FAQ

Antworten auf häufig gestellte Fragen

Für welche Applikationen kann man den Elliptec Motor einsetzen?
Der Motor ist überall dort einsetzbar, wo hochdynamische/hochpräzise Stellaufgaben verlangt werden und Alternativen zu groß und/oder zu teuer sind. Es können lineare und rotatorische Bewegungen erzeugt werden. Aufgrund seiner Eigenschaften kann er ohne Wegbegrenzung betrieben werden. Begrenzt wird der Einsatz a) wenn die benötigten Kräfte zu groß sind oder b) die Geschwindigkeit beim Einsatz von Getrieben oder Hebeln zu gering wird. Ein Ausweg stellt in diesem Fall der gleichzeitige Einsatz mehrerer Motoren dar.

Wie temperaturempfindlich ist der Motor?
Bei entsprechender Laufmaterialwahl kann der Motor im Bereich von –40°C bis +85°C betrieben werden. Bei Motortemperaturen über 160°C (z.B. durch Dauerbetrieb bei höheren Temperaturen) wird die Piezokeramik im Laufe der Zeit depolarisiert. Durch Anlegen einer Spannung von 56V kann der Motor wieder polarisiert werden. Die Repolarisierung kann auch im System erfolgen. Die typische Einsatztemperatur liegt zwischen -10°C und +65°C.
Beim Einsatz im Hochtemperaturbereich sollte auf die Verwendung besonders temperaturfester Läufermaterialien geachtet werden und die Motorleistung so gewählte werden, dass die Motortemperatur 160°C nicht übersteigt.
Temperaturänderungen führen zu einer leichten Änderung der Betriebsfrequenzen des Motors. Auch die Betriebsfrequenzen der RC-Oszillatoren der ansteuernden Microcontroller ändern sich mit der Temperatur. Beide Effekte lassen sich in der Ansteuersoftware einfach durch erneute Frequenzfindung ausgleichen.

Wie hoch ist die Laufleistung des Motors?
Die Laufleistung des Motors ist abhängig vom Material des angetriebenen Objektes. Bei der Wahl von PF7595 beträgt die Laufleistung ca. 40 km, bei geringerer Belastung.

Bei welcher Spannung wird der Motor betrieben?
Der Motor selbst wird mit einer Spannungsamplitude von 5 – 8 V bei Rechteckansteuerung bzw. bis 10 V bei Sinusansteuerung betrieben.
Die Betriebsspannung der Ansteuerelektronik kann jedoch im Bereich von 2,4 – 30 V variieren. Es ist lediglich ein entsprechendes Endstufendesign zu wählen.
Eine höhere Spannung kann auf falsche Antriebsfrequenzen hindeuten!

Wie ist die Stromaufnahme der Ansteuerungselektronik?
1-450 mA bei 5 V, der Stromverbrauch ist linear geschwindigkeitsabhängig.

Wie reagiert der Motor auf Wasser?
Der Elliptec Motor X15G ist wasserunempfindlich. Das bedeutet: Er korrodiert nicht! Unter Wasser ist jedoch kein Betrieb möglich. Durch Lackierung können die offenliegenden elektrischen Kontakte isoliert werden.

Wie verhält sich der Motor bei Vakuumbedingungen?
Der Motor ist vakuumtauglich; ggf. müssen die Materialien der Stromzufuhr an den Vakuumbetrieb angepasst werden!

Kann man den Motor mit Solarenergie betreiben?
Typischerweise speichert man die elektrische Energie der Solarzelle in einem kleinen Kondensator, bis die Ladespannung ausreicht, um mit dem Motor einen kleinen Schritt zu machen. Dazu ist nur die Energie von 0,5mWs nötig, da der Motor extrem schnell reagiert. Es können daher wesentlich kleinere Speicherkondensatoren verwendet werden, als dies bei DC-Motoren nötig wäre. Sollen nur geringe Geschwindigkeiten erzeugt werden, so können wesentlich kleinere Solarzellen eingesetzt werden, als für DC-Motoren nötig sind.

Wie sind die Betriebsfrequenzen?
Die Betriebsfrequenzen liegen im Bereich von 73 - 108 kHz (nicht hörbarer Ultraschallbereich). Es existiert eine Frequenz für die maximale Geschwindigkeit für den Vorwärtslauf 73 - 84 kHz (typ. 79 kHz) und eine für den Rückwärtslauf 91 - 108 kHz (typ. 97 kHz). Die Frequenzen für den jeweiligen Motor werden von der Ansteuerelektronik automatisch ermittelt. Dazu gibt die Ansteuerelektronik verschiedene Frequenzen aus  und erkennt das Optimum entweder am Stromverbrauch oder mittels Bewegungssensoren (Endschalter, Encoder …).

Wie hoch sind die Kräfte des Motors?
Haltekraft: typischerweise 0,8N  (Rutschkupplung)
Schubkraft: 0,2N.
Mit Hilfe von Hebelmechanismen oder mehreren Motoren kann die Kraft erhöht werden.

Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Motors?
Die Maximalgeschwindigkeit beträgt typischerweise über 300mm/s. Um die Geschwindigkeit per Software zu reduzieren, gibt es zwei Methoden:

Geschwindigkeitsreduktion über innere Pulsweitenmodulation
Zur Ansteuerung des Elliptec Motors gibt der Microcontroller ein Rechtecksignal aus, welches über die Endstufen aus zwei Transistoren und einer Spule zu einem Sinussignal gewandelt wird. Den maximalen Schub erhält man, wenn Ein- und Ausschaltzeit gleich sind, das entspricht einem Tastverhältnis von 1:1. Ändert man dieses Tastverhältnis, so reduziert sich die vom Motor aufgenommene Leistung und somit die Geschwindigkeit. Nachteilig bei dieser Methode ist, dass auch die Schubkraft verringert wird. Bei kleinen Geschwindigkeiten besteht die Gefahr, dass der Motor stehen bleibt. Dies lässt sich jedoch über ein Feedbacksystem vermeiden.

Geschwindigkeitsreduktion über äußere Pulsweitenmodulation
Dabei wird der Motor für eine sehr kurze Zeit mit seiner Betriebsfrequenz (Tastverhältnis 1:1) angesteuert und erreicht in dieser Einschaltperiode vollen Schub und volle Geschwindigkeit. Anschließend folgt eine kleine Pause, in der der Motor mit konstant 0 Volt angesteuert wird und das angetriebene Element nicht bewegt. Das angetriebene Element wird somit in kleinen Schritten bewegt. Da diese Schritte sehr klein und sehr häufig sind, nimmt das Auge die Bewegung als kontinuierlich wahr.
Die Längen der Ein- und Ausschaltperiode bestimmen die entstehende Geschwindigkeit. Auch die Schrittgröße und –frequenz hängen von diesen beiden Zeiten ab. Vorteil dieser Methode ist, dass die Schubkraft konstant bleibt.

Beide Methoden lassen sich kombinieren und somit Kraft, Geschwindigkeit und sogar Geräusche optimieren.

Wie sind Präzision und Dynamik des Motors?
Zum Einschwingen benötigt der Elliptec Motor weniger als 100 µs. Danach entfaltet er seine volle Kraft. Die resultierende Beschleunigung ergibt sich aus der Gleichung F = m • a, aus der zum Läufermaterial gehörenden Antriebskraft F und der zu beschleunigenden Masse m. Gleiches gilt beim Abbremsen, wobei die dort wirksame Bremskraft etwa der Haltekraft entspricht. Ergebnis: Brems- und Beschleunigungszeiten sind extrem kurz. Dies ist auch die Grundlage für die außergewöhnlich hohe Schrittauflösung des Motors. Dank des Einsatzes sehr kurzer Schubimpulse lassen sich kleinste Bewegungsschritte erreichen. Die Einschwingphase ist sehr kurz. In dieser Phase wird der Schub aufgebaut und die Bewegung beginnt. Abhängig von der Materialwahl kann der auftretende Positionierungsfehler im Bereich unter 1 µm liegen. Steht ein Positionsmesssystem zur Verfügung, lässt sich die Schubenergie so genau dosieren, dass Schritte von wenigen µm möglich sind. Auch das Anfahren von Zielpositionen mit Vollschub lässt sich dann realisieren.
Die extrem kurze Bremsphase sorgt für ein präzises Erreichen der Endposition. Wenn die so erreichte Präzision nicht ausreicht, so lässt sich der Motor durch Anlegen einer Gleichspannung als Piezoaktuator einsetzen. Durch Anlagen einer Spannung von 0 – 40 V ist eine Feinstpositionierung im Submikrometerbereich erreichbar.