Voice Coil

Voice Coil

Stark und genau

Linearantriebe auf Basis von Tauchspulenaktoren bieten in Applikationen mit kurzen Hüben und kurzen Zykluszeiten oftmals eine Alternative zu pneumatischen Lösungen. Vorteile liegen z.B. bei Positioniergenauigkeit, Energieeffizienz oder Wartungsfreundlichkeit.
Konstrukteure stehen bei der Konzeption neuer Maschinen und Anlagen regelmäßig vor der Entscheidung für einen passenden Antrieb. Die Auswahl ist abhängig von der benötigten Kraft, dem zurückzulegenden Weg und der notwendigen Positioniergenauigkeit. Für viele Anwendungen in den Bereichen Pick & Place, Mikro-Montage, Verpacken & Etikettieren oder Sortieren kommen sowohl pneumatische als auch elektrische lineare Direktantriebe in Frage. Beide Varianten eignen sich für kurze Wege, die in kurzen Taktzeiten zurückgelegt werden müssen. Doch bestehen große Unterschiede bezüglich der Positioniergenauigkeit, sowie bezüglich des Wartungsaufwandes, des Platzbedarfs und anfallender Kosten.

Wirkprinzip Lorentzkraft

Tauchspulenaktoren sind nicht kommutierte Gleichstrom-Linearantriebe mit begrenztem Hub und annähernd konstantem Kraftverlauf. Die Funktionsweise beruht auf dem Prinzip der Lorentzkraft. Im konkreten Fall bewirken zentral angeordnete, axial magnetisierte Ringmagnete einen radialen Magnetfluss über den Umfang zweier Polscheiben. Dieser Magnetfluss schließt sich über die äußere Hülse. Die Wicklungen des in den Luftspalt zwischen Hülse und Polscheiben eintauchenden Spulenteils werden nur im Bereich der Polscheiben magnetisch durchflutet. Bei konstanter Stromstärke I und magnetischer Flussdichte B wirkt auf bewegte elektrische Ladungen q die Lorentzkraft. Hierdurch entsteht eine axiale Kraft auf das komplette Spulenteil. Die Kraft ist direkt proportional zur Stromstärke und kann sehr genau geregelt werden. Durch die Änderung der Stromrichtung kann eine Umkehrung der Kraftrichtung realisiert werden. So können bidirektionale Aktoren mit gleichem Verhalten in beiden Bewegungsrichtungen ermöglicht werden.

Hochdynamische Bewegungen

Wie die englische Bezeichnung Voice Coil – auf deutsch Schwingspule – andeutet, sind mit einem Tauchspulenaktor hochdynamische, hysteresefreie Bewegungen möglich. Solche Linearantriebe benötigen lediglich eine Stromquelle, keine aufwändige Infrastruktur in Form eines Druckluftnetzes. Sie arbeiten wartungsarm, energieeffizient und nahezu geräuschlos. In Kombination mit einem Wegmesssystem und einem Servoregler kommen Tauchspulenaktoren heute bereits überall dort zum Einsatz, wo hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeiten, ein konstanter Kraftverlauf, sowie hohe Taktzahlen und geringe Anlaufverzögerungen zu realisieren sind. Ventilsteuerung, Laserfokussierung, Wirebonding, Vibrations- und Schwingantriebe, sowie Schweißkanten- bzw. Linsenschleifen sind bekannte Anwendungen. Die beschriebenen Eigenschaften der Voice Coils machen die Linearantriebe allerdings auch für Einsatzfälle attraktiv, bei denen Konstrukteure bis jetzt vermehrt pneumatische lineare Direktantriebe bevorzugen. Mit der verbesserten Aktorbaureihe vom Typ 820 liefert die Maschinenfabrik Mönninghoff für die Bereiche Pick & Place, Sortieren oder Verpacken & Etikettieren eine Alternative zur Pneumatik.

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