motortypen
      • Parametrierbar über USB-Schnittstellenadapter
      • Einfach zu bedienen mit der Software „FAULHABER Motion Manager“
      • Speed Controller

        Speed Controller

        • Kompakte Bauform
        • Flexibel umkonfi gurierbar
        • Geringer Verdrahtungsaufwand
        • Parametrierbar mit Software „FAULHABER Motion Manager“ und USB-Schnittstellenadapter
        • Umfangreiches Zubehör
      • Motion Controller

        Motion Controller

        • Kompakte Bauform
        • Wahlweise ansteuerbar über RS232, EtherCAT oder CAN Schnittstelle
        • Geringer Verdrahtungsaufwand
        • Parametrierbar mit Software „FAULHABER Motion Manager“ und USB-Schnittstelle
        • Umfangreiches Zubehör
        • Einfachste Inbetriebnahme
    • Zubehör

      Zubehör

      • Übertragen von Echtzeitdaten
      • Optimale Signalleistung ohne leitungsbedingte Störeinflüsse
      • Konfektionierte Systemleitungen - Schnelle und einfache Verkabelung, fehlerfreies Anschließen, innovative und zeitsparende Anschlusslösung für Geräte
      • Einfache und schnelle Anschlüsse mit verschiedenen Verbindungsoptionen
      • Schnelle Datenverbindung zwischen definierten Geräten
      • Adapter mit Steck- oder Schraubverbinder
  • Märkte
    • Fokus COVID-19

      Fokus COVID-19

      Das Coronavirus und die dadurch ausgelöste Krankheit COVID-19 haben die Welt fest im Griff. Die Zahl der Erkrankten und der positiv auf das Virus getesteten Menschen steigt weiter. Um die Ausbreitung der Pandemie zu verlangsamen, werden weltweit zum Teil sehr drastische Maßnahmen ergriffen. Gleichzeitig werden Laborund Analysekapazitäten auf- und ausgebaut, um Tests schneller auswerten zu können und an Gegenmitteln oder Impfstoffen zu forschen.

      • Beatmungssysteme

        Beatmungssysteme

        Weltweit ist der Bedarf an Beatmungsgeräten in kürzester Zeit enorm gestiegen, viele Länder bauen aktuell Kapazitäten auf oder erweitern bereits vorhandene. Um die Versorgung mit Sauerstoff sicherzustellen, werden bei nicht-invasiven Fällen sogenannte CPAP (Continuous Positive Air Pressure) Einheiten zur Unterstützung der Atmung eingesetzt.

      • Personenschutz (PAPR)

        Personenschutz (PAPR)

        Als Teil der persönlichen Schutzausrüstung kommt dem Atemschutz besondere Bedeutung zu, schließlich verbreitet sich das Virus über Tröpfcheninfektionen. Geschlossene PAPR-Systeme (Powered Air-Purifying Respirator) schützen das medizinische Personal ideal. Generell sind tragbare Beatmungssysteme, die Luft über ein Gebläse filtern, für den Anwender besser geeignet als jene, die auf die Lungenkraft des Nutzers setzen, da die konstante Luftstromzufuhr ein natürliches und ermüdungsfreies Atmen des Krankenpersonals ermöglicht.

      • Labor automation

        Labor automation

        Eine Ausweitung der Testkapazitäten gilt als wichtiger Baustein im Kampf gegen COVID-19. Je mehr Tests durchgeführt werden, desto mehr weiß man über das Virus. Auch für Menschen mit Symptomen ist es wichtig, zeitnah zu wissen, ob sie erkrankt sind. Der sicherste Test zur Erkennung einer Corona-Infektion ist der Polymerase Chain Reaction (PCR)- Test. Da dieser sehr aufwändig ist, führt an automatisierten Laboren mit einem hohen Durchsatz kein Weg vorbei. 

      • Point of Care (PoC) Analyse

        Point of Care (PoC) Analyse

        Sollen Ergebnisse zeitnah vorliegen, damit etwa auf Intensivstationen, in Ambulanzen oder Arztpraxen schnelle Entscheidungen auf Basis von Laborwerten getroffen werden können, erfordert es sogenannte Point-of-Care-Untersuchungen. Mit ihnen erfasst man vor Ort Parameter wie etwa Herzenzyme und Blutwerte oder kann mittels PCR-Test in kürzester Zeit Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 in Abstrichen nachweisen. 

      • Infrarotthermometrie

        Infrarotthermometrie

        Vereinfacht dargestellt, fokussiert in einem Infrarot-Thermometer ein Objektiv die Wärmeenergie eines Objektes, etwa eines Gebäudes, eines Menschen oder Tieres, auf einen Detektor. Die damit verbundene Wärmestrahlung wird in elektrische Signale und schließlich in ein Bild oder einen Zahlenwert umgewandelt. 

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    • Medizin & Laborgeräte

      Medizin & Laborgeräte

      Die Aufgaben von Analysegeräten und Automaten in der Labortechnik werden immer anspruchsvoller. Trotz kompakter Abmessungen ist Präzision und Schnelligkeit gefordert. Mit einer großen Vielfalt an dynamischen Kleinst- und Mikroantrieben bietet FAULHABER maßgeschneiderte Lösungen.

      • OP-Roboter

        OP-Roboter

        Nach der Industrie erobern Roboter auch die Medizin. Die Vorteile liegen auf der Hand: fehlende Ermüdung, höchste Präzision und Schnelligkeit, optimale Ergonomie. Experten sehen in ihrem Einsatz die nächste Evolution in der Behandlung von Patienten. Schon heute kommen Robotersysteme bei einer Vielzahl von chirurgischen Anwendungen zum Einsatz, so zum Beispiel in der Orthopädie

      • Laborautomatisierung

        Laborautomatisierung

        In Analyselaboren werden täglich unzählige Proben getestet. Die Vorteile der Automatisierung in diesem Bereich liegen auf der Hand: Sie ermöglicht schnellere Ergebnisse, höheren Durchsatz, geringere Fehleranfälligkeit und weniger Personalkosten. Um für einen reibungslosen Ablauf zu sorgen, kommt es bei den Antriebssystemen der Automaten vor allem auf hohe Dynamik und Präzision an.

      • Myoelektrische Handprothese

        Myoelektrische Handprothese

        Schnürsenkel binden, Bettwäsche zusammenlegen, eine Chipstüte aufreißen – die Liste der Tätigkeiten, die ein händig nur schwer zu bewältigen sind, ließe sich beliebig verlängern. Menschen mit einer kongenitalen Amputation oder die etwa durch einen Unfall eine Hand verloren haben, werden täglich mit solchen Hürden konfrontiert. Um ihren Alltag zu erleichtern, hat das britische Unternehmen Steeper die myoelektrische Handprothese Bebionic entwickelt.

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    • Fabrikautomation & Robotik

      Fabrikautomation & Robotik

      In die automatisierte Fertigung sind vielfältige Aktoren und Sensoren integriert. Die Anbindung dieser Komponenten und Inbetriebnahme der Anlagen muss einfach und schnell vonstattengehen. FAULHABER Antriebssysteme lassen sich komfortabel konfigurieren und mittels standardisierter Schnittstellen bequem und sicher einbinden.

      • Leiterplattenbestückung

        Leiterplattenbestückung

        Das zentrale technische Element unserer modernen Welt ist der Mikrochip. Von der Kaffeemaschine bis zu Kommunikationssatelliten gibt es praktisch nichts mehr, was ohne ihn funktionieren würde. Damit ist die Herstellung mikroelektronischer Bauteile eine Schlüsseltechnologie par excellence. In ihr spielen Motoren von FAULHABER bei allen wichtigen Schritten eine Rolle – vom Bearbeiten des Siliziumkristalls bis zur Bestückung von Leiterplatten.

      • Pick-Roboter TORU

        Pick-Roboter TORU

        Kleinstantriebe und Motion Controller von FAULHABER machen den Pick-Roboter TORU von Magazino so vielseitig einsetzbar. Mit Blick auf den stetig wachsenden Online-Handel sind Logistik und Materialfluss begehrte Spielfelder für technischen Fortschritt – mit dem Ziel, durch Automation und Digitalisierung die Effizienz zu steigern.

      • Kleinteilegreifer

        Kleinteilegreifer

        Ein kleiner Greifer, der zugleich schnell und stark ist – das ging bisher oft nur mit Pneumatik. Denn mit Druckluft lässt sich viel Kraft praktisch ohne Zeitverzug übertragen. Doch die Druckluftversorgung braucht eine komplexe Infrastruktur – sie für jeden Fertigungsschritt zur Verfügung zu stellen, ist aufwendig und teuer. 

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    • Präzisionsüberwachung & Messtechnik

      Präzisionsüberwachung & Messtechnik

      Bei moderner Mess- und Prüftechnik sind Genauigkeiten und Auflösungen im Mikrometerbereich sowie exakt reproduzierbare Prüfabläufe gefordert. FAULHABER Antriebssysteme bieten hierfür präzise Regeldynamik und hohe Leistungsdichte auf kleinstem Raum.

      • Dosierpumpe

        Dosierpumpe

        Der Trend zur Miniaturisierung zieht sich durch alle Branchen; immer kleinere Produktgrößen stellen die Automatisierungstechnik jedoch vor Herausforderungen, z.B. wenn es gilt, Lötpasten, Klebstoffe, Schmier-, Verguss- oder Dichtmittel gezielt und genau dosiert aufzubringen.

      • Breitband- Seismometer

        Breitband- Seismometer

        Stellen Sie sich einen Balken vor, der von Zürich nach Tokio reicht, über rund 10.000 Kilometer. In Tokio schiebt nun jemand ein Blatt Papier darunter. Das Seismometer, das auf dem Zürcher Balkenende steht, schlägt daraufhin aus und zeigt die minimale Änderung im Neigungswinkel exakt an.

      • Testanlagen für Autotüren

        Testanlagen für Autotüren

        In allen Industriebereichen werden die Produktlebenszyklen kürzer. Immer schneller erscheinen neue Produkte auf dem Markt. Im Automobilsektor zeigt sich dieser Trend besonders deutlich. Waren es vor einiger Zeit noch sieben bis acht Jahre, bis ein Fahrzeug zur Serienreife entwickelt wurde, so sind es heute gerade mal noch zweieinhalb bis drei Jahre.

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    • Industriewerkzeuge & Betriebsmittel

      Industriewerkzeuge & Betriebsmittel

      Industriemaschinen werden in Funktionalität und Aufbau stetig komplexer bei gleichbleibendem Volumen. FAULHABER Motion Control Systems bieten den vollen Funktionsumfang kompletter Positioniersysteme auf minimalem Bauraum und bei geringstem Verdrahtungsaufwand.

      • ViscoQuick

        ViscoQuick

        Von zartcremig über lockerfluffig bis zähklebrig – bei Lebensmitteln gibt unser Mundgefühl zuverlässig Aufschluss über deren Konsistenz. Ausspucken oder runterschlucken? Diese Entscheidung treffen wir in Sekundenbruchteilen. Ähnlich schnelle unkomplizierte Entscheidungen wünscht man sich auch in der Industrie.

      • Sensor-Schrauber

        Sensor-Schrauber

        Jeder Heimwerker weiß intuitiv, wie man eine Schraube festzieht: Nach Gefühl. Im Hobbykeller reicht dies in der Regel aus, um das richtige Maß für das Anzugs-Drehmoment zu finden. In der industriellen Produktion dagegen sind die Anforderungen an eine sichere Schraubmontage sehr viel höher, denn es gilt, die Funktionsfähigkeit des Endproduktes während seiner Nutzungsdauer nachhaltig zu gewährleisten.

      • Diodenlaser

        Diodenlaser

        Laserstrahlen können Metalle zum Schmelzen und sogar zum Verdampfen bringen, höchst effizient und punktgenau. Sie werden deshalb immer häufiger als Werkzeug für das Fügen von Bauteilen, nämlich zum Schweißen und Löten, beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt. 

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    • Luft- & Raumfahrt

      Luft- & Raumfahrt

      Ob im Weltraum oder in der zivilen Luftfahrt - die eingesetzten Komponenten sind hier höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt und müssen dennoch einwandfrei funktionieren. FAULHABER Antriebslösungen arbeiten zuverlässig im Vakuum und bei Tiefsttemperaturen oder sorgen bei Flugreisen für Sicherheit und Komfort.

      • Mars Rover

        Mars Rover

        2020 ist das Jahr für die nächste Rover-Expedition auf den Mars. Die Hauptnutzlast der russischen Proton-Rakete: Der von den europäischen und russischen Weltraumorganisationen (ESA & Roskosmos) entwickelte ExoMars Rover. Das Fahrzeug ist beim geplanten Start mit neun Messgeräten ausgestattet. Eines davon wird nach der Landung auf dem Rover an einem zwei Meter langen Mast hängen.

      • Kabinenausstattung

        Kabinenausstattung

        2011 waren weltweit 15.556 Passagierflugzeuge und fast genauso viele Privatjets im Einsatz. Diese Zahlen, so die einschlägigen Prognosen, werden sich in den nächsten fünfzehn Jahren verdoppeln. Gleichzeitig gibt es einen starken Trend, die Flugzeugkabinen mit zusätzlichem Komfort auf Knopfdruck auszustatten. 

      • Raketentreibstoffventile

        Raketentreibstoffventile

        Als Reaktion auf Sparmaßnahmen wenden sich die Welt­raum­organisationen immer stärker der kommerziellen Raumfahrt als Kundenkreis für künftige Träger­raketen zu. Einige Unternehmen bieten in diesem Bereich mittlerweile hoch zuverlässige, wirtschaftliche Trägerraketen an, die unterschiedlichste Nutzlasten in die Erdumlaufbahn befördern können.

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    • Optik & Photonik

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      Die Verstellung von optischen Linsen für Zoom und Fokussierung oder Justage von Spiegeln in Laserapplikationen verlangen höchste Präzision auf kleinstem Bauraum. FAULHABER Antriebssysteme liefern hierfür volle Funktionalität in kompakter Form.
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        Was macht eigentlich die Nachbarschaft? Diese Frage beschäftigt alle Menschen, ob wir es uns eingestehen oder nicht. Auf die ganze Menschheit und die Erde übertragen lautet die gleiche Frage: Was geht in der Milchstraße vor? Darüber wissen wir erstaunlich wenig, weil wir hier sprichwörtlich den Wald vor lauter Bäumen nur schwer erkennen.

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        Wenn Sie Ihre Taschenlampe nur für eine Sekunde anschalten und in den Himmel richten, erreicht ihr Strahl bereits den Mond. Wie schnell müssten Sie die Lampe an- und ausschalten, damit ihr Strahl kürzer wäre als die Dicke eines menschlichen Haares? Mit dem Daumen ist es jedenfalls nicht zu schaffen.
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        Als Wilhelm Röntgen die nach ihm benannten Strahlen gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte und mit ihnen experimentierte, war er einer der wenigen Pioniere auf diesem Gebiet, die routinemäßig Bleischutzmäntel verwendeten. Die genauen Gründe dafür hat er vielleicht nicht gekannt, aber er vermutete wohl, dass diese Art von Strahlung der menschlichen Gesundheit schaden würde – und sein Verdacht war begründet.

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      Gerade bei Filmaufnahmen und im alltäglichen TV-Geschäft zählt vor allem Schnelligkeit und Flexibilität. Antriebstechnologie für zeitgemäße Kameratechnik unterliegt daher besonderen Anforderungen. FAULHABER Antriebssysteme überzeugen dabei durch dynamische Bewegung und kompakte Leistung bei geringster Masse mit höchstem Wirkungsgrad.
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        Moderne elektronische Kameras eröffnen völlig neue Möglichkeiten in der Fotografie vor Ort und der nach­träglichen Bildbearbeitung. Verbindet man die heute mögliche hohe Auflösung und schnelle Aufnahme­frequenz mit einem „Drehteller“, so lassen sich problemlos sogenannte Panorama-Aufnahmen erstellen. Voraussetzung dafür ist neben dem hochwertigen Aufnahmegerät auch die opti­male Kamera- bzw. Objek­tiv­ausrichtung über den Schwenkbereich.

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        In der rauen Umgebung der Meere ist es nicht leicht, brillante Filmaufnahmen zu machen. Für die Dreharbeiten des Dokumentarfilms "Unsere Ozeane" der französischen "Galatée Films" musste deshalb die bestehende Kameratechnik weiterentwickelt werden. Insbesondere die notwendige Stabilisierung der Kamera, um bei permanent schwankendem Untergrund wackelfreie Bilder garantieren zu können, stellte die Entwickler vor eine große Herausforderung. 

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      Umwelt- & Personenschutz

      Naturwissenschaftliche Analytik und Entwicklung bedeutet oft Extrembedingungen zu meistern, um an Daten zu gelangen. FAULHABER Antriebssysteme arbeiten hoch präzise und absolut zuverlässig auch in unwirtlichsten Umgebungsbereichen.
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        E-Mobilität ist zwar en vogue, doch bis zur funktionierenden Standardtechnologie ist das letzte Wort noch nicht in allen Bereichen gesprochen. Das gilt zum Beispiel für den Ladevorgang: Niemand möchte die Straßen mit massenhaft aufgereihten Ladesäulen verunstalten. Induktives Laden wäre zwar praktisch unsichtbar, hat aber beträchtliche Nachteile. 

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        Beim Klettern ist normalerweise der Sicherungspartner unerlässlich. Wenn er keinen Fehler macht, wird ein Sturz des Kletterers spätestens nach ein, zwei Metern vom Seil aufgefangen. Da der Kletterer aber aus Eigeninteresse meist selbst achtgibt, passiert das nur selten.

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        Ein innovativer Ansatz, der Windenergie über vergleichsweise kleine Anlagen per Lenkdrachen erntet, setzt neue Maßstäbe. Kleinstantriebe unter­stützen dabei die vollauto­­matische Steuerung des auch Kite genannten Drachens.

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      Modellbau & Prototyping

      Der grundlegende Anspruch an Modelle und Prototypen ist immer eine in Form, Funktion und technischer Ausstattung möglichst detailgenaue Nachbildung in maßstabsgetreuer Verkleinerung. FAULHABER Antriebssysteme sorgen als kompakte Antriebslösungen für vorbildgetreue, präzise Bewegungen.
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        Das autonome Fahren ist ein Thema, das bei Fachleuten wie Medien gerade eine hohe Aufmerksamkeit genießt. Beim „Formula Student Driverless“ traten im August 2017 im Rahmen des Wettbewerbs „Formula Student Germany“ nun erstmals autonom fahrende Rennfahrzeuge am Hockenheimring gegeneinander an. Gebaut wurden diese Fahrzeuge von studentischen Teams. 

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        An nur einem Tag unterschiedlichste Regionen und Kulturen dieser Erde kennen lernen, Las Vegas, die Alpen oder norwegische Fjorde in nur wenigen Stunden erkunden − im Miniatur Wunderland ist das möglich. Direkt an der Elbe, in Hamburgs Speicherstadt liegt diese größte Modelleisenbahn der Welt und eine der spannendsten Touristenattraktionen Deutschlands.

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        Detailgetreue Nutzfahrzeugmodelle lassen nicht nur das Sammlerherz höher schlagen, sie finden auch als Simulationsfahrzeuge für hochwertige Industrieprodukte zunehmend Verwendung. Voraussetzung ist dabei immer eine in Form, Funktion und technischer Ausstattung möglichst detailgenaue Nachbildung.

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      Elektronisch gesteuerte Bewegungen sind fast allgegenwärtig. So groß wie die Vielfalt der Kleinmotoren, so groß ist auch die Bandbreite ihrer Einsatzmöglichkeiten. Gerade auf dem Gebiet der Kleinantriebe stehen bei FAULHABER leistungsfähige Standardprodukte zur Verfügung, die ohne Weiteres Aufgaben in Alltagsanwendungen bewältigen können.
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        Das Fahrrad gehört in Deutschland selbstverständlich zur Fortbewegungskultur. 97 Prozent der Menschen hierzulande können Radfahren. Sie nutzen das Rad nicht nur für Radtouren in der Freizeit, sondern auch im Alltag für Einkäufe oder den Weg zur Arbeit. Wegen der steigenden Benzinkosten und der zu Stoßzeiten immer überfüllten Straßen sehen gerade Großstädter im Fahrrad eine echte Alternative zum Auto.

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        Kinetische Skulptur "Project Anthozoa"

        Fließende, lebendige Bewegung ohne Rastmomente, ein streng lineares Kraft-Strom-Verhältnis, hohe Dynamik, exakte Positionskontrolle: Dank dieser Eigenschaften eignen sich die linearen DCServomotoren von FAULHABER ideal für Mikro-Positionieraufgaben – oder um ein faszinierendes Kunstwerk zum Leben zu erwecken. Die kinetische Skulptur „Project Anthozoa“ - eine Kooperation der MKT AG, flying saucer und FAULHABER.

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        Eine Mischung aus Bewegung, Entspannung und sportlicher Herausforderung – das motiviert Golfspieler, wenn sie das Green betreten. Der wichtigste Begleiter dabei ist ein leichter und wendiger Golftrolley. Zeitgemäße Modelle unterstützen ihre Besitzer als E-Caddies, so etwa der TiCad Liberty der Premium-Golftrolley-Manufaktur TiCad. Für den Antrieb sorgen Kleinstmotoren aus Schönaich.

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      Einkauf

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  • DC-Motor Tutorial - Motorberechnungen für eisenlose DC-Bürstenmotoren

Motorberechnungen für eisenlose DC-Bürstenmotoren

Bei Auswahl eines eisenlosen DC-Bürstenmotors für eine Anwendung oder bei Entwicklung eines angetriebenen Prototyps sind mehrere grundlegende motorphysikalische Prinzipien für die Auslegung eines sicheren, gut funktionierenden, und ausreichend dimensionierten Präzisionsantriebssystems zu berücksichtigen. In diesem Dokument haben wir einige wichtige Methoden, Formeln und Berechnungsdetails zusammengefasst, mit denen die Leistungsabgabe eines eisenlosen Motors, die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors und Strom- und Wirkungsgradkennlinien bestimmt werden können, sowie theoretische Berechnungen zur Abschätzung der Motorleistung eines kalten Motors.


1. Berechnung der benötigten Antriebsleistung

Gleichstrommotoren sind Leistungswandler, denn sie wandeln elektrische Leistung (Pin) in mechanische Leistung (Pout) um. Der Quotient beider Terme entspricht dem Wirkungsgrad des Motors. Reibungs- und Kupferverluste zusammen ergeben den Leistungsverlust (Ploss) in Joule/s (Eisenverluste sind bei eisenlosen DC-Motoren vernachlässigbar). Bei Erwärmung des Motors ergeben sich zusätzliche Verluste, auf die wir weiter unten eingehen werden:

In der Physik ist die Leistung definiert als die in einem bestimmten Zeitraum eingesetzte Energie bezogen auf diesen Zeitraum. Die metrische Standardeinheit der Leistung ist das „Watt” W.
Wie wird die Leistung berechnet? Bei linearen Bewegungen ist die Leistung das Produkt aus Kraft und Weg pro Zeiteinheit P = F · (d/t). Da Geschwindigkeit der zurückgelegte Weg pro Zeiteinheit ist, ergibt sich P = F · s. Bei Drehbewegungen gilt daher analog, dass die Leistung das Produkt aus Drehmoment und Drehwinkel pro Zeiteinheit ist – oder einfach das Produkt aus Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit.

Dabei gilt:

P = Leistung in W
M = Drehmoment in Nm
F = Kraft in N
d = Weg in m
t = Zeit in s
ω rad = Winkelgeschwindigkeit in rad/s

Als Symbol für das Drehmoment wird normalerweise der griechische Kleinbuchstabe “τ”(tau) oder manchmal auch nur der Buchstabe “T” verwendet. Wenn es jedoch als Kraftmoment bezeichnet wird, wird es üblicherweise mit dem Buchstaben “M” gekennzeichnet.

In der europäischen Nomenklatur wird oft der Kleinbuchstabe n” verwendet, um die Geschwindigkeit entlang einer Achse darzustellen. Gewöhnlich wird “n” in der Einheit Umdrehungen pro Minute oder U/min angegeben.

Bei der Berechnung der mechanischen Leistung ist es wichtig auf die Einheiten zu achten. Wenn „n“ (Geschwindigkeit) in min-1 angegeben ist, dann muss eine Umrechnung in die Einheit der Winkelgeschwindigkeit rad/s erfolgen. Dies erreicht man durch Multiplikation der Geschwindigkeit mit einem Umrechnungsfaktor von 2π/60. Ist „M“ (Drehmoment) in der Einheit mNm angegeben, dann muss eine Multiplikation mit 10-3 erfolgen (= Division durch 1 000), um die Einheit Nm für weitere Berechnungen zu erhalten.

Dabei gilt:

n = Drehzahl in min-1
M = Drehmoment in mNm

Als Beispiel soll die Leistung ermittelt werden, die der Motor 2668W024CR im kalten Zustand liefern muss, um ein Lastmoment von 68 mNm mit einer Drehzahl von 7 370 min-1 anzutreiben. Das Produkt aus Drehmoment, Drehzahl und dem entsprechenden Umrechnungsfaktor ist unten dargestellt.

Die Berechnung der benötigten Antriebsleistung ist oft der erste Schritt bei der Auswahl von Motoren oder Getriebemotoren. Ist die benötigte mechanische Ausgangsleistung für eine vorgegebene Anwendung bekannt, können die Leistungsdaten für Maximal- und Dauerleistung verschiedener Motoren verglichen werden, um festzustellen, welche Motoren für den Einsatz in der Anwendung infrage kommen.


2. Motorparameter empirisch ermitteln

Am Beispiel des eisenlosen Gleichstrommotors 2668W024CR stellen wir im Folgenden eine Methode zur Bestimmung der Motorparameter vor. Zuerst erläutern wir einen eher empirischen Ansatz, dann führen wir eine theoretische Berechnung durch.

Zur grafischen Darstellung von Motorkennlinien verwendet man häufig Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien. Obwohl Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien in der Fachliteratur üblicherweise für größere Gleichstrommaschinen verwendet werden, kann man sie auch bei kleinen, eisenlosen Motoren anwenden. 

In Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien werden Motordrehzahl, Motorstrom, mechanische Ausgangsleistung und Wirkungsgrad als Funktionen des Motordrehmoments dargestellt. Im Folgenden beschreiben wir, wie man aus einer Reihe von Rohdatenmessungen zu einem Satz von Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien für einen typischen Gleichstrommotor gelangt.

Der 2668W024CR hat eine Nennspannung von 24 V. Mit ein paar Basis-Laborgeräten können Sie an einem eisenlosen Gleichstrommotor der Serie 2668 CR die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien an einem bestimmten Betriebspunkt messen.

Schritt 1: Basis-Parameter messen

Viele Parameter können direkt über einen Motion Controller, wie z.B. einen MC3 Motion Controller von FAULHABER, ermittelt werden. Die meisten Controller-Hersteller bieten Software an, wie z.B. den FAULHABER Motion Manager, der mit einer Trace-Funktion Spannung, Strom, Position, Geschwindigkeit usw. aufzeichnet. Sie können auch exakte Momentaufnahmen des Motorbetriebs bis ins kleinste Detail liefern. Die Motion-Controller der MC3-Familie (MC 5004, MC 5005 und MC 5010) können z.B. alle eine Vielzahl von Bewegungsparametern messen. Zur Erfassung der Daten für eine Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie ist das wahrscheinlich der schnellste Weg, aber nicht der einzige.

Steht kein Controller mit Trace-Funktion zur Verfügung, kann man auch mit Basis-Laborgeräten die Kenndaten eines Motors beim Blockieren, im Leerlauf und bei Nennlast ermitteln. Betreiben Sie den 2668W024CR ohne Last mit einem auf 24 V eingestellten Labornetzteil und messen Sie die Drehzahl kontaktlos (z.B. mit einem Stroboskop). Messen Sie ebenfalls den Motorstrom im Leerlauf. Eine Strommesszange ist für diese Messung ideal, da damit kein zusätzlicher Reihenwiderstand zum Motor im Betrieb hinzugeschaltet werden muss. Mit einer kleinen Pulverbremse oder einer Hysterese-Leistungsbremse, kann eine einstellbaren Last an die Motorwelle gekoppelt werden.

Erhöhen Sie nun das Motordrehmoment so weit bis der Motor stehen bleibt. Messen Sie im Stillstand das Drehmoment der Bremse und den Motorstrom. Um die Berechnung zu vereinfachen, gehen wir davon aus, dass die Bremsenankopplung keine zusätzliche Last für den Motor darstellt und dass die Belastung durch die Bremse keine unbekannten Reibungsanteile enthält. Es ist jetzt auch sinnvoll, den Anschlusswiderstand des Motors zu messen. Schließen Sie ein Ohmmeter an die Motorklemmen an, um den Widerstand zu messen. Drehen Sie die Motorwelle und nehmen Sie eine weitere Messung vor. Die Messwerte sollten sehr nahe beieinander liegen. Drehen Sie die Welle weiter und nehmen Sie mindestens drei Messungen vor. Dadurch stellen Sie sicher, dass Sie die Messungen nicht an einem Punkt mit minimalem Kontakt am Kommutator vorgenommen haben.

Bislang haben wir gemessen:

n0 = Leerlaufdrehzahl
I0 = Leerlaufstrom
MH = Anhaltemoment
R = Anschlusswiderstand

Schritt 2: Strom- und Drehzahl-Drehmoment- Kennlinien erstellen

Sie können ein Diagramm vorbereiten, bei dem das Motordrehmoment auf der Abszisse (horizontale Achse),die Geschwindigkeit auf der linken Ordinate (vertikale Achse) und der Strom auf der rechten Ordinate dargestellt werden. Skalieren Sie die Achsen basierend auf den Messungen, die Sie in Schritt eins vorgenommen haben. Ziehen Sie eine gerade Linie vom linken Ursprung des Diagramms (Drehmoment und Strom = 0) zum Haltestrom auf der rechten Ordinate (Anhaltemoment und Haltestrom). Diese Linie stellt den Motorstrom in Abhängigkeit vom Motordrehmoment dar. Die Steigung dieser Linie ist die Stromkonstante kI, die als Proportionalitätskonstante das Verhältnis zwischen Motorstrom und Motordrehmoment angibt (in der Einheit Strom pro Drehmoment oder A/mNm). Der Kehrwert dieser Steigung ist die Drehmomentkonstante kM (in der Einheit Drehmoment pro Strom oder mNm/A).

Dabei gilt:
kI = Stromkonstante
kM= Drehmomentkonstante

Vereinfachend nehmen wir an, dass der Motor keine innere Reibung hat. In der Praxis bestimmt man das Reibungsmoment des Motors MR durch Multiplikation der Drehmomentkonstante kM odes Motors mit dem gemessenen Leerlaufstrom I0. Unter Berücksichtigung des Reibungsmoments beginnen die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie und die Drehmoment-Strom- Kennlinie dann nicht an der linken vertikalen Achse, sondern mit einem Versatz auf der horizontalen Achse, der dem berechneten Reibungsmoment entspricht.

Dabei gilt:
MR = Reibungsmoment

Schritt 3: Leistungs- und Wirkungsgrad-Drehmoment- Kennlinien erstellen

Meistens kann man einfach zwei zusätzliche vertikale Achsen hinzufügen, um Leistung und Wirkungsgrad als Funktionen des Drehmoments darzustellen. Eine zweite vertikale Achse wird normalerweise für den Wirkungsgrad und eine dritte vertikale Achse für die Leistung verwendet. Zur Vereinfachung stellen wir die Wirkungsgrad-Drehmoment- und Leistungs-Drehmoment- Kennlinien im gleichen Diagramm dar wie die Drehzahl-Drehmoment- und Strom-Drehmoment- Kennlinien (siehe Beispiel unten).

Erstellen Sie eine Tabelle, in der Sie die mechanische Motorleistung an verschiedenen Betriebspunkten eintragen – vom Leerlauf bis zum Anhaltemoment. Da die mechanische Ausgangsleistung einfach das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl mit einem Korrekturfaktor für die Einheiten ist (siehe Abschnitt über die Berechnung der benötigten Antriebsleistung), kann die Leistung unter Verwendung der zuvor eingezeichneten Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie berechnet werden.

Tabelle 1 zeigt eine Beispiel-Berechnungstabelle für den Motor 2668W024CR. Jeder berechnete Punkt für die Leistung wird dann grafisch dargestellt. Die resultierende Funktion ist eine parabolische Kurve, wie unten in Grafik 1 dargestellt. Die maximale mechanische Leistung ergibt sich bei etwa der Hälfte des Anhaltemoments. Die Drehzahl an diesem Punkt entspricht in etwa der halben Leerlaufdrehzahl.

Erstellen Sie eine Tabelle, in der Sie den Motorwirkungsgrad an verschiedenen Betriebspunkten eintragen – vom Leerlauf bis zum Anhaltemoment. Die an den Motor angelegte Spannung ist bekannt, und die Strom-Drehmoment- Kennlinie wurde eingezeichnet. Das Produkt aus Motorstrom und angelegter Spannung entspricht der Leistungsaufnahme des Motors. An jedem zu berechnenden Punkt ist der Wirkungsgrad η des Motors gleich der abgegebenen mechanischen Leistung geteilt durch die aufgenommene elektrische Leistung. Auch hierfür findet man in der Beispieltabelle für den Motor 2668W024CR (Tabelle 1) entsprechende Werte und eine Beispielkurve in Grafik 1. Der maximale Wirkungsgrad ergibt sich bei etwa 10% des Motor-Anhaltemoments.

Kennlinien-Definitionen

  • Blau = Drehzahl/Drehmoment (n / M)
  • Rot = Strom/Drehmoment (I  / M)
  • Grün = Wirkungsgrad/Drehmoment (η / M)
  • Braun = Wirkungsgrad/Drehmoment (P / M)

Motorkennlinien

Hinweis: Die gestrichelten Linien stellen Werte dar, die für einen kalten Motor (ohne Berücksichtigung des Temperaturanstiegs) eingezeichnet werden könnten, die durchgezogenen Linien berücksichtigen die Auswirkungen der Magnet- und Spulenerwärmung bei einem Motor im Betrieb (dazu später mehr). Beachten Sie, wie sich alle vier durchgezogenen Linien aufgrund des Wärmeanstiegs verändern. Das ist bedingt durch den erhöhten Widerstand in den Kupferwicklungen und damit verringertem Drehmoment. Wenn Sie Ihre Diagramme erstellen können Ihre Ergebnisse leicht abweichen, je nachdem, ob Ihr Motor kalt oder warm ist.
Hinweis: Aus Platzgründen wird nur eine kleine Anzahl von Datenpunkten angezeigt. Möglicherweise treten bei Ihren Daten mehr Betriebspunkte auf. Die Werte aus dieser Tabelle sind in der Grafik oben als gestrichelte Linien dargestellt (kalter Motor).

Theoretische Berechnung von Motorparametern

Ein weiterer hilfreicher Parameter bei der Motorauslegung ist die Motorkonstante. Die richtige Nutzung dieser Kennzahl kann den iterativen Prozess bei der Auswahl eines Gleichstrommotors erheblich abkürzen. Sie beschreibt einfach gesagt das Vermögen eines Wandlers, elektrische Leistung in mechanische umzuwandeln.

Der maximale Wirkungsgrad ergibt sich bei etwa 10% des Motor-Anhaltemoments. Der Nenner beschreibt den widerstandsbedingten Leistungsverlust. Mit ein paar Umrechnungen kann man die Gleichung vereinfachen:

Denken Sie daran, km (Motorkonstante) nicht mit kM (Drehmomentkonstante) zu verwechseln. Bei der Motorkonstante ist das tiefgestellte Zeichen „m“ ein Kleinbuchstabe, während bei der Drehmomentkonstante „M“ ein Großbuchstabe verwendet wird.

Für einen bürstenbehafteten oder bürstenlosen Gleichstrommotor relativ geringer Größe kann man die Beziehungen, die das Verhalten des Motors unter verschiedenen Umständen bestimmen, aus den Gesetzen der Physik und den Eigenschaften der Motoren selbst ableiten. Das 2. Kirchoffsche Gesetz besagt: „Alle Teilspannungen eines Umlaufs in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu null.“ Bei einem Gleichstrommotor, der mit einer Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, kann das 2. Kirchoffsche Gesetz wie folgt ausgedrückt werden: „Die Nennspannung des Netzteils muss der Summe des Spannungsabfälle über den Wicklungswiderstand und der vom Motor erzeugten Gegen-EMK entsprechen.“

Dabei gilt:

U = Versorgungsspannung in V
I = Strom in A
R = Anschlusswiderstand in Ω
UE= Gegen-EMK in V

Die vom Motor erzeugte Gegen-EMK ist direkt proportional zur Winkelgeschwindigkeit des Motors. Die Proportionalitätskonstante ist die Konstante für die Gegen-EMK des Motors.

Dabei gilt:

ω = Winkelgeschwindigkeit des Motors
kE = Gegen-EMK-Konstante des Motors

Daraus kann man ableiten:

Normalerweise geben Motorhersteller die Gegen-EMK- Konstante des Motors in V/min-1 oder mV/min-1 an. Um einen sinnvollen Wert für die Gegen-EMK zu erhalten, muss man die Motorgeschwindigkeit in Einheiten angeben, die zur angegebenen Gegen-EMK-Konstante kompatibel sind.

„Alle Teilspannungen eines Umlaufs in einem elektrischen Netzwerk addieren sich zu null.“
(2. Kirchoffsches Gesetz)

Die Motorkonstante hängt von Spulenkonstruktion und Stärke und Richtung der Flusslinien im Luftspalt ab. Auch wenn man zeigen kann, dass die drei normalerweise angegebenen Motorkonstanten (Gegen-EMK-Konstante, Drehmomentkonstante und Drehzahlkonstante) bei Verwendung der korrekten Einheiten gleich sind, wird die Berechnung durch die Angabe der drei Konstanten in den allgemein akzeptierten Einheiten erleichtert.

Das vom Rotor erzeugte Drehmoment ist direkt proportional zum Strom in den Rotorwicklungen. Die Proportionalitätskonstante ist die Drehmomentkonstante des Motors.

Dabei gilt:

Mm= Vom Motor geliefertes Drehmoment
kM = Drehmomentkonstante des Motors

Ersetzt man den Strom durch dieses Verhältnis ergibt sich:

Das Drehmoment am Rotor ist die Summe aus Reibungsmoment des Motors und Lastmoment (durch äußere mechanische Belastung):

Dabei gilt:

MR= Reibungsmoment des Motors
ML = Lastmoment

Unter der Annahme, dass eine konstante Spannung an den Motorklemmen anliegt, ist die Motorgeschwindigkeit direkt proportional zur Summe aus Reibungsmoment und Lastmoment. Die Proportionalitätkonstante entspricht der Neigung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie. Bei geringer Neigung ist die Motorleistung besser. Je steiler die Kennlinie abfällt, desto schlechter ist die Motorleistung, die man von einem bestimmten eisenlosen Motor erwarten kann. Dieses Verhältnis kann man wie folgt berechnen:

Dabei gilt:

Δn = Geschwindigkeitsänderung
ΔM = Drehmomentänderung
MH= Anhaltemoment
n0 = Leerlaufdrehzahl

Die Auflösung nach der Geschwindigkeit n ist ein anderer Ansatz um diesen Wert zu erhalten:

Mit Differentialrechnung leiten wir beide Seiten nach M ab:

or

Obwohl hier kein negatives Vorzeichen steht, können wir von einer abnehmenden (negativen) Steigung ausgehen.

Beispiel einer theoretischen Motorberechnung

Lassen Sie uns ein wenig in die theoretischen Berechnungen einsteigen. Der eisenlose Gleichstrommotor 2668W024CR soll mit 24 V an den Motorklemmen und einem Lastmoment von 68 mNm betrieben werden. Dazu muss die resultierende Motorkonstante, die Motordrehzahl, der Motorstrom, der Motorwirkungsgrad und die Ausgangsleistung ermittelt werden. Dem Motordatenblatt kann man entnehmen, dass die Leerlaufdrehzahl des Motors 7 800 min-1 bei 24 V beträgt. Ohne Last an der Motorwelle würde der Motor mit dieser Drehzahl laufen.

Einen ersten Eindruck von der Motorleistung gewinnen wir durch die Berechnung der Motorkonstante km. In diesem Fall ergibt sich eine Konstante von 28,48 mNm/sqrt(W).

Die Motordrehzahl unter Last ergibt sich aus der Leerlaufdrehzahl abzüglich der Drehzahlverminderung durch die Last. Die Proportionalitätskonstante für die Beziehung zwischen Motordrehzahl und Motordrehmoment ist die Steigung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, die sich aus Leerlaufdrehzahl des Motors geteilt durch das Anhaltemoment ergibt. In diesem Beispiel berechnen wir die Drehzahlverminderung (unter Vernachlässigung von Temperatureffekten), die durch die Drehmomentbelastung von 68 mNm verursacht wird, durch Herausrechnen der mNm-Einheiten:

Jetzt machen wir noch folgende Substitution:

Die Motordrehzahl unter Last wird dann ungefähr betragen:

Der Motorstrom unter Last ist die Summe aus Leerlaufstrom und dem aus der Last resultierenden Strom.

Die Drehmomentkonstante (kM) stellt die Beziehung zwischen Strom und Drehmoment dar. Dieser Wert beträgt 28,9 mNm/A. Nimmt man den Kehrwert, so erhält man die Stromkonstante kI, mit der man den Strom unter Last berechnen kann. In diesem Fall beträgt die Last 68 mNm, und der aus dieser Last resultierende Strom (unter Vernachlässigung von Temperatureffekten) beträgt ungefähr:

Aus der Summe von diesem Wert und Motorleerlaufstrom kann der Gesamtstrom des Motors angenähert ermittelt werden. Im Datenblatt ist der Leerlaufstrom des Motors mit 78 mA angegeben. Gerundet beträgt der Gesamtstrom ungefähr:

Die elektrische Ausgangsleistung des Motors ist einfach das Produkt aus Motordrehzahl und Lastmoment mit einem Korrekturfaktor für die Einheiten (falls erforderlich). Die genäherte Ausgangsleistung des Motors ergibt sich also zu:

Die dem Motor zugeführte mechanische Leistung ist das Produkt aus angelegter Spannung und dem gesamten Motorstrom in Ampere. In diesem Fall:

Da der Wirkungsgrad η einfach Ausgangsleistung geteilt durch Eingangsleistung ist, können wir ihn an unserem Betriebspunkt berechnen:

Abschätzung der Motorwicklungstemperatur während des Betriebs:

Ein Strom I, der durch einen Widerstand R fließt, führt zu einem Leistungsverlust I2 · R in Form von Wärme. Bei einem Gleichstrommotor ergibt das Produkt aus dem Quadrat des Motorstroms und Wicklungswiderstand die Verlustleistung als Wärme in den Rotorwicklungen. Bei einem Motorstrom von 0,203 A und einem Wicklungswiderstand von 14,5 Ω, geht folgende Leistung als Wärme in den Wicklungen verloren:

Die durch die Verluste I2 · R entstehende Wärme wird über die Motorkomponenten und den Luftstrom im Luftspalt abgeleitet. Der Wärmewiderstand ist ein Maß dafür, wie effizient Wärme von einem Motor (oder einem anderen System) abgeleitet werden kann.

Der Wärmewiderstand (der Kehrwert der Wärmeleitfähigkeit) gibt an, wie gut ein Material der Wärmeübertragung über einen definierten Weg widersteht. Motorhersteller geben üblicherweise mit Angabe des Wärmewiderstands Rth einen Hinweis auf die Fähigkeit des Motors, Wärme abzuleiten; z.B. hat eine Aluminiumplatte mit großem Querschnitt einen sehr geringen Wärmewiderstand, während die Werte für Luft oder Vakuum wesentlich höher liegen. Bei Gleichstrommotoren gibt es einen thermischen Pfad von den Motorwicklungen zum Motorgehäuse und einen zweiten thermischen Pfad zwischen Motorgehäuse und Motorumgebung (Umgebungsluft usw.). Einige Motorenhersteller geben für jeden der beiden thermischen Pfade einen Wärmewiderstand an, während andere nur die Summe der beiden als Gesamt-Wärmewiderstand des Motors angeben. Wärmewiderstandswerte werden in der Einheit Temperaturerhöhung pro Verlustleistung angegeben. Der Gesamtverlust I2 · R in den Wicklungen (der Wärmequelle) wird mit den thermischen Widerständen multipliziert, um die Wicklungstemperatur im Betrieb zu bestimmen. Der Temperaturerhöhung des Motors im Betrieb (T) beträgt:

Dabei gilt:

ΔT = Temperaturanstieg in K
I = Strom durch die Motorwicklungen in A
R = Widerstand der Motorwicklungen in Ω
Rth1 = Wärmewiderstand zwischen Wicklungen und Gehäuse in K/W
Rth2 = Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Umgebung in K/W

Setzen wir unser Beispiel mit dem Motor 2668W024CR mit folgenden Betriebswerten fort: Strom von 2,458 A in den Motorwicklungen, Wicklungswiderstand von 1,03 Ω, Wärmewiderstand Wicklung zu Gehäuse von 3 K/W und Wärmewiderstand Gehäuse zu Umgebung von 8 K/W. Der Temperaturanstieg der Wicklungen wird mit folgender Formel berechnet; Ploss kann man durch I2 · R ersetzen:

Da die Einheitenabstufung bei Kelvin-Skala und Celsius-Skala gleich ist, können wir den Kelvin-Wert einfach durch den Celsius-Wert ersetzen. Bei einer Umgebungslufttemperatur von 22°C kann die reale Betriebstemperatur der Motorwicklungen wie folgt abgeschätzt werden:

Dabei gilt:

Twarm= Wicklungstemperatur

 

Es muss sichergestellt werden, dass die reale Betriebstemperatur der Wicklungen den auf dem Datenblatt angegebenen Bemessungswert des Motors nicht überschreitet. Im obigen Beispiel beträgt die maximal zulässige Wicklungstemperatur 125°C. Da die berechnete Betriebstemperatur der Wicklungen nur bei 90,4°C liegt, sollten thermische Schäden an den Motorwicklungen bei dieser Anwendung nicht auftreten.

Mit ähnlichen Berechnungen kann man andere Fragen beantworten. Beispielsweise kann es für eine Anwendung erforderlich sein, dass ein Motor dauerhaft bei seinem maximalen Drehmoment betrieben wird und man hofft, dass keine Schäden durch Überhitzung auftreten. Angenommen, ein Motor soll mit dem maximal möglichen Drehmoment bei einer Umgebungslufttemperatur von 22°C betrieben werden. Der Konstrukteur möchte wissen, welches Drehmoment der Motor ohne Überhitzung sicher bereitstellen kann. Auch gibt das Datenblatt für den eisenlosen Gleichstrommotor 2668W024CR eine maximale Wicklungstemperatur von 125°C an. Bei einer Umgebungstemperatur von 22°C, kann der folgende maximale Temperaturanstieg des Rotors toleriert werden: 125°C – 22°C = 103°C

Damit können wir den Anstieg des Wicklungswiderstands aufgrund der thermischen Verluste berechnen:

Dabei gilt:

αCu = Kupfer-Temperatur-Koeffizient in der Einheit K-1
( 1/Kelvin)

Aufgrund der thermischen Verlustleistung I2 · R lund der damit einhergehenden Erwärmung von Wicklung und Magnet steigt der Wicklungswiderstand von 1,03 Ω auf 1,44 Ω. Mit diesem Wert können wir die Drehmomentkonstante kM neu berechnen, um die Auswirkungen des Temperaturanstiegs auf die Motorleistung zu ermitteln:

Dabei gilt:

αM= Magnet-Temperatur-Koeffizient in der Einheit K-1
(1/Kelvin)

Damit können wir die Gegen-EMK-Konstante kE neu berechnen und die Ergebnisse berücksichtigen. Aus der oben abgeleiteten Formel:

Wie wir sehen können, schwächt sich die Drehmomentkonstante genau wie die Gegen-EMK-Konstante durch die Temperaturerhöhung ab! Der Wicklungswiderstand des Motors, Drehmomentkonstante und Gegen-EMK-Konstante werden also negativ beeinflusst, und zwar aus dem sehr einfachen Grund, dass sie alle Funktionen der Temperatur sind.

Wir könnten weitere Parameter berechnen, um das Ergebnis von wärmerer Wicklung und Magnet zu berücksichtigen, aber optimale Ergebnisse erzielt man iterativ, was am besten mit mathematischer Software gelingt. Steigende Motortemperatur verändert jeden der drei Parameter in einer Weise, die die Motorleistung verschlechtert und die Leistungsverluste erhöht. Im Dauerbetrieb könnte ein Motor sogar thermisch instabil und damit irreparabel beschädigt werden. Dies kann selbst dann geschehen, wenn erste Berechnungen einen akzeptablen Temperaturanstieg ergeben (mit Werten von R und kM bei Umgebungstemperatur).

Beachten Sie, dass man durch Verringerung des Wärmewiderstands des Motors den maximal zulässigen Strom durch die Motorwicklungen erhöhen kann. Der Wärmewiderstand zwischen Rotor und Gehäuse Rth1 wird in erster Linie durch die Motorkonstruktion bestimmt. Der Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Umgebung Rth2 kann durch den Einbau von Kühlkörpern deutlich verringert werden. Bei der Angabe von Wärmewiderständen für kleine Gleichstrommotoren wird angenommen, dass der Motor komplett von Luft umgeben ist. Alleine der Einbau des Motors in einen wärmeleitenden Rahmen oder Chassis ist daher schon eine Art von Kühlkörper. Einige Hersteller von größeren Gleichstrommotoren geben den Wärmewiderstand für die Montage des Motors auf einer Metallplatte mit bekannten Abmessungen und Material an.

Für weitere Informationen zu Berechnung von eisenlosen DC-Bürstenmotoren und Beeinträchtigung der Leistung von Elektromotoren durch Wärmeverluste wenden Sie sich bitte an einen qualifizierten FAULHABER Applikationsingenieur. Wir helfen Ihnen gerne.

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