30.10.2017

Kundenspezifische Antriebssysteme

Passende Lösungen für Präzisionsmaschinen

Produkte werden zunehmend spezifischen Anwendungen angepasst, gleichzeitig werden sie kompakter. Diese Entwicklung zeichnet sich auch bei Maschinen- und Anlagenherstellern ab, die vermehrt maßgeschneiderte Servoantriebe anfragen.


Abb. 1: Der Servoantrieb FHA-8C mit Multiturn-Absolutgeber in der linearen Zusatzachse einer Werkzeugmaschine.
Bild: Harmonic Drive AG

Gefordert sind etwa spezifische Abmessungen, besondere Kompaktheit, hohe Genauigkeit, geringes Gewicht oder auch eine Kombination verschiedener Eigenschaften. Ein weiterer Trend: der Einsatz motorseitiger Multiturn-Absolutgeber, oft in Kombination mit zentralen Hohlwellen und mit dem Anspruch an unveränderte Abmessungen im Vergleich zu Antriebslösungen mit inkrementellen Gebern. Für Hersteller von Präzisionsantriebstechnik stellen dabei die firmenspezifischen Systemschnittstellen der Elektrokonzerne insofern eine besondere Herausforderung dar, als dass sie ihre Produkte kompatibel halten oder Lösungen zur Anbindung liefern müssen. Deshalb hat Harmonic Drive mit flexibel einsetzbaren Regelgeräten sein Leistungsspektrum um die Entwicklung und Fertigung von Einbausätzen und kundenspezifischen Komplettantrieben erweitert.

Spezifische Sonderausführung

Ein solches Beispiel für einen kompakten Servoantrieb mit Anbindung an eine spezifische SPS ist der Antrieb einer Linearspindel für die Zusatzachse einer Werkzeugmaschine. Gefordert war ein vielseitiger Antrieb mit einem Gehäusebauraum von nur 170cm3. Zu integrieren war ein Servoantrieb mit Motor und Getriebe inklusive spielfrei vorgespanntem Abtriebslager, das die Spindel aufnimmt und sich außerdem zur Abstützung der auf die Spindel wirkenden Axialkräfte eignet. Weitere Vorgaben waren eine theoretische rotatorische Auflösung am Abtrieb von unter 1arcsec sowie eine Übertragungsgenauigkeit von unter 2arcmin. Zudem musste der Aktuator spielfrei sein. Vor allem die geforderte Kompaktheit des integrierten Absolutgebers machte den Auftrag äußerst anspruchsvoll, da herkömmliche Absolutgeber in der Regel bereits größer sind als das in diesem Fall für den Antrieb verfügbare Volumen.

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Servoantrieb mit Hohlwelle

In der umgesetzten Lösung kommt ein Servoantrieb mit Hohlwelle der Baureihe FHA-8C Mini von Harmonic Drive mit den Abmessungen 50x50x65mm zum Einsatz, dessen maximales Abtriebsdrehmoment rund 5Nm beträgt. Er ist mit einem einstufigen, spielfreien Getriebe nach Wellgetriebeprinzip mit der Untersetzung i=100 ausgestattet. Durch ein an der Abtriebsseite spielfrei vorgespanntes Flanschlager, das zur Aufnahme der in dieser Anwendung wirkenden axialen Spindelkraft ausreichend dimensioniert ist, kann die Spindelmutter ohne zusätzliches Axiallager an den Abtriebsflansch des Aktuators montiert werden - ein wichtiger Beitrag zur Kompaktheit der gesamten Lineareinheit. Der realisierte Antrieb ist nur ein Produkt aus einer Vielzahl unterschiedlicher Servoantriebe von Harmonic Drive. Die Antriebe werden aufgrund der erwähnten erforderlichen Kompatibilität zu diversen Steuerungen mit Inkremental- oder Absolutgebern in Multiturn- oder Singleturnausführung ausgeliefert mit Datenschnittstellen wie z. B. EnDat, SSI oder Hiperface.

Kompakter Drehgeber

Im beschriebenen Fall kommt am Motor der sehr kompakte, getriebelose Multiturn-Drehgeber EBI 1135 von Heidenhain zum Einsatz. Er erreicht eine Gesamtauflösung von 34Bit (Singleturn: 18Bit, Multiturn: 16Bit) bei einer Baulänge von weniger als 13mm und einem Außendurchmesser von lediglich 37mm. Mit diesen Abmessungen ist er besonders für den Einsatz in Verbindung mit hochdynamischen Servomotoren kleiner Baugrößen in der Automatisierungstechnik und Industrierobotern prädestiniert. Statt über ein getriebebehaftetes System wird die Positionsinformation elektronisch gespeichert. Damit bei fehlender bzw. ausgefallener Spannungsversorgung die absolute Positionsinformation nicht verloren geht, verfügt das Produkt über eine extern im Schaltschrank zu montierende Batteriebox mit Pufferbatterie. Sie kann im laufenden Betrieb ohne Informationsverlust gewechselt werden. Mit seinen kompakten Abmessungen trägt dieser Geber wesentlich zur Erfüllung der oben genannten Kundenanforderungen bei.

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Servoregler mit STO

Für die bestmögliche Regelung und eine einfache Inbetriebnahme wurde ein Servoregler der Baureihe YukonDrive von Harmonic Drive eingesetzt. Er erlaubt die Diagnose und das Handling des batteriegepufferten Multiturn-Absolutwertgebers und ist für den Einsatz mit dem oben genannten Servoantrieb vorkonfiguriert. Das Regelgerät steht in unterschiedlichen Leistungsklassen und mit Schnittstellen für unterschiedliche Feldbussysteme zur Verfügung, z. B. CANopen, Ethercat, Sercos II & III, Profibus oder Profinet. Die Servoregler unterstützen die Sicherheitsfunktion STO (Sicher abgeschaltetes Moment), nach den Anforderungen von PLe gemäß EN61800-5-2 bzw. ISO13849-1 und nach SIL3 gemäß EN61508/EN62061. Darüber hinaus sind die Motor- und Geberdaten im Servoregler vorprogrammiert, was die Inbetriebnahme für den Kunden vereinfacht. Neben dem Antrieb und dem Regler bietet Harmonic Drive auch passende Kabelsätze zur einfachen Verdrahtung und der sicheren Inbetriebnahme der Achse. Zeit- und Kostenersparnis auf Kundenseite stehen dabei im Fokus. Eine umfangreiche Inbetriebnahme- und Diagnose-Software rundet das Gesamtpaket ab.

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