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Übersicht

PIMag® Magnetische Direktantriebe

Dynamisch, kostengünstig und individuell

Magnetische Direktantriebe bieten vor allem hinsichtlich Verschleiß und Dynamik Vorteile gegenüber klassischen spindelbasierten Lösungen. Da sie weitgehend auf mechanische Komponenten verzichten, gibt es weniger Reibung und Spiel und damit mehr Präzision.

PI passt bei der PIMag® Serie die Systemkomponenten wie Stator, Aktor oder Elektronik spezifisch an die jeweilige Anwendung an.

Von solchen Individualisierungen lässt sich in vielen Bereichen der Automatisierungs- und Handhabungstechnik profitieren, beispielsweise bei Kippspiegeln, Dosier-, Prüf- und Fokussieranwendungen, bei Endoskopen oder Weltraumteleskopen.

Eigenschaften

Eigenschaften der PIMag® Antriebe

PI Voice-Coil Prinzip

Voice-Coil-Aktoren und magnetische Linearantriebe machen sich die Tatsache zunutze, dass die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld proportional zur Magnetfeldstärke und zum Strom ist. Die elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt und erzeugt eine Kraft, die je nach Stromrichtung bidirektional wirken kann. Diese Funktionsweise bietet vor allem hinsichtlich Verschleiß und Dynamik Vorteile gegenüber der klassischen Spindeltechnik. Da sie weitgehend auf mechanische Komponenten verzichtet, gibt es weniger Reibung und Spiel und damit mehr Präzision. Gleichzeitig sinken die Kosten und die Energieeffizienz steigt.

Positions- und Kraftregelung

Zudem sind bei diesem stromgeregelten Prinzip – anders als zum Beispiel bei piezobasierten Antriebslösungen – sowohl Positions- als auch Kraftregelung möglich. Damit lassen sich vergleichsweise große Verfahrwege bei geringen Aktor- bzw. Antriebsmessungen realisieren.

Voice-Coil Antriebe

Diese reibungsfreien magnetischen Linearantriebe werden durch hohe Dynamik, aber relativ geringe Haltekräfte charakterisiert. Sie kommen besonders bei Scananwendungen mit Stellwegen bis zu einigen zehn Millimetern zum Einsatz. Um eine Position stabil zu halten, muss der Voice-Coil, wie jeder magnetische Direktantrieb, in Regelung betrieben oder gebremst werden.

Linearmotoren

Linearmotoren

Magnetische Linearmotoren entsprechen im Prinzip einer Aneinanderreihung mehrerer Voice-Coil-Aktoren; einzelne Spulen lassen sich nach positionsabhängigem, festgelegtem Muster ansteuern (Kommutierung). Dabei ist prinzipiell entweder die Bewegung der Spulen- oder der Magnetbaugruppe möglich.

Linearmotoren werden sowohl für sehr hohe als auch für sehr geringe Vorschubgeschwindigkeiten eingesetzt. Sie arbeiten präzise in einem Bereich von unter 0,1 μm/s bis zu über 5 m/s.

In Kombination mit Luft- oder Magnetlagern ist eine Positionsauflösung bis zu wenigen Nanometern erreichbar. 

Kraftregelung

Kraft- und Positionsregelung

Aufgrund der Stromsteuerung und der linearen Abhängigkeit der Antriebskraft zum Strom, können magnetische Direktantriebe nicht nur positions- oder geschwindigkeitsgeregelt betrieben werden, sondern auch kraftgeregelt.

Die Kraftregelung ermöglicht den Betrieb von PIMag® Antrieben und Verstellern mit definierter Halte- oder Vortriebskraft. Die Kraft- und Positionssensoren können gleichzeitig ausgelesen und die Werte verarbeitet werden. Dadurch ergeben sich neben der reinen Kraftregelung die Optionen einer unterlagerten Positions- und Geschwindigkeitsregelung. Eine Auto-Zero-Funktion legt den Haltestrom fest, bei dem der Antrieb im ungeregelten Betrieb eine Kraft von 0 N aufbringt, z. B. für die Kompensation der Gewichtskraft.

PI bietet die Möglichkeit, PIMag® Aktoren mit einem Kraftsensor auszurüsten.

Magnetischer Linearantrieb mit Kraftsensor
Magnetischer Linearantrieb mit Kraftsensor
Anpassungsfähigkeit

Flexible Anpassung auf Kundenanforderungen

PIMag Drive for Endoscopy
Der magnetische Miniaturantrieb mit Hohlwelle ist für den Einsatz in medizinischen Endoskopen bestimmt

PI passt alle Systemkomponenten wie Stator, Aktor oder Elektronik auf die spezifischen Anforderungen an. Dadurch wird eine ähnliche Technologietiefe erzielt, wie bei piezokeramischen Antrieben.

Zusammen mit den Kenntnissen über Regelungstechnik, Führungssysteme und Nanometrologiesensorik ist PI auch im Bereich magnetischer Direktantriebe flexibel genug, um spezielle Anforderungen nicht mit zugekauften Lösungen „von der Stange“ zu bedienen. Für den Anwender macht es so praktisch keinen Unterschied, nach welchem Antriebsprinzip sein Positioniersystem arbeitet. Er kann sicher sein, dass er eine auf die Applikation maßgeschneiderte Positionierlösung erhält.

Antriebskonzept

Für die Wahl des für eine Positionieranwendung idealen Antriebskonzepts gibt es leider kein Patentrezept. Ob sich piezobasierte oder magnetische Antriebslösungen besser eignen, ist vom Zusammenspiel vieler Parameter abhängig, die die konkrete Anwendung vorgibt.

Zu berücksichtigen gilt es z. B. die geforderte Systemsteifigkeit, den benötigten Hub sowie die vorhandene Energieversorgung. Hinzu kommen das gewünschte Regelverhalten, der zur Verfügung stehende Bauraum sowie eventuelle Sicherheitsanforderungen und nicht zuletzt auch Normen oder die zu erwartenden Kosten.

PI Parallel-Kinematic Mirror Mount
Parallelkinematischer Spiegelhalter für die dynamische Strahlsteuerung in zwei Achsen

Produkte

Produkte

Voice-Coil-Aktoren und magnetische Linearmotoren bieten vor allem hinsichtlich Verschleiß und Dynamik Vorteile gegenüber klassischen spindelbasierten Lösungen. Da sie weitgehend auf mechanische Komponenten verzichten, gibt es weniger Reibung und Spiel und damit mehr Präzision.

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Patente

Im technologischen Umfeld der magnetischen Direktantriebe (PIMag®) hält PI folgende Patente oder Patentanmeldungen: 

  • WO212146709A2
  • DE102012207082A1
PI V-273.430 V-273.431
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Brochure: PIMag® Magnetic Direct Drives
Precision Engineering and Motion Control Expertise
Pdf 5.3 M BRO44E R1