Linearmotorachsen sorgen in einer Servozelle für die richtige Bestückung

Schlank ist von Vorteil, zumindest wenn es um Linearachsen geht, die sich in den begrenzten Raum einer Servozelle einfügen müssen. Doch das alleine reicht nicht.

Zusätzlich müssen sie stabil, schnell und dynamisch sein. In einer Servozelle sorgt eine clevere Kombination von frei programmierbaren Linearmotorachsen für die notwendige Flexibiltät: robust auf der X-Achse, hochdynamisch auf der Y-Achse.

In der flexiblen Servozelle arbeiten zwei Linearmotorachsen horizontal und vertikal perfekt zusammen. Bild: Weiss

Servozellen können für Konstrukteure zur Herausforderung mutieren – vor allem, wenn sie für einen Maschinenbau-Zulieferer Spezial-Kugellager in verschiedenen Baugrößen bestücken und montieren. „Kurvengesteuerte Automaten bieten synchrone Arbeitsschritte mit kurzen Hüben“, sagt Gerhard Buchhöcker, Leiter der Konstruktion bei OKU, einem Spezialisten für kurvengesteuerte Hochleistungs-Montageautomaten, „doch in diesem Fall waren lange Verfahrwege und asynchrone Bewegungsabläufe gefordert.”

Deshalb entschied sich Buchhöcker, in der Servozelle nur direkt angetriebene Linearmotorachsen einzusetzen – Spindelantriebe wären zu langsam gewesen, Zahnriemen zu wartungsaufwendig und ungenau. Bei der Wahl des passenden Herstellers für die Linearachsen konnte sich der Konstruktionsleiter auf die Empfehlung von Klaus Keck von Promicon, Hersteller von hochdynamischen Antriebssystemen, verlassen.

Die beiden Unternehmen arbeiten seit vielen Jahren im Bereich Antriebstechnik zusammen. „Bei direkt angetriebenen Linearachsen gibt es ohnehin nicht allzu viele Anbieter”, so Keck, „und die meisten tun sich bei der Implementierung schwer. Die Linearmotorachsen von Weiss dagegen sind einbaufertig – alles passt.”

Handhabung mit schweren Greifern

Weiss liefert die Achsen anschlussfertig mit oder ohne Steuerung. Bild: Weiss

Ein Urteil, das erste Versuche bei OKU mit der geplanten Kombination einer HN 100 mit einer HL 100 Linearmotorachse bestätigen sollten. Im Prototyp wie später in der Servozelle übernimmt die robuste HN dabei die Bewegung in X-Richtung, eine hochdynamische HL, die dank ihres leistungsstarken Bremsmoduls auch senkrecht eingebaut werden kann, die Bewegung in Y-Richtung.

„Allein die schlanke Bauform der Achsen ist ein großer Vorteil, insbesondere bei Rundschalttischen mit ihrem begrenzten Platzangebot – so wie bei unserer Servozelle”, schildert Buchhöcker. „Vor allem aber sind die Achsen sehr stabil, schnell und extrem dynamisch. Wir handhaben relativ große Teile mit schweren Greifern und sehr schnellen Prozessbewegungen – nutzen also alles, was die Achse an Dynamik hergibt.”

In der Servozelle: sechs Linearmotorachsen der Baureihen HN und HL sowie ein TC Rundschalttisch im Einsatz. Bild: Weiss

Mit einer maximalen Beschleunigung von jeweils 40 m/s2 und einer maximalen Geschwindigkeit von 4 m/s lässt das dynamische Duo hinsichtlich der Mechanik keine Wünsche bei den OKU-Mitarbeitern offen. Darüber hinaus sammeln die Achsen weitere Pluspunkte: Denn der Buchener Hersteller von Automatisierungslösungen Weiss hat eine Softwarelösung im Programm, die bei der Konfiguration, Steuerung und Fehleranalyse unterstützt. Damit ermöglicht sie eine einfache und intuitive Inbetriebnahme der Linearkomponenten.
Offen für anderes

Doch um alle Reserven innerhalb der Servozelle voll nutzen zu können, bedarf es einer ausgeklügelten Steuerungstechnik. Da ist es von Vorteil, dass die Präzisionskomponenten von Weiss generell für die Anbindung an Antriebe und Steuerungen anderer Hersteller offen sind. So auch die Linearmotorachsen, die bei der Servozelle mit den Servoreglern von Promicon geregelt und gesteuert werden. Das Varimotion-System ist so konzipiert, dass Servomotoren unterschiedlicher Bauform von verschiedenen Herstellern direkt betrieben werden können.

Die Kommunikation zwischen Linearachsen und übrigen Anlagenkomponenten übernehmen dabei frei parametrierbare Reglermodule, die ihre Befehle von einem Mastermodul erhalten, in dem auch Parameter und Firmware der Servoregler abgelegt sind. Besonderen Wert legt das Unternehmen dabei auf die Genauigkeit der Kommunikation zwischen Master und Regler, denn, so Keck: „Beim Einsatz von hochdynamischen Servoantrieben werden oft Grenzen sichtbar, die nur mit ausgeklügelter Regelungstechnik und kürzesten Reaktionszeiten überwunden werden können.”
Präzise Kugelumlaufführung

Weil eine Regelung aber nur so gut sein kann wie die Mechanik, wird bei Weiss in Buchen größter Wert darauf gelegt, auf der konstruktiven Seite allen Ansprüchen gerecht zu werden. Dank einer präzisen Kugelumlaufführung kann das integrierte absolute Mess-System der HN 100 wie auch der HL 100 neben der hohen Dynamik noch eine absoluten Wiederholgenauigkeit von 2 μm an die Steuerung melden. Dynamik, Zusammenspiel mit der Steuerung und Präzision – nach ausführlichen Versuchen fiel OKU die Entscheidung für die Linearmotorachsen von Weiss alles andere als schwer, zumal die Ingenieure in Winterbach seit vielen Jahren die Qualität der Rundschalttische aus Buchen schätzen.
Lagervariationen

Die hohe Dynamik der Linearmotorachsen wurde voll ausgeschöpft. Bild: Weiss

So gibt auch bei der flexiblen Servozelle ein fest taktender TC 220 mit acht Stationen den Rhythmus vor. Nach der Zuführung aus einem Wendelförderer werden die Lagerringe der Spezialkugellager von der ersten HN/HL-100-Kombination gegriffen und in den Werkstückträger eingesetzt. Auf der gleichen Station entnehmen die Linearmotorachsen außerdem die fertigen Lager und legen sie auf Förderbändern für Gut- und Schlechtteile ab.

Nach dem Einlegen der Lagerringe werden in der nächsten Bearbeitungsposition die Kugeln eingesetzt, worauf ein zweites, ähnlich aufgebautes Linearachsenpaar den zweiten Lagerring aufsetzt. In weiteren Stationen wird das Lager dann gefettet, mehrfach kontrolliert, die Kugelführung eingepresst, eine Laserbeschriftung aufgebracht und ein O-Ring montiert. Bei den letzten beiden Arbeitsschritten übernimmt jeweils eine HL 50 als Nebenachse die Aufgabe, das Lager anzuheben.

Nach Umrüstung durch Wechsel der Aufnahmen, Greifer und des Steuerprogramms kann die Servozelle auf 24 verschiedene Lagergrößen und -typen angepasst werden. „Die freie Programmierbarkeit des Systems erleichtert es sehr, Positionen zu finden oder zu korrigieren, um die Arbeitsstationen einzurichten – ein weiterer Vorteil gegenüber den kurvengesteuerten Handhabungsmodulen.”

Es sieht ganz so aus, als ob OKU mit seiner neuen flexiblen Servozelle recht erfolgreich und marktgerecht seinen eingeschlagenen Weg festigt – nicht zuletzt dank der Linearmotorachsen. aru

Autor: Jens Knölke, Weiss

Das bleibt hängen
Linearachsen im Einsatz

• Eine flexible Servozelle für einen Maschinenbau-Zulieferer bestückt und montiert Kugellager in Sonderbauform.
• Für das Handling schieden Spindelantriebe und Zahnriemen wegen der hohen Anforderungen an Dynamik und Präzision aus. Stattdessen kamen frei programmierbare Linearmotorachsen zum Einsatz.
• Durch den Austausch von Greifern, Werkstückaufnahmen und Steuerprogramm kann die Anlage in kurzer Zeit auf 24 verschiedene Produktvarianten umgerüstet werden.
• Extrem schnelle Prozessbewegungen stellen hohe Ansprüche an Mechanik und Regelungstechnik, weshalb die Linearmotorachsen nicht über die für allgemeine Aufgaben ausgelegte – Weiss-Steuerung, sondern durch das mehrachsige Varimotion-System von Promicon angesteuert werden.
• Dank der offenen Auslegung konnten insgesamt sechs Linearmotorachsen der Baureihen HN und HL und ein TC Rundschalttisch ohne Probleme integriert werden.
• Die schlanke Bauform der Linearmotorachsen erwies sich beim begrenzten Platzangebot eines Rundschalttisches als Vorteil.

Who is who

OKU

• Der im im schwäbischen Winterbach ansässige Spezialist OKU Systems konstruiert automatische Montageanlagen und Zuführtechnik.
• Die Hochleistungsautomaten kommen weltweit zum Einsatz, unter anderem in der Metall-, Kunststoff-, Elektro- und Automobilbranche.
• Das Unternehmen konstruiert auch individuell zugeschnittene Komplettanlagen.

Who is who

Weiss

• Seit 1967 ist das Unternehmen Weiss auf die Entwicklung und Herstellung von Komponenten für die Automatisierungstechnik spezialisiert.
• Produktionsstandort ist der Firmenhauptsitz in Buchen im Odenwald.
• Der Hersteller bietet eine Vielfalt an Baugrößen und Antriebstechniken von elektromechanischen, über servo- bis zu direkt angetriebenen Lösungen.