Vielseitig verwendbar

Antriebstechnik

Linearantriebe – Verfahrportale lösen zahlreiche Positionier- und Handhabungsaufgaben in der Automation. Ein neues multifunktionales Mehrachssystem mit bis zu 15 Achsen kann dabei auch komplexe Geometrien und kleine Stückzahlen schnell, passgenau und kostengünstig bearbeiten.

22. August 2014

Eine weit verbreite Lösung für komplexe Positionier- und Handhabungsaufgaben zum Beispiel in Fräsmaschinen sind Verfahrportale mit Gantry-Systemen, bei denen zwei separate Vorschubmotoren eine gemeinsame Antriebsachse bewegen. Die Synchronisierung der beiden Achsen über die CNC-Steuerung sowie eigene Positionsmesssysteme in den Achsen machen dabei eine mechanische Wellenverbindung zwischen den beiden Portalseiten überflüssig. Nachteile solcher Systeme sind jedoch die komplexe Gleichlaufsynchronisierung und die eingeschränkte Zugänglichkeit der Zustellachsen. Zudem verursacht der hohe mechanische Aufwand auch hohe Kosten und erhöht die Ausfallwahrscheinlichkeit.

Eine Alternative zu solchen Positionier- und Handlingsystemen mit Gantry-Antrieb hat jetzt die Jenaer Antriebstechnik GmbH in Kooperation mit der Rex & Schley Automatisierungstechnik GmbH aus Erfurt realisiert. Einsetzbar ist die Lösung in vielen Anwendungen, bei denen es auf hohen Durchsatz, hohe Konturtreue, minimierte Stillstandzeiten sowie eine große Flexibilität zur Bearbeitung auch kleiner Losgrößen ankommt.

Das mechatronische Portalrobotersystem besteht aus einer direkt angetriebenen Linearachse mit einem Hub von 1.200 Millimeter, an der zwei ebenfalls direktlinear getriebene Auslegerachsen mit einem Hub von jeweils 800 Millimeter angebracht sind. Die Lagerung der Auslegerachsen auf der Gegenseite geschieht dabei über eine einfache Stützführung. An jeder Auslegerachse verfahren zwei Z-Achsen, die sich entsprechend der jeweiligen Anwendung mit weiteren Achsen bestücken lassen, beispielsweise zum Schneiden, Fügen, Greifen oder zur optischen Inspektion. Für eine Synchronisierung verschiedener Arbeitsgänge kann das Achssystem zudem Passermarken aufbringen. Insgesamt besitzt das Portalsystem damit bis zu 15 unabhängige Achsen.

Die Verwendung von zwei Bearbeitungsköpfen pro Achsausleger ermöglicht es, komplexe Strukturen genau und schnell abzufahren. Die Flexibilität des Systems erlaubt es, für kleinere Teile alle vier Köpfe unabhängig einzusetzen oder für große Teile zum Beispiel nur einen Kopf. Zudem ermöglichen es die beiden voneinander unabhängigen Achssysteme, bei einem Ausfall eines Teilsystems die Anlage weiterzufahren.

Leicht und dynamisch

Der Einsatz von leichtem und struktursteifem kohlefaserverstärkten Kunststoff anstelle von Stahl oder Aluminium als Werkstoff für die Auslegerachsen ermöglicht hochdynamische Bewegungen mit hoher Positioniergenauigkeit. So verfahren die Achsen mit Geschwindigkeiten bis zu zwei Meter pro Sekunde bei einer Beschleunigung bis zu 15 m/s2. Robuste lineare Messsysteme ermöglichen dabei eine Positionierung mit einer Auflösung von einem Mikrometer bei einer Wiederholgenauigkeit in der XY-Ebene von unter fünf Mikrometer. Die hohe Temperaturfestigkeit des CFK-Materials für die Ausleger gewährleistet die hohe Präzision dabei auch bei schwankender Umgebungstemperatur.

Die für die X- und Y-Achse verwendeten Direkt-Linearmotoren entstammen der SLM-Baureihe der Antriebstechnikspezialisten aus Jena. Dazu kommen in den Z-Achsen, die als Spindelachsen ausgeführt sind, die hochpoligen Servomotoren der Baureihe Ecostep 23S.

Komplett und einbaufertig

In Kombination mit den Servoverstärkern der Baureihe Ecovario liefert das Unternehmen damit einbaufertig ein komplettes Mechatroniksystem, mit dem sich mittels Sequenzprogrammierung individuelle Steuerungs- und Bedienkonzepte realisieren lassen. Zur Sollwertvorgabe besitzen diese Servoantriebe Steuerungsschnittstellen für die Protokolle CANopen, EtherCAT, Ethernet, Profibus DP, RS232 oder RS485. Der Zweiachs-Servoverstärker Ecovario 114 D ist zudem als erstes Gerät der Serie auch mit einer Profinet-Schnittstelle verfügbar. Der Verstärker deckt den Leistungsbereich bis 1,4 Kilowatt ab und eignet sich für den Betrieb von zwei- oder dreiphasigen Synchronservomotoren, DC-Motoren, EC-Motoren und Schrittmotoren in den Profidrive-Applikationsklassen 1, 3 und 4 mit unterschiedlichen Rückführsystemen wie Inkremental-Encoder, sin/cos-Encoder oder Absolutwertgeber mit BiSS- oder Hiperface-Schnittstelle. Die Sicherheitsfunktion »Sicher abgeschaltetes Moment« (STO) ist bereits integriert.

Präzise Steuerung

Die übergeordnete Steuerung der insgesamt bis zu 15 Servoachsen übernimmt in dem beschriebenen System eine kompakte High-Speed-CNC des Wiesbadener Automatisierungsspezialisten Eckelmann, deren Firmware an die kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden kann. Die Generierung der Bahn- und Rampendaten in der CNC-Steuerung mit einem Ruckfilter gewährleistet dabei einen stetigen, ruckfreien Bewegungsablauf des Achssystems. Zudem sind die CNC-Programme so ausgelegt, dass sie entweder als Gesamtsystem oder als zwei parallel arbeitende Teilsysteme abgearbeitet werden können. Die automatische Maschinenkalibrierung nach jedem Einschalten erübrigt ein aufwendiges Einmessen bei einem Werkzeugwechsel.

Die Geometrie der zu bearbeitenden Teile kann als DXF-Datei eingegeben werden, die sich aus jedem gängigen CAD-Programm erzeugen lässt. Werden dabei mehrere unterschiedliche Geometrien eingegeben, werden sie automatisch so angeordnet, dass die zur Verfügung stehende Bearbeitungsfläche optimal ausgenutzt wird. Das System benötigt keine Umrüstzeit und ermöglicht so auch bei minimalen Losgrößen einen wirtschaftlichen Einsatz. Die integrierte Materialdickenmessung mit automatischer Nachführung der Z-Achse gewährleistet dabei eine Anpassung des Achssystems an Materialien unterschiedlicher Dicke.bt

Auf einen Blick

- Die 1990 gegründete Jenaer Antriebstechnik GmbH mit heute ca. 100 Mitarbeitern entwickelt, produziert und vertreibt hoch- und niederpolige Servomotoren, Linearmotoren, passende Antriebsverstärker sowie mechatronische Systeme.

- Einsatz finden die Lösungen überall, wo hohe Dynamik bei großer Genauigkeit gefragt sind.

Erschienen in Ausgabe: 06/2014