Eine Werkzeugmaschine bei der Arbeit. Soll sich das Blech unter dem Fräskopf nicht nur in einer Richtung bewegen, dann braucht diese Maschine zwei Elektromotoren. Der erste bewegt sich vor und zurück und trägt dabei auch noch den zweiten Motor, der für die Bewegung nach rechts und links sorgt. So jedenfalls war es bisher, sagt Jan Friederichs vom Produktionstechnischen Zentrum der Uni Hannover und startet seinen neuartigen Motor - mit einem Mausklick:
"Wir stellen jetzt als Erstes noch mal einige Regelungsfaktoren ein, und dann aktivieren wir den Motor. Und jetzt sieht man schon mal die Bewegung der Z-Achse. Und die zweite Bewegung kann ich auslösen, indem hier die zweite Achse aktiviert wird, und wir sehen jetzt: Der Motor verfährt in einer Kreisbahn."
Auf der Z-Achse geht es vor- und zurück, entlang der zweiten Achse von links nach rechts. In der Kombination beider Bewegungen wird das Werkstück horizontal immer im Kreis herum geführt. Was früher zwei Elektromotoren erforderlich machte, das schafft heute der Flächenmotor allein. Drei Jahre lang arbeitete Jan Friederichs an seiner Entwicklung.
"Beim Flächenmotor ist nicht alles rund, sondern es ist alles auf einer Fläche. Sie können sich das so vorstellen: Sie haben eigentlich einen runden Motor, schneiden den durch in der Mitte, und der wird abgewickelt, und nach dieser Abwicklung haben sie sozusagen eine Fläche vorliegen. Dieser Motor kann jetzt über dieser Fläche nicht schweben, aber er kann sich über dieser Fläche bewegen."
In der Bodenplatte des Flächenmotors stecken viele Dauermagnete, jeweils zwei mal zwei Zentimeter im Quadrat, die in einem Schachbrettmuster angeordnet wurden. Nord- und Südpol wechseln sich dabei ständig ab. Über den Magneten schweben – auf Schienen beweglich gelagert – Magnetspulen, die sich bei Stromfluss in dem statischen Magnetfeld bewegen.
"In unserem Fall ist es so: Die Wicklungen sind auf einem sogenannten "Joch" aufgebracht. Das heißt, das ist das Feld führende Element, und dieses Feld führende Element bewegt sich, während die Magnete feststehend und an der Maschine befestigt sind. Und somit kann sich dieses bei uns sogenannte "Primärteil" über dem Sekundärteil mit den Magneten bewegen."
Da die Magnetspulen kreuzweise im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, kann sich ein damit verbundener Arbeitstisch zweidimensional bewegen – vor und zurück, gleichzeitig aber auch von rechts nach links.
Der Flächenmotor ist aufgrund seiner Leichtigkeit schneller am Ziel, spart also Bearbeitungszeit. Und auch die Präzision – zum Beispiel bei der Führung spanender Werkzeuge – konnte gegenüber herkömmlichen Antrieben gesteigert werden. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen, rotierenden Elektromotor, der eigentlich nur Strom braucht, um zu laufen, hat ein Flächenmotor aber weit höhere Ansprüche an die Energieversorgung: Ohne Software geht da nichts.
"Prinzipiell wird die Position des Motors gemessen, das heißt, wir setzen Glasmaßstäbe ein und können die Position daraus feststellen. Dem unterlagert ist ein sogenannter Positionsregler, das heißt, der nimmt die Ist-Position und die Soll-Position, zieht die Differenz ab und auf dieser Regeldifferenz kann der Motor dann beispielsweise die Position regeln. Und dem noch mal unterlagert ist ein Stromregler, der dann physikalisch den Motor überhaupt in Bewegung bringt und die Kraft erzeugt."
Noch gibt es den rund 30 mal 30 Zentimeter großen Flächenmotor nur als patentierten Prototypen. An einer Ein-Meter-Variante wird in Hannover gerade gearbeitet. Diese soll - neben dem größeren Aktionsradius - dann auch mehr Vorschubkraft erzeugen, um zum Beispiel mehr Power für die spanende Bearbeitung zu liefern, denn herkömmliche Elektromotoren sind in punkto Kraft immer noch überlegen.
"Wir stellen jetzt als Erstes noch mal einige Regelungsfaktoren ein, und dann aktivieren wir den Motor. Und jetzt sieht man schon mal die Bewegung der Z-Achse. Und die zweite Bewegung kann ich auslösen, indem hier die zweite Achse aktiviert wird, und wir sehen jetzt: Der Motor verfährt in einer Kreisbahn."
Auf der Z-Achse geht es vor- und zurück, entlang der zweiten Achse von links nach rechts. In der Kombination beider Bewegungen wird das Werkstück horizontal immer im Kreis herum geführt. Was früher zwei Elektromotoren erforderlich machte, das schafft heute der Flächenmotor allein. Drei Jahre lang arbeitete Jan Friederichs an seiner Entwicklung.
"Beim Flächenmotor ist nicht alles rund, sondern es ist alles auf einer Fläche. Sie können sich das so vorstellen: Sie haben eigentlich einen runden Motor, schneiden den durch in der Mitte, und der wird abgewickelt, und nach dieser Abwicklung haben sie sozusagen eine Fläche vorliegen. Dieser Motor kann jetzt über dieser Fläche nicht schweben, aber er kann sich über dieser Fläche bewegen."
In der Bodenplatte des Flächenmotors stecken viele Dauermagnete, jeweils zwei mal zwei Zentimeter im Quadrat, die in einem Schachbrettmuster angeordnet wurden. Nord- und Südpol wechseln sich dabei ständig ab. Über den Magneten schweben – auf Schienen beweglich gelagert – Magnetspulen, die sich bei Stromfluss in dem statischen Magnetfeld bewegen.
"In unserem Fall ist es so: Die Wicklungen sind auf einem sogenannten "Joch" aufgebracht. Das heißt, das ist das Feld führende Element, und dieses Feld führende Element bewegt sich, während die Magnete feststehend und an der Maschine befestigt sind. Und somit kann sich dieses bei uns sogenannte "Primärteil" über dem Sekundärteil mit den Magneten bewegen."
Da die Magnetspulen kreuzweise im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, kann sich ein damit verbundener Arbeitstisch zweidimensional bewegen – vor und zurück, gleichzeitig aber auch von rechts nach links.
Der Flächenmotor ist aufgrund seiner Leichtigkeit schneller am Ziel, spart also Bearbeitungszeit. Und auch die Präzision – zum Beispiel bei der Führung spanender Werkzeuge – konnte gegenüber herkömmlichen Antrieben gesteigert werden. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen, rotierenden Elektromotor, der eigentlich nur Strom braucht, um zu laufen, hat ein Flächenmotor aber weit höhere Ansprüche an die Energieversorgung: Ohne Software geht da nichts.
"Prinzipiell wird die Position des Motors gemessen, das heißt, wir setzen Glasmaßstäbe ein und können die Position daraus feststellen. Dem unterlagert ist ein sogenannter Positionsregler, das heißt, der nimmt die Ist-Position und die Soll-Position, zieht die Differenz ab und auf dieser Regeldifferenz kann der Motor dann beispielsweise die Position regeln. Und dem noch mal unterlagert ist ein Stromregler, der dann physikalisch den Motor überhaupt in Bewegung bringt und die Kraft erzeugt."
Noch gibt es den rund 30 mal 30 Zentimeter großen Flächenmotor nur als patentierten Prototypen. An einer Ein-Meter-Variante wird in Hannover gerade gearbeitet. Diese soll - neben dem größeren Aktionsradius - dann auch mehr Vorschubkraft erzeugen, um zum Beispiel mehr Power für die spanende Bearbeitung zu liefern, denn herkömmliche Elektromotoren sind in punkto Kraft immer noch überlegen.
