Wenn der Zahnarzt das Fundament für die Krone vorbereitet oder der Uhrmacher dem Federhaus einen Zierschliff verpasst, dann arbeiten beide Fachleute freihändig mit einer motorgetriebenen Maschine. Solche Tätigkeiten verrichten sie täglich und oft über Stunden. Für ein komfortables Arbeiten zählt jedes Gramm im Handstück des Werkzeugs, das sie währenddessen halten. Natürlich soll es trotzdem einen möglichst starken und robusten Motor besitzen, der seine hohe Leistung außerdem leise und ohne störende Vibration erbringt. Die neue Serie 1660…B von Faulhaber setzt hier neue Maßstäbe und holt im Marktvergleich das größte Drehmoment aus diesem Motorformat heraus.

Es ist noch gar nicht so lange her, dass Handstücke für filigrane einhändige Arbeiten ihre Kraft von einer externen Antriebsquelle zugeführt bekamen. Die Handstücke mit integrierter Antriebseinheit waren schlicht zu schwer, um sie mit einer Hand zu halten und gleichzeitig präzise Bewegungen mit dem Werkzeug auszuführen. Also platzierte man den Motor in einem Kasten und übertrug die Antriebsenergie über flexible Wellen in das rotierende Werkzeug. Dass die Welle auch nicht gewichtslos war und durch ihre geringe Flexibilität die Bewegung drastisch einschränkte und auch die Energieeffizienz herabsetzte, musste man in Kauf nehmen. Gleiches gilt übrigens auch für die pneumatische Variante, bei der das Werkzeug mit Druckluft angetrieben wird, was jedoch mehr Betriebsgeräusche verursacht und die Präzision der Steuerung verringert. Für medizinische Anwendungen kommt diese Antriebsart allerdings ohnehin nicht in Frage.

Patienten profitieren von Motorleistung

Vor allem die rasante Entwicklung der Motortechnik hat es möglich gemacht, dass solche wellengetriebene Handstücke meist nur noch im Technikmuseum zu bewundern sind. Ihre heutigen Nachfolger beziehen ihre Antriebskraft aus kleinen Elektromotoren, die bequem in die üblichen Gehäuse passen. Mit den neuesten Hochleistungsakkus kombiniert, kommen sie sogar ohne elektrische Zuleitung aus. In Einsatzbereichen wie der Medizin, der Robotik, bei Laborgeräten oder in der Uhrenindustrie hat sich dafür der Motor mit 16 Millimeter Durchmesser als Standard etabliert. Mit diesen Antrieben wird seit Jahren gearbeitet, und sie haben sich in den Handstücken unterschiedlicher Maschinen bewährt.
Doch wo ein Standard erreicht ist, erwachsen neue Anforderungen. Die Fortschritte der Medizin, etwa in der Zahnbehandlung oder bei Operationen am Bewegungsapparat, machen immer umfassendere Behandlungsansätze möglich. Dabei können sehr langwierige Eingriffe nötig werden, bei welchen den Ärzten alles abverlangt wird. Auch die eingesetzten Maschinen müssen bei häufigem Gebrauch oft Schwerstarbeit leisten.
Neue Erkenntnisse, Verfahren und Systeme gewährleisten inzwischen, dass auch komplizierte Behandlungsverfahren heute erfolgreich und mit minimaler Belastung für den Patienten durchgeführt werden können. Neue leistungsstarke und leichte Handwerkzeuge, in denen moderne Antriebstechnologie zum Einsatz kommt, haben wesentlich dazu beigetragen.

Elektromagnetische Prinzipien neu gedacht

Deshalb hat Faulhaber einen ganz neuen zweipoligen, bürstenlosen 16-Millimeter-Motor entwickelt. Die neue Serie 1660…BHT/BHS zeigt, dass ein Motor dieser Dimension noch deutlich mehr leisten kann, als es bisher verfügbare Modelle schaffen. „Wir sind ganz grundsätzlich an die Frage herangegangen und haben uns die physikalischen Prinzipien der elektromagnetischen Krafterzeugung nochmal vorgeknöpft“, erklärt Produktmanager Silvio Taraborrelli. „Deren Grundlage ist die sogenannte Lorenzkraft, die aus dem Zusammenspiel von Magnetfeld und Ladungsfluss entsteht. Diese Kraft wird vollständig genutzt, wenn der Draht der Spule senkrecht zum Magnetfeld steht. Bei der herkömmlichen schrägen Wicklung der Spulen geht also ein Teil der Lorenzkraft verloren, und deshalb haben wir eine neue Wicklungstechnologie entwickelt. Mit dieser sogenannten Segmentwicklung können wir nun einen großen Teil des Drahtes optimal ausrichten. Das Ergebnis ist, dass wir bei gleichem Durchmesser, gleicher Kupfermenge und gleichem Stromverbrauch wesentlich mehr Leistung bekommen.“
Für unterschiedliche Anforderungen gibt es den neuen Motor in zwei Versionen. Das Modell 1660…BHT – „HT“ steht für „high torque“ – wurde im Hinblick auf das maximale Dauerdrehmoment von 19,7 mNm optimiert. Diese Version kann in Anwendungen, die Impulszyklen erfordern ein Kurzzeitdrehmoment von über 30 mNm liefern. Der 1660…BHS erreicht Drehzahlen von bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute und ist für Anwendungen bestimmt, in denen der Motor fast ununterbrochen läuft, oder für den Einsatz in Handwerkzeugen, in denen die Einheit über längere Zeiträume betrieben wird.

Lastwechsel und Dauerbetrieb

Von diesen abweichenden Schwerpunkten abgesehen, zeichnen sich beide Motorversionen durch die gleichen weiteren Vorzüge aus. Zu diesen gehört unter anderem ein besonders leiser und praktisch vibrationsfreier Gleichlauf, der die Handhabung der Maschine über längere Zeit zusätzlich erleichtert. Da ein besonders großer Anteil der eingesetzten Energie in Bewegung umgesetzt wird, ist auch die Wärmeabfuhr kein Problem – das Handstück bleibt bei den gängigsten Anwendungsanforderungen relativ kühl. Dies gilt insbesondere für den intensiven Betrieb mit kurzzeitigen Überlastbedingungen. Die robusten Kleinmotoren bewältigen sowohl kontinuierliche als auch intermittierende Einsatzszenarien problemlos, und sie können zugleich hochgradig dynamische Bewegungsmuster abarbeiten.

Die extrem flache Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie bis herab zu

95 min-1/mNm ermöglicht nicht nur eine sehr hohe Motorleistung und eine einfache Steuerung, sondern trägt auch zur Vermeidung großer Drehzahlabfälle unter variablen Lastbedingungen bei.
Zu den Stärken der neuen Motorserie gehört auch die präzise auf sie abgestimmte Elektronik. Sie sind serienmäßig mit digitalen Hallsensoren ausgerüstet und können daher auch ohne Encoder betrieben werden. Wo dies nicht ausreicht, kann der Motor mit hochauflösenden magnetischen Inkremental-Drehgebern kombiniert werden.
Vorgespannte Kugellager stellen sicher, dass die Motoren den im Handstück auftretenden radialen und axialen Kräften problemlos standhalten. Sie sind auf eine extrem lange Lebensdauer ausgelegt. Der Motor kann mit und ohne Getriebe arbeiten. Im zweiten Fall sind zahlreiche passende Präzisionsgetriebe lieferbar. Produktmanager Silvio Taraborrelli ist überzeugt: „Dieser Motor entlastet die Hand, in der die Maschine gehalten wird. Damit gibt sie ihr mehr Freiheit für besonders präzises Arbeiten.“