Elektromotoren FDB-Motoren von PM DM für das Laserscanning - KEM

Elektromotoren

FDB-Motoren von PM DM für das Laserscanning

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Der Spindelmotor, den man schon lange in Festplatten einsetzt, erfährt neue Anwendungen in der Lasermesstechnik. Die Besonderheit des Motors ist die FDB-Lagerung (Fluid Dynamic Bearing). Bisherige Motoren besitzen Kugellager, die bei einer hochauflösenden Laserscanner-Messung für Störungen sorgen oder die Lasermesstechnik in der Auflösung begrenzen. Der FDB-Motor besitzt diese negativen Eigenschaften nicht und verursacht keine signifikanten Messungenauigkeiten.

Roman Klein, Head of Communications bei Precision Motors Deutsche Minebea in Villingen-Schwenningen

Festplattenmotoren, auch als Spindelmotoren bezeichnet, sind besondere Elektromotoren, deren Lagertechnologie nicht aus Kugeln besteht sondern aus Flüssigkeiten in Form von spezifischen Ölen. Mit FDB Lagern meint die Fachwelt ein Fluid Dynamic Bearing. Motoren mit dieser Technologie haben sich in den letzten 15 Jahren in der Festplattenindustrie etabliert. Eine bessere Antriebslösung gibt es derzeit nicht. Den positiven Eigenschaften dieser Antriebstechnologie ist es auch zu verdanken, dass die Festplattenhersteller ihre Speicherkapazitäten in den vergangenen Jahren immer weiter steigern konnten und heute bei bis zu zwölf Terabyte pro Festplatte stehen. In jüngster Zeit erfahren diese Motorentypen neue Anwendungsmöglichkeiten, denn gerade in den Technologiebereichen Laserscanning, Virtual Reality oder LiDAR (Light detection and ranging), wo hohe Genauigkeit gefragt ist, nutzen die Anwendungshersteller die Vorteile des FDB-Motors.

FDB-Motor verbessert Zuverlässigkeit

Der FDB-Motor von PM DM kombiniert die Vorteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC) mit der hochmodernen Technologie der FDB-Lagerung. Er 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. Bei der Vermessung mit einem Laserscanner wird ein Laserstrahl über einen Umlenkspiegel abgelenkt und in Rotation versetzt. Dieser Vorgang kann dabei einige hunderttausend Mal in der Sekunde erfolgen. Das vom Scanner empfangene Laserlicht wird dann entsprechend ausgewertet. Laserscanning ist eine extrem leistungsfähige und zudem kostengünstige Art der Vermessung. Die Vermessung erfolgt dabei mit einem Laserscanner, der ein schnelles Aufmaß (das Scannen) von Landschaften, Bauwerken, deren Einrichtungen und Installationen erzeugt. Laserscanner 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 Scann-Ergebnissen lassen sich beispielsweise Volumen, Flächen, Grundrisse und Schnitte, vollständige und vor allem aktuelle Pläne und Ansichten ableiten. Das Scannen mit Laser ist das optimale Aufmaß-Verfahren für das Building Information Modeling (BIM). Für das Aufmaß in der Industrie, wie zum Beispiel in der Fabrikplanung und im Anlagenbau, werden Laserscanner für die effiziente und vollständige Laser-Vermessung von Produktionshallen, der technischen Gebäudeausstattung (TGA), Stahlkonstruktionen, Fertigungsstraßen beziehungsweise produzierenden Maschinen verwendet. Gerade bei der Modernisierung, der Produktionserweiterung, aber auch für die Produktionsoptimierung ist dieses leistungsfähige Verfahren für das industrielle Aufmaß geeignet. Auch die Vermessung von Schiffen und Flugzeugen vereinfacht sich durch den Einsatz von Laserscannern. Je effizienter der Scan-Vorgang, desto genauer sind die Abbildungen oder Darstellungen der Objekte. Hier punktet der FDB-Motor des Herstellers. 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 dagegen besitzt eine besonders steife Achsstabilität und verringert die Taumelfehleranzahl bei unterschiedlichen Frequenzen erheblich. Die Winkelveränderungen gehen sogar in der Bestimmungsgenauigkeit der Mess- und Auswertverfahren unter.

Kaum Taumelfehler beim FDB-Motor

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 Laserscanner-Technologie sind die jahrzehntelangen Erfahrungen, die der Hersteller aus der Festplattenindustrie mitbringt. Wer präzise messen will, braucht den richtigen Antrieb in seiner Applikation. Entscheidungskriterien sind die Eigenschaften wie sehr leiser Lauf, hohe Drehzahlen, geringe Vibrationen, der niedrige nicht wiederholbare Schlag unter 40 nm, eine geringe Taumelfehlerquote, die lange Lebensdauer und der niedrige Stromverbrauch. Laserscanner vermessen nicht nur Objekte sondern sorgen auch für die Sicherheit in gefährdeten Bereichen oder „flashen“ den Gamer in virtuelle Welten. Der FDB-Motor ist kundenspezifisch, das heißt, er lässt sich individuell an die Applikation anpassen. jg www.pmdm.de
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