In den EC 90 flat-Motoren kommt jetzt der MILE-Encoder zum Einsatz. Er ist in den Motor integriert, ohne diesen zu verlängern. Markante Daten sind 517 mNm Dauerdrehmoment und Auflösungen bis 3200 Impulsen pro Umdrehung.

In den EC 90 flat-Motoren kommt jetzt der MILE-Encoder zum Einsatz. Er ist in den Motor integriert, ohne diesen zu verlängern. Markante Daten sind 517 mNm Dauerdrehmoment und Auflösungen bis 3200 Impulsen pro Umdrehung. maxon motor

Wer sich für hochpräzise Antriebssysteme interessiert, wird sicher mit maxon motor in Kontakt kommen. 1961 als Interelectric Sachseln AG gegründet, ist das Unternehmen ein weltweit führender Anbieter von Mikroantrieben. Über 50 Jahre Erfahrung, stetige Innovation, höchste Qualität der Produkte und kompetenter Kundenservice machen das Familienunternehmen zum verlässlichen Partner in der Antriebstechnik. Die maxon motor AG hat den Hauptsitz in der Sachseln (Zentralschweiz). International sind über 2000 Mitarbeiter beschäftigt, davon etwa 1150 am Hauptsitz. 2011 wurde ein konsolidierter Umsatz von weltweit 340 Mio. CHF erzielt. Vertriebsgesellschaften existieren in mehr als 30 Ländern. Produziert wird sowohl am Hauptsitz als auch in Sexau (Deutschland) und Veszprém (Ungarn). In Deutschland werden Getriebe und Keramik-Produkte entwickelt.

Das im Baukastensystem aufgebaute Produktprogramm umfasst DC-Motoren und EC-Motoren mit eisenloser Wicklung und EC-Flachmotoren mit Wicklungen (mit  Eisenkern), Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Spezialgetriebe, Istwert-Geber, Servoverstärker, Positionssteuerungen, Hightech CIM- und MIM-Komponenten und kundenspezifische Antriebe. Zu den technologischen Kompetenzen zählen unter anderem fünf Wickeltechniken für Kleinstmotoren, der Standard- und Spezialgetriebebau, Spritzgussverfahren für Kunststoff, Metall- und Keramikpulver, die Encodertechnologie, die Elektronik und Systemtechnik sowie Montage- und Automatisierungstechniken.

Michael Schroff ist Leiter Elektronik und Systemtechnik bei Maxon Motor in Sachseln/Schweiz.

Michael Schroff ist Leiter Elektronik und Systemtechnik bei Maxon Motor in Sachseln/Schweiz.maxon motor

Die Verantwortung für die Elektronikentwicklung und Systemtechnik hat Michael Schroff in Sachseln. Wir hatten Gelegenheit, uns mit ihm über einige entwicklungsspezifische Themen zu unterhalten. In der Elektronikentwicklung in Sachseln sind über 30 Mitarbeiter beschäftigt. Für die Elektronikprodukte werden überwiegend Industrial Grade Standardbauelemente eingesetzt. Bezüglich customer specific components ist zu sagen: „wir entwickeln ASICs nur dann, wenn eine genügend hohe Stückzahl dahinter steht und somit eine Kosteneinsprung möglich wird. Der Wunsch zur extremen Miniaturisierung kann ein weiterer Grund für eine ASIC-Entwicklung sein. Wobei ASIC-Entwicklungen sich für einen Mittelständler nur selten lohnt, weil nicht die entsprechenden Stückzahlen dahinter sind“, gibt er zu bedenken. ASICs sind auch eine beliebte Methode, um sich gegen Nachbauten zu schützen. Mit Plagiaten hatte maxon motor allerdings bisher keine Probleme. Michael Schroff weist neben der Miniaturisierung durch ASICs aber auf einen anderen, nicht zu unterschätzenden Vorteil hin: die Einsparung bei den Testkosten.

Auf dem MILE Mikro-Encoder sind fünf Spulen auf dem Silizium aufgebracht.

Auf dem MILE Mikro-Encoder sind fünf Spulen auf dem Silizium aufgebracht.maxon motor

Der Einsatz von MEMS-Bauelemente steht bei maxon motor zurzeit nicht im Vordergrund. „Wir schauen natürlich auf die Produktionstechnologien in der Halbleiterindustrie und auch sonst in der verarbeitenden elektrotechnischen Industrie. Da sind manchmal durchaus interessante Aspekte dabei“, meint Michael Schroff, und weiter „speziell bei den Motoren braucht man immer irgendwelche Geber für die Rotorlage oder für die Drehzahl. Da haben wir durchaus eigene Konzepte. Ich möchte das nicht als MEMS bezeichnen. Aber wir haben zum Beispiel MILE (Maxon‘s Inductive Little Encoder)“. Auf dem etwa 3 mm x 3 mm großen induktiven Mikro-Encoder sind fünf Spulen untergebracht. Das Wirkprinzip beruht dabei auf der Messung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern, welche Wirbelströme in einer elektrisch leitenden Zielscheibe generieren. Die Spulen sind in einem galvanischen Abscheideprozess auf dem Silizium aufgebracht.

Auf die Frage nach extremen Temperaturbereichen für maxon-Komponenten antwortet M. Schroff: „Wir haben im Augenblick keine Komponenten die bei Temperaturen bis 200 °C arbeiten und dabei auch noch Leistung abgeben können. Tiefe Temperaturen von -55 °C sind dagegen weniger schlimm. Wir sind aber dabei solche Dinge zu überlegen. Es gibt zwei Wege: Der eine ist, man schaut, welche Technologien es am Markt gibt, die physikalisch diesen Temperaturbereich abdecken könnten. Viele Hersteller spezifizieren ihre Produkte nur bis 150 °C oder 175 °C obwohl das noch höher ginge. Wenn man die entsprechenden physikalischen Grundlagen kennt, kann man solche Produkte natürlich nehmen und sie vielleicht auch bis 200 °C gebrauchen. Sie müssen natürlich immer auch separat qualifiziert und zu 100 % getested werden. Die andere Variante ist, man geht zu einschlägigen Herstellern, die Komponenten fertig qualifiziert liefern. Aber dann zahlt man für Prozessoren oder MOSFETs gigantische Summen. Bei tiefen Temperaturen ist eigentlich nur das Packaging das Problem. Schnelle und häufige Temperaturwechsel zwischen den extremen Temperaturen gehen allerdings zu Lasten der Lebensdauer“.

Einen bedeutenden Anteil des maxon-Umsatzes wird im Medizintechnikbereich erzielt. M. Schroff weist darauf hin, dass „unsere Elektronikfertigung nicht nach Medizinnorm (ISO 13485) qualifiziert ist. Wir liefern dennoch in hohen Stückzahlen in die Medizintechnik. Was uns aber nicht stört, denn wir könnten, wenn es der Kunde zahlen würde, natürlich den ganzen Entwicklungsprozess und die Fertigung nach ISO 13485 umstellen. Wir machen zum Teil aber auch jetzt schon geringfügige Mehraufwendungen, die den administrativen und Logistikteil betreffen, Stichwort Rückverfolgbarkeit.“

Generell besteht auch bei maxon der Wunsch nach immer kleineren Bauelementen. „Wenn sich der Kunde wünscht einen Motor mit eingebauter Elektronik zu bekommen, ist das erst ab einer bestimmten Baugröße möglich. In einen Motor mit 6 mm Durchmesser zusätzlich noch Elektronik zu integrieren ist eine grosse Herausforderung, beziehungsweise derzeit nicht möglich. Ein Teil der Innovation bei elektronischen Bauelementen kommt natürlich aus dem Handy-Bereich. Hier kann maxon wunderbar von den Vorarbeiten der einschlägigen Hersteller profitieren. Wir selber könnten so etwas nie anschieben“, betont M. Schroff. „maxon setzt in der Entwicklung unter anderem FPGAs ein, beispielsweise für schnelle Regelalgorithmen. Aktuell zum Beispiel auch als Schnittstellenbaustein für Realtime-Ethernet“, kommentiert M. Schroff die Einsatz von programmierbarer Logik. Maxon-Motoren benötigen normalerweise keine Kühlung. Bei entsprechenden Kühlmaßnahmen kann die abgegebene Leistung allerdings erhöht werden. Interessant sind, laut M. Schroff, EC 22 HD-Motoren, ein Produkt für extreme Umweltbedingungen, speziell auch für tiefe und sehr hohe Temperaturen bis 200 °C: in Luft liefern sie nominell 80 W, wenn der Motor in Hydraulik-Öl als Kühlmittel läuft, liefert derselbe Motor 250 W. Durch Kühlung kommt also eine beträchtliche Leistungssteigerung zustande.