Lineartechnik

Auf Luft gebaut

Die steigenden Anforderungen an Dynamik und Präzision erfüllen konventionelle Getriebe nur unzureichend. Daher rücken heute direktangetriebene Lösungen immer stärker in den Mittelpunkt des Interesses. Planarantriebe benötigen keine mechanischen Übertragungselemente und können sogar mit mehreren Läufern arbeiten.

Die thüringer Firma LAT Suhl entwickelt und fertigt lineare, planare und rotative Direktantriebssysteme, die den konventionellen Antrieben in vielen Belangen überlegen sind. Das Grundprinzip der Direktantriebstechik besteht darin, dass die Kraft für die Bewegung direkt an den zu bewegenden Objekten erzeugt wird – ohne mechanische Übertragungselemente. Somit entstehen keine Übersetzungs- und Reibungsverluste. Die übertragende Energie wird voll genutzt. Das bedeutet geringere Abnutzung, höhere Genauigkeit und somit bessere Wirtschaftlichkeit.

Eine Hauptproduktgruppe des Suhler Unternehmens sind ihre luftgelagerten Planarantriebe. In der Regel bewegt sich der Läufer – das Primärelement – und der Stator, das Sekundärelement, steht fest. Zwischen Läufer und Stator befindet sich ein Luftlager, auf dem sich der Läufer in zwei Koordinaten orthogonal zur Stator-Zahnstruktur bewegen kann. Die Druckluft strömt an den Unterseiten der Läufer aus und erzeugt einen Spalt von acht bis zwölf Mikrometer Höhe. Durch die Permanentmagnete im Läufer zieht er den Stator so stark an, dass man den Läufer trotz des entstandenen Luftlagers nicht vom Stator abheben kann.

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Aufbauend auf diesem Grundprinzip lassen sich Bewegungen in der X-, Y-, Z-Achse und sogar eine Drehbewegung (Phi-Achse) realisieren. Das ist möglich, wenn sich auf dem Läufer ein weiteres Modul für die Z-Richtung und die Drehbewegung befindet.

Betrieb mit mehreren Läufern

Jetzt wurde die Technik der Planarantriebe weiterentwickelt, so dass hochgenaue Bewegungsabläufe im Closed-loop-Betrieb realisierbar sind. Die im Läufer befindlichen Hall-Sensoren liefern durch elektronisches Abtasten der Zahnstruktur Informationen zum aktuellen Standort des Läufers. Dadurch werden Abweichungen vom gewünschten Bewegungsablauf erkannt und korrigiert. Die Hauptbestandteile sind der Regler und die Kommutierungs-Baugruppe. Beide sind in der iPSD-Steuerung enthalten. Mit dem iPSD (intelligent Planar Servo Drive) können Zwei-Phasen Schritt- und/oder Servomotoren betrieben werden. Neben dem Servo-Einzelachsbetrieb kann dieser Antrieb die mechanisch gekoppelten Achsen eines Planarmotors regeln.

Besonders interessant wird das System, wenn auf einem Stator nicht ein, sondern mehrere Läufer arbeiten. Bei sechs Läufern stehen in einem kompakten Arbeitsraum – je nach Anwendung – bis zu 24 Achsen für anspruchsvolle Bewegungsabläufe zur Verfügung. In Abhängigkeit von der Beschleunigung, den transportierten Massen und den auftretenden Momenten sowie der Steuerung erzielt man Wiederholgenauigkeiten von einem Mikrometer. Die Systemgenauigkeit bleibt – unabhängig von den Bewegungszyklen – über die gesamte Lebensdauer der Maschine konstant.

Kopfstände bei der Elektronikfertigung

Aufgrund ständig wirkender permanentmagnetischer Kräfte kann der Planarmotor sogar über Kopf montiert werden. Dadurch ist die bei Pick-and-Place-Aufgaben typische Aufnahme der Teile von oben möglich. Der Motor lässt sich auch in vertikaler Arbeitsanordnung betreiben. Weil der Antrieb hierbei gegen die Gravitationskraft arbeitet, verliert er natürlich an Kraft, die für die Bewegung nicht mehr zur Verfügung steht. Deshalb werden die Motoren bei vertikalem Betrieb in dieser Achse stärker dimensioniert.

Planarantriebe werden unter anderem bei Pick-and-Place-Anwendungen, in der Chipkarten-Prozesstechnik und -Bestückung, dem Sortieren von Bauelementen, dem Wenden von Speicherschaltkreisen sowie in Mess- und Prüfmaschinen eingesetzt. Gerade bei hochpräzisen und dynamischen Mehrachssystemen stellen Planarantriebe bei der Investition und im Betrieb eine gute technische und kaufmännische Alternative zur konventionellen Technik dar. Gunthart Mau

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