Neuartiger Linearmotor

Gemeinsam mit Compact Motion wurde eine neuartige Motorentechnologie entwickelt, die kompakte und schnelle Linearmotoren mit optimierter Wärmeableitung ermöglicht. Dies senkt Kosten und Montageaufwand von industriellen Produktionsanlagen.

Ausgangslage

Die zunehmende Miniaturisierung und Individualisierung in der Industrieautomation stellt Maschinenbauer vor die Herausforderung, Antriebssysteme zu entwickeln, die sowohl schnell als auch präzise und flexibel arbeiten können. Compact Motion verfolgt die Vision, Handling-Systeme kompakter, intelligenter und leistungsfähiger zu gestalten, um die Kosten von Produktionsanlagen zu senken und ihre Produktivität zu steigern. Mit dem Prototyp des Linearmotors Rhino-100 wurde ein erster Schritt in diese Richtung unternommen. Die Verifikation hat aufgezeigt, dass die Performance durch eine Optimierte Wärmeabfuhr weiter gesteigert werden kann. Zudem fehlte eine geeignete Testbench, um ihre Eigenschaften systematisch zu vermessen. Für den senkrechten Betrieb besteht die Idee einer integrierten Lösung, die die Achse auch im ausgeschalteten Zustand in Position hält, ohne wie bei herkömmlichen Systemen auf externe Komponenten angewiesen zu sein. Darüber hinaus erweist sich die Verkabelung mehrerer Achsen als komplex und teuer, sodass ein neues Konzept für Kommunikation und Energieversorgung notwendig wird.

Vorgehen

Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelte Compact Motion gemeinsam mit der BFH innerhalb eines Innosuisseprojekts ein umfassendes Vorgehen. Im Zentrum stand zunächst der Aufbau einer Testbench, die es ermöglicht, sämtliche Antriebseigenschaften unterschiedlicher Achsenmodelle unter horizontaler und vertikaler Montage zu erfassen. Parallel dazu wurde ein Modell zur Simulation einer integrierten Counterbalance erarbeitet, das in mehreren Schritten getestet und optimiert wurde. Ergänzend entstand ein thermisches Simulationsmodell, mit dessen Hilfe Verbesserungen am Antrieb umgesetzt und anschliessend am Testbench validiert wurden. Im Labor wurden zudem neuartige Konzepte erprobt, die eine Vereinfachung der Verkabelung und eine höhere Systemeffizienz versprechen. Die Motortechnologie wurde weiterentwickelt, um die Basis für eine modulare Produktfamilie und eine spätere Serienproduktion zu schaffen.

Ergebnisse

Das Projekt führte zu wesentlichen Ergebnissen, die die ursprünglichen Herausforderungen meistern. Mit der entwickelten Testbench steht nun ein flexibles Messsystem zur Verfügung, das eine präzise Charakterisierung der Linearachsen erlaubt. Die integrierte Counterbalance erwies sich als erfolgreiches Konzept, das inzwischen patentrechtlich geschützt ist und eine wesentliche technische Differenzierung darstellt. Durch simulationsgestützte Optimierungen konnte das thermische Verhalten deutlich verbessert werden. Darüber hinaus wurde die Motortechnologie so weit weiterentwickelt, dass sie sich für den täglichen Einsatz eignet, modular ausbaubar ist und den Übergang zur Serienproduktion ermöglicht.

Kontakt

Prof. Dr. Gabriel Gruener

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