Motordesign für Verkaufsautomaten: Technische Überlegungen

Einführung

Verkaufsautomaten verlassen sich auf Elektromotoren, um Produkte auszugeben, Zahlungen entgegenzunehmen und andere mechanische Vorgänge auszuführen. Das Motordesign spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung von Zuverlässigkeit, Effizienz und reibungslosem Betrieb.

1. Kernkriterien für die Motorauswahl

Parameter	Anforderung	Empfohlener Motortyp
Drehmoment	0,5–5 N·m (produktabhängig)	DC-Getriebemotor/Schrittmotor
Geschwindigkeit	10–100 U/min	Getriebe-Gleichstrommotor
Positionsgenauigkeit	±0,1° (für Spiraldosierung)	Schrittmotor/Servo
Arbeitszyklus	Intermittierend (5–20 Sek./Betrieb)	Alle (mit Überlastschutz)
Lärm		BLDC / Stepper

2. Kritische Subsysteme und motorische Integration

A. Spiralausgabemechanismus

Motor: Bipolarer Schrittmotor (1,8°/Schritt)

Getriebe: 20:1 Planetengetriebe

Kontrolle: Mikroschritttreiber (256 Mikroschritte/Schritt)

Spüren: Optischer Endanschlag für Referenzfahrt

B. Förder-/Bandsysteme

Motor: Gebürsteter Gleichstrom-Getriebemotor (12V, 50:1 Verhältnis)

Rückmeldung: Quadratur-Encoder (20 PPR)

Antriebsschaltung: H-Brücke + PWM-Steuerung

C. Abgabe per Aufzug

Verwendet einen Servo- oder Schrittmotor zum Heben und Senken von Produkten.

Beispiel: Verkaufsautomaten mit hoher Kapazität.

D. Roboterarm-Pick-and-Place

Verwendet Servomotoren für eine präzise Produktauswahl.

Beispiel: Fortschrittliche Verkaufsautomaten mit mehreren Produkttypen.

3. Energieverwaltungsdesign

Spannung: 12V/24V DC (batteriegestützt)

Aktuelle Spitzenwerte:

• Schrittmotoren: 1,5-facher Haltestrom während der Beschleunigung

• Gleichstrommotoren: 3× Blockierstromschutz (PTC-Sicherungen)

Energiesparfunktionen:

• Stepper: Automatische Stromreduzierung im Haltezustand

• BLDC: Sensorlose Vektorsteuerung für Leerlaufeffizienz

4. Best Practices für mechanisches Design

Zahnradmaterial:

• Kunststoff (POM): Geräuscharm, kostengünstig

• Metall (Messing/Stahl): Für Anwendungen mit hohem Drehmoment (>3 N·m).

Lagerauswahl:

• Geschirmte Kugellager (IP54) für staubige Umgebungen

Wellenkupplung:

• Flexible Spinnenkupplungen zum Ausgleich von Fehlausrichtungen

Wärmemanagement:

• Motorgehäuse: Aluminiumlamellen für Konvektionskühlung

5. Architektur des Steuerungssystems

[MCU (ARM Cortex-M4)]
│
├── CAN-Bus → Motortreiber (Schrittmotor/BLDC)
│ ├── Strommessung (ACS712)
│ └── Temperaturüberwachung (NTC)
│
└── GPIO → DC-Motortreiber (DRV8876)
└── Encoder-Feedback (LS7366R)

6. Fehlermöglichkeitsanalyse und -minderung

Fehlermodus	Designlösung
Stall-Erkennung	Back-EMF-Überwachung im BLDC
Getriebeverschleiß	Zahnräder aus glasfaserverstärktem Nylon + Schmiermittelreservoir
Spannungseinbruch	Superkondensatorpuffer (5–10 Sek.)
Eindringen von Schadstoffen	IP65-abgedichtetes Motorgehäuse

7. Compliance und Standards

Sicherheit: UL 1004-1 (Motorstandard)

EMV: FCC Teil 15/EN 55032 (Störfestigkeit)

Energie: DOE Level VI (für wechselstrombetriebene Geräte)

Prototyping-Tipps

1. Drehmomentprüfung: Verwenden Sie eine Drehmomentzelle, um das Anlaufdrehmoment unter maximaler Produktlast zu messen.

2. Lebenszyklusvalidierung: Beschleunigte Tests (50.000 Zyklen) mit Umweltkammer (-10 °C bis 50 °C).

3. PCB-Layout:

• Trennen Sie die Motorstromleitungen von den Steuersignalen

• Sternförmige Erdung für Treiber-ICs

Fazit

Die Wahl des richtigen Motors für einen Verkaufsautomaten hängt von Faktoren wie Drehmoment, Effizienz, Steuerungsgenauigkeit und Haltbarkeit ab. Schrittmotoren sind ideal für präzises Dosieren, Gleichstrom-Getriebemotoren für allgemeine Bewegungen und Servomotoren für die erweiterte Automatisierung. Die richtige Auswahl und Wartung des Motors gewährleistet einen reibungslosen Betrieb und eine längere Lebensdauer der Maschine.