Maßgenaue Führungskraft

<strong>Linearführung</strong> – Präzise Blechbearbeitung erfordert genaues Positionieren. Linearführungen mit integriertem Messsystem gewährleisten verlässliche Positionsdaten selbst bei hohem Tempo.

17. Oktober 2008

Die Bystronic AG im schweizerischen Niederönz ist ein weltweit agierender Anbieter von hochwertigen Lösungen für das Schneiden und Biegen von Blechen. Das Unternehmen produziert und vertreibt Laser- und Wasserstrahlschneidsysteme sowie Abkantpressen der Marken Hämmerle, Beyeler und AFM. Ergänzend werden Lösungen für die Automation des gesamten Material- und Datenflusses der Prozesskette Schneiden-Biegen angeboten.

Schwerlast mit High-Speed

Die Laserschneidsysteme Byspeed 3015 und 4020 zum Beispiel bieten echtes High- Speed-Schneiden im Bereich dünner bis mitteldicker Bleche, erzählt Mario Duppenthaler, Product Manager Lasercutting bei Bystronic, und erläutert: »Hoch dynamisch ist, wenn der Hauptbalken unserer Byspeed bei einem Eigengewicht von einer halben Tonne mit bis zu 30 m/s2 beschleunigt wird.«

Im Betrieb erreichen die Maschinen mit diesen Massen Positioniergeschwindigkeiten bis 169 Meter pro Minute. Für den Anwender bedeutet dies, je nach Werkstück und Material, Schneidgeschwindigkeiten bis zu 50 Meter pro Minute. »Letztlich ist es das Zusammenspiel aller Komponenten, das die erstklassigen Schneidergebnisse garantiert«, erklärt Thomas Scheidegger, Electronics Manager Development bei Bystronic. Zu den wichtigsten und leistungsbestimmenden Komponenten zählt er neben der Laserstrahlquelle und dem Schneidkopf die eigene Steuerung. Sie ist optimal auf die Laserstrahlquelle, die Maschinendynamik und die Prozessführung abgestimmt. Hohe Produktivität gewährleisten zudem speziell entwickelte Direct-Helical-Motoren (DHM) im Kern der Achsen. Dieses Motorkonzept erzeugt eine ebenso starke Antriebskraft wie konventionelle Linearmotoren mit lediglich 1/25 der Magnetfläche.

Präzision durchs Messsystem

Neben außergewöhnlicher Dynamik bietet das Laserschneidsystem auch eine hervorragende Werkstückpräzision. Eine grundlegende Voraussetzung dafür ist jedoch ein sehr genaues Messsystem. In den Hochleistungs-Laserschneidsystemen aus der Schweiz dienen dazu spezielle Linearführungen mit einem integrierten Messsystem, das Bosch Rexroth entwickelt hat. »Das in die Rexroth-Linearführungen integrierte Wegmesssystem ist eine Schlüsselkomponente in diesem Maschinentyp«, betont dazu der Elektronikspezialist Scheidegger.

Mit entscheidend für die Wahl dieser Lösung waren die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung, fasst Scheidegger die Hauptanforderung zusammen: »Wir erfassen Messsignale im Mikrosekunden- Bereich und aktualisieren die Daten in unserer NC-Steuerung ebenso schnell.«

Schnelle Verrechnung

Ein wesentlicher Vorteil ist für Scheidegger die im Sensorkopf integrierte Interpolationseinheit, die eine entsprechende Geschwindigkeit in der Signalverarbeitung ermöglicht. Die Signalausgänge besitzen eine Echtzeitauswerteelektronik, die selbst bei hochdynamischen Bewegungen bis 5 Meter pro Sekunde verlässliche Positionsdaten sicherstellt.

Nicht weniger wichtig für die Performance der Laserschneidsysteme sind andere systembedingte Vorteile des integrierten Messsystems. Im Vordergrund steht hier die Integration des Messsystems in die Kugelschienenführung. Aufbauend aus Standard-Führungselementen, bilden das Führungs- und Messsystem eine Einheit. Basis der Lösung ist eine in die Führungsschiene eingearbeitete Maßverkörperung. Dazu dient hier ein Stahlband, in das in einem fotolithografischen Prozess eine hochpräzise Periodenteilung eingeätzt ist. Die Maßverkörperung ist in ihrer gesamten Länge durch ein dicht verschweißtes Edelstahlband geschützt. Diese Verbindung hält auch extremen Vibrationen und Stößen bis zu 10 g stand. Bis zu einer Messlänge von 2.500 Millimeter erreicht die eingearbeitete Maßverkörperung eine absolute Genauigkeit von ± 3 Mikrometer, bis 4.000 Millimeter Messlänge sind mit einteiliger Maßverkörperung Genauigkeiten von ± 5 Mikrometer kein Problem.

Gemessen wird die Position über einen direkt am Führungswagen verschraubten Lesekopf mit integrierter Sensorik und Elektronik für die Signalkonditionierung. Die relative, kontaktlose Bewegung zwischen Maßverkörperung und Lesekopf erzeugt dabei sinusförmige analoge Inkrementalsignale mit einer Periodenlänge von 1.000 Mikrometer. Durch Interpolation der analogen Spannungswerte zu Rechtecksignalen lassen sich Auflösungen bis 0,25 Mikrometer erreichen.

Robust, präzise und einfach

Die Integration des Messsystems in die Linearführung verhindert Messungenauigkeiten aufgrund von Parallelitätsabweichungen zwischen Mess- und Führungssystem.

Das induktive Messsystem arbeitet berührungslos und ist unempfindlich gegenüber Wasser, Öl, Staub oder Spänen. Dies ist besonders wichtig beim Laserschneiden, da hier feiner metallischer Staub entsteht, der sich an magnetischen oder optischen Systemen festsetzen kann. Darüber hinaus erleichtert die Verbindung der Funktionen Führen und Messen in einer Einheit die Maschinenkonzeption und spart zusätzlichen Bauraum oder Anbauflächen für externe Messsysteme.

Als eines der wichtigsten Entscheidungskriterien für die Nutzung des integrierten Messsystems sieht Scheidegger jedoch auch die Verfügbarkeit der Rexroth-Produkte: »Wir verwenden seit vielen Jahren Rexroth-Führungssysteme. Ausschlaggebend, nun auch das integrierte Messsystem als Schlüsselkomponente in Byspeed Laserschneidanlagen einzusetzen, war für uns aber auch die gute Zusammenarbeit, nicht zuletzt auch mit dem zuständigen Vertriebspartner der Bosch Rexroth AG in der Schweiz, und das Vertrauen in die Lieferfähigkeit.«

Vorteilhaft für die schnelle Lieferfähigkeit der Rexroth-Linearführungen ist zudem die Austauschbarkeit von Führungswagen und Führungsschiene der gleichen Baugröße. Aufgrund der präzisen Fertigung lassen sich sogar Führungswagen und Sensor getrennt voneinander auswechseln.

Fakten

-Kugel- und Rollenschienenführungen von Bosch Rexroth mit einem integrierten Längenmesssystem verbinden die Funktionen Führen und Messen.

-Das induktive Messsystem ist unempfindlich gegenüber magnetischen oder elektrischen Störfeldern und bietet die Schutzart IP 67.

-Die hochgenaue Maßverkörperung gepaart mit abstandscodierten Referenzmarken bzw. Einzelreferenzmarke ermöglicht eine Auflösung bis 0,25 ?m.

-Das integrierte System erfordert keinen zusätzlichen Bauraum.

Erschienen in Ausgabe: 07/2008