Ein Mikromotorgehäuse mit einer Wandstärke von 0,3 mm und eine Rundheitstoleranz im Inneren 0,01 mm Reduziert direkt Rotorunwucht und Betriebsgeräusche. Durch die Verwendung einer tiefgezogenen Schale aus Edelstahl 304 wird eine Lagersitzkoaxialität von erreicht 0,02 mm , wodurch die Schwingungsamplitude um reduziert wird 30 % im Vergleich zu standardmäßigen CNC-gedrehten Aluminiumgehäusen, was einen stabilen Luftspalt und eine längere Bürstenlebensdauer in kernlosen und Schrittmotoren gewährleistet.
Materialauswahl für Mikromotorgehäuse
Das Schalenmaterial bestimmt die magnetische Leistung, Wärmeableitung und Korrosionsbeständigkeit. Die folgende Tabelle vergleicht die drei am häufigsten in Miniaturmotorgehäusen verwendeten Metalle.
| Material | Dichte (g pro Kubikzentimeter) | Wärmeleitfähigkeit (W pro mK) | Magnetische Permeabilität |
|---|---|---|---|
| Edelstahl 304 | 7.9 | 16 | Vernachlässigbar (austenitisch) |
| Aluminium 6061 | 2.7 | 167 | Nicht magnetisch |
| Messing C360 | 8.5 | 116 | Nicht magnetisch |
Edelstahl 304 wird bevorzugt, wenn elektromagnetische Abschirmung und Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind, da seine nichtmagnetische Beschaffenheit das Permanentmagnetfeld nicht verzerrt. Aluminium 6061 bietet eine 167 W pro mK Wärmeleitfähigkeit , das mehr als zehnmal so groß ist wie Edelstahl, was es zur besten Wahl für Hochstrom-Drohnenmotoren macht, bei denen der Spulentemperaturanstieg niedrig bleiben muss 15 Grad C über Umgebungstemperatur.
Kritische Maßtoleranzen und Lagersitzgenauigkeit
Die Schale ist der primäre Fixator für das Lagersystem. Jede Abweichung im Lagersitz führt direkt zu Wellenschlag und akustischen Geräuschen. Die folgenden Toleranzen sind für einen darüber laufenden Mikromotor zwingend erforderlich 10.000 U/min .
- Toleranz des Innendurchmessers des Lagersitzes von plus 0,005 mm bis plus 0,012 mm oberhalb des Lageraußenrings und sorgt so für einen leichten Presssitz ohne Laufbahnverformung.
- Koaxialität der vorderen und hinteren Lagerbohrungen nicht überschreiten 0,015 mm TIR . Eine Abweichung von 0,03 mm führt zu einer Wellenneigung, die das hörbare Geräusch um mehr erhöht 4 bis 6 dB .
- Rundheit der Innenbohrung der Schale 0,008 mm oder besser, um einen gleichmäßigen Luftspalt aufrechtzuerhalten. Ein Rundheitsfehler von 0,025 mm erzeugt eine Rastmomentwelligkeit von 8 % Nenndrehmoment.
- Gesamttoleranz der Schalenlänge von plus minus 0,03 mm um eine axiale Vorspannungsschwankung der Lager nach dem Crimpen der Endkappe oder dem Einbau des Sicherungsrings zu verhindern.
Eine Produktionsserie von 20.000 Edelstahlhülsen unter Verwendung einer Multistation-Transfermatrize wurde ein Cpk von aufrecht erhalten 1.67 auf den Lagerbohrungsdurchmesser, was zeigt, dass das Tiefziehen bei der Prozessfähigkeit für großvolumige Teile mit kleinem Durchmesser die CNC-Drehbearbeitung durchweg übertreffen kann.
Wärmemanagement durch Schalenwandstärke
Die Hülle fungiert als primäre Wärmesenke für einen Mikromotor. Eine Verringerung der Wandstärke verbessert die Wärmeleitung, indem der leitende Wärmewiderstand verringert wird. Wenn ein Bürstenmotor Energie verbraucht 2 Watt Kontinuierlich beträgt der Temperaturabfall über eine 0,5 mm dicke Edelstahlhülle ca 12 Grad C , während eine 0,3-mm-Schale diesen Abfall auf reduziert 7 Grad C , wodurch die interne Wicklungstemperatur unter dem Isolationsklassengrenzwert von gehalten wird 130 Grad C .
Aluminiumschalen mit einer Wandstärke von 0,4 mm und eine schwarz eloxierte Oberfläche strahlen Wärme ab 22 % effizienter als blanker Edelstahl, wie durch Infrarot-Wärmebildgebung unter stationären Bedingungen bestätigt. Die anodische Schicht erhöht den Oberflächenemissionsgrad um ca 0,2 bis 0,85 , sodass der Motor laufen kann 9 Grad Celsius kühler in einem versiegelten Gehäuse.
Vergleich des Herstellungsprozesses
Tiefziehen, CNC-Drehen und Metallspritzguss stellen jeweils Mikromotorgehäuse her, ihre Genauigkeit und Kostenprofile unterscheiden sich jedoch stark. In der folgenden Tabelle sind ihre praktischen Grenzen aufgeführt.
| Prozess | Mindestwandstärke | Erreichbare Rundheit | Jährliche Volumeneignung |
|---|---|---|---|
| Präzises Tiefziehen | 0,15 mm | 0,005 mm bis 0,010 mm | Über 50.000 Einheiten |
| CNC-Schweizer Drehen | 0,25 mm | 0,003 mm bis 0,008 mm | Prototyp auf 5.000 Einheiten |
| Metallspritzguss | 0,35 mm | 0,010 mm bis 0,025 mm | 20.000 bis 100.000 Einheiten |
Tiefziehen liefert die dünnsten Gehäuse zu den niedrigsten Stückkosten, sobald sich die progressiven Werkzeuge amortisiert haben, während das Schweizer Drehen für hochpräzise Prototypen oder Spezialmotoren in kleinen Stückzahlen, die eine geringere Rundheit erfordern, weiterhin unerlässlich ist 0,005 mm .
Oberflächenbehandlungen und Korrosionsschutz
Mikromotorgehäuse werden häufig in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder Salzsprühnebel eingesetzt. Die richtige Oberflächenbeschaffenheit verhindert Lochfraß und sorgt für die saubere Ästhetik, die für Medizin- und Verbrauchergeräte erforderlich ist.
Elektropolieren für Edelstahl
Durch Elektropolieren wird eine Oberflächenschicht entfernt 0,005 mm to 0.010 mm und hinterlässt einen passiven Chromoxidfilm. Eine so behandelte Schale hält stand 500 Stunden Salzsprühnebel gemäß ASTM B117 ohne Rotrost, im Vergleich zu 120 Stunden für eine Schale im gezeichneten Zustand.
Eloxieren für Aluminium
Schwefelanodisieren vom Typ II baut a auf 5 bis 15 Mikrometer dicke Oxidschicht, die die Oberfläche auf annähernd härtet 300 HV . Diese Schicht fungiert auch als elektrischer Isolator mit einer darüber liegenden dielektrischen Durchschlagsspannung 500 V Dies verhindert Kurzschlüsse, wenn ein interner Wicklungsdraht das Gehäuse berührt.
Montageintegration und Lagersicherung
Die letzte Funktion der Schale besteht darin, die Motorbaugruppe zusammenzuhalten. Zwei Hauptmethoden sichern das Lager und die Endkappe und wirken sich jeweils unterschiedlich auf den Spannungszustand des Gehäuses aus.
- Thermische Schrumpfverbindung erhitzt die Schale auf 120 Grad C Dadurch kann das Lager ohne Krafteinwirkung einfallen. Wenn die Schale abkühlt, zieht sie sich zusammen und übt eine gleichmäßige radiale Kompression aus 15 bis 25 MPa am Lageraußenring befestigt und ohne Sicherungsring gesichert.
- Crimpen oder Rollen Eine Lippe am offenen Ende hält die Endplatte. Die Crimpkraft darf die Streckgrenze der Schale nicht überschreiten 205 MPa B. für Edelstahl 304, da sich sonst die Schale nach innen wölbt und den Rotor einklemmt.
Unsachgemäßer Schrumpfsitz an der Stelle, an der die Schale überhitzt ist 200 Grad C führt dazu, dass die Kornstruktur des Messings oder Aluminiums dauerhaft weicher wird, wodurch die Ringfestigkeit der Schale verringert wird 18 % und führte danach zum Ausscheiden des Lagers 1.000 thermische Zyklen .
