Lineare Direktantriebe

Sticheln mit Nutzen

Direktantriebe verbessern Geschwindigkeit und Dynamikverhalten
Leiterplatten-Ritzmaschine. Ohne Umspannen der Leiterplatte lassen sich beliebige geometrische Formen ritzen. (Fotos: Omron)
Linearmotoren erzeugen als Direktantriebe eine translatorische Bewegung, die sie aufgrund ihrer Dynamik für viele Anwendungen nutzbar machen. Durch den Verzicht auf Getriebe, Riemen oder Spindel reduziert sich die Zahl verschleißbehafteter Teile, die Lebensdauer nimmt zu. Ein Zulieferer der Leiterplatten nutzt zudem die hohe Präzision.

Direktantriebe wie Linearmotorachsen und -Systeme eignen sich wegen des geringen Verschleißes für den Einsatz in Reinräumen, in der Elektronikindustrie und Halbleiterfertigung sowie im Photovoltaikmarkt. Sie werden sowohl in der Produktion als auch beim Transport einzelner Bauteile genutzt.

Ernst Lenz Maschinenbau hat sich für den generellen Einsatz von Linearmotoren entschieden. Das Familienunternehmen stellt heute in der dritten Generation mit großer Fertigungstiefe Maschinen für die Leiterplattenindustrie her.

Diese elektronischen Baugruppen lassen sich wirtschaftlicher herstellen, wenn sie im größeren Format bestückt und verlötet werden und erst anschließend die einzelnen Platten aus dem Nutzen getrennt werden. Üblich ist das Ritzen der Platten, um die Nutzen herausbrechen zu können.
Dafür hat Lenz eine Freiform-Ritzmaschine entwickelt. Damit sich die zunehmend dünner werdenden Leiterplatten zuverlässig bearbeiten lassen, werden sie vertikal in die Maschine eingehängt. Von zwei Seiten fährt je ein Stichel an die Platte heran, der die endgültige Kontur einritzt. Im Gegensatz zu anderen Maschinen am Markt kann diese Anlage beliebige geometrische Formen ritzen. Weiterer Vorteil: Die Leiterplatte muss während der Bearbeitung nicht umgespannt werden.

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Insgesamt übernehmen in der Maschine vier Linearmotoren die Bewegung der Stichel beziehungsweise der Leiterplatte. „Wir setzen schon seit einigen Jahren in allen unseren Anlagen Linearmotoren ein, weil uns geringer Verschleiß und hohe Genauigkeit generell sehr wichtig sind“, so Geschäftsführer Uwe Lenz. „Im speziellen Fall war erstmals ein ungekühlter Antrieb gefragt.“

Omron hat unterschiedliche Linearmotorlösungen im Sortiment: Linearmotoren und Magnetbahnen als Einzelkomponenten, Linearmotor-Achsen sowie komplette Linearmotor-Systeme. Daneben sind individuell angepasste Lösungen möglich. Will man den eingebauten Linearmotor auf die eigene Mechanik abstimmen, werden am besten die Einzelkomponenten direkt in die Basiskonstruktion der Maschine integriert. Hier stehen eisenlose Linearmotoren mit einer Spitzenkraft zwischen 100 und 2.100 Newton bei einem Gewicht des Primärteils von 0,084 bis 1,35 Kilogramm sowie eine breite Palette eisenbehafteter Linearmotoren zur Verfügung. Bei diesen war höhere Leistungsdichte bei geringem Bauvolumen der wesentliche Schwerpunkt der Neuentwicklung einer sieben Motoren umfassenden Produktfamilie. Das Gewicht der Motoren wurde dabei um bis zu 45 Prozent reduziert. Das führt zu verbessertem Beschleunigungsverhalten und nahezu einer Verdoppelung der Gesamtperformance. Das Gewicht des Primärteils der eisenbehafteten Linearmotoren liegt nun zwischen 0,47 und 5,45 Kilogramm bei einer Spitzenkraft zwischen 120 beziehungsweise 2.250 Newton. Eisenbehaftete Motoren eignen sich vorzugsweise für Anwendungen, bei denen mittelgroße bis größere Massen in einer hochsteifen Konstruktion bewegt werden müssen, während man mit den eisenlosen Modellen eher kleine, wenige Gramm schwere Bauteile extrem schnell beschleunigt und positioniert. In der Leiterplatten-Ritzmaschine von Lenz sind vier eisenbehaftete Linearmotoren der Serie R88L-EC-FW im Einsatz. Die Z-Bewegung der Stichel übernehmen zwei Motoren mit 100 Millimeter Hub, 96 Newton Nenn- und 240 Newton Spitzenkraft, das Gewicht des Primärteils liegt dabei bei 0,78 Kilogramm. Der Motor für die X-Achse bringt eine Nennkraft von 240 Newton bei 1,84 Kilogramm, das Modell für die Y-Achse hat eine Nennkraft von 608 Newton bei 4,45 Kilogramm Gewicht des Primärteils.

Für andere Anwendungen haben die Automatisierungsexperten über 100 Linearmotor-Achsen im Programm. Bei ihnen sind Motor, Gebersystem, Führungen und Mechanik fertig zu einer Achse montiert und getestet. Die Achsen haben eine kompakte Bauform und eine geringe bewegte Eigenmasse. Das ermöglicht eine hohe Dynamik auch bei geringen Vorschubkräften.

Die Achsen erreichen Maximalgeschwindigkeiten von fünf Metern pro Sekunde bei einer Wiederholgenauigkeit von einem Mikrometer. Für Bewegungen in zwei Dimensionen können entweder zwei Motoren als Einzelkomponenten oder zwei Achsen kombiniert oder auf ein vorgefertigtes Linearmotor-System zurückgegriffen werden. Das spart das mechanische Verbinden und Verkabeln. Zudem wird mit dem fertigen System bei Bedarf ein Vermessungsprotokoll ausgeliefert mit Angaben zur Systemgenauigkeit. Das modulare XY-System besteht aus zwei kombinierten Achsen, ermöglicht eine einfache Maschinenintegration und hilft die Konstruktionszeit zu verkürzen. Es eignet sich überall dort, wo Produkte auf einer Fläche in X/Y Richtung bis zu einem Meter bewegt werden sollen. Muss mit den Linearmotoren zum Beispiel ein Werkzeug über ein darunter liegendes Werkstück bewegt werden, eignen sich die so genannten Gantry-Systeme, mit denen sich sehr große Produkte in XY-Richtung dynamisch und präzise bearbeiten lassen. Stefan Spiekermann/bw

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