Drei Entwicklungslevels aus einer Hand

Schwerpunkt Lineartechnik

Linearmodule – Schaeffler ist in der Lage, mit eigenen Produkten alle drei Stufen der Lineartechnik anzubieten: Von Komponenten über Modullösungen bis hin zu kundenindividuellen Systemen.

17. August 2016

Die Entwicklung der Lineartechnik lässt sich heute in drei Stufen einteilen: konfigurierbare Ein- und Mehrachssysteme aus einem Standard-Modul-Baukasten, anspruchsvolle Linearsysteme mit kundenspezifischen Sonderteilen und als dritte Stufe individuelle Linearsysteme mit Direktantriebstechnologie. Henning Dombeck, Leiter Systemlösungen bei der INA-Lineartechnik, erklärt dazu: »Wir decken in Homburg alle drei Entwicklungsstufen gleichermaßen gut ab. Das können nur wenige Lineartechnik-Anbieter. Bei Bedarf greifen wir in Homburg sowohl auf das komplette Produktportfolio von Schaeffler als auch auf die Entwicklungskompetenzen und -ressourcen des Konzerns zurück. In der eher mittelständisch geprägten Lineartechnik ist das eine einmalige Kombination am Markt.«

Die INA-Linearmodule und die angetriebenen Lineareinheiten aus dem Modul-Baukasten decken bereits den Großteil der Standard-Applikationen ab. Unter Modul ist hier ein funktionsfertiges Linearsystem zu verstehen, bestehend aus einem Aluminium-Trägerprofil, einer Linearführung – egal ob es sich um eine Profilschiene, Laufrolle oder Welle handelt – und einem mechanischen Antrieb, der ein Kugel- beziehungsweise Trapezgewindetrieb sein kann oder ein Zahnriementrieb.

Die Linearmodule werden mit elektrischen Antriebselementen wie Servomotoren, Steuerungen und mechanischen Elementen wie etwa Befestigungswinkel, Spannpratzen, Nutensteinen, Kupplungen sowie Zwischenwellen zu angetriebenen Lineareinheiten ergänzt. »Bei diesen Standard-Applikationen stellt aus Sicht des Maschinenherstellers die Hardware lediglich ein Mittel dar, die gewünschte Bewegungsfunktion für den Arbeitsprozess sicherzustellen. Für den Hersteller rückt daher bei diesen einfacheren Applikationen ein effektiver Engineering-, Konfigurations- und Inbetriebnahmeprozess in den Vordergrund«, benennt Henning Dombeck die Situation.

Drei Werkzeuge

Für ein effizientes Engineering stehen Schaeffler-Kunden drei Werkzeuge zur Verfügung: das Online-Katalogsystem medias für einzelne Achsen und Führungen, der neue Gesamtkatalog Angetriebene Lineareinheiten AL1 mit detaillierten Konstruktionshinweisen sowie das Online-Berechnungstool Bearinx-online Easy Linearsystem.

Die Online-Software ergänzt den Katalog AL1 als praktisches Konfigurations- und Berechnungsprogramm für Standard-Ein- und Mehrachssysteme.

Mit diesem Tool lassen sich Linearmodule mit Servomotoren und Planetengetrieben zu angetriebenen Ein- oder Mehrachssystemen kombinieren und als System auslegen. Dem User werden zum jeweiligen Modul passende Motor-Getriebe-Kombinationen als Vorzugsreihen angezeigt. So ist automatisch sichergestellt, dass die ausgewählte Motor-Getriebe-Kombination auf die Belastbarkeit der Führung und des Zahnriemen- beziehungsweise Kugelgewindetriebes abgestimmt ist.

Henning Dombek erklärt zum Lieferantenmanagement für die elektrischen Komponenten:

»Wir verfügen mit unseren Servomotoren, -getrieben und Steuerungen bereits über ein sehr breites Angebot. Im Katalog AL1 nehmen die elektrischen Komponenten immerhin gut 120 Seiten ein. Allerdings berücksichtigen wir auch die Motoren- und Steuerungslieferanten unserer Kunden, da dies für deren Ersatzteilhaltung und Instandhaltungsprozess vorteilhafter sein kann. Um hier eine breite Auswahl anbieten zu können, gibt es kaum einen Hersteller von elektrischer Antriebstechnik, den wir nicht anbieten können. Der Einkauf und der Wareneingang des Kunden werden entlastet und die Achse komplett aus einer Hand geliefert.«

Genügt das Standardprofil oder ist ein Sonderprofil als Gesamtlösung doch kostengünstiger und technisch besser geeignet? Bei Bedarf konstruieren und optimieren die Lineartechnik-Spezialisten applikationsspezifische Strangpressprofile. Die hierfür erforderlichen Strangpresswerkzeuge fertigen die Homburger sogar selbst. Die Profile werden als Lohnauftrag beim Schaeffler-Zulieferer produziert. Kunden der Schaeffler Lineartechnik können auf diese Weise auf die günstigen Einkaufs- und Lieferbedingungen eines Großkonzerns zugreifen. Auch Aluminium- und Graugussteile in kleinen und mittleren Stückzahlen gehören zum Leistungsumfang.

In die applikationsspezifischen Führungsprofile und Laufwagen integrieren die Ingenieure bei Schaeffler möglichst viele Funktionen, so dass trotz der geringen Stückzahl eine sehr wirtschaftliche Gesamtlösung realisiert werden kann. So nimmt beispielsweise das Gehäuse eines Laufwagens mit Zahnstangenantrieb den Servogetriebemotor, die elektrische Kupplung, das Antriebsritzel, die Schmiereinheit, Laufrollen, Abstreifer und gegebenenfalls auch Positionsschalter auf.

Der Laufwagen kann als Gussteil so konzipiert sein, dass er in einer Aufspannung auf einer Fünfachsmaschine fertig zu bearbeiten ist. Henning Dombek ergänzt dazu: »Unser Netzwerk aus Zulieferern und Lohnfertigern für Guss- und Strangpressteile erlaubt es uns, in Kombination mit Standardkomponenten auch sehr ungewöhnliche Linearsysteme zu entwickeln.«

Spezialist im Hause

Innerhalb der Schaeffler-Gruppe ist die INA – Drives & Mechatronics AG & Co. KG, kurz IDAM, der Spezialist für die Direktantriebstechnologie. Für die Auswahl einer bestimmten Motorenbauart für eine Linearachse sind die individuellen Rahmenbedingungen beziehungsweise der Maschinenprozess ganz entscheidend. IDAM verfügt heute über eines der breitesten Portfolios linearer Direktantriebe am Markt und kann daher für nahezu alle Applikationen – von hochdynamisch bis äußerst präzise – den passenden Linearmotor anbieten. Der Anbieter unterscheidet genutete, nutenlose, eisenarme und eisenlose Direktantriebe sowie Sonderbauformen wie beispielsweise Moving Coil, Moving Magnet und Reluktanzmotoren. Besonderer Wert wird auf optimale Magnetkreisdimensionierung und kleinsten Bauraum gelegt, woraus die hohe Energieeffizienz der Motoren resultiert.

Um für den Kunden aus einem Linear-Direktantriebsmotor eine genau passende Achse zu generieren, ist es wichtig, alle Einzelkomponenten und deren Zusammenspiel zu beherrschen. Linearmotor und -führung, das Messsystem, die mechanischen Grundkomponenten sowie die Steuerung bilden eine Einheit, die jeder für sich die Dynamik und Genauigkeit beeinflussen.

Die Systemkompetenz von IDAM äußert sich zum Beispiel bei kundenspezifischen Kreuztischen vom Typ MDDS-002 zur Vermessung optischer Flächengenauigkeiten von 50 Nanometern. Und in einer Dreiachsanwendung positionieren Hochgeschwindigkeits-Z-Achsen vom Typ LRAM mit Beschleunigungen von 1.000 m/s2, also 100 g, Messnadeln auf Halbleitern in einem 10-Mikrometer-Spot. Andere Achsen vom Typ LDDS-078 kontaktieren Kraft-Weg-geregelt über 60.000 Bauteile je Stunde in einem speziellen Turret-Test-Handler.

Mit der INA-Lineartechnik und IDAM bietet Schaeffler eine vorteilhafte Kombination zweier Unternehmen, die für diese komplexe Aufgabe die genau passenden Kernkompetenzen vereinen. Ein Beispiel für die gemeinschaftliche Entwicklung einer Direktantriebsachse ist ein gut acht Meter langes Tandem-Linearmodul für einen französischen Hersteller von Automatisierungssystemen.

Das Linearmodul basiert auf dem bewährten Linearmodul-Baukasten der MDKUSE35 – einem eigensteifen Aluminium-Trägerprofil mit zwei parallel angeordneten sechsreihigen Kugelumlaufeinheiten vom Typ KUSE35 – und einem IDAM-Direktantrieb mit zwei genuteten Synchron-Linearmotoren vom Standardtyp L1C. Diese erzeugen eine Spitzenkraft von knapp 4.000 Newton. Der angetriebene Laufwagen mit einer Länge von 700 und einer Breite von 500 Millimetern kann mit einer Geschwindigkeit von bis zu zwei Metern pro Sekunde verfahren und mit bis zu 5 m/s2 beschleunigen. Die Achse positioniert dabei reproduzierbar auf ±0,01 Millimeter genau.mk zSchaeffler deckt mit den INA-Linearmodulen Querschnitte von 40 x 45 bis zu 415 x 200 Millimeter ab. Die Tandemmodule verfügen über einen Laufwagen, der auf zwei parallelen Kugelumlaufeinheiten gelagert ist. Als Antrieb kann man zwischen Zahnriemen (Ausführung MDKUVE..-3ZR) und Kugelgewindetrieb (Ausführung MDKUVE..-KGT) wählen. Dank des großen Profilquerschnitts und der daraus resultierenden hohen Steifigkeit eignen sich diese Linearmodule besonders als freitragende Querachsen in der Montage- und Handhabungstechnik, als steife Querachsen in Messmaschinen oder auch für Fügeprozesse und Bearbeitungsmaschinen. Sie können besonders hohe Momente an allen drei Achsen aufnehmen. Aufgrund der Redundanz im Antrieb mit mehreren Zahnriemen finden diese Tandemmodule auch als Vertikalachse bevorzugt Einsatz.Teleskopachsen bieten im Vergleich zu Standard-Linearachsen den großen Vorteil, dass ihr Verfahrweg über den Bauraum des eingefahrenen Trägerprofils hinausgeht. Dadurch kann der Arbeitsraum für andere Maschinen und Prozesse freigegeben werden. Speziell für solche Nebenachsen, wie etwa Pick-and-Place-Anwendungen oder die Werkzeugübergabe, entwickelten die Schaeffler-Ingenieure der INA-Lineartechnik das Teleskopmodul MTKUSE. In diesem Teleskopmodul sind drei Präzisionskugelumlaufeinheiten so übereinander angeordnet, dass der mögliche Verfahrweg mehr als doppelt so lang ist wie das Basismodul selbst. Die Basistragschiene ist mindestens 200 und maximal 1.000 Millimeter lang. Daraus ergibt sich ein Nutzhub von 100 bis maximal 2.500 Millimeter. In der Montage- und Handhabungstechnik, in der Medizintechnik oder auch im Werkzeugmaschinenbau als Nebenachsen eröffnen sie ganz neue Möglichkeiten.Eine weitere interessante Lösung aus dem INA-Standard-Programm stellen die Klemmmodule dar. Zwei Laufwagen werden über den integrierten Zahnriemen gegenläufig mechanisch angetrieben. Mit Klemmmodulen lassen sich Funktionen wie Fixieren, Ausrichten, Zentrieren und Klemmen in der Handhabungs- und Montagetechnik sowie in der Verpackungstechnik zum Beispiel das Palettieren einfach realisieren.

Erschienen in Ausgabe: 06/2016