Direktantrieb für Dental-/Medizinal-Handstücke und Mikromaterialbearbeitung

18. Juli 2016

Um sehr kleine Werkstücke zu bearbeiten (Mikromaterialbearbeitung) oder aufgrund von ergonomischen Gründen bei Dental- oder Medizinalbohrern hat der Kopf der Werkzeugspindel oder des Handstücks eine limitierte Grösse. Daher darf der elektrische Motor nur in seitlicher Richtung wachsen falls ein Direktantrieb verwendet wird.

Im Beispiel des Dentalbohrers ist der aktuelle Stand der Technik ein niedertouriger Motor (typischerweise 40‘000 U/min) mit einer mechanischen Verbindung zum Handstück, welches den Bohrer am Werkzeugkopf durch mehrere mechanische Getriebestufen antreibt, siehe Abbildung 1 (links). Die mechanischen Getriebestufen führen zu zusätzlichem Gewicht, akustischem Lärm und Verlusten. Ein Direktantrieb beseitigt die Notwendigkeit des mechanischen Getriebes. Jedoch sind die Platzverhältnisse im Werkzeugkopf zu klein für einen Motor, welcher das gewünschte Drehmoment eines konventionellen Motors generieren kann. In solchen Fällen kann eine sogenannte Lateral-Stator-Maschine (LSM) verwendet werden (Abbildung 1 (rechts)), welche den Platz im Werkzeughals verwendet, welcher sonst nicht benötigt wird. Abbildung 1 gibt weiter einen Vergleich zwischen den beiden Lösungen.

Vergleich

Abbildung 1: Vergleich zwischen konventioneller und LSM Lösung

Basierend auf dem neuartigen LSM-Konzept wurde ein Prototypmotor entwickelt und realisiert mit einer maximalen Drehmomentfähigkeit von 9 mNm und einer maximalen Drehzahl von 200‘000 U/min. Eine exemplarische Drehmoment-Drehzahlkennlinie ist in Abbildung 2 dargestellt. Abbildung 3 zeigt die Dimensionen des LSM-Prototypen und Abbildung 4 ein Foto der Hardware. Verschiedene Motortypen (Abbildung 5) und verschiedene Rotor-Konfigurationen (Abbildung 6) sind verfügbar. Weiter ist der Betrieb mit Sensoren oder auch sensorlos möglich.

Drehmoment-Drehzahlkennlinie

Abbildung 2: Drehmoment-Drehzahlkennlinie der LSM

Dimensionen

Abbildung 3: Dimensionen des LSM-Prototypen

LSM Prototyp

Abbildung 4: LSM Prototyp

Verschiedene LSM Typen

Abbildung 5: Verschiedene LSM-Typen

Verschiedene Rotor Konfigurationen

Abbildung 6: Verschiedene Rotor Konfigurationen

 

Ein LSM-Demonstrator, welcher zusammen mit dem Power Electronic Systems Laboratory (PES) der ETH Zürich entwickelt wurde, ist bei Celeroton verfügbar und eine Integration in Ihre Applikation ist möglich mit adaptiertem Design. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme (infocelerotoncom oder Telefon +41 44 250 52 20) um zu prüfen, ob die LSM bedeutende Vorteile für Ihre Applikation bringen kann.

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