Auf vollen Touren 1 // 2014 - Innovatives für Rennstrecke und Strasse - Maxon
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1 // 2014 Auf vollen Touren Innovatives für Rennstrecke und Strasse Roboter Kenshiro hat über 160 Muskeln Fliegende Autos faszinieren seit langem
2 Inhaltsverzeichnis __ __ Inhaltsverzeichnis 3
The Big Picture
S. 8
4 Forschungsroboter youBot
News
6 Das Kilogramm neu definieren Editorial
8
Im Fokus
Klappe und Action
Wenn der kleine
Mit Nico Müller beim Testrennen der Formel
Renault 3.5 in Monza. Motor genauso
15 Gemacht für extreme Bedingungen
John Manchester von Zytek zu den Anforderungen,
wichtig ist wie der
grosse
die der Rennsport an Motoren stellt.
16 «Geschwindigkeit und Ökologie sind
kein Widerspruch»
S. 26 Dominik Stockmann von maxon motor nimmt
Stellung zur Zukunft der Automobilität.
S. 29 S. 22
19 Auf der Spur bleiben
Fahrerassistenzsysteme sind auf dem Vormarsch.
Wenns drauf ankommt, retten sie Leben.
22 Helles Köpfchen
Der FiberCut-Laserschneidkopf hält stets den
richtigen Abstand zum Werkstück.
S. 16 Eugen Elmiger, CEO der maxon motor ag
Innovation
24 Kräftig wie ein Manga-Held
A uf der Rennstrecke zählt jede Kurve. Das
Roboter Kenshiro ähnelt einer Trickfigur.
Sein grosses Vorbild jedoch ist der Mensch.
Gleiche gilt für die Strasse. Nicht zuletzt
Exploration
26 Venus, der heisse Schwesterplanet deshalb entwickeln Ingenieure für uns Auto-
S. 15 S. 19 470 °C – maxon motor entwickelt Motoren, die auch fahrer immer schlauere Hilfssysteme. Sei
den Temperaturen auf der Venus trotzen. es für eine effiziente Motorleistung, eine
bessere Aerodynamik oder mehr Sicherheit.
Expertise Oft braucht es dazu kleine, verlässliche
29 Energieeffizienz bei Kleinstantrieben Antriebe, die auf kleinstem Raum viel Power
erzeugen. Erfahren Sie in dieser Ausgabe
Kolumne
von driven, wo maxon Motoren im Renn-
32 Das fliegende Auto von morgen
ist von gestern sport und im PKW eingesetzt werden.
S. 4 Patrick J. Gyger Ausserdem haben wir für Sie spannende
Beiträge aus der Robotik vorbereitet:
S. 32 Outlook Kenshiro, ein 1,58 Meter grosser humanoider
34 driven 2 // 2014 Roboter, will mit seinen sehnengesteuerten
Die facettenreiche Welt der Antriebstechnik: Erfahren
S. 24 Bewegungen den Menschen verstehen. Und
Sie mehr über die nächste Ausgabe von driven.
youBot, der Forschungsroboter aus dem
Hause KUKA Robotics, will die industrielle
Fotos: Cover: Frame Eleven, maxon motor ag,
Fertigung revolutionieren.
San Diego Air & Space Museum Ich wünsche Ihnen viel Spass beim Lesen.
Seite 3: maxon motor ag
Die aktuelle Tablet-Ausgabe mit
interaktiven und multimedialen
Features finden Sie im Apple App
Store und im Google Play Store.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
Forschungsroboter youBot __ The Big Picture 5
Dr. Rainer Bischoff, Leiter Technologieent-
wicklung bei KUKA Robotics, über youBot:
«Wir haben youBot eigens für
Forschung und Lehre entwi-
ckelt. Er wird ohne proprietäre
Steuersoftware geliefert, dafür
mit einem reichen Fundus an
Open-Source-Software, einem
PC-Board und einer EtherCAT-
Schnittstelle zur Antriebselekt-
ronik. Forscher und Studierende
haben so viel Freiheit, wenn sie
neue Algorithmen zur
Robotersteuerung
entwickeln.»
EC 45 flat treibt youBot an
Ø 22 mm, bürstenlos,
100 Watt, mit Hall-Sensoren
Get The
Big Picture!
Volle Konzentration: Nirmal Giftsun (links) und Alexander Moriarty von der
Hochschule Bonn-Rhein-Sieg nehmen am Robocup 2013 teil, einem
Robotik-Wettkampf, an dem sich 2000 Forscher und Studierende aus aller
Welt messen. Sie hoffen auf den Sieg in der Disziplin «Robocup@work».
Fotos: Flickr / Robocup2013, maxon motor ag
Dazu muss ihr youBot bestimmte Objekte in einem Parcours finden und an
den richtigen Ort bringen – alles autonom, nur mithilfe von Sensoren
und Algorithmen. In den Gelenken des youBot sitzen
Flachmotoren von maxon motor. Sie sorgen für die
präzisen und kraftvollen Bewegungen des Roboterarms.
Erfahren Sie mehr:
Fotos: xxxx
bigpicture.maxonmotor.ch
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
6 News __ __ News 7
über die Masseinheit Kilogramm Neue Produkte
entstehen, soll es durch eine
Naturkonstante bestimmt werden.
Dieses Vorhaben soll unter Ver- Sensorloser Betrieb Neu dabei:
wendung von elektrischen Einhei- DCX-Motor 16 S / 32 L
ten realisiert werden. In Koopera- GPX-Getriebe 16 /
tion mit maxon motor entwickelt maxon ESCON 22 spielreduziert / 32
das Metas aktuell eine Wattwaage,
bei der man mechanische und
Module 50/4 EC-S
elektrische Leistung miteinander
Das ESCON Module 50 /4 EC-S ist für die effizi-
vergleicht.
ente Ansteuerung von permanentmagneterregten
Die Experimente für die Neu-
bürsten- und sensorlosen EC-Motoren ohne Hall-
definition des Kilogramms finden
Sensoren bis rund 200 Watt ausgelegt.
unter Hochvakuumbedingungen
Der leistungsstarke 4-Quadranten-PWM-Servo-
statt, was hohe Anforderungen an
Partnerschaft die Antriebe stellt. In der Watt-
controller besitzt sehr gute Reglereigenschaften
und erlaubt einen grossen Drehzahlbereich bis
waage kommen vakuumtaugliche
120 000 min-1. Er verfügt über umfangreiche
Das Kilogramm neu definieren maxon EC22-Motoren (100 Watt)
Funktionalitäten mit frei konfigurierbaren digitalen
mit Encoder und die maxon Positi-
und analogen Ein- und Ausgängen, ist für
oniersteuerung EPOS2 24/5 zum
dynamische Antriebslösungen perfekt auf maxon
maxon motor hat eine Partner- grossen Zylinder aus einer Platin- Einsatz. Um die Entstehung von
Motoren abgestimmt und kann in den Betriebs-
schaft mit dem Schweizer Institut Iridium-Legierung. Als materielles Partikeln zu verhindern, sind die
modi Drehzahlregler und Drehzahlsteller betrieben
für Metrologie (Metas) geschlos- Objekt verändert es sich über die Motoren bürstenlos.
werden.
sen. Metas realisiert Masseinhei- Jahre hinweg, zum Beispiel durch Das System ist ein 3-Achsen- In der Watt-
waage sitzen
All dies sind ideale Voraussetzungen für den
ten wie den Meter oder das Kilo- Ablagerungen von Schmutz oder Roboter, der verschiedene Bewe-
vakuumtaugli- Einsatz in kostensensitiven Applikationen
gramm. Das Kilogramm soll neu Abnutzung. gungen ausführt, um eine exakte
che EC22- und solchen mit erhöhten Anforderungen an die
definiert werden, denn dieses ist 40 solcher Kilogrammproto Messung zu erreichen. Die maxon
Motoren von Zuverlässigkeit, beispielsweise bei medizinischen
heute das letzte Mass, das noch typen wurden in der ganzen Welt Antriebe sind unter anderem
maxon motor. Geräten zur Atemtherapie und bei Handtools in
auf einem materiellen Artefakt verteilt – auch beim Metas steht verantwortlich für die präzise Be-
der Chirurgie oder der Dentalindustrie. Entschei-
aus dem Jahre 1889 und nicht auf einer im Tresor. Bei einem Vergleich wegung eines Drehtellers und für
dend hierfür ist die geringere Systemkomplexität
einer Naturkonstanten basiert. der Prototypen wurden Differen- die horizontalen sowie die vertika-
durch den sensorlosen Betrieb.
Das sogenannte Urkilogramm zen im Mikrogrammbereich festge- len Bewegungen unterschiedlicher
Der grosszügige Bereich von Eingangsspan-
besteht aus einem 39 x 39 mm stellt. Damit keine Unsicherheiten Bauteile des Messsystems.
nung und Einsatztemperatur erlaubt einen flexiblen Neue Motoren und Getriebe
Betrieb in vielen Anwendungsbereichen.
Die konfigurierbare Produktfamilie
13,63 Sekunden
wächst
Zur vollständig konfigurierbaren DCX-Produktfamilie
gehören neu die beiden bürstenbehafteten DC-Motoren
DCX 16 S (Dauerleistungsbereich bis 9,5 Watt) und
DCX 32 L (Dauerleistungsbereich bis 110 Watt). Das
Fotos: Paliphot / Ali Eichenberger, Metas.ch, Hennessey Performance, maxon motor ag
DCX-Programm umfasst damit nun insgesamt sieben
Der Hennessey Venom GT, das nach Guinness-Buch schnellste (Serien-)Auto der Welt, beschleunigt
Motoren mit Durchmessern von 10 bis 35 Millimetern.
binnen 13,63 Sekunden von 0 auf 300 km / h. Rekordhalter in Sachen Höchstgeschwindigkeit ist Auch bei den GPX-Planetengetrieben gibt es zwei neue
momentan noch der Bugatti Veyron Super Sport mit 431 km / h (das Raketenfahrzeug Thrust SSC Grössen: das GPX 16 (Wirkungsgrad bis 90 Prozent,
schaffte sogar einmal 1190 km / h). Wer schnell fährt, braucht nicht nur spezielle Reifen und viel maxon ESCON kurze Bauform) sowie das GPX 32 (ein- und zweistufig,
Module 50 /4 EC-S kurzzeitiges Drehmoment bis 3,6 Nm). Dazu kommt
Benzin, sondern auch jede Menge elektronische Helferlein. maxon Antriebe stecken zum Beispiel
eine spielreduzierte Version des GPX 22.
in Sicherheits- und Aerodynamiksystemen von Sport- und Personenwagen.
Das Modul auf
einem Mother-
board.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
8 Fokus __ Motorsport
xxxxx
Klappe und
Action
Schnell, kompetitiv, spektakulär: Die Formel Renault 3.5 gilt als ultimatives
Sprungbrett zur Königsklasse Formel 1. Ambitionierte Piloten haben nicht
nur Benzin im Blut, sondern auch maxon Motoren an Bord – zur Steuerung der
Drosselklappen im V8-Triebwerk ihrer 530-PS-Boliden.
Text: Andreas Turner
Fotos: Paolo Pellegrini, Nico Mueller
Höchste Konzentration kurz vor
dem Start: Ein Rennen erfordert
nicht nur körperliche, sondern
auch mentale Fitness.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
5 0,8 3 3,8
4 3,2 260 178
10 Fokus __ Motorsport 193
2 2a Curva
1a Curva di Lesmo
di Lesmo
5 1,9 5 0,8 6 0,5
3 3,8
4 3,2 260 304178 3 2,0 4 3,4
264 193 169 212
2 2a Curva
1a Curva 7 0,1
di Lesmo
di Lesmo Curva
2 1,8 2 0,7 332 4 3,4 7 0,3
del Serraglio 6 0,5
133 5 1,9
120 2353 2,0 335
7 0,1 304 4 3,4
264 169 212
330
7 0,1
2Curva
1,8 VarianteCurva
2 0,7
del Variante Ascari
332 4 3,4 Curva Parabolica 7 0,3
Biassono
133 Rettifilo del Serraglio 235 335
6 2,1 7 0,1 120
305 330
1Curva 4 3,7
Variante del Variante Ascari 215
Biassono 5 0,8 Curva Parabolica
5 0,9 6 2,1 1 1,7 7 0,1 Rettifilo
285
260 305 74 360
1 4 3,7
1 0,7 215
86 5 0,8
5 0,9 1 1,7 7 0,1 285
260 74 360
1 0,7 4 3,7 Gang /Querbeschleunigung
86 215 Geschwindigkeit (km/h)
Heisse Kurven Auslaufzonen
4 3,7
Die Strecke des Autodromo Nazionale di
Maximale215
Bremskraft
Monza ist technisch anspruchsvoll. Vor
allem zwei Kurven haben es in sich (siehe
rechts). Sie verlangen sehr präzise 1 Riskant: Hier bremsen die vorderen
Wagen, während die hinteren noch
Beschleunigungs- und Bremsmanöver.
beschleunigen.
Umso wichtiger ist eine zuverlässige
1
Steuerung der Luftzufuhr des Motors über 2 Anspruchsvoll: Hier geraten die
die Drosselklappen. Wagen schnell von der Fahrbahn ab.
2
Laden Sie die Tablet-
Ausgabe 1//2014
herunter und erleben Sie
ein Rennen aus der
Fahrerperspektive.
magazin.maxonmotor.ch
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
12 Fokus __ Motorsport Motorsport __ Fokus 13
H öchste Schaltstufe. 260 … 270 … 280 … 285
… 290 … Die Geschwindigkeit dringt ins
Cockpit wie heisses Badewasser. Der Nacken
von Nico Müller ruht schwer am Wannenrand
der Sitzschale, denn da ist dieser gleichmässi-
ge Druck, der sich wie eine Moorpackung auf maxon RE 35, 90 Watt
ihn gelegt hat. Seltsamerweise nimmt er auch Ø 35 mm, 90 Watt,
Graphitbürsten
nach Erreichen der Topspeed-Zone bei rund
310 km / h nicht ab. Das Notwendige führt der
21-Jährige wie bei einer Sauerstoff-Intubation
aus: einatmen, ausatmen, Schultern heben,
Schultern senken, alles in betonter Ruhe, um
die Adrenalinschübe wie durch Überdruck-
ventile abzuarbeiten. maxon GP 32 HP
(High Power)
Ø 32 mm, Planeten
Detonierender Treibstoffnebel
getriebe 4,0 – 8,0 Nm
Das Drehzahl-Display zeigt messerscharfe
9000 /min, in rasender Taktfolge inhalieren die Der V8-Motor von Zytek
Kolben des heiser brüllenden V8-Aggregats wird für Rennen der Formel Der Kräftige fürs
Renault 3.5 genutzt. Extreme
laufend Frischluft durch die maximal geöffne-
Die extremen Bedingun-
ten Drosselklappen. Der in den Brennräumen
gen des Rennsports
entzündete Treibstoffnebel detoniert kontrol- können dem bürstenbe-
liert, was den brachialen Vortrieb erzeugt. entspannt. Instinktiv hatte der Berner Ober- an einer drehbaren Achse befestigt sind. Bei hafteten DC-Motor
Eine markante Streckenkrümmung, kurz länder erkannt, noch ehe die tatsächliche Run- Vollgas befindet sich die Drosselklappe in maxon RE 35 nichts
anhaben. Er bekam
und hart mit dem linken Fuss angebremst, denzeit feststand, dass er in der provisorischen senkrechter Position, wobei einfliessende Luft
spezielle Köcherbürsten,
lässt die Fliehkräfte an Reifen, Aufhängung, Rangliste weit oben erscheinen würde. Bevor ungehindert in den Brennraum gelangt. Bei besonderes Epoxy (ein
Chassis und Nackenmuskeln zerren. Dessen er Richtung Dusche verschwindet, gibt er dem geschlossener Stellung klappt sie in horizon- Kunstharz) und ein
ungeachtet zieht der Wagen unbeirrt und Rennleiter zu Protokoll, wo das Set-up des nur tale Position und unterbricht den Luftstrom. verstärktes Kommutie-
rungssystem. Für mehr
glatt wie die rotierende Klinge einer Abkant- 610 Kilo schweren Formel Renaults mit Zytek- Die exakte Regulierung des Zytek-Dros-
Drehmoment steht dem
maschine seinen Schnitt durch die mit locke- Motor noch Feinjustierungen verträgt. selklappensystems wird von einem modifi- maxon RE 35 bei der
rem Baumbestand versetzte Grünfläche. «Am beweglichen Heckflügel und am zierten maxon Gleichstrommotor der RE- Drosselklappenregulie-
Auf einer Highspeed-Renn- Unverrückbar wie eine Jakobsmuschel Pedal Mapping arbeiten wir minutiös, auch Serie mit Planetengetriebe übernommen. rung des Zytek-Motors
das Planetengetriebe
strecke wie Monza liegt saugt sich der Einsitzer dem glatten grauen wenn wir am Ende weniger als eine Zehn- Alle acht Klappen sind durch einen einzigen
der Vollgas-Anteil bei rund GP 32 HP (High Power)
Faden entlang, der sich am Golfclub Milano telsekunde pro Runde finden», sagt Draco- Mechanismus miteinander verbunden. Sie mit einer optimierten
70 Prozent.
vorbei durch den königlichen Park von Mon- Teammanager Simone Giglio. Er erklärt, schliessen und öffnen sich innerhalb von nur Abgangswelle zur Seite.
za windet. Der über Flügel und Diffusoren er- wie sich die Kennfelder des Gaspedals, die 10 bis 15 Millisekunden – vergleichbar mit Je nach Untersetzung
erreicht dieses bis zu
zeugte Anpressdruck ist jetzt höher als das Ei- so genannten Pedal Maps, auf Performance dem Blitzlicht eines Fotoapparates. Auf einer
12 Nm.
gengewicht des Formel-Renault-3.5-Boliden und Fahrbarkeit des Motors auswirken. «Es Highspeed-Rennstrecke wie Monza liegt der
Fotos: Paolo Pellegrini, Nico Mueller, Zytek Engineering Ltd, maxon motor ag
Nico Müller tauscht
– so stark, dass die Gesetze einer verdichte- geht immer um das Verhältnis von Dreh- Vollgasanteil bei rund 70 Prozent. In jeder
Formel-Rennwagen ten Welt in Kraft treten. Die Lenkung scheint zahl und Gaspedalstellung. Dieses kann dank Runde öffnen und schliessen sich die Dros-
gegen Auto mit Dach sich unter der Hitze der Belastung bis in die Drive-by-Wire, der Drosselklappenregelung selklappen etwa 100 Mal. Bei einer schnellen
Ein glanzvoller Sieg in Schultern des Piloten hinauf verschweisst zu auf elektronischem Weg, fast beliebig definiert Lap Time von 1:35 Minuten ver-
ändern sie etwa alle 0,9 Sekunden In der Formel 3.5 herrschen
Monaco, einer in Budapest
und der fünfte Schluss-
haben. Und vor der Parabolica lauert die Kar- werden.» Bereits sportliche Serienautos bie-
rang in der Formel-Renault- bonbremse scharf wie ein Fallbeil darauf, den ten heute die Möglichkeit, eine dynamischere ihre Position. extreme Bedingungen:
3.5-Saison 2013: Nico jungen Schweizer Rennfahrer mit dreifacher Kennlinie zu wählen. Damit erhält der Fah-
Müllers Saisonbilanz 2013 Erdbeschleunigung in die Gurte zu fetzen. rer eine andere Rückmeldung vom Motor. Er Zuverlässig bei extremen
starke Vibrationen und Tempe-
fand in der Rennszene
spricht auf Abruf spontaner an und fühlt sich Bedingungen raturen von 130 Grad Celsius.
viel Anerkennung und ver-
half ihm zum nächsten Feintuning eher wie ein Renntriebwerk an. Die anspruchsvollen Einsatzbe-
Karrieresprung: Die Saison Boxenstopp bei Draco International Racing im dingungen – starke Vibrationen und Tempe-
2014 wird das Nachwuchs- Autodromo Nazionale di Monza. «Diese Trai- Schmetterlings-Drosselklappen raturen von bis zu 130 Grad Celsius – erfor-
talent als Audi-Werks-
fahrer in der renommierten
ningsrunde hat gepasst, das Auto fühlte sich In den Zytek-Motoren der Formel Renault derten spezielle Anpassungen bei Motoren
Deutschen Tourenwagen auf jedem Streckenabschnitt hervorragend 3.5 kommen sogenannte «Butterfly»- oder und Getrieben. John Manchester, Operations
Masters (DTM) bestreiten. an», sagt Nico Müller fast beiläufig. Er lächelt Schmetterlings-Klappen zum Einsatz, die Director bei Zytek, sagt: «Die Unterstützung
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
14 Fokus __ Motorsport Motorsport __ Fokus 15
Wie gemacht für
extreme Bedingungen
In den World-Series-Fahrzeugen von Renault sorgen Motoren von Zytek für John Manchester
Nach seinem Ab-
Power. John Manchester erklärt, warum sich gerade maxon Antriebe so schluss in Maschi-
gut für die Drosselklappen-Verstellung im V8-Motor der Rennautos eignen. nenbau 1979 nahm
John Manchester
Interview: Anja Schütz
eine Stelle bei Alan
Smith Racing
Engines an, die
Zytek ist auf Kontrollsysteme für Zytek führte ein eigenes Rennteam, einfach später vom Unter-
Automobilindustrie, Antriebstechnik, um die Entwicklung unserer zahlreichen Pro- nehmen Zytek
Motorenbau und Hybridtechnologie dukte im Motorsport besser kontrollieren zu übernommen wurde.
1985 ging John
spezialisiert. Was hat Zytek bekannt können. Im Moment ist dies allerdings nicht xxxxxxr xxxxx
Manchester in die
gemacht? notwendig, und daher haben wir uns ent- USA und arbeitete für
Zytek wird mittlerweile als weltweit führend schieden, momentan keinen Rennstall mehr Dick Simon Racing
in den Bereichen Motoren und Energierück- zu unterhalten. als Ingenieur. Er war
sowohl für die
gewinnungssysteme (ERS) anerkannt. Wir Motoren als auch für
haben alle grossen Rennserien in der Welt be- Für die Drosselklappen des V8-Motors die Getriebe des
Nico Müller war liefert. Die bedeutendsten Entwicklungen der aus der Formel Renault 3.5 verwendet IndyCar-Autopro-
durch maxon motor in der Test- und Evalu- 2013 sehr letzten Jahre gelangen uns auf dem Gebiet der Zytek einen Antrieb von maxon. Warum gramms verantwort-
erfolgreich. Heuer lich. 1987 kehrte er
ationsphase hat gewährleistet, dass der Motor fährt er bei der
ERS. Die Technologie ist bahnbrechend und haben Sie sich gerade für ein maxon ins Vereinigte
auch unter widrigen Voraussetzungen ein- Deutschen wird in den kommenden Jahren den Motor- Antriebssystem entschieden? Königreich zu Zytek
wandfrei und zuverlässig funktioniert.» Tourenwagen sport nachhaltig beeinflussen. Der Einsatz von maxon Produkten bei Zytek zurück. John
In der Vergangenheit hatte Draco Interna- Masters (DTM). begann im Juli 2011. Wir waren tief beein- Manchester hat gros-
sen Einfluss auf
tional Racing einst Piloten wie Felipe Massa, Was ist in Ihren Augen die bedeutendste druckt von der technischen Unterstützung die Entwicklung des
Pastor Maldonado und Rubens Barrichello Entwicklung in der Automobilindustrie und dem Service, die wir von maxon erhiel- Geschäftsbereichs
unter Vertrag. In anderen Teams brachte For- der letzten zwanzig Jahre? ten. In den Drive-by-Wire-Drosselklappen Zytek Engineering
mel Renault 3.5 Top-Piloten wie Sebastian Wettbewerb Die Entwicklung von Hybrid- und Elekt- des Renault-FR3.5-Motors sind die maxon Technology Facility.
Vettel, Fernando Alonso und Robert Kubica rofahrzeugen führte zu tiefgreifenden Än- Motoren sehr extremen Umgebungsbedin-
hervor. Vettel ist heute vierfacher Formel- Wer macht das Rennen? derungen in der Art der Fahrzeuge, die wir gungen ausgesetzt. Die maxon Leute haben
1-Weltmeister, Alonso gewann die heute und in Zukunft fahren werden. Der sich mit diesem Problem intensiv beschäftigt
Formel-1-Krone zwei Mal. Jede Optimierung lohnt Motorsport erfordert und Verbesserungsvorschläge für ihr Produkt
Dienstschluss für Nico Müller. In sich, auch wenn es Wir waren beeindruckt eine ständige Entwick- unterbreitet, um es optimal an die Anwen-
Jeans und Poloshirt verabschiedet er
dabei nur um Zehntel- vom Service, den wir lung und Verbesserung dung anzupassen. Seit Beginn unserer Zusam-
sich vom Team und sagt, zum Repor- menarbeit haben wir sehr gute Beziehungen
ter gewandt: «Einen Rennwagen hat sekunden geht.
von maxon erhielten. der Produkte in sehr
kurzen Zeitabständen. zu maxon. Mittlerweile verwenden wir maxon
man nur in Vollgas- und Bremspha- Fotos: Paolo Pellegrini, iStockphoto/JestersCap, Zytek Engineering Ltd Damit verbunden ist natürlich eine sehr viel Produkte auch in anderen Anwendungen –
sen wirklich im Griff.» Während dieser noch schnellere Entwicklung, als dies in der Seri- etwa in der neuen Kupplungssteuerung, die
über den gehörten Satz nachdenkt, öffnet enproduktion der Fall ist. Zytek war dadurch wir in der nächsten Saison einsetzen werden.
Nico den Kofferraum seines Mietautos, ver- in der Lage, in grossen Schritten den Tech-
staut seine XXL-Sporttasche und setzt sich nologietransfer aus dem Motorsport in die Wie sieht Ihrer Meinung nach die
ans Steuer, um zum Hotel zurückzufahren. Er Gewinnen Sie zwei Wochenendtickets für Massenfertigung von Produkten im Auto- automobile Zukunft aus, gerade auch
fährt gemächlich los, beinahe verdächtig un- das Formel-1-Highlight «Großer Preis mobilbau voranzutreiben, wodurch natürlich im Motorsport?
auffällig. Santander von Deutschland» vom 18. bis eine erheblich schnellere Verbesserung der Ich glaube, dass die wichtigsten Veränderun-
20. Juli 2014 auf dem Hockenheim-Ring.
Produkte ermöglicht wurde. gen bei Serienfahrzeugen und im Motorsport
Laden Sie jetzt die Tablet-Ausgabe 1//2014
in der Entwicklung von komplett elektrischen
herunter und machen Sie mit. Teilnahme-
schluss ist der 30. Juni 2014. Unterhält Zytek immer noch und Hybridantrieben stattfinden werden.
magazin.maxonmotor.ch seinen eigenen Rennstall? Wenn ja, Dies wird die Entwicklung alternativer und
mit welchem Ziel? effizienterer Antriebe begünstigen.
Jetzt mitmachen!
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
16 Fokus __ Drei Thesen Drei Thesen __ Fokus 17
«Geschwindigkeit und Ökologie die immerhin eine 10 Mal grössere Energie-
dichte haben sollen als heutige Lithium-Ionen-
These 2:
Um das Jahr 2030 wird das Auto-
sind kein Widerspruch»
Batterien. Da der Wirkungsgrad eines Elektro
antriebes mit rund 90 Prozent – im Gegensatz
mobil endlich seinem Namen
zu nur 30 Prozent für den Verbrennungsmo- gerecht: Es beschleunigt und
tor – sehr hoch ist, fiele der Vergleich für das bremst selbstständig und findet
Elektrofahrzeug damit schon gar nicht mal so seinen Weg von alleine. Selbst
Batteriebetriebene Autos für alle, Autos ohne Fahrer und schlecht aus.
Um aber heute mit einem Elektrofahrzeug ans Steuer setzen wir uns nur
Energieeffizienz im Motorsport – Dominik Stockmann nimmt
500 Kilometer weit zu kommen, braucht es noch zum Vergnügen.
Stellung zu drei visionären Thesen. im Moment noch einen etwa 800 Kilo-
gramm schweren Akku. Deshalb wird Selbstfahrende Autos werden schon heu-
in der Entwicklung von Elektrofahr- te getestet. Google hat ein autonomes Auto
zeugen versucht, das durch die Bat- entwickelt, das in Kalifornien bereits 600 000
These 1:
terien verursachte Zusatzgewicht Kilometer auf öffentlichen Strassen zurück
Langsam setzt sich die Erkennt- mit aufwendiger Leichtbauweise gelegt hat. Auch viele der führenden Auto
nis durch, dass Erdöl zum Ver- zu kompensieren. Hier bietet sich mobilbauer arbeiten an der Entwicklung sol-
brennen zu schade ist. 2025 wird an, verschiedene Technologien und cher Fahrzeuge. Die grösste Herausforderung
Materialien zu übernehmen, die im dabei sind die Kosten. Ein solches Versuchs-
es in hochentwickelten Staaten Rennsport und in der Raumfahrt fahrzeug ist heute nach Schätzungen von Ex-
mehr Autos mit Elektro- als mit entwickelt wurden, etwa extrem perten mit Sensoren, Software und Hardware
Verbrennungsmotoren geben. leichte und steife Kohlefasern für den im Wert von über 80 000 Schweizer Franken
Karosseriebau. ausgerüstet. Das ist für ein normales Auto
Der Strom kommt aus mitge-
Um eine Ablösung von fossilen Ener- natürlich viel zu teuer.
führten Batterien oder aus Was- gieträgern zu erreichen, müssen also Viele dieser ausgeklügelten Systeme sind
serstoff-Brennstoffzellen. neue Akkutechnologien erforscht, ent- in Fahrzeugen der Luxusklasse allerdings
wickelt und zur Serienreife gebracht bereits heute eingebaut. Sie erkennen bei-
Das kritische Element bei der Elektromobilität werden. Darüber hinaus müssen spielsweise die Begrenzungslinien der Fahr-
ist heute nach wie vor der Energiespeicher. diese Technologien bezahlbar spur. Nähert sich das Fahrzeug ungewollt
Die modernsten Batterien, die in Elektro- sein, um sich auch in Grossse- der Begrenzungslinie, hilft das System dem
autos gegenwärtig eingesetzt werden, sind rien-Fahrzeugen durchzuset- Fahrer mit dezenten Lenkeingriffen auf die
Lithium-Ionen-Batterien. Von der Energie- zen. Grundsätzlich ist aber Spur zurück oder warnt ihn mittels sanfter
dichte von Treibstoffen wie Diesel oder Ben- anzunehmen, dass sich Vibrationen des Lenkrads. Darüber hinaus
zin sind diese Akkus heute aber noch weit die Batterie als Energie- sind Fahrzeuge schon heute in der Lage, den
entfernt. In einem Liter Benzin steckt die speicher gegenüber der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug
Energie von etwa 10 000 Wattstunden pro Brennstoffzelle durchset- konstant zu halten, Notbremsungen einzu
Kilogramm (Wh / kg). Heutige Lithium- zen wird, da diese noch leiten und automatisch einzuparken.
Ionen-Akkuzellen, wie sie in den besten Elek- Dominik Stockmann ist seit 2010 weit grössere techno- Audi schickte beim legendären «Pikes
als Leiter Engineering Motoren bei logische Durchbrüche Peak»-Bergrennen in den USA bereits im
trofahrzeugen verbaut sind, haben eine Ener-
maxon motor tätig. Davor belegte er
giedichte von ungefähr 120 Wattstunden pro während zwölf Jahren verschiedene bräuchte, um wettbe- Jahr 2010 einen unbemannten Rennwagen
Kilogramm, also etwa 80 Mal weniger. Aktu- leitende Positionen beim Schweizer werbsfähig zu sein. auf die Strecke. Die knapp 20 Kilometer lange,
ell verspricht man sich grosses Potenzial von Formel-1-Team von Sauber Motor- Ob die Mehrheit der abgesperrte Rennstrecke auf den 4301 Meter
der Entwicklung von Zink-Luft-Batterien, sport. Stockmann war zuerst für die Menschen in hochent- hohen Gipfel in den Rocky Mountains wurde
Getriebe- und Fahrwerkkonstruktion
zuständig, bevor er als Head of wickelten Staaten bereits dabei in 27 Minuten ohne einen menschli-
Mechanical Design für alle mechani- 2025 mit einem Elektro- chen Eingriff in die Steuerung zurückgelegt.
schen Systeme verantwortlich auto unterwegs sind, wird Das entsprach einer durchaus akzeptablen
zeichnete. Weitere berufliche Stationen sich zeigen. Eins ist jedoch Zeit, lag aber weit weg von der Bestzeit, die
waren: Projektleiter für Halbleiter-
Bestückungsmaschinen bei der ESEC sicher: Früher oder später bei ungefähr 10 Minuten lag.
AG, Inbetriebsetzungsingenieur wird sich die Elektromo Eines Tages werden autonom fahrende
bilität durchsetzen. Autos aber den Strassenverkehr revolutionie-
Fotos: maxon motor ag,
für Wasserkraftwerke bei der Sulzer
Die Technikstudie «Audi Hydro AG und Konstrukteur beim ren. Der Grossteil der heutigen Verkehrsun-
urban concept»: Elektrogerätehersteller Leister.
2014 Audia AG
Ultra-Leichtbau-Karosse- Dominik Stockmann ist Maschinen- fälle geht auf menschliches Versagen zurück.
rie trifft auf kraftvolle ingenieur FH und hat einen Executive Dank computergesteuerter Autos wird sich
Lithium-Ionen-Batterien. MBA absolviert. die Zahl der Unfälle deutlich reduzieren.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014
18 Fokus __ Drei Thesen Fahrerassistenz __ Fokus 19
Zudem werden sich durch die Kommuni «LaFerrari», der McLaren P1 und der Porsche
kation zwischen den Fahrzeugen Staus 918 Spyder, sind alles Hybridfahrzeuge, die
vermeiden lassen, was auch wirtschaftliche erst mit der Unterstützung von Elektromo-
Vorteile bringt. toren richtig schnell werden. Der Elektromo-
Das selbstfahrende Auto muss nicht neu tor hat den Vorteil, dass sofort das maximale
erfunden, sondern nur fertig entwickelt und Drehmoment ansteht und er den Verbren-
erschwinglich werden. Im Jahre 2030 wird es nungsmotor, der erst bei höheren Drehzahlen
eine Selbstverständlichkeit sein, dass Fahr- das höchste Drehmoment abgibt, optimal er-
zeuge, zumindest auf der Autobahn, komplett gänzen kann.
autonom verkehren. Bei Sportwagen werden die gleichen An-
strengungen wie bei gewöhnlichen Personen-
wagen unternommen, um sie energieeffizienter
zu machen. Auch im Automobilrennsport,
insbesondere in der Formel 1, wird die
Energieeffizienz wichtiger. Seit 2009 hat mit
dem KERS (Kinetic Energy Recovery Sys-
tem) auch die Hybridtechnologie Einzug
Die selbstfahrenden gehalten. Das ist zwar zehn Jahre später, als das
Autos von Google
erste hybride Grossserienauto auf den Markt
sind mit Laser, Radar,
GPS und Kameras kam, immerhin geht der Trend aber in die
ausgestattet. richtige Richtung, auch wenn er noch wenig
ausgeprägt ist.
Die Hybridsystemleistung, die aus dem
F1-Reglement für die Saison 2014 resultiert,
setzt sich aus circa 600 PS aus dem Verbren-
These 3: nungsmotor und 160 PS aus den Elektromo-
toren zusammen. Um sich noch ausgeprägter
Einerseits gibt es Sportwagen mit auf Energieeffizienz und Elektrifizierung aus-
Verbrennungsmotoren, die in
13,63 Sekunden auf 300 km / h
beschleunigen und damit alle Auf der Spur bleiben
Weltrekorde brechen, anderer-
seits setzt die Autoindustrie Camille Jenatzy in
Fahrerassistenzsysteme können Leben retten. Etwa wenn sie
immer mehr auf Energieeffizienz seinem Elektro- den Fahrer aus dem Sekundenschlaf holen.
auto, mit dem er
und damit auf Elektroautos. als Erster ein
Ein Widerspruch, den es immer Tempo von 100
geben wird.
Kilometern pro
Stunde erreichte. F ahrerassistenzsysteme in Autos sind Instru-
mente, die Leben retten können – sei es in
Oberklasse mit Motoren. Basismotor ist der
bürstenbehaftete A-max 16 (Edelmetallbürs-
Seit jeher hat der Mensch das Bedürfnis, zurichten, müsste das Verhältnis wohl gerade Form einer Abstandsregelautomatik, eines ten, 2 Watt), der für die Anwendung mit ei-
Rekorde zu brechen – sei es, als Erster auf umgekehrt sein – 600 PS Elektromotor zu Brems- oder Spurhalteassistenten. Letztere, so- nem Unwuchtgewicht und einer spezifizier-
einem Gipfel zu stehen oder die Schallmau- 160 PS Verbrennungsmotor. Diesen Trend genannte Lane-Departure-Warning-Systeme ten Lagerung modifiziert wurde. Damit die
er zu durchbrechen. Auch in der Automobil- bestätigt die 2014 erstmals ausgetragene For- (ldw), warnen den Fahrer, bevor er unbeab- anderen Systeme des Fahrzeugs durch die
Fotos: Wikipedia/Mariaordo, Wikipedia/teethdozen,
entwicklung wurden neue Errungenschaften mel-E-Meisterschaft, bei der 100%ige Elekt- sichtigt die Fahrspur verlässt. Dabei hel- elektromagnetischen Felder des Motors
!
maxon motor ag, iStockphoto Igor Alecsander
stets mit neuen Rekorden oder mit Wett- rorennwagen an den Start gehen. fen unterschiedliche optische Systeme nicht beeinflusst werden, ist er mit einer
bewerben bewiesen. Zu erwähnen ist hier Der Widerspruch zwischen Hochleis- und Computer, die Position des Fahr- speziell auf den Automotive-Bereich
unbedingt die Rekordfahrt von Camille tungssportwagen, Rennwagen und energieef- zeugs in der Fahrspur zu bestim- ausgerichteten EMV-Entstörung
Jenatzy in Frankreich. Jenatzy knackte 1899 fizienten Autos ist heute nicht mehr so gross, men. Droht der Wagen von der ausgestattet. Die Anforderungen an
mit einem Elektrofahrzeug als Erster die wie es gelegentlich scheint. Aber solange der Spur abzukommen, steuert das System einen das kleine Antriebssystem sind hoch: Es soll
magische 100-km-pro-Stunde-Grenze. Das Mensch sich in Geschwindigkeitswettbewer- Elektromotor im Lenkrad an, der dieses zum geräuscharm sein, dynamisch, über eine hohe
maxon A-max 16
zeigt, dass Weltrekorde und Ökologie schon ben misst und das Bedürfnis hat, Weltrekorde Ø 16 mm, Edelmetall-
Vibrieren bringt und so den Fahrer alarmiert. Leistungsdichte verfügen und kompakt sein
vor über 100 Jahren kein Widerspruch waren. aufzustellen, wird dieser Widerspruch wohl bürsten CLL, 2 Watt, maxon motor beliefert für diese An- – all diese Anforderungen konnte der kleine
Die neusten Supersportwagen, wie der Ferrari fortbestehen. mit Terminals wendung einen Hersteller im Segment der A-max 16 problemlos erfüllen.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014Antriebstechnik in all ihren Facetten, multi- medial und interaktiv: Die Tablet-Ausgaben von driven gibt es kostenlos im Apple App Store und im Google Play Store. Mehr Infos unter: magazin.maxonmotor.ch
22 Fokus __ Fertigung Fertigung __ Fokus 23
Helles Köpfchen
Der FiberCut-Laserschneidkopf von Laser Mechanisms schneidet Metall
muss die Herstellung zum Beispiel von Unter-
bauträgern effizient sein. Bei der Montage ist
wie Butter. Präzis und schnell. Für den richtigen Abstand zwischen Laserdüse Genauigkeit sehr wichtig.
und Werkstück sorgen DC-Motoren und Planetengetriebe von maxon. Der bürstenbehaftete Motor RE-max 29
von maxon bietet eine hohe Leistungsdichte,
Text: Deb Setters
was für Laser Mechanisms das wichtigste Kri-
terium war. Weitere Vorteile sind die Strapa-
zierfähigkeit und die lange Lebensdauer des
DC-Motors. Dank seines eisenlosen Kerns ist
die elektrische Erosion zwischen den Bürsten
und den Kommutationssegmenten gering.
200 mm pro Sekunde, 24 / 7
Der FiberCut kann sich mit bis zu 200 mm
maxon RE-max 29 pro Sekunde bewegen. Weil sich der untere
Ø 29 mm, Teil des Kopfs auf und ab bewegt, um den
bürstenbehaftet
Abstand zwischen dem Laser und dem zu
schneidenden Metallteil konstant zu halten,
beträgt der maximale Weg in einer Auf-und-
ab-Bewegung nur 25 mm. Dabei wird der
FiberCut-Kopf mit Federkraft
«Eine hohe Drehzahl ausgefahren und durch den
maxon GP22
Planetengetriebe
Ø 22 mm
I
n allen Bereichen der Automobilindustrie
kommen hochentwickelte Lasersysteme
sen automatisch aufrecht. Auf diese Weise
führt der Schneidkopf dreidimensionale
war für uns DC-Motor zurückgeholt.
das Wichtigste.» nenZudesdenFiberCut weiteren Funktio-
Laser Pro-
zum Einsatz, sei es zum Schneiden, Schweis- Schnitte von hoher Genauigkeit aus. Gerry Hermann, Laser Mechanisms cessing Head zählen eine Lin-
Millimetergenau sen, Bohren, Anreissen oder zur Oberflä- se mit justierbarer Brennweite
Für die Laserschneidköpfe chenbehandlung. Solche Anwendungen kön- Präzision bei hohen Drehzahlen zur Brennpunkteinstellung sowie ein nocken-
der FiberCut-Baureihe
nen mit Lasern aller Art umgesetzt werden, Zur FiberCut-Baureihe gehören drei Köp- betriebenes Antriebssystem mit axialem Kol-
werden bürstenbehaftete
maxon Motoren des Typs etwa mit CO2-, Nd:YAG- oder Glasfasertech- fe: ein gerader, ein rechtwinkliger und ein lisionsschutz. Die Köpfe funktionieren mit
RE-max 29 als Schlüssel- nologie. kompakter Schneidkopf. Sie alle verwenden allen gängigen Glasfaser-Lasersystemen bis
komponenten für die Das Unternehmen Laser Mechanisms aus den bürstenbehafteten maxon DC-Motor 4 kW mit Wellenlängen von 1064 /1080 nm.
Spitzenabstandsregelung
Novi im US-Bundesstaat Michigan zählt zu RE-max 29 für die Spitzenabstandsregelung. Kabel und Hilfsgasleitungen werden innen-
eingesetzt. Sie sitzen im
Gehäuse des Schneid- den Innovatoren der Branche. Es produziert Dazu kommt ein von maxon gefertigtes liegend verlegt, um zu verhindern, dass sie
kopfs, wie die 3-D-Zeich- Komponenten zur Verbesserung von Leis- GP22-Planetengetriebe (19:1). Gerry Her- sich bei der Arbeit an Strukturteilen verfan-
nung zeigt. Jedes System tung, Sicherheit und Flexibilität unter Wah- mann, Senior Electrical Engineer bei Laser gen oder reissen.
verwendet ausserdem ein
rung von Benutzerfreundlichkeit, Effektivität Mechanisms, sagt: «Hohe Drehzahl ist das Jeder Kopf der Baureihe hat einen versie-
GP22-Planetengetriebe.
Der Motor bietet eine hohe und geringen Kosten. Zu den neusten Ent- wichtigste Merkmal. Und daraus ergibt sich gelten Strahlengang und ist für einen Rund-
Leistungsdichte. Weitere wicklungen des Unternehmens zählt die Pro- zwangsläufig die Erfordernis von Genauigkeit um-die-Uhr-Einsatz ausgelegt. Das Hauptge-
Vorteile sind seine duktfamilie «FiberCut™ Laser Cutting Head». bei hohen Drehzahlen.» häuse wird mit Trockenluft gereinigt, um das
Haltbarkeit und seine
Der FiberCut-Laserkopf kollimiert und Die Köpfe lassen sich an die meisten FiberCut-Köpfe Innere sauber zu halten. Das ist wichtig, um
Fotos: Laser Mechanisms, maxon motor ag
lange Lebensdauer. Dank werden vor allem
des eisenlosen Kerns ist fokussiert einen Laserstrahl zum sauberen Roboterarme anschliessen, die in den Ferti- das Eindringen von Verschmutzungen in die
in der Autoindust-
die elektrische Erosion Schneiden von Metallflächen. Das 3-D- gungsstrassen der Automobilindustrie ver- rie eingesetzt, Optik oder die Motorkammer zu verhindern.
zwischen den Bürsten und Schneidgerät hat ein geringes Gewicht, um wendet werden. Die Laser schneiden grosse etwa zum Die in diesem Gerät verbauten maxon Moto-
den Kommutationsseg-
die Trägheitsbelastung des Roboterarms zu Karosseriebleche für PKW und LKW sowie Schneiden von ren produzieren keine Partikel, die die Optik
menten gering. Unterbauträgern.
minimieren. Die FiberCut-Düse misst mit ei- kleinere tragende Teile wie Unterbauträger beschädigen oder zu einer Fehleinstellung der
ner patentierten Sensortechnologie von Laser oder Strukturteile für die Tragfestigkeit und Spitzenabstandsregelung führen könnten. Ein
Mechanisms zudem den erforderlichen Ab- Sicherheit des Autos. Um mit dem Tempo weiterer Vorteil des DC-Motors ist der ge-
stand der Spitze vom Werkstück und hält die- von Fertigungsstrecken mithalten zu können, räuscharme Betrieb.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201424 Innovation __ Humanoidroboter Humanoidroboter __ Innovation 25
Im Bild das Team der
Universität Tokio und die
verantwortlichen maxon
Mitarbeiter (v.l.n.r. oben):
Yoshito Ito, Hironori
Mizoguchi, Prof. Kei Okada,
Kenshiro, Takuma Shirai,
Toyotaka Kozuki, Marc
Gottenkieny (maxon motor
ag). Unten: Yotaro Motegi,
Oliver Camenzind (maxon
motor ag), Yuki Asano.
Kräftig
wie ein
Der Name Kenshiro ist
in Japan durch einen
Helden aus einer Manga-
Comic-Serie aus den
1980er-Jahren bekannt.
Um der menschlichen
Manga-
Anatomie so nah wie mög-
lich zu kommen, verfügt
Kenshiro über die wichtigs-
ten menschlichen Mus-
keln: 50 Antriebe als künst-
liche Muskeln in den
Beinen, 76 im Torso, 12 in maxon EC 16
Held
der Schulter und 22 im Ø 16 mm, bürstenlos,
Hals. Damit hat der Roboter 60 Watt
die grösste Anzahl an
Muskeln, die jemals in
einem humanoiden
Roboter verbaut wurden.
Die Forscher des Jouhou
System Kougaku Laboratory maxon EC 22
Der 1,58 Meter grosse Roboter hört auf (JSK) der Universität Tokio
haben sich beim Antriebs
Ø 22 mm, bürstenlos,
100 Watt
den Namen Kenshiro. Er wurde von system für maxon motor ent-
schieden. Die 160 künstlichen
der Universität Tokio ins Leben gerufen Muskeln von Kenshiro
werden von 93 bürstenlosen
und hat 160 Muskeln, die über Sehnen maxon EC (BLDC) Motoren
Hohe Dynamik
Für Kenshiro werden die
von 93 bürstenlosen maxon Motoren ge- kontrahiert. bürstenlosen Motoren
EC 16 und EC 22 ver-
steuert werden. Der humanoide Roboter wendet. Die elektronisch
kommutierten Servo-
«Wir wollten
ist das beeindruckende Ergebnis jahre- die menschlichen motoren zeichnen sich
Bewegungen durch ein günstiges
langer Forschung. verstehen und Drehmomentverhalten,
mit Kenshiro hohe Dynamik, einen
Text: Anja Schütz möglichst genau extrem grossen Dreh-
wiedergeben», erklärt zahlbereich und eine
Prof. Kei Okada. hohe Lebensdauer aus.
Kenshiro entspricht Die Motoren verfügen
Fotos: maxon motor ag
mit einer Grösse über 60 bis 100 Watt. Da
von 1,58 Metern die Motoren im Roboter
und einem Gewicht nicht gekühlt werden
von 50 Kilogramm können, war zentral, dass
einem zwölf Jahre sie nur wenig Wärme
alten Jungen. entwickeln.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014 driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014Entwicklung __ Exploration 27
Venus Erde
max. 470 °C max. 60 °C
Venus, der heisse
Schwesterplanet
Die Venus ist der «Schwesterplanet» der Erde – so ähnlich die beiden Planeten bei
Durchmesser und Masse sind, umso unterschiedlicher sind sie in ihrer Geschichte
und Atmosphäre. Mit Temperaturen von bis zu 470 °C ist die Venus eine heisse Hölle.
maxon motor entwickelt Motoren, die diese extremen Bedingungen überstehen.
xxx
Text: Anja Schütz
xxx
D er Planet Venus hat fast die gleiche Grös-
se, Masse, Dichte, Zusammensetzung und
hat die NASA-Magellan-Sonde in den frühen
1990er-Jahren 98 Prozent der Venusoberflä-
Schwerkraft wie die Erde. Doch in dieser Welt che erfasst.
herrschen Temperaturen, die ausreichen, um
Blei zu schmelzen. Die Venus ist von einer maxon motor und die Venus
sehr dichten, toxischen Atmosphäre umge- Warum sollte man also keinen Motor für die
ben. Darunter liegt eine verbrannte Welt mit Venus bauen? Die erste Anfrage kam vom Jet
Temperaturen um 470 °C und einem Druck, Propulsion Laboratory (JPL), welches Satelli-
der neunzig Mal höher als auf der Erde ist. ten und Raumsonden für die NASA baut und
Hier findet man solche Drücke nur einen steuert. Um eines Tages die Venus beispiels-
Kilometer unter der Meeresoberfläche. Die weise mit einer Sonde erforschen zu können,
Venusatmosphäre besteht hauptsächlich aus entwickelte maxon motor folgende Lösung:
Kohlendioxid, mit Wolken aus Schwefel den UHT, einen Ultrahochtemperaturmotor
säuretröpfchen. Ein Blick unter die Wolken aus Materialien, die Temperaturen von 500 °C
zeigt Vulkane und deformierte Gebirgszüge. und mehr widerstehen können. maxon mo-
Die Venus rotiert sehr langsam um ihre eige- tor verwendete daher nur Teile
ne Achse und in entgegengesetzter Richtung, aus rostbeständigem Stahl und Harte Kerle für alle
wie die meisten anderen Planeten auch. Das Keramik – so ist beispielsweise Umstände: Das sind
In dieser «Kraterfarm» genannten bedeutet, dass die Sonne auf der Venus im die Wicklung durch ein Kera-
Aufnahme von 1991 des
Westen auf- und im Osten untergeht. mikteil stabilisiert. Erstes Ziel des
die Motoren der
Projekts war es, den Betrieb der maxon HD-Serie.
NASA-Satelliten Magellan sieht
man die bizarren Krater auf Man könnte meinen, ein Planet mit der-
der Venus. Diese zeugen von art extremen Temperaturen und Drücken sei Antriebssysteme bei über 400 °C
Fotos: NASA /JPL
enormen vulkanischen unmöglich zu erforschen. Doch es ist nicht zu gewährleisten: Bereits im September 2012
Aktivitäten auf dem Planeten.
unmöglich! Mehr als 40 Raumsonden haben hatte maxon motor erfolgreich 420 °C getestet.
die Venus bereits aus der Luft erforscht. So Im nächsten Schritt lief der spezielle Motor
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201428 Exploration __ Entwicklung
Am 5. Juni 2012 schob
sich die Venus langsam
vor die Sonne. Auf
dann eine Stunde bei 450 °C. Diese neue Art dem Foto (links)
von Motoren kann in jeglichen Anwendun- erscheint sie als kleiner
gen, in denen besonders hohe Umgebungs- schwarzer Punkt.
temperaturen herrschen, eingesetzt werden; Das Bild rechts zeigt
sämtliche Planeten
wie zum Beispiel in Feuerlöschrobotern, in unseres Sonnensystems.
der Tiefbohrtechnik und in der Raumfahrt.
Motoren für Extrembedingungen
Der Venusmotor basiert auf den Heavy-Duty-
Motoren (HD) von maxon motor. Von die-
sem maxon Standardmotor wurden wichtige
Komponenten abgeleitet und das bestehende Eine weitere Anforderung an die Motoren
Wissen für die Entwicklung eines hochgra- mit 22 mm Durchmesser ist die Fähigkeit,
Im Ultrahochtemperatur dig wärmebeständigen Motors genutzt. Mit Vibrationen bis zu 25 G sowie Stössen und
motor von maxon motor dem bürstenlosen EC 22 HD und dem elek- Schlägen bis zu 100 G zu widerstehen. Das ist
kommen nur Materialien tronisch kommutierten EC-4pole 32 HD das 100-Fache der Erdbeschleunigung. Zum
zum Einsatz, die auch bringt maxon motor Standardmotoren für Vergleich: Ein Formel-1-Rennwagen ist etwa
Temperaturen von über
500 °C überstehen. extreme Betriebsbedingungen auf den Markt. 2 G ausgesetzt, ein Kampfflugzeug etwa 13 G.
Entwickelt für die höchsten Anforderungen Die HD-Motoren sind hocheffizient und bie-
der Tiefbohrtechnik, widerstehen die elek- ten daher die besten Grundvoraussetzungen
tronisch kommutierten Motoren auch den für batteriebetriebene Anwendungen. So
härtesten Bedingungen. Die unterschiedli- ist beispielsweise der EC-4pole 32 HD ideal
chen Varianten des EC 22 HD sind für den für den Einsatz bei extremen Temperaturen,
Betrieb in Luft, im Ölbad oder in Hydraulik- mit starker Vibration oder im Ultrahochva-
flüssigkeit ausgelegt. Die Nennleistung hängt kuum. Deshalb können die Motoren auch in
vom umgebenden Medium ab und beträgt der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden,
durchschnittlich 80 Watt in Luft (220 Watt beispielsweise als Starter für Gasturbinen, in
EC-4pole 32 HD) und aufgrund der erheb- den Generatoren von Düsentriebwerken, zur
lich höheren Wärmeabfuhr 240 Watt im Öl- Regelung von Verbrennungsmotoren und für
bad (480 Watt EC-4pole 32 HD). Sie sind auf Erkundungsroboter. Für die Verwendung des
Der bürstenlose
EC-4pole 32 HD ist für
Umgebungstemperaturen von über 200 °C Motors in Verbindung mit einem Getriebe
den Betrieb in (390 °F) und Umgebungsdrücke von bis zu bietet maxon das GP 32 HD an, ein leistungs-
Luft oder Öl ausgelegt. 1700 bar (25 000 psi) ausgelegt. starkes und robustes Planetengetriebe.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 2014Energieeffizienz __ Expertise 29
Fachartikelserie, Teil 1 vom Verhältnis Ausgangsleistung (Eingangs-
leistung abzüglich Verlusten) zu Eingangs-
Energieeffizienz
leistung gebildet. Typische Wirkungsgrade
liegen für DC-Motoren optimal bei 80 bis
90 Prozent, für getaktete Regler bei 90 bis
bei Kleinstantrieben
98 Prozent, bei Planetengetrieben pro Stu-
fe bei etwa 90 Prozent und bei Schnecken
getrieben bei weniger als 40 Prozent.
Geringer Strombedarf. Erwärmung. Leistungsdichte. Energieeffizienz-Aspekte beim Motor
Gerade bei Kleinstantrieben spielen diese Faktoren eine Die Energieumwandlung wird durch die
wesentliche Rolle, sollen sie energieeffizient betrieben Drehmomentkonstante kM und die Dreh-
zahlkonstante kn beschrieben. Dabei ist zu
werden. beachten, dass die Drehzahlkonstante kn der
Text: Jan Braun Kehrwert der Drehmomentkonstanten kM ist.
Die gesamte Umwandlung kann also durch
E nergieeffizienz ist nicht nur im Automotive-
Bereich, sondern auch bei viel kleineren
kM ausgedrückt werden.
Nicht die gesamte elektrische Eingangs-
leistung wird in mechanische Leistung um-
Motoren ein wichtiger Faktor. Typische gewandelt. Nach Abzug des Spannungsabfalls
Anwendungen sind batterie- und akkubetrie- aufgrund des elektrischen Widerstands bleibt
bene Geräte oder auch Raumfahrtanwendun- die induzierte Spannung Ui übrig. Ebenfalls
gen. Beispiele sind Lasernivelliergeräte, moto wird nicht die gesamte erzeugte mechanische
risierte Golfcaddies, medizinische Power Leistung an der Motorwelle zur Verfügung
Tools, Insulinpumpen, Roboter, Verpackungs stehen.
maschinen oder Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Die elektrische Verlustleistung ist der Teil
Bei diesen Anwendungen gilt es, die der elektrischen Leistung, welche nicht in
Jan Braun
vorhandene elektrische Leistung möglichst mechanische Leistung umgewandelt wird.
Jan Braun – 1974 geboren in
Aschaffenburg (D), Elektrotechnik- gut zu nutzen. Dies bedeutet auch, dass der Sie ist durch die Verluste aufgrund des Last-
studium an der Fachhochschule Antrieb wenig Wärmeverlust aufweist, der stroms, also durch Stromwärme- oder Kup-
(HTL) in Biel (CH) – begann seine Temperaturanstieg also auf ein Minimum ferverluste, gegeben und ändert sich mit dem
berufliche Laufbahn mit der
reduziert werden kann. Quadrat des Stroms (Last). Die mechanische
Programmierung und Inbetrieb-
nahme von Achterbahnen und Der Wirkungsgrad einer Antriebskom- Verlustleistung nach der Leistungsumwand-
grossen Antrieben im Kilowatt- ponente beschreibt die Verluste und wird lung beinhaltet die Reibung in Lagern und
bereich. Seit nunmehr elf Jahren
beschäftigt er sich bei maxon
motor ag mit Kleinstantrieben. Er
Fotos: NASA / SDO, AIA, The International Astronomical Union/Martin Kornmesser / DLR,
betreute im Verkauf als technischer
Sales Supporter Deutschland
und die nordeuropäischen Länder
und führt nun erfolgreich techni-
sche Schulungen für die weltweite
Verkaufsorganisation sowie
Kundenseminare durch.
maxon motor ag, Schweiz
academy@maxonmotor.com
Der motorisierte
Golfcaddie hat
maxon motor ag, Jutec GmbH
dank der speziell
entwickelten
Hochleistungs-
motoren von
maxon motor
jede Menge Kraft
und Leistung.
driven Das Magazin von maxon motor 1 // 201430 Expertise __ Energieeffizienz Energieeffizienz __ Expertise 31
Verlustmodell im Motor Bürsten sowie Eisenverluste, die mathema- nung des Motors abhängt. Da der Anlauf-
tisch ähnlich wie eine drehzahlabhängige strom im Verhältnis zum Leerlaufstrom mit
Die Grafik zeigt, wie Verluste im Motor entstehen.
Annahme: Die Leistungsumwandlung selbst ist verlustfrei.
Reibung behandelt werden können. Wirbel- zunehmender Spannung viel mehr ansteigt,
stromverluste treten bei bürstenlosen DC- nimmt auch der Wirkungsgrad mit zuneh-
Motoren – auch EC-Motoren genannt – auf. Der mender Spannung zu. Weiter ergibt sich, dass
Elektrische Motor Mechanische
Leistung Leistung im EC-Motor rotierende Magnet induziert der Wirkungsgradverlauf bei tiefer Spannung
Leistungs- im Rückschluss des Stators Wirbelströme. viel stärker vom Motordrehmoment abhängt Eisenloser maxon DC
Ui . I ni . Mi Bürstenlose maxon EC-Motoren trump- als bei hoher Speisespannung. Um die Ver- motor RE 25
umformung Pout =
Pin = Umot . I nmot. Mmot fen dafür mit einer höheren Lebensdau- luste im Motor abzuschätzen und in Berech-
kn . Ui = ni er und sehr hohen Drehzahlen auf, welche nungen zu berücksichtigen, ist es besser, an-
k .I=M
M i beispielsweise bei Maniküre- und Pediküre- statt des Wirkungsgrades den Leerlaufstrom
geräten verlangt werden. Leider nehmen aber heranzuziehen.
auch die Wirbelströme mit zunehmender Bei batteriebetriebenen Anwendungen
Drehzahl zu. wie beispielsweise motorisierten Golfcad-
Elektrische Mechanische
dies kommt es nicht nur auf die kleine
Verlustleistung Verlustleistung
Motor im Leerlaufbereich Verlustleistung an. Ebenso wichtig sind die
PvCu = R . I2 PvFr = ni . MvFr (ni ) Bei Anwendungen, welche hauptsächlich gute Ausnutzung der zur Verfügung stehen-
im Leerlauf oder nahe dem Leerlaufbereich den Spannung und der möglichst geringe Bürstenloser maxon DC
«Lastverluste» «Leerlaufverluste» motor EC-max 30
betrieben werden – wie zum Beispiel Spiegel Stromverbrauch. Ziel ist somit, die Wicklung
– Kupferverluste – Reibverluste
– Hystereseverluste antriebe von Lasernivelliergeräten –, ist die optimal auszulegen, damit sie wenig Strom
– Wirbelstromverluste Reduktion der mechanischen Reibung und konsumiert, um eine möglichst lange Akku-
Eisenverluste essenziell. Diese kann durch die dauer zu erreichen.
Wahl kleinerer Lager, sprich des kleinstmög- Bei Anwendungen in Handgeräten wie
lichen Motors, und durch den Einsatz von medizinischen Power Tools sollte deren Ver-
Edelmetall- statt Graphitbürsten reduziert lustleistung, sprich die Erwärmung, möglichst
werden. Bei tiefen Drehzahlen hilft der Ein- klein bleiben. Schon Temperaturen ab 50 °C
satz von Regler und Sensor statt eines mecha- werden vom Nutzer als sehr heiss empfunden.
Wirkungsgraddiagramm eines Motors nischen Antriebs, die mechanische Reibung Weitere Anwendungen sind gekennzeichnet
weiter zu reduzieren. durch ein geringes Leistungsangebot – ein
Zur besseren Darstellung sind alle Parameter normalisiert
und als Prozentsatz des Maximalwertes angegeben. Die Kurven
Besonders wenige Eisenverluste bieten hier gutes Beispiel ist der Mars-Rover. Diese be-
gelten für eine fixe Speisespannung. maxon DC-Motoren mit eisenloser Wicklung nötigen deshalb Antriebe mit einer hohen
und kleine 2-polige EC-Motoren, auch bürs- Leistungs- oder Drehmomentdichte, einem
1 : Im Stillstand bei Drehzahl tenlose DC-Motoren genannt. kleinen Gewicht sowie kleinen Abmessungen.
n/n0, P/UIA, n [%] null ist der Wirkungsgrad und somit
auch die Ausgangsleistung null, Motor im Stillstandbereich Fazit
100% jedoch das Drehmoment maximal.
Wird der Motor im Stillstandbereich – das «Auch Kleinvieh macht Mist. Nur riecht
90%
heisst bei maximalem Drehmoment – be- der Mist etwas anders.» Oder anders gesagt:
Maximale Eingangsleistung
2 : Bei im Vergleich zur Reibung
80%
hohen Abgangsdrehmomenten trieben, ist die Verlustleistung durch die Auch bei Kleinstantrieben kommt es auf die
70% ist der Wirkungsgrad proportional elektrischen Verluste gegeben. Dies, weil bei Energieeffizienz an. Die Aspekte konzentrie-
zur Motordrehzahl bei konstanter
60% Drehzahl null entsprechend auch die Aus- ren sich aber weniger auf die Einsparung von Der Mars-Rover be-
2
Spannung – erkennbar an der
R*I
gangsleistung null ist. Die gesamte aufgenom- Energie als auf geringen Strombedarf, geringe nötigt Antriebe mit
50% Überdeckung der Drehzahl-
einer hohen Leistungs-
Drehmoment-Kennlinie mit der mene elektrische Leistung wird durch die Erwärmung und hohe Leistungsdichte.
40% oder Drehmoment-
Wirkungsgradkennlinie. Kupferverluste in Wärme umgewandelt, was Im nächsten Teil des Fachartikels «Ener-
30% dichte, einem kleinen
3 : Bei sinkendem Abgangs-
den Motor im Stillstand zu einer grossen Hei- gieeffizienz bei Kleinstantrieben» wird detail- Gewicht sowie kleinen
20% Abmessungen.
drehmoment wird die Reibung zung macht. Im Motordiagramm entspricht liert beschrieben, wieso auch die geeignete
Leerlauf 10%
1 Stillstand immer wichtiger und dominiert dies der vertikalen roten Linie ganz rechts. Ansteuerung von Motoren und
0% Stillstand schliesslich. Der Wirkungsgrad Reibung und Eisenverluste sind nicht vorhan- eine effiziente Mechanik
Leerlauf 4
Fotos: maxon motor ag, NASA /JPL
wird somit kleiner.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% M/MH, den, da sich der Motor nicht dreht. wichtig für den Ener
I/IA [%] 4 : Im Leerlauf ist der Wirkungs- gieverbrauch eines
3 2 Wirkungsgrad proportional zu Motordrehzahl
Wirkungsgrad proportional zu Motordrehzahl grad null, da kein Drehmoment Wirkungsgrad in der Praxis Antriebs sind.
abgegeben wird und der Motor Ein hoher Wirkungsgrad bei Nennspannung
die ganze Leistung absorbiert, um
Drehzahl % Ausgangsleistung % Reibung und Eisenverluste zu
ist vor allem ein gutes Verkaufsargument.
Wirkungsgrad % Eingangsleistung % überwinden. Der Leerlaufstrom I0 Jedoch muss berücksichtigt werden, dass der
beschreibt diese Leerlaufverluste. Wirkungsgrad von der jeweiligen Speisespan-
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