Bürstenbehaftete DC-Motoren für höhere Temperaturen

Motoren, die bei hohen Umgebungstemperaturen arbeiten können, sind bei maxon ein alter Hut. Schon seit über einem Jahrzehnt sind die HD (Heavy Duty) bürstenlosen DC Motoren erhältlich, die speziell für den Einsatz in Umgebungstemperaturen bis zu 200 °C entwickelt wurden. Doch bislang waren ausschliesslich bürstenlose Motoren für den Einsatz in diesen Temperaturbereichen geeignet. Dem setzt maxon mit dem neuen bürstenbehafteten HT (Hochtemperatur) DC-Motor nun ein Ende.

Ein grosses Öl- und Gasunternehmen benötigte einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, der bei Umgebungstemperaturen von bis zu 180 °C betrieben werden kann, und wandte sich mit diesem Anliegen an maxon. Das Unternehmen verwendet für Inspektionsarbeiten in Rohrleitungen routinemässig ein Multi-Imaging-Tool, das mit einem bürstenbehafteten DC-Motor für hohe Temperaturen angetrieben wird. Doch war das bisher verwendete Antriebssystem den Erdstössen, die mit neueren Werkzeugen einhergehen, nicht gewachsen. Verständlicherweise wollte das Unternehmen aus Zeit- und Kostengründen nicht die gesamte Anlage neu konstruieren. Stattdessen sollte zusammen mit maxon eine Lösung ausgearbeitet werden. Und so machten sich die Ingenieur:innen von maxon daran, ein massgeschneidertes Antriebssystem für Bohrlochanwendungen zu entwickeln, das auf der standardmässigen bürstenbehafteten DC-Motoren-Baureihe DCX mit 22 mm Durchmesser basiert.

Ein neuer Magnet

Als erstes wurden die grundlegenden Teile des Motors, also die Wicklung und der Magnet, unter die Lupe genommen. Anstelle der Samarium-Kobalt-Magnete (SmCo), die in bürstenlosen HD DC-Motoren für hohe Temperaturen Anwendung finden, entschieden sich die Ingenieur:innen für einen neuen Hochtemperaturmagneten aus Neodym (NdFeB). Der Grund: Samarium-Kobalt-Magnete, die für hohe Temperaturen geeignet sind, gibt es schon seit einigen Jahren, aber sie sind nicht so stark wie Neodym-Magnete. Beim Einsatz von Samarium-Kobalt-Magneten wäre der Motor nicht nur etwas schwächer, er müsste auch grösser ausgelegt werden, um das erforderliche Drehmoment zu erreichen.

Eine neue Wicklung

maxon arbeitet schon lange mit Hochtemperaturwicklungen. Die konfigurierbare DCX-Motoren-Baureihe von maxon mit Standardwicklung ist bis zu einer empfohlenen Höchsttemperatur von 125 °C einsetzbar. Temperaturen über diesem Grenzwert würden dazu führen, dass die Isolation in der Wicklung weich und instabil wird und dann auf den Magneten klappen könnte. Deshalb entwarfen die Ingenieur:innen von maxon eine massgeschneiderte Wicklung und produzierten eine Reihe von Mustern. Nachdem die Wicklung validiert war, war der elektromagnetische Kreis komplett.

Ein neuer Bürstendeckel

Ein Motor besteht aus viel mehr als nur dem Magneten und der Wicklung. Nachdem ein praktikables Design für diese Bauteile gefunden war, untersuchten die Ingenieur:innen daher den Rest des Motors, um sicherzustellen, dass auch alle anderen Elemente den hohen Temperaturen standhalten können. Der Standard-Bürstendeckel aus Polymer musste auf hochtemperaturbeständige Materialien umkonstruiert werden.

maxon stellte Erstmuster her und führte Validierungsstudien durch. Ausserdem machte das Testlabor von maxon umfangreiche Umweltstudien möglich. Dabei wurden die Motoren in der Prüfkammer auf 180 °C erhitzt und anschliessend betrieben. Auch die Stabilität des Rotors wurde bei 180 °C und 200 °C getestet. Nachdem die Ingenieur:innen von maxon überzeugt waren, dass die Lösung für die Anwendung geeignet war, stellten sie dem Kunden Muster für interne Tests zur Verfügung. Diese verliefen einwandfrei, und die Motoren wurden für die Produktion freigegeben.

Die so entwickelten DCX 22 S HT-Motoren sind nun für den breiteren Markt verfügbar.

Sie können mit den Getriebereihen GPX 22 und GPX 26, einschliesslich des hocheffizienten GPX 22 UP, betrieben werden. Optional wird eine erweiterte Temperaturschmierung für die Getriebe angeboten, damit sie denselben Umgebungstemperaturen wie der Motor standhalten. Ihre maxon Sales Engineers vor Ort unterstützen Sie gerne bei der Abstimmung der Motor-Getriebe-Kombination auf Ihre Anwendung.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Andrew Gibson, maxon Sales Engineer für Unterwassertechnik andrew.gibson@maxongroup.com