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AUSWAHL DER MOTORTECHNOLOGIE: BEURTEILUNGSFAKTOREN
Obwohl Motoren ein grundlegender Bestandteil eines jeden Antriebssystems sind, ist die Auswahl des richtigen Motors für eine Anwendung häufig eine schwierige Entscheidung. Es gibt verschiedene Motorentechnologien, und jede hat ihre eigenen Merkmale, die sich unterschiedlich auf die Konstruktion auswirken können. Ob Sie sich für einen bürstenlosen Gleichstrommotor, einen kernlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor entscheiden, hängt von Faktoren wie Geschwindigkeit, Drehmoment, Lebensdauer, mechanischer Umhüllung, Genauigkeit und Einschaltdauer ab. Dieser Artikel befasst sich mit diesen wichtigen Überlegungen, damit Sie die optimale Motortechnologie für Ihre Anwendung auswählen.
MOTORDREHZAHL UND ABTRIEBSDREHMOMENT
Die erforderliche Abtriebsdrehzahl Ihres Motionssystems sollte einer der ersten zu berücksichtigenden Faktoren bei der Auswahl Ihres Motors sein. Bürstenlose Gleichstrommotoren eignen sich gut für den Betrieb mit höheren Drehzahlen. Kernlose Gleichstrommotoren funktionieren gut bei mäßigen Drehzahlen. Bei höheren Drehzahlen verschleißen die Bürsten, was zu einer kürzeren Lebensdauer führen kann. Schrittmotoren sind elektronisch kommutiert, können aber aufgrund der höheren Anzahl von Polpaaren mit niedrigeren Drehzahlen betrieben werden.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist das erforderliche Abtriebsdrehmoment Ihres Motionssystems, wobei sowohl das Dauerdrehmoment als auch etwaige Drehmomentspitzen für eine begrenzte Zeit während des Betriebs zu berücksichtigen sind. Die verschiedenen Motortechnologien zeichnen sich durch unterschiedliche maximale Dauerabtriebsdrehmomente aus. Je nach Anwendung können jedoch alle drei Motortypen in der Lage sein, das erforderliche Abtriebsdrehmoment zu liefern. Zusätzlich können Sie einen Getriebekopf hinzufügen, um das Abtriebsdrehmoment Ihres Motionssystems zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass sich die Abtriebsdrehzahl je nach Getriebeübersetzung entsprechend verringert.
NUTZUNGSDAUER
Die Arbeit des Antriebssystems wird in der Regel durch die Anzahl der Zyklen pro Tag und die Zeit pro Zyklus oder die Betriebsstunden pro Tag und den Arbeitszyklus definiert. Anhand dieser Informationen können Sie die maximale Anzahl der Stunden ermitteln, die das Motionssystem während der voraussichtlichen Produktlebensdauer absolvieren muss. Diese Vorhersage wird Ihre Motorauswahl beeinflussen. Gleichstrommotoren mit Bürsten haben ein mechanisches Kommutierungssystem, das sich mit der Zeit abnutzt, was ihre Lebensdauer einschränkt. Bürstenlose Gleichstromund Schrittmotoren hingegen werden elektronisch kommutiert und weisen den damit verbundenen Verschleiß nicht auf, was ihre Lebensdauer verlängert.
Auch die Lager beeinflussen die Lebensdauer eines Motionssystems. Gleitlager haben eine Lebensdauer von einigen tausend Stunden, während Kugellager im Allgemeinen eine Lebensdauer von mehr als 10.000 Stunden haben. Natürlich müssen die Radial- und Axialkräfte, die auf die Welle des Motionssystems einwirken, innerhalb der vorgegebenen Konstruktionsgrenzen liegen. Zudem kann sich die Wärmeerhöhung im System negativ auf die Lebensdauer der Schmierstoffe auswirken.
MECHANISCHE UMHÜLLUNG UND SYSTEMGENAUIGKEIT
Um den gewünschten mechanischen Bauraum zu erreichen, muss zunächst sichergestellt werden, dass die von Ihnen gewählte Motortechnologie in einem Durchmesser und einer Länge verfügbar ist, die in den vorgesehenen Raum passen. Die Anforderungen an Drehzahl und Drehmoment können zwar häufig von einem oder mehreren Motortypen und sogar von Varianten innerhalb einer bestimmten Technologie erfüllt werden. Es muss jedoch gewährleistet sein, dass die Leistungsfähigkeiten des Motors für die Anwendung ausreichen.
Was die Systemgenauigkeit betrifft, so benötigen sowohl bürstenbehaftete als auch bürstenlose Gleichstrommotoren einen Encoder, um die Position des Rotors zu verfolgen und zu steuern. Standard-Encoder bieten eine Reihe von Auflösungen bei gleicher Baugröße, um unterschiedliche Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Sie können die Auflösung auch durch den Einbau eines Getriebes an der Vorderseite des Motors erhöhen. Die Auflösung wird mit der Getriebeübersetzung multipliziert, so dass Sie durch die Kombination von Encoder- und Getriebemultiplikatoren eine präzise Positionierung erreichen können.
Schrittmotoren sind so konstruiert, dass sie eine genaue Positionierung ermöglichen. Die Anzahl der Pole auf dem Rotor bestimmt die Anzahl der Schritte pro Umdrehung, die bei jedem Impuls an den Motor einen Schrittwinkel ergeben. Treiber können diese Auflösung in der Regel durch Halb- oder Mikroschritte erhöhen, indem sie elektrische Zwischenschritte zwischen mechanischen Schritten erzeugen. Ein optionales Getriebe kann auch eine zusätzliche Auflösung in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis bieten.
EINSCHALTDAUER
Normalerweise läuft der Motor in einer Anwendung nicht ständig. In der Regel ist er eine bestimmte Zeit lang in Betrieb und anschließend außer Betrieb. Achten Sie bei der Einschaltdauer auf den Temperaturanstieg des Motors. Alle Motoren haben eine maximale Nenntemperatur, und der Betrieb des Motors über dieser Temperatur kann zu einer Beschädigung der internen Komponenten führen. Die Stromstärke, die der Motor aufnimmt, beeinflusst den Temperaturanstieg; je höher der Strom, desto schneller steigt die Temperatur.
Da der Strom proportional zum Drehmoment des Motors ist, könnte man geneigt sein, den Strom zu erhöhen, um das Drehmoment zu steigern und dabei die Gesamtgröße des Motors so klein wie möglich zu halten. Beachten Sie jedoch, dass die Anforderungen an die Einschaltdauer für den Zyklus ausgeglichen sein müssen, damit die Stromaufnahme nicht dazu führt, dass der Motor seine maximale Betriebstemperatur überschreitet.
Vergessen Sie nicht die Umweltfaktoren, die die Einschaltdauer beeinflussen können. Wird der Motor auf einen Sockel montiert, der die Wärme ableiten kann? Gibt es einen ausreichenden Luftstrom um den Motor, um ihn kühl zu halten? Wird der Motor in einem Gehäuse zwischen wärmeerzeugenden Komponenten untergebracht, die die Umgebungstemperatur erhöhen?
STATIONÄR GEGENÜBER TRAGBAR
Wenn das Produkt an einem festen Ort aufgestellt wird, haben Sie mehr Flexibilität in Bezug auf Größe und Gewicht des Motors. Sie können sich mehr auf die Leistungsmerkmale konzentrieren, die Sie für Ihre Anwendung benötigen. Bei batteriebetriebenen mobilen oder ambulanten Produkten ist die Stromaufnahme des Motors entscheidend. Je geringer die Stromaufnahme – während der Motor seine Leistungsanforderungen erfüllt – desto länger kann die Batterie zwischen den Ladevorgängen laufen. Achten Sie bei batteriebetriebenen Geräten vor allem auf die Motorgröße und das Gewicht.
Wie wir gesehen haben, gibt es bei jeder Anwendung viele Faktoren, die bei der Motorauswahl berücksichtigt werden müssen. Bei der Bestimmung der am besten geeigneten Motortechnologie für Ihre Anwendung müssen Sie alle Faktoren sorgfältig abwägen und entscheiden, wie sie sich auf die Motorleistung auswirken, damit Sie ein optimales Produkt zusammenstellen können.
Mehrere Technologieoptionen zur Erfüllung von Anwendungsanforderungen.