Hans-Christian Spranger

»Traumhafte Varianz«

Die Anforderungen an Antriebe verändern sich. Faulhaber hat reagiert und neue Flachmotoren entwickelt. Der Produktmanager für die neue BXT-Reihe spricht im Interview mit unserer Redakteurin Marie Christin Wiens über Trends und Aufgaben für Motoren.

21. Februar 2019
»Traumhafte Varianz«
(Bild: Faulhaber)

Herr Spranger, Faulhaber hat auf der SPS IPC Drives 2018 mit der BXT-Baureihe neue bürstenlose DC-Flachmotoren vorgestellt. Was interessierte die Leute, die bei Ihnen auf dem Stand waren, denn besonders bei den neuen Motoren? Mit welchen Fragen kamen sie zu Ihnen?

Die flache Bauweise bei hohem Drehmoment hat viele Messebesucher angesprochen, denn die Anforderungen an Antriebe verändern sich.

Besonders wenn drehmomentstarke Motoren gefordert sind, die in axialer Richtung aufgrund der Einbausituation möglichst kurz bauen müssen, wird es oft schwierig, die ideale Lösung zu finden. Jeder, der die Motoren in die Hand nahm, war zudem von dem spürbar geringen Rastmoment überrascht. Die Fragen, die uns auf der Messe gestellt wurden, waren dann sehr anwendungsspezifisch. Sie bezogen sich beispielsweise auf detaillierte technische Daten sowie die Kombinationsmöglichkeiten, zum Beispiel mit Bremsen, Getrieben, Encodern, auf Wellenmodifikationen oder die Anschlussmöglichkeiten.

In drei Varianten – der kleinste 14 Millimeter lang mit einem Durchmesser von 22 Millimetern, der größte 21 Millimeter lang bei einem Durchmesser von 42 Millimetern – liefern die Motoren Drehmomente bis zu 134 Millinewtonmeter. Sie haben dies eigenen Aussagen zufolge dank einer innovativen Wickeltechnik und optimierter Auslegung geschafft. Was ist das Besondere an dieser Wickeltechnik, was macht sie so innovativ?

Um in der Antriebstechnik für sehr kompakte, aber trotzdem sehr drehmomentstarke Motoren an die Grenzen des physikalisch Machbaren zu kommen, spielen der Aufbau der Motorwicklung und ihre Fertigung eine entscheidende Rolle.

Es ist uns gelungen, den Wicklungsraum perfekt auszunutzen, um einen hohen Kupferfüllfaktor im aktiven Teil der Wicklung zu erreichen. Der hohe Kupferanteil steigert die Leistungsfähigkeit des Motors. Zudem ist eine hohe Wicklungssymmetrie mit minimalen Stromverlusten wichtig und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad.

»Wir haben auf die Marktanforderungen reagiert. Der Einbauplatz für Motoren ist in vielen Anwendungen knapp bemessen; zugleich sind hohe Drehmomente gefragt.«

— Hans-Christian Spranger, Faulhaber

Gleichzeitig ist der Platzverbrauch durch die Verlegegeometrie der Drähte auf ein Minimum reduziert. Wir mussten daher nicht nur die Wicklung optimieren, sondern auch die dazugehörige Fertigungstechnik.

Zudem haben die neuen Servomotoren gute Gleichlaufeigenschaften, ein starkes Magnetfeld und ein kleines Rastmoment. Wie haben Sie diese drei Eigenschaften denn konkret erreicht?

Bei der Auslegung des Magnetkreises, also der Geometrie zwischen Rotor und Stator, haben wir alle Register gezogen. Unsere Fachabteilungen für Konstruktion und Montage haben beispielsweise von Anfang an eng zusammengearbeitet, um bestmögliche Ergebnisse zu erreichen.

Mit 14 starken Neodym-Eisen-Bor-Einzelmagneten auf dem Rotor und zwölf Zähnen auf dem Stator treffen jetzt bewährte Technologien auf die innovative Wickeltechnik. Was dann die Grundlage für die hohe Leistungsdichte, die guten Gleichlaufeigenschaften und das kleine Rastmoment liefert.

Was für einen Wirkungsgrad erreichen Ihre neu entwickelten Motoren konkret? Und wie stehen sie damit im Vergleich zu ähnlichen Motoren da?

Der Wirkungsgrad der Motoren liegt abhängig vom jeweiligen Arbeitspunkt bei 69 bis 88 Prozent. Tests haben bewiesen, dass die BXT-Motoren bei typischen Arbeitspunkten damit einige Prozent besser sind als andere vergleichbare Ausführungen am Markt.

Aus welchen Gründen haben Sie sich für die Entwicklung dieser neuen Außenläufer-Motoren entschieden?

Wir haben mit der BXT-Baureihe auf die Marktanforderungen reagiert. Der Einbauplatz für Motoren ist in vielen Anwendungen knapp bemessen; gleichzeitig sind jedoch möglichst hohe Drehmomente gefragt.

In der Robotik, bei Gelenken von Prothesen, in der Laborautomation, bei Pumpen, in der Medizintechnik oder bei der Ausstattung von Flugzeugkabinen findet sich diese Vorgabe häufig. Oft waren Anwender dann auf Kompromisse angewiesen.

Wir wollten deshalb unsere bisherigen Flachmotoren um drehmomentstärkere Varianten ergänzen. Zum einen, um das Leistungsniveau unserer Produkte am Markt zu steigern, zum anderen aber auch, um neue Zielmarktsegmente zu erreichen. Die BXT-Motoren lassen sich beispielsweise durch die hohen Drehmomente oft auch als Direktantriebe – also ohne Getriebe – einsetzen, was die Lösung dann noch kompakter macht und Einbauplatz spart.

Was sind entscheidende Erfahrungen gewesen, die Sie bei der Entwicklung sammeln konnten?

Vor allem, dass es sich lohnt, neue Entwicklungen mutig in Angriff zu nehmen. Persönlich hat mich beeindruckt, mit wie viel Herzblut alle Kollegen bei der Sache waren und wie gut die Kommunikation zwischen unseren Fachabteilungen klappt.

Vita

Hans-Christian Spranger

Studium Wirtschaftsingenieurswesen (FH) mit Auslandssemester in Finnland

Begleitend und im Anschluss als Produktmanager in der Automobilbranche tätig (Daimler AG und KSPG AG)

Seit 2015 bei Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG

Mit den drei Baugrößen sind verschiedene Antriebsaufgaben lösbar. Welche Baugröße nimmt man denn jeweils konkret für welche Aufgaben?

Welche Varianz wir mit diesen Motoren erreichen können, ist traumhaft. Bei einer Unterarm-Prothese bieten sich beispielsweise der kleine Motor für die Hand und der mittlere Motor oder der große Motor für den Ellenbogen an. Weiterhin finden sich Einsatzmöglichkeiten für die Motoren bei Robotergreifern, in der industriellen Automation oder in humanoiden Robotern. In der Biorobotik für motorisierte – also Kraft unterstützende – Hand-Exoskelette kommen die kleinen Kompaktantriebe ebenfalls infrage.

Die Motoren werden zudem mit oder ohne Gehäuse angeboten. Die ungehäusten Ausführungen BXT R empfehlen sich besonders für drehzahlgeregelte Anwendungen, in welchen hohe Leistungen umgesetzt werden, da die Wärme in den ungehäusten Ausführungen optimal abgeführt wird. Die gehäusten Ausführungen BXT H eignen sich besonders für Positionieranwendungen, da sie mit einer Vielzahl optischer und magnetischer Encoder kombiniert werden können.

Wohin geht die Reise in der Prothetik? Werden wir da in den kommenden Jahren mit noch weiter verbesserten Motoren rechnen können, die noch mehr möglich machen?

Ein klares Ja, denn die Prothetik ist für uns ein wichtiges Marktsegment. Hier wird die Entwicklung also ganz sicher weitergehen. Gefordert sind vor allem kundenspezifische Anpassungen, die sich dann wiederum auch auf andere Marktsegmente auswirken werden.

Und bei der Robotik? Was für Entwicklungen und Anforderungen sind hier bei den Motoren absehbar?

Die Robotik verlangt nach hoher Funktionsdichte und vielen Individualisierungen. Wichtige Eigenschaften sind aber auch Positioniergenauigkeit und Kommunikationsfähigkeit. Das erfordert neben dem Motor auch eine flexible Steuerung. Unsere Controller lassen sich deshalb entweder über CANopen- oder Ethercat-Schnittstellen mit der übergeordneten Robotersteuerung verbinden.

Standardmäßig verfügen die Motoren zum Beispiel über digitale Hallsensoren und Einzellitzen. Aber darüber hinaus lassen sie sich mit verschiedenen Getrieben, Encodern, Bremsen und Steuerungen aus Ihrem Programm kombinieren. So kann der Nutzer die Motoren für jede Anwendung individuell konfigurieren. Wie wichtig ist diese Möglichkeit für Ihre Kunden eigentlich?

Wie die Nachfragen auf der Messe zeigten, kundenspezifische Anpassungen werden immer häufiger gefordert – und zwar ganz unterschiedlicher Art. Dazu gehören beispielsweise bestimmte Anschlussmöglichkeiten oder applikationsspezifische mechanische Schnittstellen, also Wellen beziehungsweise Flansche oder individuelle Gehäuse.

Gefragt sind aber auch Anpassungen technischer Spezifikationen, zum Beispiel spezielle Kennliniensteigungen, bestimmte Drehmomente oder der Wunsch nach besonders robuster Auslegung, wenn Antriebe unter ungewöhnlich harten Bedingungen arbeiten müssen. Hier können wir viel Erfahrung und Know-how einbringen.

Unsere Kunden bestmöglich zu unterstützen und dann gemeinsam passende Lösungen zu finden, ist eine wichtige Kernkompetenz, die wir weiter pflegen und ausbauen werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Anwender für seine Applikation einzelne Motoren oder komplette Antriebssysteme braucht.

Sie sind 2018 zum dritten Mal bei Top 100 unter den innovativsten Unternehmen des deutschen Mittelstands gewesen. Können wir auch in diesem Jahr wieder mit spannenden Neuentwicklungen von Ihnen rechnen?

Hier darf ich wirklich nicht ins Detail gehen. Ich kann Ihnen aber versichern, dass wir uns nicht auf unseren Erfolgen ausruhen werden und unser Produktportfolio kontinuierlich weiter optimieren. Es ist also durchaus mit der ein oder anderen Neuheit zu rechnen.

Bei der Motorentwicklung ist ein Trend die Miniaturisierung – wie klein geht technologisch, wo liegen die Grenzen? Wenn es dann den kleinstmöglichen Motor irgendwann in der Zukunft einmal gäbe, wofür könnte man den zum Beispiel einsetzen?

Wir sind da ja heute schon weit in diese Richtung gegangen und sind ein führender Hightech-Anbieter im Bereich der Miniatur- und Mikroantriebstechnik bis hin zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 Millimeter Außendurchmesser. Dieser hat sich zum Beispiel in endoskopischen Anwendungen bewährt, vor allem in der Medizintechnik.

Größe und Leistung werden aber immer zusammenhängen. Das benötigte Kupfer und die Magneten brauchen ja immer Platz. Aber auch die leistungsstarken Antriebe werden kompakter.

Für die Zukunft bietet beispielsweise die neue Übertragungstechnik BiSS-Line-in 1-Kabel-Technologie hier weiteres Potenzial. Entscheidend für uns als Hersteller von Kleinstantrieben ist, dass sich die kompakten Chips für die Sensorschnittstelle selbst bei unseren miniaturisierten Encodern gut integrieren lassen.

»Die Robotik verlangt nach hoher Funktionsdichte und vielen Individualisierungen. Wichtige Eigenschaften sind auch Positioniergenauigkeit und Kommunikationsfähigkeit.«

— Hans-Christian Spranger, Faulhaber

Und zum Schluss noch etwas Persönliches: An welchen Aspekten Ihrer Arbeit haben Sie die meiste Freude?

Wenn das fertige Endprodukt spezifikationskonform auf dem Markt präsentiert wird und unsere Kunden Freude an dem neuen Produkt haben. Natürlich faszinieren mich aber auch die abwechslungsreichen Themen während meiner Arbeit. Ich schätze den Teamgeist, der bei uns herrscht, und genieße die gute Zusammenarbeit mit meinen Kollegen.

Tempo, Tempo, Tempo – Produktentwicklung, Innovationszyklen, Produktlebenszeiten und so weiter und so fort – alles geht immer schneller. Wie entschleunigen Sie sich denn nach einem anstrengenden Arbeitstag oder einer anstrengenden Arbeitswoche, um neue Kraft zu tanken?

Mit Sport, Reisen und Musik – am liebsten gemeinsam mit Familie und Freunden.

Erschienen in Ausgabe: 01/2019
Seite: 1 bis 13