Effiziente Elektroantriebe maxon motor ag

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1 Effiziente Elektroantriebe maxon motor ag Präsentation: Schällibaum Heinz Horw, 19. Oktober 2010

2 2, by maxon motor ag Präsentation 5' Kurzvorstellung der maxon motor ag 5' DC & EC Antriebsysteme 5' Effizienz, Wirkungsgrade 5' Produkteübersicht und Anwendungen

3 3, by maxon motor ag In der Schweiz geboren. In die Welt gewachsen. maxon motor ist der weltweit führende Anbieter von hochpräzisen Antrieben und Systemen. Das Unternehmen wurde 1961 als Interelectric AG, Sachseln gegründet.

4 4, by maxon motor ag Hochpräzise Antriebe und Systeme. Entwicklung Produkte Verfahren Produktionsmittel Fertigung in 3 Ländern Marketing & Vertrieb in über 30 Ländern Komponenten DC- und EC-Mikromotoren (bis 500 Watt) Getriebe Sensoren Ansteuerelektronik Hightech CIM- und MIM-Bauteile Kundenspezifische Gesamtlösungen

5 5, by maxon motor ag Produktion. 3 Standorte in 3 Ländern. Aus Gründen der Sicherheit und der Arbeitsmarktsituation. Schweiz Stammhaus Sachseln Entwicklung Motorfertigung Elektronikfertigung Vertrieb & Marketing Deutschland Produktion Sexau Entwicklung Getriebebau CIM/MIM Ungarn Produktion Veszprém Baugruppen Dentaltechnik

6 6, by maxon motor ag Qualitätsmanagement. Das Qualitätsmanagement-System ist ein fester Bestandteil der maxon motor-gruppe: ISO 9001: Erstes Qualitätsmanagementzertifikat als 7. Schweizer Unternehmen im Jahr ISO 9001:2008: Rezertifizierung im ISO (Umweltnorm): Rezertifizierung im ISO (Medizinnorm): Zertifizierung von maxon medical im Rezertifizierung im 2009.

7 7, by maxon motor ag Zahlen und Fakten. Gründung: Rechtsform: Familien-Aktiengesellschaft. Hauptaktionär: Dr. Karl-Walter Braun. Umsatz 2009: CHF 248 Mio. konsolidiert. Mitarbeitende: Weltweit 1 691, (Januar 2010) davon 989 in Sachseln. Produktionsfläche: 16'000 m 2 in 3 Ländern. Schweiz, Deutschland & Ungarn. Netzwerk: Vertriebsgesellschaften und Vertragshändler in über 30 Ländern. Rund um den Globus. Export: 80% des Umsatzes in 55 Länder. Messen: Teilnahme an 40 Fachmessen pro Jahr.

8 8, by maxon motor ag Das maxon motor-baukastensystem. Getriebe + Motor + Bremse + Sensor + Steuerung/ Elektronik hochpräzise Antriebssysteme

9 9, by maxon motor ag Technologische Kompetenzen. Standardund Spezialgetriebebau 5 Wickel- Techniken Encoder- Technologie Spritzguss Kunststoff Keramikpulver Metallpulver Elektronik und Systemtechnik Mechanische Bearbeitung Metall maxon Keramik motor 2009 Montagetechnik Anlagen/Prozesse Mikro/Makro

10 10, by maxon motor ag Umsatzanteil pro Anwendungsmarkt Consumer- Anwendungen: 3% Mess- und Prüftechnik: 6% Sicherheits - technik: 6% Kommunikation: 3% Luftfahrt: 4% Automobilindustrie: 2% Sonstige: 8% Medizintechnik: 47% Industrieautomation: 21%

11 11, by maxon motor ag Wieso braucht es effiziente Antriebssysteme? Wir sind energiebewusster geworden! Gründe: Abhängigkeiten, Energieengpässe von Oel, Gas, Strom, Wasser Konventionellen Energiequellen und deren leicht auszubeutenden Lagerstätten werden knapper und teurer. Umweltbelastung nimmt zu wodurch die Gesundheitsrisiken jedes einzelnen Menschen steigen. Neuen Ressourcen sind noch nicht genügend erschlossen und Neuinvestitionen teuer.

12 12, by maxon motor ag Elektrische Maschinen Elektrische Maschinen sind Energiewandler. Sie verbinden als Kupplungsglieder ein elektrisches System mit der Spannung U und dem Strom I mit einem mechanischen System mit dem Drehmoment M und der Winkel-geschwindigkeit ω. Die Umwandlung geschieht nicht direkt, sondern über ein magnetisches System mit dem Fluss Ф und dem Volumen V. Es gilt dabei: Wel = WMech + WMag + WVerl

13 13, by maxon motor ag Funktionsprizip des bürstenbehafteten Gleichstromantrieb

14 14, by maxon motor ag Kraft und Drehmomenterzeugung Stromrichtung gegen Bürste Kraft Kräfte: Kraft auf stromführende Leiter im Magnetfeld Drehmoment: Summe aller Kräfte im Abstand zu Drehachse Kraft Magnetfeld Einflussgrössen: Geometrie Flussdichte Konstruktion Windungszahl M k M I maxon motor 2010 Stromrichtung gegen Flansch Strom I Anwendung

15 15, by maxon motor ag Das Spezielle an maxon-motoren. Rotor eines konventionellen DC-Motors. Eisenlose Glockenankerwicklung Das «Herzstück»: die selbsttragende Kupferwicklung.

16 16, by maxon motor ag Eisenloser maxon DC-Motor: RE 30 Kollektor selbsttragende Wicklung Kollektorplatte Sicherungs- Ring el. Anschlüsse Kugellager Kugellager Graphit- Bürsten Permanent- Magnet Flansch Aluminium Sicherungs- Ring maxon motor 2010 Bürsten- Deckel Gehäuse (magn. Rückschluss)

17 17, by maxon motor ag DC-Motor ( mit Bürsten) Die Verluste entstehen in erster Linie im Kupfer (den elektrischen Leitern) und in zweiter Linie im Eisen (den magnetischen Leitern). Die Verluste steigen quadratisch mit dem abgenommenen Drehmoment bei mehr oder weniger konstanten Leerlaufverlusten.

18 18, by maxon motor ag Funktionsprinzip eines bürstenlosen Gleichstrommotors Sogenannte bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) sind wie Synchronmotoren mit Permanentmagnet-Läufer aufgebaut. Sie unterscheiden sich durch die elektronische Ansteuerung der Wicklungen undden Betrieb an Gleichspannung. Ihr Betriebsverhalten entspricht im Wesentlichen dem eines Gleichstrommotors.

19 19, by maxon motor ag maxon EC-Motor / bürstenloser DC Motor Rotor (Permanentmagnet) Rückschluss: laminiertes Eisenpaket Print mit Hall Sensoren Steuermagnet 3-phasige gestrickte maxon Wicklung Gehäuse el. Anschlüsse Wicklung und Hall Sensoren maxon motor 2010 vorgespannte Kugellager Auswuchtringe

20 20, by maxon motor ag EC-Motor (bürstenlos)

21 21, by maxon motor ag Elektronische Kommutierungssysteme Ziel: Strom so anlegen, dass maximales Drehmoment Senkrechte relative Feldstellung von - Rotor (Permanentmagnet) - und Stator (Wicklung) benötigt Kenntnis der Rotorstellung gegenüber Wicklung block Komm.-Typ sinus sensorlos Hall Sensoren Rotorlagemeldung Encoder (+ HS) DECS 50/5 DEC Familie externe Elektronik DES maxon motor 2010 EPOS

22 22, by maxon motor ag, 29. August 2007 New Generation EPOS2 Control New generation of positioning systems Based on 32 Bit DSP USB interface Interpolated Position Mode

23 23, by maxon motor ag Vorteil eisenlos: kein Rastmoment keine weichmagnetischen Zähne, die mit dem Permanentmagnet wechselwirken ruckfreier Lauf auch bei kleinen Drehzahlen weniger Vibrationen und Geräusche jede beliebige Rotorposition kann einfach geregelt werden keine Nichtlinearitäten im Regelverhalten

24 24, by maxon motor ag Das Spezielle an maxon-motoren. maxon Wicklung Konventioneller Rotor Das «Herzstück»: die selbsttragende Kupferwicklung. Vorteile durch die maxon Wicklung: Hoher Wirkungsgrad bis zu 95% Kleines Massenträgheitsmoment höchste Beschleunigung Kleine Induktivität hohe Lebensdauer Lineare Kennlinien gute Regelbarkeit Hohe Leistungsdichte Kompaktes Design Kein magnetisches Rastmoment Geringe elektromagnetische Störungen Hohe Zuverlässigkeit Kleine Masse

25 25, by maxon motor ag, 29. August Wicklungstechniken Windungssystem von maxon maxon s getrickte Wicklung maxon s Wicklung für 4-pole motoren Wicklung für Aussenläufermotoren Wicklung für Innenläufermotoren Ohne Eisenkern Hoher Wirkungsgrad Kein Rastmoment Kleine Induktivität Ohne Eisenkern Hoher Wirkungsgrad Kein Rastmoment Kleine Induktivität Ohne Eisenkern Hoher Wirkungsgrad Kein Rastmoment Kleine Induktivität Hochleistungsmotoren Flacher Stator mit Eisenblech Hohe Drehmomentdichte Flacher Stator mit Eisenblech Hohe Drehmomentdichte Hochdynamisch Anwendungen

26 26, by maxon motor ag, 29. August 2007 Kernkompetenzen FEM Analysen Elektromagnetisch Mechanik, Vibrationen, Rotordynamik Thermisch Motor- und Magnetkreiskalkulationen Getriebekalkulation MatLab Verfahrenstechnik Magnettechnologie

27 27, by maxon motor ag PAC-Car II Weltrekord in 2005 Antriebseinheit RE40 Graphitbürsten 150 W Leistung Wirkungsgrad >95%

28 28, by maxon motor ag Motordaten von DC Motoren Kennlinien Betriebsbereiche Motordaten im Katalog gilt für DC- und EC-Motoren deshalb "EC" = "bürstenloser DC" (BLDC) P J R I 2 P el U I P mech n M 30 maxon motor 2010

29 29, by maxon motor ag Motordiagramm und Betriebsbereiche

30 30, by maxon motor ag Nennarbeitspunkt

31 31, by maxon motor ag Drehzahl-Drehmoment Kennlinie Drehzahl n Dn n kn U M DM n n 0 0 kn U U > U N Dn DM U = U N maxon motor 2010 M H I A Drehmoment M Strom I

32 32, by maxon motor ag Wirkungsgrad-Kennlinie

33 33, by maxon motor ag, 29. August M V max M H Efficiency (EC): -1

34 Kolloquium High-Speed maxon AG Hochdrehender Antrieb für die Medizintechnik: maxon EC Size 5 Typenleistung 30 bis 65 Watt Nenndrehzahl rpm Durchmesser 13 mm und 0.5 inch (Size 5) Typisch 500 Autoklavierzyklen ohne Demontage Zyklusdauer: 20 min 134 o C, 2.3 bar

35 Temperatur ( C) Erwärmung bei rpm Kolloquium High-Speed maxon AG Stand der Technik maxon Size Laufzeit (s)

36 Kolloquium High-Speed maxon AG cm Leistungsdichte maxon EC Motoren Stand der Technik Motordurchmesser (mm)

37 Keramikteile in Planetengetriebe 38, by maxon motor ag, 29. August 2007

38 39, by maxon motor ag, 29. August 2007 Keramikgetriebe Keine Zahnprofilabnutzung auch nach langer Betriebsdauer Aufwendiger Produktionsprozess

39 40, by maxon motor ag Insulinpumpen Prothesen Power Tools Inkubatoren Apnoegeräte Ophthalmochirurgische Geräte Bestrahlungsanlagen Chirurgieroboter

40 41, by maxon motor ag Leiterplatten- Bestückungsanlagen Lithografiesysteme Erodiermaschinen Schweissanlagen Etikettiersysteme Bondsysteme Power Tools Waferbearbeitungsanlagen Verpackungsmaschinen Bedruckungsanlagen Webmaschinen

41 42, by maxon motor ag Benzin- und Einspritzpumpen Klimaanlagen Einstellbare Stossdämpfer Servolenkung Fahrtenschreiber Drosselklappenverstellung Distanzmesssysteme Brennstoffzellenfahrzeuge

42 43, by maxon motor ag Klimaanlagen Bremsklappenregelungen Sitz- und Displayverstellungen Flugschreiber Sonnensegelverstellung Radarsysteme Gepäckklappenverstellung Autopiloten

43 44, by maxon motor ag maxon DC motor. DC-Motoren mit eisenloser Wicklung. RE-Programm mm Watt. Leistungsmerkmale: Hoher Wirkungsgrad Optimales Volumen-/Leistungsverhältnis Mechanische Kommutierung (Edelmetall- oder Graphitbürsten) Neodymium, AlNiCo und Ferrit Magnete Anwendungen: Weltraumroboter, Flugzeugsitze, Zuführsysteme (SMT), Verpackungssysteme, Profiwerkzeuge, Fördersysteme etc.

44 45, by maxon motor ag maxon EC motor. Bürstenlose DC-Motoren mm Watt. Leistungsmerkmale: Einzigartige Lebensdauer Kein Abrieb Niedriger Geräuschpegel Elektronische Kommutierung Neodymium Magnete Sterilisierbare Versionen erhältlich Anwendungen: Handgeräte für Medizin- und Dentaltechnik, Halbleiterindustrie, Robotik etc.

45 46, by maxon motor ag maxon flat motor. Bürstenlose DC-Motoren. in flacher Bauform. 10, 14, 20, 32, 45, 90 mm Watt. Leistungsmerkmale: Flaches Design Optimales Preis-/Leistungsverhältnis Integrierte Elektronik verfügbar Kombinierbar mit maxon-getrieben Anwendungen: Barcode Scanner, Robotik, Förderbänder, Katalysatoren, Luftanalysegeräte etc.

46 47, by maxon motor ag