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#White Papers

Fachaufsatz: Mut zum hochdynamischen Antrieb beim präzisen Positionieren

20 Jahre Erfolgsgeschichte von Direktantrieben für hochpräzise Positioniersysteme.

Lineare und rotatorische Direktantriebe bieten signifikante Vorteile beim Betrieb von anspruchsvollen Positioniersystemen. Sie liefern hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungswerte. Zudem sind sie wartungsarm, gewähren sehr hohe Standzeiten und weisen beste Eigenschaften beim Gleichlauf und der Positioniergenauigkeit auf. Dennoch gibt es immer noch Vorbehalte beim Maschinenbau. Ein eventueller Mehraufwand bei der steuerungstechnischen Inbetriebnahme der Achsen schreckt so manchen Konstrukteur. Doch die mehr als 20-jährige Erfahrung von Föhrenbach beim Einsatz von Direktantrieben in hochpräzisen Positioniersystemen ist eindeutig: Der Einsatz lohnt sich nachhaltig, und die Inbetriebnahme gelingt durch gute Kooperation zwischen Maschinenhersteller und Positioniersystem-Experten leichter als gedacht.

Die technischen Eigenschaften von Linearmotoren und die konstruktiven Merkmale von direkt angetriebenen Positionierachsen führen zu zahlreichen positiven Eigenschaften, die die entsprechenden Positioniersysteme für besonders anspruchsvolle Anwendungen prädestinieren. Was sind das für Eigenschaften?

Wartungsarmes Maschinendesign für höchste Produktivität

Bei Direktantrieben entfallen zahlreiche mechanische Komponenten wie Getriebe, Ritzel, Zahnstangen, Spindeln, Zahnriemen und Ketten. Durch das schlanke Design der Mechanik reduziert sich der Verschleiß deutlich, was zu längeren Standzeiten der Systeme führt. Maschinenbetreiber profitieren davon durch reduzierten Wartungsaufwand und erhöhte Maschinenverfügbarkeit. Und dank der vollständigen Integration in die Maschine bieten Linearmotorachsen auch unter rauen Einsatzbedingungen besonders hohe Zuverlässigkeit. Bei hohen Taktgeschwindigkeiten sind Energieeinsparungen von bis zu 70% im Vergleich zu Spindelantrieben möglich.

Wirtschaftlich schlagen diese Vorteile insbesondere bei Anwendungen zu Buche, bei denen überdurchschnittliche Produktivität gefordert ist und ein Maschinenstillstand hohe Kosten verursacht. Die hohe Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit sorgen zudem für schnelle Bearbeitungszeiten. Eine optimierte Fertigung hoher Stückzahlen wird also durch eine Maschinenlösung mit direktangetriebenen Positionierachsen zuverlässig und ökonomisch sinnvoll unterstützt.

Selbstverständlich ist auch ein Direktantrieb keine Wunderkomponente der Maschinenkonstruktion. Seine robusten technischen Eigenschaften kann er nur entfalten, wenn das gesamte Positioniersystem erstens in sich stimmig konstruiert ist, zweitens passend zur Anwendung dimensioniert wurde und drittens höchste Präzision in der mechanischen Bearbeitung der Achssysteme garantiert ist.

Qualität durch hervorragende Positioniergenauigkeit und Gleichlaufeigenschaften

Der Wegfall der oben genannten mechanischen Elemente wirkt sich zugleich positiv auf die Präzision des Positionierens aus. Es entfallen die typischen Ungenauigkeiten durch Getriebespiel, Zahnriemendehnung, Wellentorsion, Resonanz oder Hysterese. Die sorgfältige mechanische Bearbeitung der Linearachsen vorausgesetzt, ist es bei direkt angetriebenen Linearachsen letztlich das Messsystem, das die Genauigkeit der Gesamtanwendung bestimmt.

In Verbindung mit einem hochauflösenden Messsystem ergeben sich daher sehr gute Gleichlaufeigenschaften, auch bei niedrigen Verfahrgeschwindigkeiten. Auch Positionier- und Wiederholgenauigkeit sind gegenüber traditionellen mechanischen Übertragungssystemen verbessert. Und dank des optimalen Verhältnisses von Drehmoment bzw. Kraft zu Eigenträgheit bzw. Leistung zu Gewicht zeichnen sich direkt angetriebene Positioniersysteme zugleich durch eine besonders hohe Dynamik aus. Die hohe Steifigkeit des mechanischen Systems ermöglicht dabei eine höhere Verstärkung der Regelkreise.

Güte der Achsen setzt Maßstäbe

Insbesondere in Punkto Genauigkeit gilt allerdings, dass das Gesamtsystem nur so gut ist wie seine schwächste Komponente. In Verbindung mit der potentiell sehr hohen Präzision des Direktantriebs und eines fein auflösenden Messsystems entscheidet letztlich die Qualität der mechanischen Bearbeitung der Achsen über die Performance der Anwendung.

Föhrenbach entwickelt seine Positioniersysteme daher nach dem Prinzip „Alles aus einer Hand“. Die eingesetzten Motoren sind Eigenentwicklungen mit sehr hoher Leistungsdichte. Vor allem aber beim Feinfräsen und Schleifen der Achsen setzt das Unternehmen überdurchschnittlich hohe Standards. Dies gelingt bei sehr hoher Leistungs- und Fertigungstiefe durch den Einsatz eines spezialisierten Maschinenparks inklusive der Vermessung produzierter Achsen mittels Laser Interferometer. In dieser Kombination aus erfahrener Konstruktion und anspruchsvollster Fertigung gelingt Föhrenbach die Umsetzung von Positioniersystemen mit einer Wiederhol- und Positioniergenauigkeit in der Größenordnung von ≤ 1 µm.

Föhrenbach hat alle notwendigen Messmittel zur Erfassung von Positionsstreubreite, Ablaufgenauigkeit ≤ 1“ (Kippen, Gieren und Rollen), sowie von Winkel- und Taumelfehler bei Rundachsen.

Die Präzision bei der Bearbeitung der Achsen ist zugleich der Garant für die eingangs beschriebene Robustheit der direktangetriebenen Positioniersysteme von Föhrenbach. Erst in Verbindung mit einer besonders präzisen Ausführung der verbleibenden mechanischen Komponenten lassen sich die hohen Standzeiten und der minimale Wartungsaufwand der Systeme langfristig wirksam realisieren.

Keine Angst vor Direktantrieben - Reibungslose Inbetriebnahme inklusive

Direktantriebe erlauben im Vergleich zu mechanischen Übertragungssystemen hohe Beschleunigungswerte. Diese positive Systemeigenschaft stellt erhöhte Anforderung an die Regelung und Steuerung der Achsen bzw. an die Einrichtung und Inbetriebnahme von Antriebsreglern.

Auch unter diesem Aspekt bietet der integrale Ansatz von Föhrenbach, alle benötigten Komponenten aus einer Hand zu liefern, eine bewährte Lösung. Föhrenbach hat ein eigenes Portfolio an Steuerungen und Antriebsreglern entwickelt, die komplett im eigenen Schaltschrank an Kunden ausgeliefert werden. Bei Kunden, die diese integrale Lösung für die Positioniertechnik ihrer Maschinen wählen, übernimmt Föhrenbach die Einstellung der Regler und die Inbetriebnahme der Achs- und Mehrachssysteme mit aufgebrachten Lasten. Die Systeme werden in einem optimierten Zustand betriebsbereit an den Kunden übergeben.

Doch auch wenn in Rücksicht auf Betriebsmittelvorschriften oder nach Kundenwunsch andere Antriebs- und Steuerungstechnik zum Einsatz kommen soll, bieten die Servicetechniker von Föhrenbach einen Inbetriebnahmeservice. Nach den jeweiligen Gerätespezifikationen wird die Inbetriebnahme werkseitig vorbereitet und vor Ort beim Endkunden begleitet. Insbesondere unter dem Aspekt der Wartungsarmut und der hohen Standzeiten der direkt angetriebenen Positioniersysteme lohnt sich dieser initiale Aufwand.

Langjährig erfolgreicher Einsatz in anspruchsvollen Branchen

Seit über 40 Jahren entwickelt und fertigt Föhrenbach hochpräzise Komponenten, Einheiten und Systeme für Linear- und Rundbewegungen in der Automatisierungstechnik und im Präzisionsmaschinenbau. Seit rund 20 Jahren kommen dabei als Eigenentwicklungen integrierte Linearmotoren zum Einsatz, die auf die jeweiligen Anforderungen des Kunden angepasst werden. So ist ein Portfolio an Systemen unterschiedlicher Baugröße und unterschiedlich starken Linearmotoren entstandenen, die je nach Dichtheitsanforderungen über adäquate Lösungen für die Abdeckung der Schlittenführung verfügen. Für Anforderungen, die mit diesen hochwertigen Standardkomponenten nicht realisiert werden können, entwickelt Föhrenbach maßgeschneiderte Systeme.

Diese hochpräzisen Positionierlösungen kommen in Kundenanwendungen mit besonders hohen Anforderungen an die Qualität und / oder die Verfügbarkeit von Bearbeitungsmaschinen zum Einsatz. Beispiele sind die Laserbearbeitung, Laboranwendungen oder die Leiterplattenindustrie. Angesichts langjähriger Kundenbeziehungen können die Entwickler und der Service von Föhrenbach die herausragenden Eigenschaften und Betriebsvorteile von linearen und rotatorischen Direktantrieben bei Positionieraufgaben hundertprozentig bestätigen. Angesichts der teils wettbewerbsentscheidenden Vorteile ist man sich bei Föhrenbach sicher, dass diese Lösungen zukünftig in einem noch viel stärkeren Ausmaß Eingang in Konzepte der Maschinenautomation finden werden.

Infos

  • Unadingen, 79843 Löffingen, Germany
  • Föhrenbach GmbH