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antriebstechnik 9/2016

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LINEARTECHNIK Aus der

LINEARTECHNIK Aus der Raumfahrt Was Serac-Elektrozylinder heute im Maschinenbau leisten Niels Selig Dank der sehr hohen Kraftdichte nehmen Serac-Elektrozylinder im Verhältnis zu anderen Spindelkonstruktionen eine Sonderstellung ein. Denn bei ihnen basiert die Funktion der rotativen Umsetzung in eine lineare Bewegung auf dem Prinzip einer Planeten-Wälz-Gewindespindel. Diese Technologie wurde vom Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V. (DLR) für den ersten ferngesteuerten Roboter der D2-Mission entwickelt. Aber was bringen sie im Maschinenbau? Niels Selig ist Produktmanager Antriebstechnik bei Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG in Kirchheim Aus Gründen der Gewichts- und Raumeinsparung sollte der Antrieb des Greifers für die D2-Mission über eine hohe Kraftdichte verfügen. Mit einem völlig neuen Denkansatz wurde dieser Zielkonflikt durch die Entwicklung des Funktionsprinzips der Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG) gelöst. Das Ergebnis wurde vom DLR weltweit patentiert. Das Besondere daran ist, dass die Planeten-Wälz-Gewindespindel die Funktionen von Spindel und Planetengetriebe in einem System integriert und eine Spindelsteigung von nur 1 mm ermöglicht. Damit lassen sich mit kleinen Motoren hohe Kräfte erzielen. Allerdings zeigte sich diese geniale Hybridkonstruktion nach ihrer Entwicklung noch längst nicht industrietauglich. Lückenloses Produktportfolio Unter der Regie des Patentnehmers, der Wilhelm Narr GmbH & Co.KG, führten erste, neutral durchgeführte Langzeittests unter härtesten Bedingungen zur Erkenntnis, dass diese Konstruktion nicht nur über außergewöhnliche Kraftdichte, sondern auch über eine hohe Robustheit und Standfestigkeit verfügt. Durch die vielversprechenden Testreihen von der Praxistauglichkeit überzeugt, wurde eine Weiterentwicklung hinsichtlich Fertigungstechnik und Tribologie gestartet, um die Planeten-Wälz-Gewindespindel zur industriellen Reife weiterzuentwickeln. Durch die Fusion der Schwesterunternehmen Narr und Ortlieb gehört der Geschäftsbereich Antriebssysteme heute zu Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG. Zum Programm des Unternehmens im Bereich Antriebssysteme gehören die Planeten-Wälz-Gewindespindeln unter dem Namen Asca-Servospindeln als Katalogware und auch als Customer-Design-Lösung. Um dem Markt auch antriebstechnische Komplettlösungen anbieten zu können, wurden die Serac-Elektrozylinder auf PWG-Basis entwickelt. Mit den drei Serac-Typversionen XH, LH und KH bietet Ortlieb Präzisionssysteme ein lückenloses Produktportfolio mit Maximalkräften zwischen 4,5 bis 300 kN und Hüben von 45 bis 200 mm. Die Elektrozylinder überzeugen jedoch nicht nur mit ihrer hohen Kraftdichte. Sie bieten auch ein gutes Dynamikverhalten. In der Kombination mit der sehr hohen Regelgüte ermöglicht diese Dynamik eine überdurchschnittlich schnelle, zielgerichtete Positionierung. Dadurch bietet sich die Abkehr von hydraulischen Zylindern oder hydropneumatischen Systemen für viele Anwendungen an. An Schnitt- oder Stanzvorgängen zeigen sich die Vorteile, wenn sich Kraft und Geschwindigkeit so feinfühlig steuern lassen, dass z. B. der berüchtigte Schnittschlag ausbleibt und damit keine Durchbruchdeformationen an den Rändern oder an der Oberflächenbeschichtung entstehen. Für andere Anwendungen kann es besonders wertvoll sein, dass der Bewegungsablauf bei der Richtungsumkehrung spiel- und ruck- 30 antriebstechnik 9/2016

Wir bewegen etwas! 01 02 01 Mit den drei Serac Elektrozylindern bietet Ortlieb ein lückenloses Produktportfolio 02 Für die D2-Mission wurde das Funktionsprinzip der Planeten-Wälz-Gewindespindel entwickelt frei erfolgt und dadurch die Regelung des Servoreglers ohne Einschränkung zeitoptimiert möglich ist. Steht anderseits eine hohe Dynamik im Vordergrund einer Applikation, dann ermöglicht z. B. der Serac-Elektrozylinder XH5 mit 2 mm Steigung eine Beschleunigung bis 29,5 m/s². Die kurzfristig zu nutzende Maximalgeschwindigkeit reicht bis 340 mm/s. Anbaufertige Plug-and-Play-Lösung All dies wird durch die Technologievorteile der Planteten-Wälz-Gewindespindel möglich gemacht. Untersucht man insbesondere die Spindelmutter als Funktionszentrum genauer, stellt man verblüfft fest, wie genial einfach diese konzipiert ist. Denn die Spindelmutter besteht aus nur wenigen Bauteilen für Drehteilübersetzung und Spindelvortrieb. Ein Teil ihrer Robustheit leitet sich aus dieser Einfachheit ab. Der Elektrozylinder Serac KH wurde als erster Typ der neuen Antriebstechnik dem Markt vorgestellt. Das auffällig flache und kompakte Gehäuse beinhaltet den Motor mit der auf der Motorwelle befindlichen Spindelmutter und eine stabile Zwei-Säulen-Führung zur Annahme Querkräfte. Mit dem vollständig geschlossenen Gebäudedesign wurde ein neuer Look für die Antriebstechnik kreiert. Ein typischer Anwendungsschwerpunkt dieses Kurzhubers sind Stanzen und Dünnblechbearbeitung. Beim Elektrozylinder Serac XH ist die Motorwelle des voll integrierten Torquemotors abtriebseitig als Gewindespindel ausgeführt, um die Spindelmutter direkt antreiben zu können. Der Vorschub erfolgt deshalb mit niedrigem Trägheitsmoment über die Spindelstange. Die Beschleunigung reicht bis 29,4 m/s². Eine Verdrehsicherung ist integriert und der Einbau einer Haltebremse ist optional möglich. In Fertigungsanlagen verwendet, sind kürzeste Taktzeiten die Stärke dieses Elektrozylinders. Bei der Entwicklung des modularen Konzeptes des Elektrozylinders Serac LH war Lösungsvielfalt die Maxime. So gehören Verdrehsicherung, Haltebremse und Wegmessung zu den integrierbaren Ausstattungsmöglichkeiten. Um Spindelstangen für Hübe bis 200 mm Länge stabil zu führen, basiert die Einheit auf einem Motor mit Hohlwellenausführung und angetriebener Spindelmutter. Auch bei dieser Ausführung ermöglichen die verschiedenen Spindelsteigungen unterschiedliche Leistungsprofile. So lassen sich selbst bei Kräften von 300 kN kleine Steigungen mit 1,5 mm realisieren, wobei eine Beschleunigung bis 0,5 m/s² erzielt wird. So unterschiedlich die drei Baureihen der Serac-Elektrozylinder konzipiert sind, so ist ihnen doch gemein, dass es sich um anbaufertige Plugand-Play-Lösungen handelt. Für spezifische Komplettlösungen kann jeder Antrieb auch mit vorprogrammierten Servoreglern von LTi Drives geliefert werden. Alternativ ist die Anbindung an Servoregler anderer Hersteller ebenso möglich. Der Slogan „Strom statt Öl“ kommt nicht von ungefähr. Und damit öffnet sich ein weites Feld für diese neue Antriebstechnologie, die der Roboterhand im All längst entwachsen ist. www.ortlieb.net

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