»Anwendungen sind gefragt«

Spezial Miniatur

Kleinstantriebe – Die Marktnachfrage bestimmt die Serienfertigung. Was alles technisch machbar ist und wo die heutigen und zukünftigen Grenzen der Mikroaktorik liegen, erläutert Dr. Thomas Bertolini, Geschäftsführer bei Faulhaber.

05. Dezember 2012

Der nicht eindeutige Begriff »Mikroaktorik« bezeichnet einerseits Antriebe und Antriebsvorrichtungen, die exakte Positionierungen im Mikrometerbereich erlauben. Hierzu gibt es bereits seit vielen Jahren bewährte Lösungen, die dennoch stets weiter verbessert werden. Dazu zählen Piezoantriebe, Hexapoden und auch Schrittmotorantriebe mit ihrem bewährten Mikroschrittbetrieb.

Andererseits fallen unter den Begriff auch sehr kleine Aktoren, welche Komponenten und Bauteile enthalten, deren Abmessungen einige 100 Mikrometer betragen. Letztere lassen sich von der Technologie her noch einmal differenzieren: Die Fachwelt unterscheidet in diesem Bereich in Mikroaktoren, die mikromechanisch herstellbar sind, und solche, die mithilfe von lithografischen Maskenverfahren hergestellt werden. Dabei werden die einzelnen Komponenten aus einer Grundstruktur herausgeätzt.

Beide Arten von Mikroantrieben mit kleinen mechanischen Abmessungen lassen sich heute stabil reproduzierbar herstellen, die Fertigungsprobleme sind weitgehend gelöst. Die intensive Forschung auf diesen Gebieten während der letzten 15 Jahre, vor allem auch in dazu speziell eingerichteten Sonderforschungsbereichen, hat einen immensen Technologieschub bewirkt. Machbar ist damit heute beeindruckend viel.

Nicht alles Machbare ist notwendig

Machbarkeit und Einsatz in der industriellen Praxis sind aber unterschiedliche Dinge. Ein Antrieb dient seinem ureigensten Zweck nach dazu, eine Last entlang einer bestimmten Bahn zu bewegen. Antriebe mit Abmessungen von etwa einem Millimeter und weniger erzeugen naturgemäß nur äußerst geringe Drehmomente und Kräfte. Die damit erzeugbaren Kräfte und Drehmomente sind oftmals so gering, dass es bereits ein Problem darstellt, die eigenen inneren Reibkräfte und Reibmomente zu überwinden.

Mikromechanisch hergestellte Antriebe mit Durchmessern zwischen zwei bis fünf Millimetern erzielen dagegen bereits ausreichend hohe Kräfte und Drehmomente, um reale Antriebsaufgaben zu bewältigen. Bei diesen Antrieben entstehen jetzt allmählich mehr und mehr Anwendungsmöglichkeiten. Die industrielle Umsetzung findet momentan vorrangig in der Medizintechnik statt.

Beispiele hier sind Geräte für die minimalinvasive Chirurgie und Diagnosewerkzeuge, die im menschlichen Körper eingesetzt werden wie Herzkatheter oder Röntgenkapseln. Aber auch in der Optik werden mittlerweile Kleinstantriebe eingesetzt, zum Beispiel in Mini-Beamern.

Ohne Anwendungen geht nichts

Wichtig für die Weiterentwicklung und weitere Verbreitung von Mikroantrieben ist ein vorhandener Anwendungsbedarf. Ohne eine solche Nachfrage werden diese Antriebe nicht gezielt weiterentwickelt und auch keine weite Verbreitung finden. Es sind Anwendungen notwendig, die einen mechanisch sehr kleinen Antrieb brauchen, die ohne einen solchen Antrieb also nicht zu realisieren sind. Nur über den »Technology-Pull«, also die Nachfrage des Marktes, werden Mikroantriebe in industrielle Anwendungen gelangen. Ausnahmslos über den »Technology-Push«, das heißt das Hineindrücken einer vorhandenen und beherrschten Technologie in einen Markt, wird das nicht funktionieren.

Die Verbreitung von Mikroantrieben wird sich auch wegen der Rahmenbedingungen für solche Produkte nur verzögert weiterentwickeln: Die Kunden dieser Antriebe müssen erst lernen, damit umzugehen. Um Mikroantriebe verarbeiten zu können, ist ein anderes Umfeld notwendig als bei Antrieben mit konventionell bekannten Abmessungen. Beginnend bei einer anderen Messtechnik erfordert der Umgang mit Mikroaktoren viel höhere Reinheitsanforderungen an die Umgebung, also zum Beispiel Flow-Boxen oder gar einen Reinraum. Weitere wichtige Faktoren sind eine hohe Qualifikation der Mitarbeiter und ein besonderer Umgang in einer Wareneingangsprüfung. Aber dies sind nur einige Punkte, die andeuten, welcher Aufwand und welche Veränderungen notwendig sind, um mit Mikroantrieben arbeiten zu können.

Aus meiner Sicht kommen Kleinstantriebe im Durchmesserbereich von zwei bis fünf Millimetern in den nächsten fünf Jahren in vielen Anwendungen zum Einsatz. Den Einsatz noch kleinerer Antriebe im industriellen Bereich sehe ich derzeit nicht. Somit wird sich der Markt für Mikroaktoren insgesamt verzögert entwickeln. Das vor vielen Jahren prognostizierte hohe Umsatzpotential ist aber durchaus realistisch. Die Verbreitung von Mikroaktoren ist interessanterweise keine Frage der Technologie – man kann heute bereits mehr als man zur Realisierung benötigt – es ist in der Tat eine Frage der Einsetzbarkeit.

Auf einen Blick

Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG

-Hauptsitz in Schönaich, 1.400 Mitarbeiter weltweit.

-Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen.

-Kundenspezifische Komplettlösungen und Standardprodukte wie bürstenlose Motoren, Encoder oder Motion Controller.

-Einsatzgebiete: Medizintechnik, Optik oder Telekommunikation.

-Größenspektrum: Durchmesser von 1,9 bis 44-Millimeter.

Erschienen in Ausgabe: 09/2012