TAUCHSPULENAKTUATOREN (VOICE COIL MOTOREN)

Der Voice-Coil-Aktuator (Tauchspulenaktuator) ist die technische Umsetzung des Lorentz-Kraft-Prinzips: die Kraft eines stromdurchflossenen Leiters im Permanentmagnetfeld ist proportional zur Magnetfeldstärke und zum Strom. Durch die Umkehr der Stromrichtung ändert sich auch die Kraftrichtung und man kann so bidirektionale Aktuatoren mit gleichem Verhalten in beide Arbeitsrichtungen realisieren - sowohl rotatorisch wie auch linear. Elektrisch gesehen ist der Voice-Coil-Motor (Tauchspulenmotor) ein einphasiger Motor und kann auch wie ein DC-Motor angesteuert werden. Der lineare Voice-Coil-Aktuator ist also defakto ein DC-Linearmotor für kleine Hübe, der rotatorische Voice-Coil-Aktuator ein Drehaktuator mit beschränktem Winkelbereich (Limited Angle Torquer). Durch die vergleichsweise kleinen bewegten Massen eigenen sich Voice-Coil-Aktuatoren für besonders dynamische Anwendungen mit hoher Bewegungsfrequenz. Dabei weist der Voice-Coil-Aktuator eine besonders kleine Hysterese auf und ist somit optimal für Anwendungen geeignet, die eine gut kontrollierbare Bewegung in beide Richtungen erfordern. Auch die Geräuschbildung oder geringes Überschießen oder eine sehr feinfühlige Kraft können Anforderungen sein, die mit Voice-Coil-Motoren gut erfüllt werden können.

Generelle Eigenschaften eines Voice-Coil-Aktuators (Tauchspulen-Aktuators):

  • sehr kleine Hysterese
  • keine Rastkraft
  • hohe Dynamik durch kleine bewegte Massen
  • hohe Überlastfähigkeit

Voice-Coil-Motoren werden häufig als reine Aktuatoren ausgeführt, bei denen das Feedback für die Regelung aus Größen in der Anwendung kommt, wie dies z.B. bei der Druckregelung oder Gasmischung in medizinischen Geräten oder allgemeinen Ventilen der Fall ist.

Manche Kunden möchten auch die Integration in Ihre Anwendung komplett selbständig durchführen. Für diese Einsatzfälle haben wir Voice-Coil-Aktuatoren der VM-Serie unseres Partners G+ (mit Gleitführung als Standard, Versionen ohne Führung verfügbar) und die CVC-Serie (ohne Führung) im Programm.

VOICE COIL MOTOREN MIT GLEITLAGERUNG (VM)

Die Voice Coil Motoren der VM Serie sind als Aktuator Komponenten ausgeführt. In der Standartausführung sind diese Voice Coil Aktuatoren linear und die bewegte Spule ist in einem Gleitlager geführt; Positionssenoren sind nicht integriert. Optional können die Voice Coils natürlich auch ohne Eigenlagerung ausgeführt werden und auch kundenspezifische Varianten in anderen Baugrößen und Bauformen (z.B. auch rotatorisch) sind möglich. Die VM Serie adressiert vor allem Anwendungen die eine gut kontrollierbare Bewegung in beide Richtungen erfordern, wie dies z.B. in medizinischen oder optischen Geräten der Fall ist. Sie können eine gleichmäßige Kraft in beide Bewegungsrichtungen entwickeln, wenn sie bipolar angesteuert werden. Dabei weisen sie eine besonders kleine Hysterese auf (typisch zwei Größenordnungen kleiner als vergleichbare Proportionalmagnete), was z.B. vor allem in anspruchsvollen Ventilanwendungen in der Medizintechnik, die eine extrem feinfühlige Verstellung in der Gasmischung erfordern (z.B. Beatmungsgeräte), eine entscheidende Anforderung sein kann. Wie andere Motoren entwickeln auch Voice Coil Motoren eine Gegenspannung (Back-EMF), die proportional zur Relativ-Geschwindigkeit zwischen Spule und Magnetpott ist, so dass sie bei konstanter Last und Speisung mit konstanter Spannung im stationären Zustand eine konstante Geschwindigkeit erreichen würden. Da der Spulenwiderstand temperaturabhängig ist, erreicht man konstante Kraftverhältnisse nur mit einem Servoregler im Stromregelungsmodus.

 

Kabelanbindung bei einem Voice Coil Aktuator

Ein großes Problem bei der Anwendung eines Voice Coil Aktuators stellt häufig die Anbindung der bewegten Spule an die Außenwelt dar. Wir haben hierfür eine Lösung mit sogenannten Flex Circuits entwickelt, wie sie auch bei Druckern eingesetzt werden (bewegte Druckköpfe). Standardmäßig ist diese Lösung derzeit nur für den VM2618, VM3322, VM4032 und den VM5042 erhältlich; wegen der zusätzlichen Länge für den Deckel des Flex Circuits ändert sich die Bezeichnung auf auf VM2836, VM3334, VM4040 bzw. VM5050, elektrisch ändert sich aber nichts (die Daten können 1:1 von den Basistypen übernommen werden). Für alle anderen Typen sollten hier für die Anbindung hochflexible Kabel verwendet werden.

Modell Kraft
Dauer / Spitze
Hub
gesamt / linear
Leistung
(Dauer)
Gewicht
gesamt / Spule
Abmessungen
d x h
Daten-
blatt
Zeichnung
3D
  N mm W g mm .pdf .igs
VM1614 0,8 / 2,3 6 / 4 5 15 / 3 16 x 14
VM2436 2,7 / 7,5 20 / 10 12,5 95 / 9 24 x 36
VM2618 3,4 / 10,6 8 / 4 8 60 / 6 26 x 18
VM2836* 3,4 / 10,6 4 / 4 8 60 / 6 28 x 36
VM3322 5,0 / 14 6 / 4 8 140 / 7 33 x 22
VM3334* 5,0 / 14 6 / 4 8 140 / 7 33 x 34
VM3850RB 7,2 / 24 6 / 4 7,4 ? / 17 38 x 51
VM4032 10 / 27 12 / 9 12 230 / 25 40 x 31
VM4040* 10 / 27 12 / 9 12 230 / 25 40 x 40
VM4632 13 / 36 10 / 5 21 360 / 23 46 x 46 x 32
VM5042 19 / 54 8 / 7 24 480 / 35 50 x 42
VM5050* 19 / 54 8 / 7 24 480 / 35 50 x 50
VM6340 31 / 104 8 / 3 24 750 / 40 63,1 x 38
VM6340L 32 / 116 12 / 7 28 750 / 43 63,1 x 38
VM6548 24 / 77 20 / 13 28 950 / 90 65 x 48
VM8054 43 / 130 30 / 15 50 1.700 / 150 80 x 54
VM8080* 43 / 130 20 / 15 50 2.000 / 150 80 x 80
VM102P2 222 / 700 12 / 8 105 4.200 / 325 102 x 80
VM108-2P30** 230 / 700 40 / 30 108 8.000 / 750 108 x 125
* Versionen mit Flex-Circuit-Verbindung (Deckel und nicht bewegter Draht bzw. Stecker als Nutzerinterface)
** durch andere Spulenkonfiguration ist eine höhere Kraft bei weniger Hub möglich

TAUCHSPULENAKTUATOREN OHNE EIGENLAGERUNG (CVC)

Die Tauchspulenaktuatoren der CVC Serie sind Voice Coil Aktuatoren ohne Eigenlagerung. Der Spulenkörper bietet Gewindebohrungen zur Befestigung, damit die bewegte Spule an ein Führungssystem angebunden werden kann. Die Drähte sind im Wicklungskörper vergossen, so dass hier eine stabile Anbindung gewährleistet ist.

 

  • 13 Baugrößen mit 16 bis 90mm Durchmesser (größere Versionen auf Anfrage!)
  • Dauerkraft von 1 bis 120N
  • Hub von 5 bis 40mm
  • Tauchspulenaktuatoren mit integrierter Lagerung und Encoder verfügbar!
  • Tauchspulenaktuatoren in rechteckiger Ausführung mit integrierter Lagerung und Encoder verfügbar!
Voice Coils
CVC-Serie
CVC16-5 CVC19-6 CVC20-10 CVC26-5 CVC30-15 CVC38-10 CVC40-5 CVC40-HF-6.5 CVC40-20 CVC50-30 CVC60-25 CVC60-HF-20 CVC90-HF-20
Hub (mm) 5,0 6,4 10 5,0 15 10 5,0 6,5 20 30 25 20 20
Spitzenkraft (N) 2,4 3,5 4,9 9,0 13,6 25,3 20,4 55,4 28,7 44,9 72,2 131,1 384,4
Dauerkraft (N), 100°C* 0,7 1,0 1,4 2,6 4,0 7,3 5,9 16,1 8,3 13,1 20,9 37,7 111,4
Spitzenstrom (A) 3,0 2,7 2,5 1,5 1,9 2,2 2,6 2,1 1,9 2,5 3,5 2,8 9,5
Dauerstrom (A), 100°C* 0,89 0,79 0,75 0,45 0,55 0,65 0,77 0,62 0,54 0,74 1,02 0,82 2,74
Kraftkonstante
(in Mittelstellung) (N/A)
0,80 1,30 1,92 5,85 7,24 11,21 7,73 25,78 15,31 17,71 20,57 46,00 40,63
Gegenspannungskonstante
(in Mittelstellung) (V/m/s)
0,80 1,30 1,92 5,85 7,24 11,21 7,73 25,78 15,31 17,71 20,57 46,00 40,63
Spulenwiderstand
(bei 25°C) (Ohm)
1,70 2,83 3,67 10,09 11,26 10,35 5,15 16,03 17,50 15,19 9,65 24,00 3,45
Induktivität (mH) 0,14 0,29 0,44 2,22 2,38 3,47 1,44 5,52 5,59 4,14 3,26 15,40 4,88
max.
Betriebsspannung (V)
48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 400 400
Spulenmasse (g) 5 5 10 15 25 45 23 75 60 100 200 410 1.190
Pott-Masse (g) 10 23 32 56 100 168 78 255 230 526 668 1.140 2.425
*Umgebungstemperatur 25°C, natürliche Konvektion, ohne Kühlkörper
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Abmessungen
Voice Coils
CVC-Serie
CVC16-5 CVC19-6 CVC20-10 CVC26-5 CVC30-15 CVC38-10 CVC40-5 CVC40-HF-6.5 CVC40-20 CVC50-30 CVC60-25 CVC60-HF-20 CVC90-HF-20
A (mm) 16 19 20 26 30 38 40 40 40 50 60 60 90
B (mm) 6,7 15,7 16,6 22,0 25,2 31,2 34,0 34,8 34,8 42,4 50,6 52,0 81,6
C (mm) 10,8 15,8 19,0 20,0 24,5 27,5 12,0 40,5 32,5 43,0 43,5 90,0 90,0
D (mm) 16,5 24,0 31,0 27,5 39,0 39,0 17,5 49,3 49,8 67,6 66,1 118,0 109,4
E (mm) 8,0 9,0 10,0 12,0 16,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 30,0 44,0 48,0
F (mm) 8,0 9,0 10,0 12,0 12,6 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 30,0 44,0 40,0
X M3 M3 M3 M3 M3 M4 M4 M4 M4 M4 M5 M5 M6
Y M3 M3 M3 M3 M3 M4 M4 M4 M4 M4 M5 M5 M6
VOICE COIL MOTOREN MIT LAGERUNG UND ENCODER (CVCA)
  • Kreuzrollenlager für hohe Genauigkeit und Steifigkeit
  • keine Rastkraft
  • geringe bewegte Masse, schnelle Reaktionszeit
  • Encoder integriert
  • hohe Zuverlässigkeit
FLACHE TAUCHSPULENAKTUATOREN MIT LAGERUNG UND ENCODER(RVCA)
  • ideal für High-Speed-Pick&Place Anwendungen
  • Kreuzrollenlager für hohe Genauigkeit und Steifigkeit
  • keine Rastkraft
  • geringe bewegte Masse, schnelle Reaktionszeit
  • Encoder integriert
  • einfache Integration, Plug&Play
  • hohe Zuverlässigkeit