Eine Publikation der Binkert Medien AG
Sanfte Bewegungen und Präzision in einem : Ausgabe 01/2012, 19.04.2012

Wenn hohe Laufruhe gefragt ist

In vielen Bereichen der automatisierten Produktion sind Gegenstände zu transportieren. Diese Anwendungen erfordern einen Antrieb, der mit hoher Laufruhe zu Werke geht. Dafür bieten sich beispielsweise Kleinst- antriebe an. Als Bürsten- oder bürstenloser Motor, mit optionaler Sensorik oder Getriebevorsatz können sie eine grosse Bandbreite an Bewegungsabläufen zuverlässig und sanft bedienen.

Autor: Andreas Zeiff und Dietrich Homburg, Redaktionsbüro Stutensee

Mess- und Prüfgeräte für mechanische Grös-sen – wie Gewicht oder Unwucht – können nur dann exakte Werte liefern, wenn der Eigenantrieb keine zusätzlichen Störungen verursacht. Auch bei Förderbändern für kleine Teile sind störende Schwingungen oft Ursache unzuverlässiger Zufuhr. In all diesen Fällen kann der durchdachte Einsatz von Kleinantrieben die Lösung bringen.

Als Kleinantriebsspezialist bietet der Schönaicher Hersteller Faulhaber, neben einer breiten Antriebspalette, auch jahrzehntelange Erfahrung in der Einbindung von Kleinstantrieben in unterschiedliche Applikationen. So lassen sich vordergründig komplizierte Antriebsanforderungen oft schnell bedienen.

Modulares Kompaktkonzept erfüllt auch Sonderwünsche

Der Trend geht zu immer kleineren Produkten. Daher arbeitet auch die Montagetechnik mit immer kleineren Bauteilen. Um grosse Stückzahlen sicher zu transportieren, bieten sich Förderbänder an. Ein speziell auf die Belange der Anwender ausgerichtetes, modulares Kompaktkonzept erfüllt auch Sonderwünsche problemlos. Kompakte Bauweise erfordert ebensolche Antriebe. Fördern bedeutet Bewegung; Kleinteile geraten hierbei aber rein statistisch auch ab und zu auf «Abwege». Für eine reibungslose Produktion darf sich im Förderband nichts verklemmen, die Bewegung muss ruckfrei und kontinuierlich ablaufen.

Eine mögliche Lösung: ein vollständig gekapseltes, «motorloses» Förderband. Alle wesentlichen Teile sind glattflächig verschlossen und weitgehend vom Transportriemen überdeckt. So gibt es nur Nutzfläche ohne sperrige Anbauten.

Motor-Getriebe-Kombinationen sind in Standardförderbändern integrierbar

Ein Förderband muss aber auch eine bestimmte anwendungsspezifische Breite und Transportlänge besitzen. Dazu kommen eine automatische Bandvorspannung und ein Antrieb. Diesen Forderungen entspricht das Modulkonzept optimal: Eine Umlenkrolle für das Transportband wird mit einem individuell auf Mass ablängbaren «Trageteil» aus Aluminiumprofil verbunden. Für den Antrieb sorgt ein weiteres Modul aus Kleinantrieb und Antriebsrolle auf der anderen Seite des Trageteils. Ein solcher Aufbau lässt sich nur durch kompakte Antriebe erreichen, die deutlich schmaler bauen als der Durchmesser der Transporteinheit bzw. der Umlenkrollen. Je nach Bandausführung setzt der Hersteller daher auf 16-mm-EC-Servomotoren oder DC-Antriebe mit 23 bzw. 35 mm Durchmesser. Diese 24-V-Motoren sind mit einem passenden, langlebigen Planetengetriebe versehen und werden als vormontierte Motor-Getriebe-Kombination zugeliefert. Die Antriebe lassen sich in die Standardförderbänder in den Grössen 20 bis 40, 30 bis 60 und 40 bis 80 mm (Bauhöhe, Bau- bzw. Bandbreite) integrieren.

Hoher Durchsatz dank sanftem Transport und präziser Gewichtsdetektion

Oft werden in der Industrie kleine, leichte Produkte hergestellt oder verpackt, bei denen sich durch Wiegen einfach überprüfen lässt, ob Füllmenge oder Ausrüstungsumfang stimmen. Gerade solche kleinen Artikel sind häufig Massenware. So kommt es neben der Präzision auch auf den hohen Durchsatz bei der Qualitätskontrolle an. Daher hat Faulhaber speziell für diesen Anwendungsbereich eine dynamische Kontrollwaage entwickelt.

Ihre Wägezelle ist mit einem laufruhigen, den Wiegevorgang nicht beeinträchtigenden Transportband samt steuerbarem Antrieb ausgerüstet. Die Synergie aus schnellem, ruckfreiem Transport und präziser Gewichtsdetektion führt so zu hoher Durchsatzleistung. Eine Klassifizierung in bis zu sieben Gewichtsklassen bei einem zulässigen Höchstgewicht von 200 g und einer Auflösung ab ±0,015 g lässt auch geringe Abweichungen erkennen.

Innovative Formgebung optimiert den magnetischen Fluss im Motor

Um der Waage die nötigen Prüflinge schnell und sicher zuzuführen, arbeiten Transportbänder auf der Zu- und Ablaufseite der eigentlichen Wägezelle. Diese sind in ihrer Fördergeschwindigkeit mit dem Transportband der Wägezelle gekoppelt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Transportprozess keinerlei störende Stösse in horizontaler Richtung auf die Wägezelle ausübt. Der Transport über diese unterliegt noch einmal strengeren Auflagen. Band wie Antriebsmotor müssen so gleichmässig und ruhig wie möglich laufen. Nur so lässt sich die erforderliche Präzision beim Wiegen sicherstellen. Als optimaler Antrieb für diese Aufgabe hat sich ein dynamischer, leicht regelbarer und laufruhig arbeitender DC-Antrieb bewährt.

Der sinuskommutierte DC-Servomotor leistet bis zu 90 W im Dauerbetrieb und bringt bis zu 50 mNm Drehmoment an die Abtriebswelle. Vorgespannte Kugellager eliminieren das Lagerspiel des Läufers. Eine spezielle Magnet- und Eisen-Formgebung optimiert den magnetischen Fluss im Motor. Zusammen mit der Sinuskommutierung ergeben sich so geringe Gleichlaufschwankungen und damit ein absolut ruhiger Lauf.

Horizontalwucht- maschine reduziert vorzeitigen Verschleiss

Unwucht ist immer ein Feind präzisen Rundlaufs. Je höher die Drehzahl und das nichtsymmetrische Gewicht, umso höher die auftretenden Kräfte. Neben Vibrationen ergeben sich auch erhöhte Lagerbelastungen und damit vorzeitiger Verschleiss. Gerade bei kleinen Bauteilen mit entsprechend filigraner Lagerung ist dies für die Lebensdauer ein nicht zu unterschätzender Faktor. Kleinste Unwuchten zu erfassen bedeutet auch, dass die Messkräfte sehr klein sind, sprich im Umfeld der Messung muss alles präzise einstellbar sein.

Diese Anforderung berücksichtigt eine speziell auf die Bedürfnisse dieser Testobjekte abgestimmte Horizontalwuchtmaschine. Sie setzt beim Antrieb auf Kleinmotoren aus Schönaich. Die Bandbreite des Messgerätes reicht vom Läufer aus Klein- und Kleinstmotoren über Lüftertrommeln bis hin zu spe- ziellen rotierenden Messköpfen. Das bedeutet viele unterschiedliche Baugrössen und Drehzahlen. Schon bei den «einfachen» Läufern von Elektromotoren – auch Anker genannt – wird es schwierig: Sind drahtbewickelte DC-Anker aus Dynamoblech noch unmagnetisch, so benötigen die Anker der modernen, bürstenlosen DC-Antriebe zwingend eine antimag- netische Prüfvorrichtung.

Spezielle Steuerung sichert identische Prüfbedingungen

Auch absolut identische Prüfbedingungen sind wichtig; eine spezielle Steuerung überwacht und regelt daher die Testbedingungen für jeden Prüfling einer Baureihe. Schliesslich sollen ja z. B. alle 2-g-Läufer bei Kleinstturbinen mit 400 000 min–1 Betriebsdrehzahl optimal und reproduzierbar gewuchtet wer- den. Hochgenaue Schwingungssensoren in Verbindung mit einer präzisen Auswertung erlauben eine feine Messwertauflösung. Es ist offensichtlich, dass die Messung nur so genau sein kann, wie es der antreibende Motor zulässt. Gleichlauf, hohe Drehzahlen und gute Regelbarkeit sind hier die Stichworte.

Die Antriebexperten konnten bei diesen Anforderungen mit einem bürstenlosen DC-Servomotor von 35 mm Durchmesser weiterhelfen. Eine Voraussetzung für besonders ruhigen Lauf sind die vorgespannten Kugellager. Bis zu 90 W Abgabeleistung erlauben zeitsparende Beschleunigungs- und Bremswerte. Im Motorgehäuse integrierte, hoch auflösende Istwertgeber sowie ein programmierbarer Positions- und Drehzahlregler komplettieren den Antrieb. Das sorgt für einfache Ansteuerung und schnelle Regelstrecken. Der Antrieb ist neben der Spannungsversorgung (24 VDC) serienmässig mit einem Analogeingang, einem Fehlerausgang und einem RS 232-Anschluss ausgestattet. Über diese Schnittstellen steuert das Startmodul des Wuchtgerätes den Antrieb in Drehrichtung und Drehzahl. Motor-Start/Stopp und Drehzahlanzeige ergänzen die Funktion. Der so angesteuerte Servoantrieb kann die Prüflinge dann zur Messung auf 40 000 bis 80 000 min–1 beschleunigen.

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EC-Motor mit internem oder externem Controller


Kleine Produkte bei hohem Durchsatz zu wiegen ist die Domäne der XS1-Waage