antriebstechnik 6/2017

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Präziser geht’s nicht Motor-Feedback-Systeme für die Wegmessung in der mechatronischen Servotechnik Strom statt Öl, Servoaktuatorik statt Hydraulik – Maschinen zum vollautomatischen Umformen, Pressen oder Fügen von Werkstücken werden immer häufiger mit mechatronischer Antriebstechnik ausgestattet. Neben geringeren Betriebskosten wird von Anwendern vor allem das stufenlose Regelverhalten als entscheidender Vorteil genannt. Motor-Feedback-Systeme stellen eine präzise und verfügbare Wegmessung und Positionsregelung sicher. Lesen Sie mehr. Kathrin Kritzer ist Produktmanagerin Motor- Feedback-Systeme/Motion Control Sensors bei der Sick Stegmann GmbH in Donaueschingen Werkstücke und Rohlinge unterschiedlicher Stärke auf einer Maschine bearbeiten, mehrere Prozessschritte in derselben Aktuatorbewegung ausführen, verschiedene Bearbeitungspositionen stufenlos anfahren – es gibt zahlreiche Szenarien, in denen die Servotechnik Vorteile gegenüber hydraulischen und pneumatischen Antrieben bietet. „Mechatronische Systeme mit Motion-Control-Funktionalität sind daher im Kommen“, erklärt Niels Selig, Produktmanager Antriebstechnik bei der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG. „Wir beobachten hier ein Umdenken im Markt, sowohl bei Neuanlagen als auch beim Retrofit – zumal die Servoantriebstechnik auch beim Betriebskostenvergleich gegenüber Hydraulik und Pneumatik im Vorteil ist.“ Damit mechatronische Systeme Umformoder Fügeprozesse mit Genauigkeit durchführen können und sich bei Bedarf mehrere Servoachsen in einer Maschine synchronisieren lassen, kommen in Servoaktuatoren, wie denen der Serac-Baureihen von Ortlieb, präzise und verfügbare Wegmesssysteme zum Einsatz, z. B. rotative Motor-Feedback- Systeme SKS36 mit Hiperface-Schnittstelle von Sick Stegmann. Servoaktuator-Baureihen dienen als Ersatz Seit mehr als 100 Jahren versteht sich das Unternehmen Ortlieb, Kirchheim/Teck, als „Precision Company“ für wirtschaftliche und präzise Lösungen in der Werkstückund Werkzeugspannung sowie in der An- triebstechnik. „Eine Reihe wichtiger DIN- Normen in der Spanntechnik wurden auf der Basis unserer Entwicklungen und Patente definiert“, sagt Selig. „Von der Norm- Druckspannzange bis zur Einzelanfertigung von Sonderspannlösungen bieten wir flexible Standard- und applikationsspezifische Sonderlösungen aus einer Hand.“ Das zweite, zunehmend wichtigere Standbein des Unternehmens seien mechatronische Baugruppen und Antriebssyssteme. Der Fokus läge dabei auf anschluss- und einbaufertigen Komplettlösungen aus modular konfigurierbaren Linearaktuatoren. „Motor, Spindel, Geber und bei Bedarf auch eine Haltebremse sind komplett in die Elektrozylinder integriert“, erklärt Selig. Basis der Leistung der Serac-Servoaktuatoren ist das Know-how des Unternehmens auf dem Gebiet der Spindeltechnik. Getreu dem Slogan „Strom statt Öl“ bietet Ortlieb mit den Servoaktuator-Baureihen Serac Lösungen für den Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern an. Diese zeichnen sich hinsichtlich ihrer Gehäusebauform, Motorausführung, Verdrehsicherung oder Befestigungsmöglichkeit unterschiedlichen Ausführungen durch Kraftdichte und Standfestigkeit aus. Sie bewähren sich in unterschiedlichen industriellen Anwendungsfeldern der Stanz-, Umform- und Fügetechnik oder beim Verpressen von Kleinteilen. Technologiebasis der Serac- Elektrozylinder sind spezielle, ursprünglich für die Raumfahrt entwickelte Planeten- Wälz-Gewindespindeln, die sich u. a. durch eine minimierte Masse auszeichnen und Feinpositionierungen ohne ein zusätzliches 44 antriebstechnik 6/2017
STEUERN UND AUTOMATISIEREN Untersetzungsgetriebe ermöglichen. Aufbauend auf dem weltweiten Patent der DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) hat Ortlieb die Servospindel Asca entwickelt und für die Anwendung in mechatronischen Systemen zur Serienreife gebracht. Die Möglichkeit, die Aktuatorspindeln vieler Serac-Ausführungen mit kleinen Steigungen von nur einem Millimeter auszuführen, ermöglicht mit den Elektrozylindern ein präzises Anfahren von Arbeitspunkten. Dies setzt Geber voraus, die – wie das Motor-Feedback-System SKS36 – eine entsprechend genaue Wegmessung und Positionierung unterstützen. SKS36 regelt die Feinpositionierung Motor-Feedback-Systeme des Typs SKS36 mit Hiperface-Schnittstelle von Sick Stegmann werden von Ortlieb in allen Serac-Baureihen eingesetzt. „Ihr kompaktes Design ermöglicht kurze Motorbaulängen“, nennt Selig einen wichtigen konstruktiven Vorteil. In der Tat betrage der Gehäusedurchmesser aufgrund des durchdachten Systemaufbaus nur 36 mm – und auch die Bauhöhe ohne Welle ist mit 37 mm gering. Damit ist dieses zudem nur 65 g schwere Motor-Feedback- System einer der kompaktesten Geber seiner Art. Als Singleturn-Gebersystem im digitalen Regelkreis der Ortlieb-Servoaktuatoren liefert das SKS36 über eine Umdrehung – aufgelöst in 128 Sinus-/Cosinusperioden – Werte für die Kommutierung und Geschwindigkeit sowie absolute Positionsinformationen. Unter anderem ermöglicht durch die kleine Codescheibe, die in der Mitte der Drehachse angeordnet ist und dadurch jegliche Art von Exzentritätsfehlern vermeidet. Auf der Codescheibe befinden sich 128 Striche, die von einem speziell entwickelten Opto-Asic so abgetastet werden, dass Sinussignale mit hoher Linearität und Interpolierbarkeit entstehen. „Dadurch lässt sich der Vorschub der Serac-Spindel präzise messen und zur Feinpositionierung nutzen“, erklärt Selig. Hintergrund ist, dass die Planeten-Wälz- Gewindespindeln nicht form-, sondern reibschlüssig funktionieren. „Dadurch können höhere Kräfte übertragen werden, ohne die Lebensdauer der Spindel zu beeinträchtigen“, so Selig. „Der prinzipbedingt beim Verfahren der Spindel auftretende Schlupf erfordert neben dem Drehgeber ein zusätzliches Linearmesssystem. So sind durch das Zusammenspiel der beiden Gebersysteme Positioniergenauigkeiten < 0,01 mm und Wiederholgenauigkeiten von ± 0,01 mm möglich.“ Hierbei zeichnen sich die SKS36 nicht nur durch Genauigkeit, sondern auch Verfügbarkeit und Robustheit aus. „Die maximal zulässige Betriebstemperatur in den Servozylindern liegt unter den spezifizierten 125 °C der Geber. Vibrationen und Schläge, wie sie beim Stanzen, Umformen und Pressen auftreten können, beeinträchtigen die zuverlässige Funktion der SKS36 nicht. Serac-KH-Zylinder mit diesen Motor- Feedback-Systemen leisten z. B. in der Blechteileumformung mehr als 40 Mio. Zyklen im Drei-Sekunden-Takt ohne Probleme“, beschreibt Selig. Lösungen für mechatronische Systeme In den Elektrozylindern überzeugt das Singleturn-Motor-Feedback-System SKS36 durch seine Präzision, Integrationsfreundlichkeit und Verfügbarkeit. Für Aufgabenstellungen, die eine mehrfach rotative Wegmessung und Positionierung erfordern, bietet das Muliturn-Motor-Feedback- System SKM36 die Möglichkeit, mithilfe des integrierten mikromechanischen Getriebes bis zu 4 096 Umdrehungen zu messen und in einer Auflösung von bis zu 16 777 219 Schritten auszugeben. Im Zuge von sicherheitsgerichteten Betrachtungen mechatronischer Systeme und antriebstechnischer Lösungen rücken auch die SIL2-Motor-Feedback-Systeme SKS36S und SKM36S von Sick Stegmann als Geber in dynamischen und präzisen Servo-Regelkreisen in den Blickpunkt. Beide Systeme können in Anwendungen eingesetzt werden, die den Klassifizierungen SIL2 gemäß EN 62061 und IEC 61508 sowie Performance Level (PL d) nach EN ISO 13849-1 entsprechen. Damit bieten sie zertifizierte funktionale Sicherheit, d. h. die Möglichkeit, Funktionen und Funktionsketten von Servoaktuatoren und mechatronischen Systemen hinsichtlich Drehzahl, Drehrichtung und Stillstand sicherheitsgerichtet zu überwachen. www.sick.com 01 Getreu dem Slogan „Strom statt Öl“ dient diese Servoaktuator- Baureihe als Lösung für den Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern 02 Motor-Feedback- Systeme mit Hiperface- Schnittstelle bieten zahlreiche Optionen zur Wegmessung und Positionierung in mechatronischen Systemen
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