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DC-Kleinstantriebe

Ausladende Werkstücke präzise bewegen

05.02.2024
von Redaktion DER KONSTRUKTEUR

In schlanken und dennoch drehmomentstarken Schwenk-Drehmodulen ermöglichen DC-Kleinstantriebe von Faulhaber das präzise Bewegen auch ausladender Werkstücke – bei schnellen Schraubern ebenso wie in Drehhandlings-, Montage- und Prüfautomaten.

Kaum ein Bereich der Automatisierungstechnik kommt heute ohne Klein- und Kleinstantriebe aus. Entsprechend vielfältig sind die Einsatzgebiete. Sie reichen von Medizintechnik und Laborautomation über den allgemeinen Maschinenbau und die Intralogistik bis hin zu Weltraumanwendungen. Die kleinen Antriebssysteme tragen dazu bei, dass Automatisierungslösungen prozesssicher, zuverlässig und wirtschaftlich arbeiten. Das gilt auch für das Handling.

Wer in der Handhabungs- und Montagetechnik eine effiziente und platzsparende Lösung für typische Bewegungsabläufe wie Drehen, Schwenken, Schrauben, Rollen oder Wickeln sucht, für den dürften die Schwenk-Drehmodule der For-Torque-Baureihe des Wettenberger Kinematikspezialisten JA² (Jung Antriebstechnik und Automation) interessant sein. Denn die schlanken Endlosdreher eignen sich für das hochdynamische Verdrehen ausladender Werkstücke mit großem Trägheitsmoment und außermittig angeordneter Greifer sowie für den Einsatz in der Schraub- und Wickeltechnik.

Die schnellen Dreher lassen sich mit Linearachsen kombinieren. Das Resultat sind kompakte Hub-Dreh- oder Hub-Schwenksysteme bis hin zum 5-Achs-Handlingsystem

Winkelgenau bewegen und positionieren

Ein typischer Anwendungsfall für die kleinsten Schwenk-Drehmodule ist beispielweise das Zuschrauben kleiner Kosmetik- oder Pharmabehälter auf engem Raum in vollautomatisierten Verpackungslinien. Genauso eignen sich die Module aber auch, wenn Greifer oder Werkstücke geschwenkt werden müssen, zum Beispiel zur Montage oder Vereinzelung von Produkten.

Aufgebaut als Baukastensystem stehen sechs Baugrößen mit Durchmessern von: 16, 20, 25, 35, 40 und 45 mm zur Verfügung. Das deckt Spitzen- und Dauerdrehmomente von 0,3 respektive 0,14 Nm bis 4,0 respektive 2,6 Nm ab. Die Trägheitsmomente der Lasten dürfen zwischen 2,0 und 200 kgcm² liegen. Damit gibt es für unterschiedlichste Handling- und Montageaufgaben passende Lösungen für winkelgenaues Bewegen und Positionieren.

Um bei hohen Fremdträgheitsmomenten die Abtriebswelle der Getriebe zu entlasten, haben die vier größeren Modulmodelle an der Abtriebsplatte eine sehr steife Lagerung, die aus zwei Dünnringlagern besteht. Außerdem kann das Schwenk-Drehmodul mit 40 mm Durchmesser zusätzlich mit einer Fluid-Drehdurchführung für Pneumatik oder Vakuum ausgestattet werden, etwa um einen pneumatischen Greifer mit Druckluft zu versorgen.

Die Kinematikspezialisten treiben den Baukasten-Gedanken noch weiter: Die schnellen Dreher können auch mit Linearachsen kombiniert werden, wie zum Beispiel bei der Quick-Lab-Serie. Passende Adapterplatten finden sich im Zubehör. Das Ergebnis sind dann kompakte Hub-Dreh- oder Hub-Schwenksysteme bis hin zum 5-Achs-Handlingsystem.

Hohe Anforderungen an Antriebe und Getriebe

„Das Herz unseres Automatisierungsbaukastens sind die Antriebe und die Anforderungen an sie sind sehr hoch“, erklärt Wilhelm Jung, Geschäftsführer bei JA². „Die Motoren müssen hochdynamisch arbeiten, sich präzise ansteuern lassen und auch von den Abmessungen her passen.“

Bei den For-Torque-Modulen beispielsweise konnten die bürstenlosen DC-Motoren der Baureihen B und BX4 von Faulhaber überzeugen. Die in Zweipol- oder Vierpoltechnologie aufgebauten Motoren sind sehr kompakt. Die eingesetzten Ausführungen der Baureihe B sind bei Durchmessern von 16, 20 und 35 mm nur 28, 36 beziehungsweise 68 mm lang, liefern dabei in der größten Ausführung aber Dauerdrehmomente bis 168 mN. Ähnliches gilt für die BX4-Baureihe. Hier werden Motoren mit 22 mm oder 32 mm Durchmesser und Dauerdrehmomenten von 18 oder 53 mNm verwendet.

Die bürstenlosen DC-Motoren in Zweipol- oder Vierpoltechnologie von Faulhaber sind kompakt und liefern hohe Dauerdrehmomente

Die Motoren werden in den For-Torques bis zu Drehzahlen von 8.000 U/min eingesetzt. Für die Untersetzung sorgen unterschiedliche Getriebe, darunter auch spielarme Planetengetriebe von Faulhaber. Letztlich ist die Getriebetechnologie mit der jeweiligen maximalen Eintriebsdrehzahl das Limit für die höchste Motordrehzahl.

„Das Untersetzungsverhältnis wählen wir dann entsprechend der Applikation“, erklärt Wilhelm Jung. „So können wir beeinflussen, wie weit das Fremdträgheitsmoment mit dem Quadrat der Untersetzung reduziert wird.“ Der Motor lässt sich dann unbeeindruckt vom Hebel präzise regeln. Bei der Auswahl der Getriebe wurde besonders auf deren Wirkungsgrad geachtet. Denn je besser der Wirkungsgrad ist, um so präziser lässt sich das am Getriebeabgang applizierte Drehmoment über den Motorstrom rückschließen. Dies stellt ein entscheidendes Feature bei Schraubapplikationen dar: Empfindliche (Kunststoff)-Teile müssen hier mit definiertem Drehmoment verschraubt werden.

Störungsfreie Ansteuerung dank Einkabeltechnik

Angeschlossen und gesteuert werden alle Schwenk-Drehmodule über einen einheitlichen Bajonettstecker, über Einkabeltechnik und einen Motion Controller. Bei Automationssystemen ist der Schaltschrank aber meist vom eigentlichen Antrieb entfernt. Zwischen Motor und Controller im abgesetzten Schaltschrank können schon mal 10, 20 oder noch mehr Meter liegen. Deshalb gibt es ein spezielles, mehrfach geschirmtes Kabel, welches die Motorleistung und das Wegsensorsignal zwischen Motor und Controller bis zu 30 m störungsfrei überträgt. Das Kabel wird zugentlastet befestigt, ist steckbar und darüber hinaus schlepptauglich ausgelegt. Einkabeltechnologie und vorkonfektionierte Kabelsätze vereinfachen zudem die Installation.

Bei den Motion Controllern hat der Anwender die Wahl: Die eingesetzten Motoren arbeiten mit unterschiedlichen Controllern. „Motion Controller von Faulhaber bieten wir ebenfalls an“, sagt Wilhelm Jung. Die beiden Unternehmen arbeiten schließlich schon seit vielen Jahren erfolgreich zusammen.

DC-Linearantriebe der Serie LM2070: Der Läuferstab wird innerhalb einer selbsttragenden Dreiphasenspule geführt

Die DC-Linearantriebe LM2070 und LM1247 werden beispielsweise in den erwähnte Quick-Lab-Linearachsen eingesetzt. Sie sind nicht als klassische Oberflächenläufer mit Schlitten und Führung aufgebaut. Stattdessen wird der Läuferstab innerhalb einer selbsttragenden Dreiphasenspule geführt.

Jung erläutert: „Durch diese Konstruktion ergeben sich ein ausgesprochen gutes lineares Kraft-/Stromverhältnis und eine hohe Dynamik. Zudem gibt es keine Rastmomente, wodurch sich die Linearmotoren für den Einsatz in unserem QuickLab-Baukasten besonders gut eignen.“

Text-/Bildquelle: Faulhaber, JA²

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