Elektrische Aktuatoren ermöglichen genaues Messen

David Hansen, Marketing Manager für den Geschäftsbereich Exlar Aktuatoren, Curtiss Wright

In Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektro- und Elektronikindustrie und in der Produktion von Weißwaren ist eine exakte und wiederholgenaue Ausbringung von Kleb- und Dichtstoffen entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Baugruppen zu gewährleisten. Werden die Kleb- und Dichtstoffe genau dort gemischt und aufgetragen, wo sie benötigt werden, ist die Dosierung präziser und wiederholgenauer, die Zykluszeiten verkürzen sich. Dies gilt insbesondere dann, wenn nur geringe Mengen des Kleb- oder Dichtstoffes schussweise aufgetragen werden müssen und die Ausbringung über eine einzelne Dosierkammer erfolgt. Die Hilger und Kern/Dopag Group, spezialisiert auf Dosier- und Mischtechnik, hat gemeinsam mit seinem Curtiss-Wright-Vertriebspartner Parkem zwei neue Dosieranlagen entwickelt, mit denen sich sowohl nieder- als auch hochviskose KIeb- und Dichtstoffe sowie abrasive Medien auftragen lassen. Der Vectodis wurde für Einkomponenten-Medien entwickelt, der Vectomix ist für Mehrkomponenten-Medien bestimmt. Bei beiden Systemen wurde ein elektrischer GSM-Aktuator von Exlar/Curtiss Wright mit einem pneumatischen Dosierventil verbunden. So lassen sich in kritischen Anwendungen die unterschiedlichsten Medien präzise und hochdynamisch aufbringen. Dank einer Drucküberwachung in der Dosierkammer erfolgt der Materialauftrag zuverlässig und lässt sich leicht steuern. Durch eine Entlüftung am obersten Punkt der Dosierkammer wird etwaige im System vorhandene Luft abgeführt. Aufgrund der speziellen Führung der Dosierkolben und der Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Dosierkolben werden seitliche Belastungen minimiert.

Vectodis wird für die Verarbeitung von Ein-Komponenten-Medien eingesetzt. Vectomix ist für Mehr-Komponenten-Medien bestimmt. Die Anlage besteht aus zwei synchronisierten Vectodis-Dosiereinheiten, die unabhängig voneinander die Durchflussrate je einer Komponente des Mediums steuern. Am Einlass in den Mischblock befindet sich ein Kunststoff-Mischrohr. Hier erst werden die beiden Komponenten zusammengeführt. Für den Betreib beider Dosiersysteme sind eine entsprechende Materialversorgung und ein Dosierrechner erforderlich.

Aufgrund ihrer Kostenvorteile wurde kurz in Erwägung gezogen, die Dosiersysteme mit pneumatischen Aktuatoren auszustatten. Da diese jedoch konstruktionsbedingt nur eine unzureichende Positioniergenauigkeit sowie eine geringe Dynamik aufweisen, wurden diese Überlegungen schnell wieder verworfen. Auch der Einsatz hydraulischer Aktuatoren wurde in Betracht gezogen. Doch auch hier waren eine geringe Positioniergenauigkeit, der hohe Wartungsaufwand und das Leckagerisiko ein Ausschlusskriterium. Elektromechanische Aktuatoren hingegen boten eine sehr gute Positioniergenauigkeit, verringerte Zykluszeiten, eine auf lange Sicht gleichmäßige Leistung und einen sauberen und leckagefreien Betrieb. Schließlich fiel die Entscheidung zugunsten der motorgetriebenen Aktuatoren der GSM-Serie. Dank ihrer kompakten Ausführung und ihrer hohen Leistungsdichte sind sie für einen Einsatz in den meisten Industriebereichen mit zum Teil gefährlichen Umgebungen geeignet. Sie sind flexibel einsetzbar, reagieren schnell und zeichnen sich durch eine gute Energieeffizienz aus. Um alle Vorgaben in Bezug auf die Geschwindigkeit, die Positioniergenauigkeit und die Systemabmessungen erfüllen zu können, wurde bei der Dimensionierung und Auswahl der elektrischen Aktuatoren Parkem zu Rate gezogen. Die Aktuatoren integrieren einen AC-Servomotor mit einem Planetenrollengewindetrieb in einer kompakten Einheit. Planetenrollengewindetriebe bieten eine sehr hohe Schubkraft und sind sehr langlebig, denn zum Zweck der Leistungssteigerung und Erhöhung der Zuverlässigkeit wird hier der AC-Servoantrieb unmittelbar an den Gewindetrieb angekuppelt. Bei voll-automatischen Roboteranwendungen lässt sich der Aktuator auf das Rückmeldesystem und die Steckkontakte des Roboterherstellers abstimmen. So wird das Dosiersystem innerhalb der Robotersteuerung nahtlos als siebte Achse integriert.

Jedes Dosiersystem wird von einem Dosierrechner gesteuert, bei dem sich alle Anwendungsparameter über ein Touch-Bedienfeld einstellen lassen. Dieser Computer berechnet alle erforderlichen Bewegungen des elektrischen Zylinders, um so die gewünschte Dosierung des Mediums zu erreichen. Und über diesen Computer wird die Ausbringung des Mediums auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters abgestimmt. Um sowohl die geforderte Leistungsfähigkeit erreichen zu können, als auch den gesetzten Kostenrahmen nicht zu sprengen, wurde ein Xenus-Servocontroller mit Canopen-Kommunikation gewählt. Die Datenübertragung erfolgt in Echtzeit über eine Standard-Bewegungssteuerung nach DS402. Bei dem Dosiersystem Vectomix erfolgt die synchrone Übertragung der erforderlichen Daten an die beiden Servocontroller simultan. Der Exlar-Aktuator mit integriertem Drehgeber wird im geschlossenen Regelkreis betrieben. Stromstärke, Geschwindigkeit und Positionierung werden durch einen Servocontroller eingestellt. So lassen sich alle Steuerungsaufgaben optimieren. Die Vorteile dieses Systems gegenüber pneumatischen Lösungen liegen auf der Hand. Die Positionsüberwachung und -steuerung im geschlossenen Regelkreis sowie die Zusammenführung des Motors und Aktuators zu einer baulichen Einheit führen zu sehr kurzen Ansprechzeiten und damit zu einer sehr präzisen Ausbringung des Mediums. Zudem erlaubt die Canopen-Kommunikation einen einfachen Zugang zu zahlreichen Steuerungsparametern. jg