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01 Im Miniatur-Wunderland in Hamburg können Besucher auf rund 1.300 m 2 unterschiedlichste Regionen und Kulturen unserer Erde im Kleinformat und in wenigen Stunden erkunden

Kleinstmotoren bewegen die „Welt“

02 Zu den neuesten Abschnitten gehört der Flughafen Knuffingen Airport, ein originalgetreuer Nachbau des Hamburger Flughafens

03 Die Gründer des Miniatur-Wunderlands: Gerrit und Frederik Braun

04 Der eisenlose DC-Kleinstmotor hat einen Durchmesser von 15 mm, eine Länge von 17 mm und ein Gewicht von 18 g

05 Der Aufbau der DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallkommutierung

Kleine, leistungsfähige Antriebe sind heute in den unterschiedlichsten Sparten gefragt, von der Industrieautomation bis hin zur Medizin- und Weltraumtechnik. Die verschiedenartigen Anwendungen haben allerdings durchaus Gemeinsamkeiten, denn zuverlässige und sichere Funktion, Genauigkeit, lange Lebensdauer, Anpassungsfähigkeit und Energieeffizienz gehören praktisch überall zu den grundlegenden Forderungen. Das gilt auch für eher exotische Einsatzbereiche, wie dem Miniatur-Wunderland in Hamburg. Dort tragen zahlreiche DC-Kleinstantriebe dazu bei, dass die Besucher auf rund 1.300 m 2 unterschiedlichste Regionen und Kulturen unserer Erde im Kleinformat und in wenigen Stunden erkunden können.

Das Miniatur-Wunderland in der Hamburger Speicherstadt ist weit mehr als eine große Modelleisenbahn (Bild 1). Neben den 930 Zügen, die täglich mehrere Hundert Kilometer zurücklegen, sorgen knapp 9.000 Autos, viele Schiffe und über 200.000 Miniatur-Einwohner, dafür dass die Besucher viele facettenreiche Szenenbilder im Maßstab 1:87 betrachten können: Polizisten stellen Radarfallen auf und jagen Kriminelle, die Feuerwehr ist immer wieder im Einsatz, die Bewohner besuchen große Feste oder Trauerfeiern. Zu den neuesten fertiggestellten Abschnitten gehört der Flughafen Knuffingen Airport, ein originalgetreuer Nachbau des Hamburger Flughafens. Von der Technikhalle bis zur Flugabfertigung überrascht der Airport mit vielen liebevollen Details: 40 Mini-Flugzeuge werden von einem Start- und Landekatapult in die Luft befördert und rollen, gesteuert von einem Satellitensystem, über das Rollfeld (Bild 2).

Die Technik im Verborgenen
Gerrit Braun, der das Miniatur-Wunderland mit seinem Bruder Frederik ins Leben gerufen hat (Bild 3), erläutert das Vorgehen: „Einer unserer Grundsätze war es schon immer, sich jeder technischen Herausforderung zu stellen, egal wie aussichtslos sie am Anfang erscheinen mag. Mit dieser Einstellung haben wir es geschafft, Effekte zu kreieren, die die Besucher immer wieder zum Staunen bringen.“ Rund 335.000 Lichter, die dank einer eigens entwickelten Lichtsteuerung dynamisch an- und ausgehen, sorgen für eine nahezu perfekte Tag- und Nachtsimulation. Viele der Fahr- und Flugzeuge werden per Computer automatisch gesteuert oder können mit den über 200 Tastern von den Besuchern in Bewegung gesetzt werden. Bei vielen dieser Aktionen sind DC-Kleinstmotoren von Faulhaber die treibende Kraft (Bild 4). „Wir setzen verschiedene Baugrößen entsprechend der jeweiligen Antriebsaufgabe ein“, erläutert Systemtechniker Mathias Stamm. Bei den Flugzeugmodellen des Airports Knuffingen beispielsweise finden Motoren der Serie 1717 Verwendung. Auch die kleine Feuerwehr des Flughafens und viele der Züge werden von diesen Motoren angetrieben. Die kompakten Kraftpakete erreichen ein Dauer-Drehmoment 2,8 mNm bei einem Motordurchmesser von lediglich 17 mm. Dadurch lassen sie sich auch bei den beengten Einbauverhältnissen in den Modellen gut integrieren. Außerdem benötigen sie nur geringe Anlaufspannungen, sind gegenüber Spannungsschwankungen tolerant und arbeiten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 87 %. Damit eignen sie sich besonders für akkugestützte Einsatzfälle wie in der beschriebenen Anwendung. Zudem erleichtert die lineare Charakteristik der Motoren die Regelung. Für Kleinstmotoren gibt es im Miniatur-Wunderland aber noch viele weitere Einsatzbereiche. Bei der Bewegung von Rolltoren fiel beispielsweise die Wahl auf einen noch kleineren Motor: „Der Motor der Baureihe 1524 mit lediglich 15 mm Durchmesser ist dabei innen liegend integriert und dreht das Tor nach oben“, beschreibt M. Stamm.

Zuverlässige Antriebe mit geringem Trägheitsmoment
Die DC-Kleinstmotoren unterscheiden sich von herkömmlichen Ausführungen hauptsächlich durch den Rotor (Bild 5). Dieser ist nicht auf einen Eisenkern gewickelt, sondern besteht aus einer freitragenden, in Schrägwicklung hergestellten Kupferspule. Der leichte Rotor überzeugt durch ein geringes Trägheitsmoment und rastmomentfreien Lauf, was wiederum der Dynamik zugute kommt. Bei Motoren mit kleiner Leistung haben sich die Edelmetall-Kommutierungssysteme zudem wegen ihres geringen Übergangswiderstands bestens bewährt. Von diesen Eigenschaften lässt sich natürlich auch in vielen anderen Anwendungen profitieren. Die Kleinstmotoren gibt es mit Durchmessern von 6 mm bis 22 mm. Sie werden durch eine umfangreiche Auswahl an Standardkomponenten, wie hochauflösenden Encodern, Präzisionsgetrieben und Steuerungen, ergänzt. Für besondere Anforderungen lassen sie sich zudem modifizieren. Zu den häufigsten Anpassungen gehören Vakuumtauglichkeit, Erweiterung des Temperaturbereichs, modifizierte Wellen, andere Spannungstypen sowie kundenspezifische Anschlüsse oder Stecker. Dementsprechend breit gefächert ist das Anwendungsspektrum; es reicht von der Medizin- und Kameratechnik bis hin zu Robotik oder beliebigen Automatisierungsaufgaben.

Guter Support sorgt für Erfolg
Im Miniatur-Wunderland konnten die Motoren vor allem durch ihre Zuverlässigkeit überzeugen: „Sie sind qualitativ sehr hochwertig und laufen wartungsfrei“, betont M. Stamm, den aber auch der professionelle Support, überzeugt: „Wir nehmen eher kleine Mengen ab. Trotzdem können wir bei Fragen direkt auf den telefonischen Support des Herstellers zugreifen.“ Auch bei einer besonderen Aktion im englischen Fernsehen konnte das Miniatur-Wunderland 2011 dank Faulhaber- Technik punkten. Der bekannte BBC-Moderator James May war in seiner Sonntagabend-Show „Toy Stories“ im Miniaturzugrennen gegen ein Team des Miniatur-Wunderlands angetreten. Die Aufgabe lautete, die historische, neun Meilen lange Eisenbahnstrecke von Bideford nach Barnstaple mit einer Modelleisenbahn als Schnellster zurückzulegen. Für die Show hatten sich die Verantwortlichen des Miniatur- Wunderlands einen besonderen Gag einfallen lassen. „Wir entwickelten einen Zug, der mit Biotreibstoff angetrieben wurde. Den ließen wir auf halber Strecke dramatisch explodieren, aber mit einer anderen Bahn erreichten wir das Ziel als Erster“, freut sich G. Braun. Die Zugmaschinen für dieses Rennen wurden vorher mit Faulhaber-Kleinstmotoren ausgerüstet, um der anspruchsvollen Aufgabe gewachsen zu sein. (no)

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Autor:
Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen ist Leiter Marketing bei der Dr. Fritz Faulhaber GmbH & CO. KG in Schönaich. andreas.seegen@faulhaber.de