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Atex-Motor mit integrierter Steuerung

01  Für eine Mikrozahnringpumpe entwickelte Mattke ein Ex-geschütztes Antriebssystem – bestehend aus DC-Servomotor und Motion Controller von Faulhaber

01  Für eine Mikrozahnringpumpe entwickelte Mattke ein Ex-geschütztes Antriebssystem – bestehend aus DC-Servomotor und Motion Controller von Faulhaber

02  Der 68 mm lange und 32 mm dünne bürstenlose DC-Servomotor liefert ein Drehmoment von 96 mNm

02  Der 68 mm lange und 32 mm dünne bürstenlose DC-Servomotor liefert ein Drehmoment von 96 mNm

03  Motion Controller mit RS-232- oder CANopen-Schnittstelle

03  Motion Controller mit RS-232- oder CANopen-Schnittstelle

04  In der druckfesten Kapselung sind DC-Servomotor und Motion Controller integriert

04  In der druckfesten Kapselung sind DC-Servomotor und Motion Controller integriert

Zuverlässige DC-Kleinstmotoren und Motion Controller bieten als Basiskomponenten gute Voraussetzungen für maßgeschneiderte Lösungen. Druckfest ­gekapselt eignen sie sich sogar für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. So hat Mattke ein Ex-geschütztes Antriebssystem für eine Mikrozahnringpumpe entwickelt, das sich auch schon bei der Trinkwasseraufbereitung bewährt hat.

So unterschiedlich wie die Anwendungen sind die Anforderungen, die kleine DC-Motoren heute erfüllen müssen. Dabei kommt es bei der Auswahl eines passenden Antriebs keineswegs nur auf das benötigte Drehmoment oder die Drehzahl an. Eine nicht zu unterschätzende Rolle spielen auch Abmessungen, Umgebungsbedingungen, dynamische Anforderungen sowie der Energieverbrauch. Der Antriebsspezialist Faulhaber hat deshalb DC-Klein- und Kleinstmotoren in den unterschiedlichsten Baugrößen und Varianten im Programm, angefangen von grafit- und edelmetallkommutierten Ausführungen bis hin zu bürstenlosen, elektronisch kommutierten DC-Kleinmotoren. Basierend auf den Standardprodukten lassen sich in kurzer Zeit auch kundenspezifische Lösungen realisieren, zumal die Motoren mit unterschiedlichen Präzisionsgetrieben, hochauflösenden Inkremental- oder Absolut-Encodern sowie leistungsfähigen Speed- und Motioncontrollern kombinierbar sind.

Bewährtes kann verbessert werden
Ein Beispiel dafür liefert eine kundenspezifische Antriebsentwicklung der Mattke AG. Dabei kooperierten die Freiburger Mechatronikspezialisten eng mit den Antriebsexperten aus Schönaich, um für eine Mikrozahnringpumpe ein Ex-geschütztes Antriebssystem – bestehend aus DC-Servomotor und Motion Controller – zu entwickeln (Bild 1). Hier kam als dritter Partner HNP Mikrosysteme ins Spiel. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Entwicklung und Herstellung von Mikrozahnringpumpen zur präzisen Dosierung und Förderung kleinster Mengen niedrig- bis hochviskoser Flüssigkeiten und war nun an einer Weiterentwicklung interessiert.
Die Pumpe, für die eine neue Antriebslösung gewünscht wurde, wird vorwiegend in verfahrenstechnischen Anlagen eingesetzt. Ihr Design und damit auch der Bauraum für den Antrieb war bereits vorgegeben. Durch den neuen Atex-Motor mit integrierter Steuerung sollten nun diese, bereits im vielfachen Einsatz bewährten Pumpen noch leistungs­fähiger und besser ansteuerbar werden; außerdem wollte HNP Mikrosysteme den benötigten Einbauraum verringern, also möglichst die bisher externen Regelkomponenten einsparen. Eine integrierte Lösung war deshalb erforderlich.

Standardkomponenten als Basis
Grundlage für ihre Entwicklung bildete schließlich ein bürstenloser DC-Servomotor der Baureihe 3268BX4 (Bild 2). Für ihn sprachen gleich mehrere Argumente: So verleiht die Vierpoltechnologie diesen Antrieben trotz der mit 32 mm Durchmesser und 68 mm Länge kompakten Abmessungen ein hohes Dauerdrehmoment von 96 mNm bei ruhigen Laufeigenschaften und geringem Geräuschpegel. Der ­modulare Aufbau ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher ­Rotorkonzepte, über die sich eine optimale Anpassung des Drehmoments bei hohem oder niedrigem Drehzahlniveau realisieren lassen.
Durch die elektronische Kommutierung ist die Lebensdauer im Vergleich zu mechanisch kommutierten Motoren um ein Vielfaches höher und dank der eingesetzten Hall­sensoren können auch ohne zusätzlichen Encoder Drehzahlen bis ca. 3 000 min-1 stabil geregelt werden. Das flexible Motorkonzept bietet zudem die Möglichkeit die Motoren mit unterschiedlichen Motion Controllern zu kombinieren. In der beschriebenen Pumpenanwendung wurde der DC-­Servomotor zum Beispiel mit einem Controller der Serie MCBL 3003 ergänzt, der über eine CANopen- oder RS-232-Schnittstelle angesteuert wird (Bild 3).

Ummantelung sorgt für den Ex-Schutz
Die Mattke-Ingenieure entwickelten für diese Kombination ein druckfest gekapseltes Gehäuse, das es bisher in dieser Form am Markt noch nicht gab. Motion Controller und Motor sind dabei in einer speziellen Aufnahmevorrichtung eingebettet, die ihrerseits in einem vorn und hinten verschlossenen Metallrohr untergebracht ist (Bild 4). Dadurch sind keine umständlichen Ex-Schutzvorkehrungen für die sensible Elektronik des Servoreglers oder den Motor notwendig. Außerdem werden so Signalverluste und Störungen vermieden, die durch lange Zuleitungen entstehen, wenn die Elektronik vom Motor getrennt außerhalb des Ex-­Bereichs platziert werden muss. Das erleichtert sowohl dem Pumpenhersteller als auch dem Anwender das Leben, denn die, für die Pumpen meist vorgeschriebene, Atex-Zertifizierung ist durch die Ummantelung des Antriebs keine Hürde mehr. Anwendungsbereiche für den integrierten Atex-­Pumpenantrieb finden sich überall in der Verfahrenstechnik. So wurde der neue Antrieb gleich nach Fertigstellung in einer hermetisch inerten Mikrozahnringpumpe von HNP verbaut, die in einer Wasseraufbereitungsanlage Bleichlauge fördert. Diese konzentrierte, wässrige Lösung aus NaOCL wirkt hier als selektives Oxidations- und Desinfektions­mittel. Die Pumpe ermöglicht einen Volumenstrom von 0,48 ml/min bis 240 ml/min sowie Differenzdrücke von 0 bar bis 10 bar. (no)

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Alex Homburg ist im Redaktionsbüro Stutensee tätig. ahomburg@rbsonline.de