Faulhaber (Unternehmen)

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co.KG
Logo
Rechtsform GmbH & Co.KG
Gründung 1947
Sitz Schönaich, Deutschland
Leitung Gert Frech-Walter,
Thomas Bertolini
Mitarbeiter 1800 (2017)[1]
Umsatz 226 Mio. Euro (2015)
Branche Antriebstechnik
Website www.faulhaber.com

Faulhaber ist ein Hightech-Anbieter im Bereich der Miniatur- und Mikroantriebstechnik. Der Stammsitz mit über 600 Mitarbeitern[1] befindet sich in Schönaich. Faulhaber unterhält Entwicklungs- und Produktionsstandorte in der Schweiz, in Rumänien und Ungarn. Weltweit beschäftigt Faulhaber über 1800 Mitarbeiter.[2]

Faulhaber fertigt kleine und kleinste Gleichstrommotoren sowie passende Präzisionsgetriebe und weitere mechanische und elektronische Komponenten zum Aufbau kompletter Klein- und Miniaturantriebssysteme.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1947 gründete Fritz Faulhaber senior die Dr. Fritz Faulhaber Feinmechanische Werkstätten. Anfang der 1950er Jahre konzipierte Faulhaber ein Kameramodell namens Vitessa, das er an den Kamerahersteller Voigtländer in Braunschweig verkaufte. Voigtländer beauftragte ihn mit der Entwicklung eines elektrischen Motors für den automatischen Filmtransport. Um den Anforderungen an einen solchen Motor zu genügen (klein, leicht, stromsparend, ruckfreier Lauf), entwickelte Faulhaber einen Elektromotor, der eine freitragende eisenlose Rotorspule hatte.[3] Die durch Kunstharz stabilisierte, diagonal gewickelte Spule ist heute als Faulhaber-Wicklung bekannt. Ab 1956 wurde der Motor von Faulhaber in Serie produziert und 1958 zum Patent angemeldet.[4] Das Patent wurde 1965 erteilt.

In den 1960er Jahren wurden von Faulhaber produzierte Kleinmotoren unter anderem in Taschendiktiergeräten und in Filmkameras des französischen Herstellers Beaulieu eingesetzt. 1970 begann Faulhaber mit der Produktion von Encodern und pulsweitenmodulierten Steuerungen, mit denen die Antriebe erstmals elektronisch geregelt und positioniert werden konnten. 1973 entwickelte das Unternehmen einen Motor mit Kupfer-Graphit-Kommutierung, den unter anderem Philips und Compudata in EDV-Druckern einsetzten. Mitte der 1970er Jahre begann Faulhaber mit der Entwicklung und dem Bau kundenspezifischer Antriebssysteme, die heute 45 Prozent der Produktion ausmachen.[5]

Der Stammsitz des Unternehmens wechselte 1949 vom ursprünglichen Gründungsort Murrhardt nach Schönaich südlich von Stuttgart. Der heutige Schönaicher Standort verfügt über 22.000 Quadratmeter Fläche für Produktion, Logistik und Verwaltung.

1961 wurde in den USA die MicroMo Electronics Inc. zunächst als Verkaufsniederlassung gegründet und später mit eigenen Entwicklungskapazitäten erweitert. 1962 folgte die Gründung der Minimotor S.A. (Schweiz) als weiterer Entwicklungs- und Fertigungsstandort. Produktionsstandorte in Ungarn und Rumänien wurden 1997 und 2005 eingerichtet.[6]

Ab der Jahrtausendwende übernahm Faulhaber eine Reihe kleinerer deutscher und europäischer Motoren- und Präzisionstechnikhersteller: 1999 die FTB Feintechnik Bertsch GmbH, 2000 die Arsape SA (Schweiz) (2008 umfirmiert in Precistep SA), 2001 die LMM Kft Budapest, 2003 die MPS Micro Precision Systems AG (Schweiz) und die mymotors & actuators GmbH, 2007 die Rolla Microgear AG (Schweiz), 2008 die MPS Décolletage SA (Schweiz) und 2014 die PDT Präzisionsdrehteile GmbH.

Faulhaber-Wicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Wicklungsart wird bei Glockenanker-Motoren eingesetzt. Der sich drehende Anker besteht nicht aus Kupferdraht, der um einen genuteten Eisenkern gewickelt wird, sondern aus einer diagonal gewickelten Spule ohne tragendes Gerüst, die durch die schräge Anordnung der Leiter und durch eine thermisch verklebte Kunstharz-Tränkung gegen die beim Rotieren auftretenden Fliehkräfte in Form gehalten wird.[7] Die Spule sitzt zusammen mit dem Kommutator in Form eines Bechers oder einer Glocke auf der Antriebswelle. Die Faulhaber-Wicklung und andere später entwickelte geringfügig unterschiedliche freitragende Wicklungen werden auch als eisenlose oder Luftspaltwicklung bezeichnet.

Bei Glockenanker-Motoren mit eisenloser Wicklung wird der zum Stator gehörende Permanentmagnet in das offene Innere der Rotorspule verlegt. Das ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise. Das Eisengehäuse des Motors schließt den magnetischen Kreis und erzeugt mechanische Stabilität.

Der Verzicht auf den Eisenkern reduziert Größe und Gewicht des Motors und verringert das Trägheitsmoment von Rotoren mit Faulhaber-Wicklung, was zu sehr geringen Hochlauf- und Reaktionszeiten führt. Eisenlose Motoren haben einen geringeren Stromverbrauch als Eisenankermotoren ähnlicher Leistung, da Energieverluste durch die ständige Ummagnetisierung des Eisenkerns entfallen. Auch das Rastmoment des Motors, ein Resultat der genuteten Oberfläche des Eisenkerns, existiert bei eisenlosen Motoren nicht. Dadurch können sie in jeder beliebigen Position anhalten und laufen im langsamen Betrieb ruckfrei, bei großen Drehzahlen vibrationsarm.[8]

Produkte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Faulhaber fertigt kleine Gleichstrommotoren und Mikroantriebe verschiedener Bauart, Präzisionsgetriebe, Spindeln für Linearantriebe, Encoder, Elektronik und weiteres Zubehör. Neben den Einzelkomponenten entwickelt und produziert das Unternehmen kundenspezifische Antriebssysteme.[9]

Motoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zu den von Faulhaber angebotenen Motortechnologien zählen DC-Motoren, Bürstenlose DC-Motoren, Schrittmotoren, Linearmotoren, Motoren mit integrierter Elektronik und Stellantriebe.

DC-Motoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die von Faulhaber hergestellten DC-(Gleichstrom-)Kleinstmotoren unterscheiden sich von Eisenanker-DC-Motoren im Wesentlichen durch ihre eisenlose, freitragende Kupferspule in Schrägwicklung (Faulhaber-Wicklung). Durch diesen Aufbau besitzen die Antriebe ein geringes Trägheitsmoment des Rotors, eine hohe Dynamik und einen rastmomentfreien, präzisen Lauf. Die kompakte Konstruktion (Statormagnet im Inneren der Rotorspule) und die Verwendung von Permanentmagneten mit hoher magnetischer Energiedichte aus den Magnetwerkstoffen Neodym-Eisen-Bor, Samarium-Cobalt oder Aluminium-Nickel-Cobalt ermöglichen die Konstruktion sehr kleiner Antriebe.

Das Unternehmen produziert serienmäßig DC-Kleinstmotoren mit Durchmessern von 6 bis 38 mm und Längen von 15 bis 90 Millimeter, weiterhin DC-Flachmotoren (wie Kleinstmotoren, aber Durchmesser > Länge) mit Durchmessern von 15 bis 26 mm und Längen von 5,5 bis 9,2 Millimeter sowie DC-Getriebemotoren mit bereits integriertem Stirnradgetriebe.[10]

Für niedrigere Leistungsanforderungen werden wegen ihres geringen Bürsten-Übergangswiderstandes Motoren mit Edelmetall-Kommutierung gefertigt. Sie eignen sich für Nennspannungen ab 1,5 V[11] und sind damit für den Batteriebetrieb ideal. In Einsatzbereichen mit hoher Leistungsabgabe erzielen Motoren mit Graphitkommutierung auch bei extremer Belastung eine hohe Lebensdauer. Glockenanker-Motoren erreichen typischerweise eine Lebensdauer von 1.000 bis 5.000 Stunden. Kommutator und Bürsten sind meist die limitierenden Faktoren für die Lebensdauer des Antriebs; ihr Verschleiß wird durch hohe Drehzahlen und starke elektrische Last beschleunigt.[12]

Bürstenlose DC-Motoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bürstenlose (elektronisch kommutierte) DC-Motoren sind durch Langlebigkeit und die Möglichkeit zur genauen Regelung von Drehzahl und Position gekennzeichnet. Der Stator dieser Antriebe besteht aus mehreren im Kreis angeordneten eisenlosen Spulen mit Faulhaber-Wicklung, die durch eine elektronische Schaltung zeitversetzt vom Gleichstrom angesteuert werden, um das Drehfeld zu erzeugen. Neodym-Magnete (NdFeB) als Rotoren ermöglichen eine hohe Antriebsleistung und ein hohes Drehmoment. Aus dem bürstenlosen Aufbau ergibt sich die für diese Motorentechnologie typische hohe Lebensdauer.

Bürstenlose DC-Servomotoren (3 bis 44 mm Durchmesser, 8,4 bis 90 mm Länge) und bürstenlose DC-Flachmotoren von Faulhaber sind mit wenigen Ausnahmen mit integrierten digitalen Hall-Sensoren ausgestattet, die die Rotorposition ermitteln.[13] Der Sensoroutput ermöglicht die elektronische Steuerung der Kommutierung. In Kombination mit einer externen Regelelektronik können so außerdem Winkelposition der Motorwelle und Drehzahl kontrolliert werden. Faulhaber bietet die bürstenlosen DC-Motoren auch mit bereits integriertem Getriebe und/oder Steuerelektronik an. Die sogenannten Speed bzw. Motion Control Systems kombinieren bürstenlose DC-Motoren mit Speed bzw. Motion Controllern zur Steuerung von Motorstrom und Drehzahl bzw. Position in einer kompakten Antriebseinheit.

Der kleinste bürstenlose Motor mit Faulhaber-Wicklung hat eine Länge von 5,5 mm und einen Durchmesser von 1,9 mm. Er wiegt 0,1 g, erreicht bis 120.000/min und hat ein Drehmoment von 2,5 µNm.[14] Die Antriebseinheit ist verbunden mit einem Mikro-Planetengetriebe. Eine externe Elektronik erzeugt das Drehfeld für die Statorwicklung und steuert den Mikroantrieb. Das Mikro-Planetengetriebe erlaubt Drehmomente, die deutlich über den eigenen Reibungsmomenten liegen. Solche Mikroantriebe eignen sich besonders für Anwendungen in der Medizintechnik (z. B. Ultraschallkatheter, die Bilder aus dem Herzinneren liefern[15]), für Mikropumpen, Greifer für die Mikromontage und Linearversteller im Bereich Optik oder Ventiltechnik.

Schrittmotoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter der Markenbezeichnung Precistep produziert Faulhaber zweiphasige Schrittmotoren, deren Rotor mit hochwertigen Neodym-Magneten (NdFeB) bestückt ist. Dadurch erzielen diese Antriebe eine hohe Leistungsdichte bei geringem Volumen und Gewicht und erreichen ein sehr hohes Drehmoment. Ein optimaler mechanischer Aufbau, bestehend aus wenigen Bauteilen, macht die Precistep-Schrittmotoren unempfindlich gegenüber Schock und Vibrationen.

Piezomotoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die multiplen bimorphen Stellglieder der unter der Markenbezeichnung Piezo Legs angebotenen Piezomotoren sind zu einem einzigen Körper mit vier beweglichen Beinen aus keramischen „Muskeln“ zusammengesintert. Sie werden durch ein elektrisches Feld in Schwingungen versetzt und können so gesteuert werden, dass sich entweder eine rotative (Piezo Legs R) oder eine lineare (Piezo Legs L) Bewegung ergibt. Beide Motorausführungen arbeiten mit einem Direktantrieb, der Zahnräder oder mechanische Kraftübertragungen überflüssig macht; das Material unterliegt dabei wenig Verschleiß.

Das lineare Antriebsprinzip des PiezoWave Motors beruht auf zwei keramischen Platten, die durch synchrone Vibrationsbiegung die Antriebsschiene des Motors vor- und zurückbewegen. Es werden lediglich zwei Niederspannungssignale benötigt, verschiedene Wellenformen sind möglich.

Lineare DC-Servomotoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kompakte Linearantriebe von Faulhaber (8 bis 20 mm Breite, 33 bis 85,5 mm Länge) zur Erzeugung von Translationsbewegungen bestehen aus einem festen Statorgehäuse mit Spulenpaket und einer vielpoligen Schubstange. Sie werden für lineare Positionierungsaufgaben eingesetzt.[16]

Getriebe und lineare Komponenten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Passend zu den DC-Kleinstmotoren fertigt Faulhaber Planeten- und Stirnradgetriebe zur mechanischen Modifikation des Drehmoments und Kugelumlaufspindeln zur Umwandlung von Drehbewegungen in axiale Bewegungen. In Kombination mit Schrittmotoren oder DC-Kleinstmotoren mit Encoder und Motion Controller können Kugelumlaufspindeln präzise Positionieraufgaben beispielsweise in Laborgeräten oder in der automatisierten Fertigung lösen.

Planetengetriebe werden von Faulhaber in Varianten mit Zahnrädern aus Metall oder Kunststoff angeboten. Letztere zeichnen sich durch Geräuscharmut und reduziertes Gewicht aus. Die Ganzmetall-Stirnradgetriebe von Faulhaber sind auch als spielarme Varianten erhältlich. Mit solchen spielarmen Getrieben lassen sich Positionieraufgaben mit hoher Genauigkeit lösen.

Encoder, Elektronik, Zubehör[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Magnetische und optische Inkremental- und Absolut-Encoder von Faulhaber beinhalten Hall-Sensoren oder optische Sensoren, die die Winkelposition und -geschwindigkeit des Rotors im Motorgehäuse ermitteln, sowie elektronische Bausteine zur Aufbereitung des Signals. Ein Encoder schafft die Voraussetzung für eine genaue Positionierung und/oder Drehzahlregelung von DC- und Schrittmotoren, die dann durch eine geeignete externe Steuerelektronik (Speed Controller, Motion Controller) umgesetzt wird.

Faulhaber fertigt weiterhin Bremsen (Permanentmagnet-Einflächenbremsen) sowie Zubehör (Verlängerungskabel, Adapterplatinen und Programmieradapter) für die elektronische Steuerung von Motoren.

Geschäftsfelder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kleinstmotoren, modifizierte Antriebssysteme und kundenspezifische Antriebslösungen von Faulhaber werden eingesetzt in der Medizin- und Labortechnik, in der Industrieautomation und Robotik, in der Mess- und Prüftechnik, in Industriewerkzeugen und Betriebsmitteln, in der Luft- und Raumfahrt, in Kameras und optischen Geräten, im Modellbau und in verschiedenen Verbraucherprodukten.[17]

Unternehmensstruktur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Faulhaber Gruppe besteht aus der Muttergesellschaft Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG mit Sitz in Schönaich und 17 Tochter-/Schwestergesellschaften.[18]

Geschäftsbereich Antriebssysteme:

Geschäftsbereich Mikropräzisionssysteme:

Geschäftsbereich Präzisionskomponenten:

Kompetenzzentrum Nordamerika:

Vertrieb und Marketing:

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Die größten Unternehmen in Baden-Württemberg, vgl. S. 11
  2. Faulhaber – Unternehmensprofil (abgerufen am 27. Januar 2018)
  3. vgl. Von der Rolle zur Spule
  4. Patent der Faulhaber-Wicklung
  5. MTM Mediathek – MTM in der Welt der Kleinstantriebe (abgerufen am 27. Januar 2018)
  6. Faulhaber Group – History
  7. Patent DE 1188709 B – Elektrischer Kleinstmotor
  8. Thorsten A. Kern (Hrsg.): Entwicklung haptischer Geräte. Ein Einstieg für Ingenieure, Springer, Berlin 2009, S. 224
  9. Faulhaber Katalog
  10. Faulhaber DC-Motoren
  11. DC-Kleinstmotoren Serie 0615...S (abgerufen am 20. Januar 2018)
  12. Faulhaber – Technische Informationen
  13. Bürstenlose DC-Motoren
  14. Großfamilie als Zukunftsplattform
  15. Entwicklung eines Ultraschallkatheters mit integriertem Mikroantrieb
  16. Lineare DC-Servomotoren
  17. Faulhaber – Märkte
  18. Faulhaber Übersicht (PDF)