anwenderreportage

Sick SKS36: Präzise Wegmessung

Motor-Feedback-Systeme in der mechatronischen Servotechnik: Strom statt Öl, Servoaktuatorik statt Hydraulik – Maschinen zum vollautomatischen Umformen, Pressen oder Fügen von Werkstücken werden immer häufiger mit mechatronischer Antriebstechnik ausgestattet. Neben wesentlich geringeren Betriebskosten wird von Anwendern vor allem das stufenlose Regelverhalten als entscheidender Vorteil genannt. Motor-Feedback-Systeme wie das SKS36 von Sick Stegmann, die das Unternehmen Ortlieb Präzisionssysteme in seinen SERAC-Servoaktuatoren einsetzt, gewährleisten eine präzise und hochgradig verfügbare Wegmessung und Positionsregelung.

Motor-Feedback-Systeme von Sick Stegmann bieten zahlreiche Optionen zur Wegmessung und Positionierung in mechatronischen Systemen.

Motor-Feedback-Systeme von Sick Stegmann bieten zahlreiche Optionen zur Wegmessung und Positionierung in mechatronischen Systemen.

Infos zum Anwender

Seit mehr als 100 Jahren versteht sich das Unternehmen Ortlieb in Kirchheim / Teck als „Precision Company“ für wirtschaftliche und präzise Lösungen in der Werkstück- und Werkzeugspannung sowie in der Antriebstechnik. Sowohl die elektrischen Antriebssysteme als auch die Spanntechnik von Ortlieb sind in fast allen Branchen zu Hause und leisten Ihren Beitrag zum technischen Fortschritt der Gesellschaft.

Werkstücke und Rohlinge unterschiedlicher Stärke auf einer Maschine bearbeiten, mehrere Prozessschritte in der selben Aktuatorbewegung ausführen, verschiedene Bearbeitungspositionen stufenlos und sanft anfahren – es gibt zahlreiche Szenarien, in denen die Servotechnik entscheidende Vorteile gegenüber hydraulischen und pneumatischen Antrieben bietet. „Mechatronische Systeme mit Motion Control-Funktionalität sind daher im Kommen“, erklärt Niels Selig, Produktmanager Antriebstechnik bei der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG in Kirchheim / Teck. „Wir beobachten hier ein Umdenken im Markt, sowohl bei Neuanlagen als auch beim Retrofit – zumal die Servoantriebstechnik auch beim Betriebskostenvergleich gegenüber Hydraulik und Pneumatik deutlich im Vorteil ist.“ Damit mechatronische Systeme Umform- oder Fügeprozesse mit hoher Genauigkeit durchführen können und sich bei Bedarf mehrere Servoachsen in einer Maschine synchronisieren lassen, kommen in Servoaktuatoren wie denen der SERAC-Baureihen von Ortlieb präzise und hoch verfügbare Wegmesssysteme zum Einsatz – z. B. rotative Motor-Feedback-Systeme SKS36 mit HIPERFACE®-Schnittstelle von Sick Stegmann.

Getreu dem Slogan „Strom statt Öl“ bietet Ortlieb mit den Servoaktuator-Baureihen SERAC innovative Lösungen für den Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern an.

Getreu dem Slogan „Strom statt Öl“ bietet Ortlieb mit den Servoaktuator-Baureihen SERAC innovative Lösungen für den Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern an.

Ortlieb – „precision Company" der Spann- und Servospindeltechnik

Seit mehr als 100 Jahren versteht sich das Unternehmen Ortlieb in Kirchheim / Teck als „Precision Company“ für wirtschaftliche und präzise Lösungen in der Werkstück- und Werkzeugspannung sowie in der Antriebstechnik. „Eine Reihe wichtiger DIN-Normen in der Spanntechnik wurden auf der Basis unserer Entwicklungen und Patente definiert“, sagt Niels Selig. „Von der Norm-Druckspannzange bis zur Einzelanfertigung von Sonderspannlösungen bieten wir flexible Standard- und kundenspezifische Sonderlösungen aus einer Hand.“ Das zweite, zunehmend wichtigere Standbein des Unternehmens, das im Frühjahr 2017 eines der innovativsten Firmengebäude in Baden-Württemberg mit höchsten Ansprüchen an Architektur und Energieeffizienz beziehen wird, sind mechatronische Baugruppen und Antriebssyssteme. Der Fokus liegt dabei auf anschluss- und einbaufertigen Komplettlösungen aus modular konfigurierbaren Linearaktuatoren. „Motor, Spindel, Geber und bei Bedarf auch eine Haltebremse sind komplett in die Elektrozylinder integriert“, erklärt Niels Selig. Basis der besonderen Performance der SERAC-Servoaktuatoren ist das besondere Know How des Unternehmens auf dem Gebiet der Spindeltechnik.

Rotatives Motor-Feedback-System SKS36 mit HIPERFACE®-Schnittstelle von Sick Stegmann.

Rotatives Motor-Feedback-System SKS36 mit HIPERFACE®-Schnittstelle von Sick Stegmann.

SERAC-Servoaktuatoren vereinen Know How aus Raumfahrt und Maschinenbau

Getreu dem Slogan „Strom statt Öl“ bietet Ortlieb mit den Servoaktuator-Baureihen SERAC innovative Lösungen für den Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikzylindern an. Ihre hinsichtlich Gehäusebauform, Motorausführung, Verdrehsicherung oder Befestigungsmöglichkeit unterschiedlichen Ausführungen zeichnen sich durch hohe Kraftdichte und Standfestigkeit aus. Sie bewähren sich – unter härtesten Betriebsbedingungen – in den unterschiedlichsten industriellen Anwendungsfeldern der Stanz-, Umform- und Fügetechnik oder beim Verpressen von Kleinteilen. Technologiebasis der SERAC-Elektrozylinder sind spezielle, ursprünglich für die Raumfahrt entwickelte Planeten-Wälz-Gewindespindeln, die sich unter anderem durch eine minimierte Masse auszeichnen und Feinpositionierungen ohne ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe ermöglichen. Aufbauend auf dem weltweiten Patent der DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) hat Ortlieb die Servospindel ASCA entwickelt und für die Anwendung in mechatronischen Systemen zur Serienreife gebracht. Die Möglichkeit, die Aktuatorspindeln vieler SERAC-Ausführungen mit kleinen Steigungen von nur einem Millimeter auszuführen, ermöglicht mit den Elektrozylindern ein sehr präzises Anfahren von Arbeitspunkten. Dies setzt Geber voraus, die – wie das Motor-Feedback-System SKS36 – eine entsprechend genaue Wegmessung und Positionierung unterstützen.

Motor-Feedback-System SKS36 regelt die Feinpositionierung

Motor-Feedback-Systeme SKS36 mit HIPERFACE®-Schnittstelle von Sick Stegmann werden von Ortlieb in allen SERAC-Baureihen eingesetzt. „Ihr kompaktes Design ermöglicht kurze Motorbaulängen“, nennt Niels Selig einen wichtigen konstruktiven Vorteil. In der Tat beträgt der Gehäusedurchmesser dank des durchdachten Systemaufbaus nur 36 mm – und auch die Bauhöhe ohne Welle ist mit 37 mm äußerst gering. Damit ist dieses zudem nur 65 g „schwere“ Motor-Feedback-System einer der kompaktesten Geber seiner Art. Als Singleturn-Gebersystem im digitalen Regelkreis der Ortlieb-Servoaktuatoren liefert das SKS36 über eine Umdrehung – aufgelöst in 128 Sinus-/Cosinusperioden – Werte für die Kommutierung und Geschwindigkeit sowie absolute Positionsinformationen. Und dies mit höchster Zuverlässigkeit und Genauigkeit – unter anderem ermöglicht durch die sehr kleine Codescheibe, die in der Mitte der Drehachse angeordnet ist und dadurch jegliche Art von Exzentritätsfehlern vermeidet. Auf der Codescheibe befinden sich 128 Striche, die von einem speziell entwickelten Opto-ASIC so abgetastet werden, dass Sinussignale mit hoher Linearität und Interpolierbarkeit entstehen. „Dadurch lässt sich der Vorschub der SERAC-Spindel sehr präzise messen und zur Feinpositionierung nutzen“, erklärt Niels Selig. Hintergrund ist, dass die Planeten-Wälz-Gewindespindeln nicht form-, sondern reibschlüssig funktionieren. „Dadurch können deutlich höhere Kräfte übertragen werden, ohne die Lebensdauer der Spindel zu beeinträchtigen“, so Niels Selig. „Der prinzipiell bedingte beim Verfahren der Spindel auftretende Schlupf erfordert neben dem Drehgeber ein zusätzliches Linearmesssystem. So sind durch das Zusammenspiel der beiden Gebersysteme Positioniergenauigkeiten < 0,01mm und Wiederholgenauigkeiten von ± 0,01mm möglich.“ Hierbei zeichnen sich die SKS36 nicht nur durch hohe Genauigkeit, sondern auch hohe Verfügbarkeit und Robustheit aus. „Die maximal zulässige Betriebstemperatur in den Servozylindern liegt deutlich unter den spezifizierten 125 °C der Geber“, beschreibt Niels Selig. „Vibrationen und Schläge, wie sie beim Stanzen, Umformen und Pressen auftreten können, beeinträchtigen die zuverlässige Funktion der SKS36 nicht. SERAC KH-Zylinder mit diesen Motor-Feedback-Systemen leisten beispielsweise in der Blechteileumformung mehr als 40 Millionen Zyklen im Drei-Sekunden-Takt ohne jegliche Probleme.“

Multiturn- und Safety-Lösungen für mechatronische Systeme

In den Elektrozylindern von Ortlieb überzeugt das Singleturn-Motor-Feedback-System SKS36 durch seine Präzision, Integrationsfreundlichkeit und Verfügbarkeit. Für Aufgabenstellungen, die eine mehrfach rotative Wegmessung und Positionierung erfordern, bietet das Multiturn-Motor-Feedback-System SKM36 die Möglichkeit, mit Hilfe des integrierten mikromechanischen Getriebes bis zu 4.096 Umdrehungen zu messen und in einer Auflösung von bis zu 16.777.219 Schritten auszugeben. Im Zuge von sicherheitsgerichteten Betrachtungen mechatronischer Systeme und antriebstechnischer Lösungen rücken auch die SIL2-Motor-Feedback-Systeme SKS36S und SKM36S von Sick STEGMANN als sichere Geber in dynamischen und präzisen Servo-Regelkreisen in den Blickpunkt. Beide Systeme können in Anwendungen eingesetzt werden, die den Klassifizierungen SIL2 gemäß EN 62061 und IEC 61508 sowie Performance Level (PL d) nach EN ISO 13849-1 entsprechen. Damit bieten sie zertifizierte funktionale Sicherheit, das heißt die Möglichkeit, Funktionen und Funktionsketten von Servoaktuatoren und mechatronischen Systemen hinsichtlich Drehzahl, Drehrichtung und Stillstand sicherheitsgerichtet zu überwachen. Motor-Feedback-Systeme von Sick Stegmann bieten somit – nicht nur in den Elektrozylindern von Ortlieb – zahlreiche Optionen zur Wegmessung und Positionierung in mechatronischen Systemen.

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