Mini-DC-Motoren gehen unter die Haut

Mini-DC-Motoren gehen unter die Haut

Das geht unter die Haut

Das Herzstück einer Tätowiermaschine  – der Motor – muss hohen Anforderungen gerecht werden und ist der vielleicht wichtigste Aspekt bei deren Konzeption. Das Unternehmen Portescap verfügt über eisenlose Miniatur-DC-Motoren in den Baugrößen 16 und 22 mm, die sich durch ein hohes Maß an Flexibilität, Komfort sowie Leistung auszeichnen und für Tätowiermaschinen geeignet sind.

 

 

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts hat die Tätowierindustrie weltweit eine Renaissance erlebt. Talentierte Tattoo-Künstler und immer raffiniertere Technik haben die Möglichkeiten der Körperkunst neu definiert, und was einst als Symbolsprache in Gegenkulturen galt, ist heute als Ausdruck der Persönlichkeit im Mainstream akzeptiert.

Drei Grundtechniken des Tätowierens

Tätowierungen werden mit Maschinen hergestellt, deren bewegliche Nadeln wiederholt mit hoher Geschwindigkeit in die Haut eindringen und bei jedem Stich eine unlösliche Tinte in die mittlere Hautschicht (Dermis) einbringen. Aus den drei Grundtechniken für Linien, Schattierung und farbliches Auffüllen wird das endgültige Tattoo aufgebaut.

Linien werden mit einer einzigen Nadel in die Haut tätowiert. Dabei ist kein großer Hub notwendig, um die korrekte Eindringtiefe der Nadel in die Haut zu erreichen. Für das Schattieren, das i. d. R. auf die Konturierung folgt, wird mit einem Block von Nadeln tätowiert, die gleichzeitig in die Haut eindringen. Hier muss der Hub der Maschine größer sein als für die mit nur einer Nadel gestochenen Linien. Für die letzte Grundtechnik, das Einfärben, wird eine noch größere Anzahl Nadeln gleichzeitig verwendet. Hierfür muss der Hub noch einmal größer sein.

Aufgrund der unterschiedlichen Kraft und Hubhöhe für Linien, Schattierungen und Einfärben arbeiten die meisten Tattoo-Künstler mit drei verschiedenen Maschinen. So entfällt eine komplizierte Einstellung des Hubs, und der Gesamtprozess wird beschleunigt. Allerdings ist diese Ausstattung kostenintensiv, weil drei Maschinen angeschafft, gewartet und nach jeder Tätowierung gereinigt werden müssen. Moderne Maschinen haben zusätzliche Funktionen zur Einstellung von Hub, Geschwindigkeit und Druck. So kann eine Maschine alle drei Hubtypen abdecken und ist darüber hinaus für jeden Hauttyp geeignet.

Tätowierenmaschinen: Coil vs. Rotary

Professional tattoo artist makes a tattoo on a young girl’s hand

Die Geschichte des Tätowierens reicht viele tausend Jahre zurück, doch der erste Prototyp einer elektrischen Tätowiermaschine, wie wir sie heute kennen, wurde 1891 von dem US-amerikanischen Tätowierer Samuel O‘Reilly

patentiert – basierend auf dem Entwurf von Thomas Edison für einen elektrischen Gravierstift. Im Laufe der Jahre hat eine enorme Weiterentwicklung stattgefunden, und heute gibt es zwei Grundprinzipien, die nach ihrem Aufbau und ihrem Mechanismus benannt sind.

Coil-Tattoo-Maschinen arbeiten mit einem elektromagnetischen Schaltkreis, um die Nadel(n) vor und zurück zu bewegen. Für gewöhnlich besitzen diese Maschinen eine oder mehrere Gleichstromspulen und über einen Stabanker verbundene Federn. Diese Anordnung bewegt die Nadelgruppen. Daneben gibt es Rotary-Tattoo-Maschinen. Bei diesen Geräten wandelt ein Exzenter am Ende der von einem Elektromotor angetriebenen Welle die Drehbewegung in eine lineare Bewegung für die Nadel um.

Bei alternativen, triggerbetätigten Rotary-Maschinen ist die Exzenter-Motor-Baugruppe im rechten Winkel zur Nadel-Anker-Mechanik angeordnet. Die neueste Entwicklung bei den Rotary-Maschinen ist jedoch die Stiftform, bei der Antrieb und Nadelbaugruppe in einer Linie in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht sind. Dieses ergonomische Design liegt gut in der Hand und ermöglicht präziseres und ermüdungsfreies Arbeiten.

Der Motor der neuen Maschinen muss nicht nur kompakt, leicht und tragbar sein, sondern auch die erforderliche Drehzahl und Energiedichte für die drei Grundtechniken Linien, Schattierungen und Einfärben liefern und dabei die durch den Mechanismus erzeugten Wechselbelastungen aufnehmen. Zunehmend ist bei Tätowiermaschinen auch eine Motorisierung gefragt, die einen Batteriebetrieb ermöglicht.

Hohe Motorleistung erforderlich

Wichtige Konstruktionsparameter für Tätowiermaschinen sind variable Drehzahl und variables Drehmoment. Unzureichende Drehzahl und zu geringes Drehmoment verursachen Vibrationen, die eine gleichmäßige Verteilung der Tätowierfarbe in der Haut behindern. Dies liegt daran, dass die Dermis nicht genug Zeit hat, das Pigment aufzunehmen, wenn die Nadelspitze ihre Endposition erreicht. Wenn der Motor nicht genügend Leistung hat, muss der Tätowierer mehr Druck mit der Maschine ausüben und sie schräg halten. So dringt die Nadel tiefer ein, was den Vorgang allerdings schmerzhafter macht und die Haut stärker verletzt. Für den Künstler bedeutet dies eine schnellere Ermüdung – ein wichtiger Aspekt, da jede Sitzung mehrere Stunden dauern kann.

Die Motorregulierung ist derjenige Parameter des Motors, der die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie definiert. Je geringer die Drosselung, desto leistungsstärker ist der Motor. Mit zunehmendem Drehmoment (Last) geht die Drehzahl zurück. Bei einer besseren Motorregulierung ist der Drehzahlabfall bei Lastanstieg geringer. Da es weniger lastabhängige Drehzahlschwankungen gibt, ist die Maschine beim Tätowieren stabiler, d. h. sie vibriert weniger und ist leiser. Für die modernen, batteriebetriebenen Geräte spielt außerdem der Wirkungsgrad des Motors eine Rolle. Ein hoher Wirkungsgrad minimiert die Leistungsverluste und den Stromverbrauch, was die Standzeit der Batterie erhöht.

Damit die Tätowiermaschine ergonomisch gestaltet werden kann und gut zu führen ist, muss der Motor kompakt sein. Außerdem muss er leicht sein, um das Gesamtgewicht der Tätowiermaschine möglichst niedrig zu halten. Nur so lässt es sich über einen längeren Zeitraum ermüdungsfrei arbeiten.

Axiale und radiale Kräfte beachten

Die neuen Rotary-Maschinen haben vielfach einen erweiterten Funktionsumfang und können z. B. sowohl Linien und Schattie­rungen als auch Farbflächen tätowieren. Hieraus ergeben sich höhere Anforderungen an den Motor. Die Einstellung der Hublänge (durch eine Exzenterjustierung) sowie der Drehzahl und der Kraft wirken sich auf die variable Lastamplitude und die variablen Frequenzen am Motor aus.

Bei der Auswahl eines geeigneten Motors muss der Entwickler darüber hinaus die verschiedenen axialen und radialen Kräfte berücksichtigen, die der Mechanismus der Tätowiermaschine erzeugt. Die Last beträgt typischerweise 3 bis 9 N und wirkt, je Bauweise des Mechanismus, entweder radial oder axial auf das Hauptlager ein. Außerdem wirkt eine konstante axiale Vorspannung von 1 bis 3 N auf das Lager ein.

Angesichts dieser Kräfte und der Tatsache, dass die Motordrehzahl zwischen 4 000 und 10 000 min-1 liegt, ist die vorherrschende Ausfallursache von Motoren ein Lagerschaden infolge eines unzureichend konstruierten Mechanismus oder der Wahl des falschen Lagers für die gegebenen Axial- oder Radiallasten. Erste Anzeichen für einen Lagerschaden bei Tätowiermaschinen sind entweder eine Zunahme der Vibrationen oder ein verschleißbedingter, höherer Geräuschpegel des Motors.

Geeignete Motoren für Tätowiermaschinen müssen daher nicht nur die hohen Leistungsanforderungen erfüllen, sondern auch die richtige Lagerung zur Aufnahme der Wechselbelastung der Motorwelle mitbringen.

Für jedes Tatoo den passenden Motor

Die Motoren von Portescap verfügen neben einem geringen Trägheitsmoment und hohem Beschleunigungsvermögen über eine verbesserte Motorregulierung. Außerdem weisen sie einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte sowie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auf, und das bei einem kompakten, leichten Gehäuse. Weil bei Tätowiermaschinen die Verbindung zwischen Welle und Lager aufgrund der zyklischen axialen und radialen Belastung kritisch ist, hat der Hersteller außerdem eine optimierte Lagervorspannung und eine starre Verbindung zwischen Welle und Lager entwickelt, die diesen Wechselbelastungen besser standhält. Dies schafft die Voraussetzung dafür, dass die Motoren leise und zuverlässig arbeiten.

Welcher der richtige Motor ist, richtet sich nach dem zur Verfügung stehenden Platz (Durchmesser und Länge) oder der Motorleistung. Portescap-Modelle die für Tätowieranwendungen eingesetzt werden können und eine variable Drehzahl sowie ein variables Drehmoment verlangen, sind die Modelle 22S78, 16N78 und 17N78. Der 22S78 hat die bessere Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, während der 16N78 bei geringerer Leistung den kleineren Durchmesser aufweist. Das Motormodell 17N78 bietet eine mittlere Leistung bei mittlerer Länge und mittlerem Durchmesser.

Die Motoren werden bei hohen Frequenzen von 66 bis 166 Hz (4 000 bis 10 000 min-1) betrieben und eignen sich ggf. für noch höhere Frequenzen. Vor Kurzem hat das Unternehmen seine neuen DCT-Motoren mit einer noch höheren Drehzahl- und Drehmomentleistung auf den Markt gebracht. Außerdem können verschiedene Aspekte des Motorpakets anwenderspezifisch an besondere Anforderungen angepasst werden. Dies betrifft u. a. die Welle, die Anschlüsse und nicht zuletzt die ästhetischen Aspekte des Tattoos.

 

Quelle: Portescap, Foto 3 davit85/stock.adobe.com

Teilen:

Veröffentlicht von

ANZEIGE

ANZEIGE

Digital Scout SPS Connect 2020

Bevorstehende Veranstaltungen

Feb
23
Di
ganztägig 8. Fachtagung „Hybride und energ... @ Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima)
8. Fachtagung „Hybride und energ... @ Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima)
Feb 23 ganztägig
8. Fachtagung „Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen“: Call for Papers bis Ende Juni @ Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima)
Am 23. Februar 2021 findet in Karlsruhe die 8. Fachtagung „Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen“ statt. Der Fokus der kommenden Fachtagung liegt auf Antriebslösungen unter Einbezug von Industrie 4.0 – Technologien. Digitalisierung, Vernetzung[...]

ANZEIGE

Aktuelle Ausgabe

Verbinden