Linearmodul mit Kugelumlaufführung und Direktantrieb im Prüfautomaten

Geradewegs ins Ziel

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Alle sieben Sekunden verlässt bei der Firma Rege ein Schaltdomdeckel den Prüfautomaten. Um diesen Dauereinsatz realisieren zu können, benötigt es zuverlässige Antriebstechnik mit durchgehend mechatronischem Ansatz. Die hierfür geforderten präzisen und reproduzierbar genauen Bewegungsabläufe realisiert der Prüftechnik-Spezialist MRB Automation mittels eines Linearmoduls mit Kugelumlaufführung und Direktantrieb.

Die Autorin ist Daniela Sendel, Öffentlichkeitsarbeit, Idam INA Drives and Mechatronics, Suhl

An 300 Tagen im Jahr werden bei der Firma Rege in Eisenach rund um die Uhr Schaltdomdeckel auf den hierfür von der MRB Automation entwickelten Prüfautomaten geprüft. Die Antriebstechnik lässt sich mit dem MKUVS 42-LM, einem Linearmodul mit Kugelumlaufführung und Direktantrieb zuverlässig realisieren. Die sehr kompakte und komplett ausgerüstete Einheit eignet sich sehr gut für präzise und reproduzierbar genaue Bewegungsabläufe. Genau diese Vorteile überzeugten die Firma MRB Automation GmbH aus Ilmenau bei der Entwicklung des Prüfautomaten für Schaltdomdeckel.
Erstmals Direktantriebstechnik
Dr. Günter Weber, Geschäftsführer der MRB Automation, entschied sich bei der Entwicklung des Schaltdomdeckel-Prüfautomaten erstmals für den Einsatz von Direktantriebstechnik. „Es ist einfach die elegantere und technisch bessere Lösung“, erklärt er. „Es gibt hier klare Vorteile im Ver-gleich zu Spindel- und Zahnradantrieben.“ Die Erfahrungen, die man bei diesem Projekt mit Direktantrieben gesammelt hat, wären durchweg sehr gut. Die Maschine läuft seit März vergangenen Jahres im Drei-Schicht-Betrieb äußerst zuverlässig.
Für Dr. Weber war bei der Wahl des Antriebs ausschlaggebend, dass zwei Schlitten auf einer Achse völlig unabhängig voneinander positioniert werden können. Durch diesen Vorzug wurde das MKUVS in der Rege-Prüfmaschine als Horizontalachse für zwei Handlingsysteme eingesetzt. Dabei trägt jeder Schlitten eine pneumatisch betriebene Vertikalachse mit jeweils einem Greifer. Das erste Handling entnimmt die Teile vom Werkstückträger und setzt sie in die Messstation. Mit dem zweiten Handling werden die gemessenen Teile entnommen und je nach Prüfergebnis entweder auf eine von fünf „In-Ordnung“- beziehungsweise „Nicht-in-Ordnung“-Spuren gelegt. Die geprüften Schaltdomdeckel gehören zum Kfz-Getriebe; Schaltknüppel werden später darin integriert.
Reibungs- und verschleißfrei
Die Module sind eine gemeinsame Entwicklung der IDAM und der Schaeffler KG, Geschäftsbereich Lineartechnik. Sie bestehen aus einer sehr kompakten und biegesteifen Tragschiene aus eloxiertem Aluminium, einem Laufwagen mit eingegossenem Primärteil (Linearmotor) und angebauten vorgespannten Kugelumlaufschuhen KUVS 42. Dazu kommen ein integriertes magnetisches Inkremental-Längenmesssystem sowie je nach Bedarf optional lieferbare Komponenten wie Abdeckung, zwei oder mehrere Laufwagen, Energieführungskette, Stoßdämpfer und pneumatische Bremse. So können aus wenigen mechanischen Teilen hochdynamische Ein- bzw. Mehrachsen-Positionier- und Handlingsysteme erstellt werden. Das Kraft erzeugende Primärteil wird am Tisch – also direkt an der Nutzlast – montiert. Reibungsverluste und Verschleiß, wie bei Systemlösungen mit Zahnriemen, werden durch die Direktantriebstechnologie vermieden. Somit wird die Verfügbarkeit erheblich gesteigert. Zusammen mit den ebenfalls erhältlichen betriebsbereiten Servo-Steuerungen steht dem Kunden eine Komplettlösung aus einer Hand zur Verfügung. Die Module sind mit Alu-Trägerprofilen bis zu einer Länge von maximal 8000 mm in einem Stück lieferbar.
Spielfrei und kompakt
Die Bauweise der Module ist äußerst kompakt: Auf die Alu-Basiskonstruktion wird eine flache und breite Profilschiene montiert, auf der direkt die Magnete des Sekundärteils befestigt sind. Die verwendete Führung ist spielfrei. Sie ist genauer und steifer gegenüber üblichen Laufrollen. Die Art der Konstruktion stellt sicher, dass der für den Motor notwendige Luftspalt, trotz großer zulässiger Montagetoleranzen (± 0,5 mm) der Gesamtachse auf dem Maschinengestell, konstant ist. Die Achse ist somit über große Längen oder als Ausleger montierbar. Die Befestigung des Aluminiumprofils erfolgt über Nutensteine. Für die Verbindung mehrerer Achsen zu Portalen stehen Koppelelemente zur Verfügung, um Überbestimmung zu vermeiden. Bei der Konstruktion des Profils wurde auf hohe Eigensteifigkeit Wert gelegt, um große Spannweiten und Austragungen realisieren zu können.
In einem Profil können mehrere Schlitten unabhängig voneinander fahren. Durch den Direktantrieb sind die Einschwingvorgänge im Vergleich zu Zahnriemenantrieben beim Positionieren extrem kurz. Das Achssystem ist auf eine Laufleistung von 1000 km ausgelegt und unter verschiedenen Umweltbedingungen getestet. Bei rauen Umgebungsbedingungen schützt die umlaufende Bandabdeckung vor Verschmutzung. Die optional im Wagen integrierte Bremse ist bei Z-Anwendungen und sicher-heitsrelevanten Positioniervorgängen sehr wichtig.
Die Konstruktion des Moduls MKUVS42-LM ist auf wenige Bauteile und kurze Montagezeiten ausgelegt. Gerade beim Einsatz mit zwei Wagen stellt das System auch eine Kostenalternative zu zwei zahnriemengetriebenen Systemen mit vergleichbarer Dynamik dar. Die Achse kann voll konfektioniert oder als Grundmodul mit Minimalfunktionalität bezogen werden. Die Achsen werden ab Werk aus Standardelementen konfektioniert und stehen innerhalb von drei Wochen zur Verfügung. Unterstützt wird der Endanwender durch eine einfache Kabelanbindung und verschiedene Varianten von Energieketten, die die kundenspezifischen Leitungen aufnehmen können.
In den Endlagen kann zwischen einfachen Anschlägen und hochwertigen hydraulischen Dämpfern gewählt werden. Die Servicetechniker werden die leicht von außen zugänglichen Schmierstellen für die Führung und die leichte Auswechselbarkeit der Schlitten schätzen. Bei der Konstruktion wurde auf Robustheit und Zuverlässigkeit Wert gelegt.
Technische Daten
Die Laufwagenführung des Linear-Moduls zeichnet sich durch hohe Tragzahlen von dynamisch C = 27,4 kN bzw. statisch Co = 51 kN, statische Momente Mox = 1420 Nm bzw. Moy und Moz = 4200 Nm aus. Das System erreicht Beschleunigungswerte von max. 40 m/s² sowie Geschwindigkeiten bis 5 m/s. Die Nennkraft bzw. Vorschubkraft des verwendeten Moduls beträgt 300 N (bei Nennstrom 6,8 A) und die Spitzenkraft liegt bei 610 N (Spitzenstrom 14 A).
Die Linearmodule mit drei verschiedenen Motorvarianten , sind in einem Temperaturbereich von 0° bis +60 °C einsetzbar und eignen sich demnach für unterschiedlichste Anwendungen, vorzugsweise für den horizontalen Einbau: so in Produktions-Automatisierung, in Mess- und Prüftechnik, optischen Geräten, Druck- und Verpackungstechnik sowie für Werkzeug- und Werkstück-Handlingsysteme sowie im Holzbearbeitungs- und Werkzeugmaschinenbau.
Halle 1, Stand 1220
Linearmodul mit Direktantieb KEM 498
Angetriebene Lineareinheiten KEM 499
Linearmotoren KEM 500
INA Lineartechnik KEM 501
IDAM KEM 502
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