Fachbeitrag medizin & technik

[ TECHNIK ]
Elektromotoren: Das Innenleben lässt sich an besondere Anforderungen anpassen
Das etwas andere Blechpaket
Moderne Fertigungstechnologien für kleine, gestanzte Elektroblechpakete erleichtern den Bau miniaturisierter und effizienter Motoren. Die Lamellenpakete können sogar die Form eines
gefrästen oder gedrehten Teiles annehmen.
Gebackene Blechpakete in NO20 ermöglichen auch kleine
Bauformen (links: Durchmesser 12 mm) Bilder: SWD
Minimal-invasive Eingriffe sowie Systeme
und Lösungen, die möglichst autonom
arbeiten und Körperfunktionen rund um die
Uhr unterstützen: Das sind neue Entwicklungen in der Medizintechnik, für die Komponenten wie Sensoren, Motoren, Batterien
und andere so klein wie irgend möglich ausfallen müssen.
Um diesen Anforderungen zu entsprechen,
sind neue Konzepte für kleine Elektromotoren erforderlich. Um zum Beispiel in einer
zentralen Blutpumpe, die das menschlich
Herz unterstützt, eingesetzt zu werden, in
einem unterstützenden Aggregat oder
einer Dosierpumpe, müssen Elektromotoren
eine möglichst hohe Leistungsdichte und
»
Weitere Informationen
Über den Blechpakethersteller:
www.swdag.ch
22 medizin&technik 05/2015
damit minimale Baugröße mitbringen. Um
Abwärme zu vermeiden und die Batterie zu
schonen, muss der Motor hocheffizient arbeiten. Zuverlässig und sicher soll er sein und
möglichst eine an das Gehäuse angepasste
Bauform haben.
Diese Vielzahl von Anforderungen ist nur
mit neuen Ansätzen zu erfüllen. Doch sind
die Möglichkeiten, wie sich auch maßgeschneiderte Motorenkonzepte umsetzen
lassen, noch zu wenig bekannt. Eine wichtige Rolle dabei spielt das Elektroblechpaket.
Es kann als Rundstator, als Magnetträger,
Rotor oder als Stator mit Rückschluss ausgeführt sein und beeinflusst sowohl die
magnetischen und elektrischen Eigenschaften als auch die mechanische Auslegung
des Gesamtmotors.
Setzt man sich frühzeitig in der Entwicklung
mit den Optionen auseinander, die es für
das Elektroblechpaket gibt, kann es im Gesamtdesign anders eingeplant werden – was
letztlich neue Möglichkeiten für das Produkt
ergibt und zu einer besseren Lösung führen
Die Formen lassen sich vielfältig und präzise
gestalten
kann. Dabei gibt es mehrere Ansatzpunkte,
um das Elektroblechpaket nach den jeweiligen Erfordernissen zu gestalten. Die Auswahl des Materials ist der erste Aspekt.
Vom Werkstoff hängen die magnetischen
Eigenschaften ab, und auch die passende
Beschichtung und Isolation zwischen den
Blechlamellen gilt es zu wählen. Dünne Elektrobleche ab 0,1 mm Dicke lassen sich heute
sicher und sauber stanzen und verbessern
die magnetischen Eigenschaften des Blechpaketes.
Ein zweiter Aspekt ist das systematische
oder stochastische Verdrehen der einzelnen
Blechlamellen gegeneinander. In einer intelligenten Fertigungsanlage lässt sich jedes
einzelne Blech in einem exakten Winkel zum
vorherigen drehen. Je nach Zielsetzung kann
so ein magnetisch isotropes Elektroblechpaket aufgebaut werden. Es ist sogar möglich, einen präzisen Drall zu erzeugen, wo
die einzelnen Blechlamellen nur um wenige
Hundertstel Grad gegeneinander verdreht
werden. Durch das Verdrehen lässt sich
auch das Problem der Keilförmigkeit einfach
beherrschen, und es entsteht ein exakt
formgenaues Blechpaket. Für asymmetrische Bauteile wie zum Beispiel Ankerpakete
können heute komplexe Stapelfolgen von
Blechlamellen erzeugt und zuverlässig verbunden werden. Damit kommt man zu
Blechpaketen, deren Form an das Gesamtdesign angepasst ist und die den magnetischen Fluss optimal leiten.
Der dritte Aspekt ist die Verbindung der
Blechlamellen untereinander. Hier wird sich
Backlack als zukunftsweisendes Verfahren
mit vielen Vorteilen weiter etablieren. Mit
Backlack beschichtete Elektroblechlamellen
werden zu einem hochpräzisen und hochsta-
Ihr Stichwort
für
· Blechpakete
miniaturisierte Motoren
der Lamellen
· Verbinden
mit Backlack
für spezielle Bauformen
· Blechpaket
fräsen oder schleifen
bilen, weitgehend kurzschlussfreien Blechpaket verbunden. Der Einsatz von Rohmaterial mit Backlack muss dabei so gut
beherrscht werden, dass kein Lack austritt
und dennoch eine saubere chemische Verbindung entsteht. Damit die oft sehr engen
Toleranzen im Innen- und Aussendurchmesser prozessfähig eingehalten werden können, müssen das Backwerkzeug und die
Backparameter hohe Anforderungen erfüllen. Kalibriert werden kann sowohl auf das
Innen- als auch auf das Außenmaß.
Das gebackene Elektroblechpaket hat den
Vorteil, dass es sehr fest ist und mechanisch
nachbearbeitet werden kann. Ebenfalls
lässt sich das Blechpaket überschleifen oder
überdrehen, um eine sehr exakte Konzentrizität zwischen Innen- und Aussendurchmesser zu erreichen. Damit sind kleinste
Toleranzen möglich, die zum Beispiel einen
prozesssicheren Drehmomentschluss zwischen dem Statorpaket und dem Gehäuse
ermöglichen.
Zusätzlich eröffnet sich die Möglichkeit,
direkt in das Blechpaket zum Beispiel eine
Nut als Drehmomentübergabe einzufräsen.
Auch Löcher für die Aufnahme von kleinen
Besondere Formen? Auch Spezialbauteile können
gestaltet werden
Temperatursensoren können gebohrt werden, was die Baugruppe vereinfacht. Darüber hinaus entfallen zusätzliche Arbeitsschritte. Ein Rotorpaket lässt sich auch mit
einer Formbohrung versehen, also einer
Bohrung mit einem klar bestimmten Drehmomentfenster zwischen Welle und Blechpaket. Die Welle kann kalt gefügt werden,
so dass eine vordefinierte Drehmomentübergabe über den gesamten Toleranzbereich sichergestellt ist. Neben den beschriebenen gibt es viele weitere Möglichkeiten, die Baugruppe zu vereinfachen.
Die SWD AG Stator- und Rotortechnik in
Densbüren/Schweiz setzt die beschriebene
Technik ein und verfügt über langjährige Erfahrung in der Medizintechnik, wobei die bearbeiteten Projekte von der Entwicklung und
den Prototypen bis zur Produktion von
Blechpaketen in Serie reichen.
■ Thomas Stäuble
SWD, Densbüren/Schweiz
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