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6-Achs-Präzisions-Positioniersystem für schwere Lasten

Positioniersystem
6-Achs-Präzisions-Positioniersystem für schwere Lasten

Das ultrakompakte 6-Achs-Positioniersystem ‚Easy‘ A3 punktet mit Tragfähigkeit, Präzision, Modularität und Wirtschaftlichkeit. Gemeinsam möchten das Forschungszentrum Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy und der Positionierspezialist Steinmeyer Mechatronik diese innovative Entwicklung aus dem Stand eines Prototypens für Forschungsprojekte in die industrielle Anwendung überführen. Hierzu soll das hohe industrielle Anwendungspotential evaluiert und die Markteinführung vorangetrieben werden.

Tobias Zilian, Key-Account-Manager für Desy bei Steinmeyer Mechatronik

Inhaltsverzeichnis

1. Patentierte Baureihe von Positioniersystemen
2. Baukastenprinzip für individuelle Lösungen
3. Lasten bis zwei Tonnen
4. Breites Anwendungspotenzial
5. Positionierung von Strahlengängen in Beschleunigern
6. Schwere Bauteile, Maschinen und Anlagen mit Leichtigkeit positionieren

Sich an den Grenzen des technisch Machbaren zu messen und das Unmögliche möglich machen – das ist sowohl die Kernkompetenz des Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy in Hamburg als auch der Steinmeyer Mechatronik GmbH in Dresden. Die Welt des winzig Kleinen ist dabei ihr Zuhause, wenn auch auf ganz unterschiedliche Weise. Während die Forscher beim Desy kleinste Elementarteilchen auf Rekordenergien bringen und so völlig neue Fenster ins Universum öffnen, ermöglichen die Lösungen von Steinmeyer Mechatronik eine hochgenaue Positionierung im Submikrometerbereich und erweitern dadurch den Horizont industrieller Anwendungen. Bereits seit mehr als zehn Jahren arbeiten die beiden Technologieführer zusammen. Neuestes Projekt: ein 6-Achs-Positioniersystem für präzises Positionieren von schweren Baugruppen in ultrakompakter Bauform namens Easy A3.

Patentierte Baureihe von Positioniersystemen

Bei der Easy-Familie (Easy Alignment System) handelt es sich um eine patentierte Baureihe von Positioniersystemen. Die modulare Bauweise ermöglicht manuelle oder motorische Präzisionspositionierung mit bis zu sechs Achsen. Die Manipulatoren sind dank ihrer ausgeklügelten Konstruktion sehr präzise, hochbelastbar, extrem steif und gleichzeitig äußerst kompakt gebaut. Sie ermöglichen eine weitgehend entkoppelte Ansteuerung aller sechs Freiheitsgrade und die Definition eines virtuellen Pivot-Punktes.

Baukastenprinzip für individuelle Lösungen

Von Vorteil ist zudem das neuartige Baukastenprinzip, denn auf diese Weise lassen sich individuelle Lösungen innerhalb kurzer Zeit realisieren. Das Basismodell, ausgerüstet mit einem manuellen Verstellmechanismus, lässt sich mit wenigen Handgriffen auch später noch auf ein motorisches Positionieren umrüsten.

Entwickelt wurde das innovative Konzept vom Desy für Positionieraufgaben in Beschleunigeranlagen, doch diese neuartige Technik lässt sich auch für industrielle Anwendungen nutzen. Nach erfolgreichem Aufbau und Tests bei Desy wollen das Forschungszentrum und Steinmeyer Mechatronik das Positioniersystem gemeinsam in die Industrie überführen und die Serienentwicklung vorantreiben.

Lasten bis zwei Tonnen

Für industrielle Anwendungen ist vor allem das Easy A3 aus der großen Easy-Familie interessant. Bei einer Größe von nur 350 x 500 mm positioniert das System bis zu 2 t schwere Lasten mit einer Genauigkeit im Bereich von Mikrometern. Der Schlüssel zu dieser hohen Tragfähigkeit und Präzision liegt in der Bauweise. „Insbesondere die minimalistische Herangehensweise, der Verzicht auf rollende Elemente sowie die intelligente Kombination aus orthogonalem Aufbau für die Translationen und einem Tripod für die Rotationen machen den Unterschied“, erklärt Roland Platzer aus dem Bereich ‚Zentrale Konstruktion‘ bei Desy. Durch eine ultrakompakte Stapel-Architektur, bestehend aus wenigen einfachen, dafür aber sehr steifen Stell-, Lager- und Strukturelementen wird eine hohe Gesamtsteifigkeit des Systems erreicht.

Breites Anwendungspotenzial

Angesichts der hohen Präzision, Tragfähigkeit und Kosteneffizienz des Easy A 3 sowie des steigenden Bedarfs an kompakten Positioniersystemen ist das industrielle Einsatzpotenzial hoch. Das mögliche Anwendungsspektrum reicht vom wissenschaftlichen Gerätebau über die Medizintechnik, die Halbleiterbranche und den Maschinenbau bis hin zu Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt.

„Überall, wo sehr schwere Komponenten oder Bauteile hochgenau zueinander ausgerichtet werden, ist das Easy A3 eine ideale Wahl“, bringt es Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik, auf den Punkt. Dabei ist das sechsachsige Positioniersystem gegenüber klassischen Technologien für die hochpräzise Schwerlastpositionierung wie Lenkergestell, gestapelte Linearachsen und Hexapoden sowohl hinsichtlich Leistungsfähigkeit als auch Wirtschaftlichkeit klar im Vorteil. Anwender profitieren außerdem vom modularen Konzept der Baureihe.

„Bis dato sind kommerzielle universelle Positioniersysteme eigentlich kaum verfügbar“, ergänzt Roland Platzer. „Mit der Easy-Familie steht ein Baukastensystem für nahezu alle Anforderungen und Anwendungen zur Verfügung. Die Entwicklung von singulären Lösungen, die in der Regel mit einem hohen technischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand verbunden sind, könnten damit der Vergangenheit angehören.“

Positionierung von Strahlengängen in Beschleunigern

Zu den Hauptanwendungsgebieten gehört sicherlich die Positionierung von Messgeräten in Beschleunigern, dafür wurde der 6-Achs-Positionierer schließlich entwickelt. So verfährt und positioniert beispielsweise ein Mitglied der Easy-Baureihe – das Easy P1 – bei Desy hochauflösende Cavity-Strahllage-Monitore (Nachweisgeräte zur Strahllage-Beobachtung) eines neuartigen Plasmabeschleunigers. Ein wichtiges Aufgabenfeld des Easy A3 ist folglich das Ausrichten und Nachjustieren von tonnenschweren Monochromatoren, Magnetstrukturen, Teleskopspiegeln und Messsensoren zum Ausgleich von thermischer Drift, Bodensetzungen und dergleichen.

Schwere Bauteile, Maschinen und Anlagen mit Leichtigkeit positionieren

Äußerst interessante Möglichkeiten eröffnen sich zudem in der Medizintechnik, beispielsweise bei der Protonentherapie. „So kann man zwar die Eindringtiefe der Protonen ins Gewebe sehr gut einstellen, doch ihre Richtung lässt sich nur schwer steuern. Daher müssen die Fokussiereinheiten und Strahlerzeuger, teilweise auch der Patient, ständig neu ausgerichtet und positioniert werden“, erläutert Matthes. Bei den riesigen Geräten und Anlagen – oft Synchrotrone –, die zur Erzeugung der Protonen benötigt werden, ist dies kein leichtes Unterfangen. Für das Easy A3 stellen aber weder das große Gewicht der Gerätschaften noch die benötigte hohe Genauigkeit eine Herausforderung dar. Zudem lässt sich der Positioniervorgang vereinfachen und automatisiert gestalten.

Dabei ist der Einsatz in Beschleunigeranlagen längst nicht auf die Forschung beschränkt. So nutzen beispielsweise Halbleiterhersteller die Ringbeschleuniger zunehmend zur Qualitäts- und Materialprüfung. Auch die Subsysteme in Halbleiterbelichtern oder komplette Maschinen lassen sich mit dem Easy A3 präzise einrichten. Insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, in der vollautomatisierte Prozesse und höchste Genauigkeitsanforderungen die Produktion bestimmen, könnten so enorme Effizienzsteigerungen in Fertigung und Montage erreicht werden. Doch nicht nur dort: Egal ob Schweißen schwerer Bauteile, Verbinden großer Flugzeugkomponenten oder Ausrichten mehrerer Maschinen in Fertigungsstraßen untereinander: Der Easy A3 nimmt es mit den größten Lasten auf, positioniert hochpräzise und kommt mit wenig Bauraum aus. (co)

Weitere Infos zum Dienstleistungsangebot von Steinmeyer Mechatronik:
hier.pro/VOKaH

Kontakt:
Steinmeyer Mechatronik GmbH
Fritz-Schreiter-Str. 32
01259 Dresden
Tel. +49 351/88585-0
info@steinmeyer-mechatronik.de
www.steinmeyer-mechatronik.de

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