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Rückkehr der Dinosaurier?

Rückkehr der Dinosaurier?

Lineare Servoregler arbeiten mit - meist mehreren parallelgeschalteten – Leistungstransitoren in der Endstufe, die wie ein veränderlicher Widerstand wirken und entweder für konstante Drehzahl oder konstantes Drehmoment des betriebenen Motors in einem geschlossenen Regelkreis sorgen. Dank heutiger Halbleiter- und Schaltungstechnik bieten aktuelle Servoregler mit Pulsweitenmodulation ein Vielfaches der Leistung auf kleinstem Bauraum.

 

Denken wir zurück an die Anfänge der Servotechnik, wo auf Transistorbasis aufgebaute lineare Servoregler mit kleinen Ausgangsspannungen und relativ geringen Strömen bei hohem Bauvolumen (…und hohen Preisen) verwendet wurden.

Der Grund für die vergleichsweise gigantischen Ausmaße: ein Linearregler funktioniert ähnlich wie ein Wasserhahn: es liegt ständig der gesamte Wasserdruck an, das Ventil lässt je nach Einstellung nur eine gewisse Wassermenge durch – der Rest „steht nutzlos an“. Beim Linearregler wird dieser Rest in Verlustwärme umgewandelt, die mit entsprechend dimensionierten Kühlkörpern und eventuell sogar unter Einsatz von Ventilatoren abgeführt werden muss.

Wie segensreich war dann die Erfindung der Pulsbreitenmodulation, die es erlaubte Servoregler mit höheren Strömen und höheren Spannungen auf geringerem Bauvolumen zu produzieren. Einen Nachteil musste man freilich in Kauf nehmen, nämlich das unangenehme Pfeifen der Taktfrequenzen. Aber auch hier wurde bald Abhilfe geschaffen durch Verlagerung der Frequenzen außerhalb des Hörbereichs.

Ein Nachteil blieb und bleibt - diese Taktfrequenzen, obwohl für das menschliche Ohr unhörbar, sind weiterhin vorhanden und werden je nach Anwendung von anderen „gehört“ und durch Kabel, Drähte, empfindliche Eingänge etc. von anderen elektronischen Geräten wahrgenommen.

Darüber hinaus kann bei Verwendung getakteter Regler am Kollektor eines Gleichstrom-Motors das sogenannte ,,Bürstenfeuer" auftreten, eine weitere potentielle Störquelle. Natürlich gibt es entsprechende Entstör-Maßnahmen, aber ganz unterdrücken lassen sich diese heimlichen Parasiten nun mal nicht wirtschaftlich.

Hand aufs Herz! Wer würde sich schon gern einer komplizierten, computergestützten Operation unterziehen wenn er wüsste, dass die angezeigten und ermittelten Werte von parasitären Signalen beeinflusst sein könnten? Schließlich ist sogar die Verwendung von internetfähigen Laptops und Mobiltelefonen in Krankenhäusern und Messlabors verboten. Oder denken wir an unsere Urlaubs-reisen per Flugzeug - so manches digitale Frequenzen aussendende Gerät darf nicht betrieben werden, um die Sicherheit des Flugbetriebes nicht zu gefährden.

Hier kommt nun der oft totgesagte Linearregler wieder ins Spiel - er arbeitet absolut störungsfrei und ist somit der ideale Versorger für Antriebe an OP-Tischen, Diagnose-Apparaturen, Labor- und Messeinrichtungen. Ein weiterer Vorteil des Linearreglers: er arbeitet mit geringen und somit sicheren Ausgangsspannungen. Zusammen mit DC-Scheibenläufer- oder Glockenankermotoren stellt der Linearregler die ideale Lösung für Antriebsaufgaben in HF-sensiblen Bereichen dar - und das bei hohem Anspruch an Linearität, Rundlaufeigenschaften und Störsicherheit.

 

Kehren die Dinosaurier zurück?

Wie gesagt, leider ist jedoch der Linearregler nicht frei von Beschränkungen. Die ihm innewohnende Technik resultiert in einer um ein Vielfaches größeren Bauform als bei vergleichbaren getakteten Reglern und in der Notwendigkeit, die entstehende Verlustwärme zu „vernichten“; die realisierbare Leistung endet bei ca. 1 kW. Da Linearverstärker in der Regel keinen lmpulsstrom erzeugen können, muss diesem Umstand bei der Dimensionierung des Antriebs Rechnung getragen werden, um aus-reichende Beschleunigungswerte des Servomotors zu erreichen.

Vielfach wird in diesem Zusammenhang argumentiert, der konventionelle DC-Motor sei dem bürstenlosen Motor im Hinblick auf seine Standzeiten unterlegen, da serviceintensiver durch die Abnutzung der verwendeten Kohlebürsten - ein Argument, dass die Mattke AG jederzeit durch Vorführung eines 18 Jahre im Dauerbetrieb gelaufenen Scheibenläufermotors mit dem ersten Kohlebürstensatz entkräften kann. Bei richtiger Dimensionierung des Antriebs ist das Wartungs-intervall überwiegend durch die Lebensdauer der Kugellager bestimmt.

Konsequenterweise werden in manchen Anwendungen diese ,,Beschränkungen" um den Preis der erhöhten Störungsfreiheit und Sicherheit in Kauf genommen.

Die Maße des fremdbelüfteten Reglers sind ca. 36 x 12 x 12 cm. Ein digitaler PWM-Servoregler vergleichbarer Leistung hat nur noch ca. 5 x 5 x 2 cm  - das ist weniger als ein Hundertstel des Volumens!

  • Das Bild zeigt einen linearen 4Q-Regler für 24 Volt und 12 Ampere mit Scheibenläufermotor, Ringkerntransformator und zwei Potentiometern zur Einstellung von Drehzahl und Drehmoment.

Von der Mattke AG realisierte Applikationen:

  •    Service-Roboter für nuklear verseuchte Umgebungen (Kernkraftwerk)
  •   drehbarer Patientenstuhl im HNO - OP- Bereich (Medizintechnik)
  •   OP-Tische in verschiedenen Fachbereichen (Medizintechnik)
  •    Untersuchungsplatz in der Neuro-Otometrie (Medizintechnik)
  •    hochpräzise Dosierpumpen f. Medikamentenapplikation (Labortechnik)
  •    Röntgengeräte (Medizintechnik)
  •    Patientenmanipulation in Diagnosegeräten, Kernspin, CT Medizintechnik)
  •   Schwungmassenprüfungen (Metrology)
  •   Messung der Lichtwellenausbreitung (Optik)
  •   Messung von Hysteresekurven (physikalische Messtechnik)