»Wo genau steht der Motor jetzt?«

Messsysteme - »Wie und wo kann ich das Messsystem optimal am Direktantrieb integrieren?« Diese Frage ist nicht immer leicht zu beantworten. Martin Koblitz vom Messtechnikspezialisten AMO gibt einige Tipps.

06. April 2006

Grundsätzlich eignen sich unsere Messsysteme für alle Direktantriebe, die in Länge, Winkel oder einer Kombination aus beiden Bewegungen (Hub-Schwenk-Bewegung) verfahren oder positionieren sollen. Die Antriebsphysik spielt dabei eigentlich keine Rolle. Wichtig ist vielmehr die Vorgabe, eine Länge oder einen Winkel direkt und somit spielfrei und so exakt wie möglich zu erfassen. Antriebe können durchaus auch auf einem pneumatischen oder hydraulischen Prinzip aufgebaut sein, jedoch sind die Regel- und Genauigkeitsanforderungen bei diesen Systemen häufig geringer. Einen wesentlichen Anteil spielen für uns die elektrischen Direktantriebe in Form von Linear- und Torquemotoren. Der Messbereich liegt linear von einigen Millimetern bis 30 m (eigentlich unbegrenzt), rotativ decken wir die ›endlos‹ drehenden Spindeln und Rundtische ebenso ab wie Sonderachsen, die nur in einem begrenzten Winkelsegment verfahren (z. B. Winkelfräsköpfe). Durchmesserbereich für rotative Anwendungen: 60 bis 3.000 Millimeter.

Ab welchen Genauigkeitserfordernissen ist ein Messsystem wirtschaftlich?

Ein Einsatz in Verbindung mit Direktantrieben erfolgt in der Regel in Applikationen, in denen Dynamik und Genauigkeiten gesteigert werden sollen. Antriebssysteme mit einer Getriebeübersetzung weisen Umkehrspiel, Elastizitäten und auch eine begrenzte Dynamik durch mehr Reibung und höhere Trägheitsmomente auf. Sie erreichen Positioniergenauigkeiten, die mit herkömmlichen Antriebssystemen nicht möglich waren. In dynamischen Applikationen wird die Produktivität einer Maschine häufig spürbar gesteigert. Durch schnellere und genauere Positionierung wird zum Beispiel ein Herstellungsprozess um 20 Prozent verkürzt.

Ein Mehrpreis für einen Direktantrieb einschließlich Messsystem kann sich in wenigen Betriebsstunden bezahlbar machen. Wie ist solch ein induktives Messsystem aufgebaut?

›Amosin‹-Längen- und Winkelmesssysteme arbeiten nach einem rein induktiven Abtastprinzip. Das Maßband ist ein stabiles Stahlmaßband, in das durch einen fotolithografischen Prozess eine hochgenaue Teilung geätzt wird. Dieses Maßband kann linear oder als genauer lasergeschweißter Ring ausgeführt werden. Im Abtastkopf wird durch eine planare Spulenstruktur in Verbindung mit der hochwertigen Elektronik ein Sensorsignal erzeugt, das in Echtzeit als analoges 1Vss-Signal oder TTL-Signal ausgegeben wird.

Wie und wo setzt der Konstrukteur das Messsystem innerhalb eines Antriebssystems ein?

Idealerweise wird der ringförmig aufgebaute Torquemotor mit einem ringförmigen Messsystem kombiniert. So entsteht im Zentrum eine große Hohlwelle, die bei Maschinentischen, Rundachsen und zum Beispiel Winkelfräsköpfen für Spannsysteme, elektrische und hydraulische Durchleitungen genutzt werden kann. In direkter Nähe zu Rotor/Stator und Lagersitz kann das 10 mm breite Stahlmaßband ohne besondere Schutzmaßnahmen einfach integriert werden. Verschmutzungen durch Schmiermittel, Lagerfette etc. haben keinen Einfluss auf das Messsystem. Wahlweise kann ein 0,6 Millimeter dünner Maßbandring für Innen- oder Außenabtastung vom Kunden selbst montiert oder durch AMO auf ein vorbereitetes Kundenteil punktgeschweißt werden.

Können Sie diese Behauptung mit einem Anwendungsbeispiel belegen?

Zur Aufnahme eines Messsystems steht häufig nur ein sehr enger Durchmesserbereich zur Verfügung, in den die Standardbauform eines fertigen Messflansches selten passt. Hier können wir in Durchmesserschritten von rund 0,3 Millimetern die Größe unserer Messsysteme anpassen. Die Palette der Durchmesser liegt in einem Bereich von 60 bis 3.000 Millimetern. Konstrukteure können diese Flexibilität nutzen, um in Bauteilen, die zur Aufnahme von Lagerung oder des Rotors benötigt werden, eine zehn Millimeter breite Auflagefläche für unser Maßband zu vorzusehen. Für die Herstellung und eine einfache Montage sind diese Bauteile im Durchmesser ›gestuft‹, daher passen existierende Bauformen selten. Die kompakte Integration des induktiven Messsystems bietet steifere und Platz sparende Konstruktionen, geringere Masse und ein geringeres Trägheitsmoment. Mechanische Kupplungen zum Gebersystem entfallen. Dadurch entsteht kein störendes Umkehrspiel beziehungsweise keine Elastizitäten. Durch weniger Bauteile und einfacheren Zusammenbau werden zusätzlich wirtschaftliche Einsparungen erzielt.

Peter Schäfer

Erschienen in Ausgabe: 02/2006