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Positioniersysteme aus CFKDynamisch positionieren

Verbundwerkstoffe erleichtern die Sache
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Positioniersysteme aus CFK: Dynamisch  positionieren
Die Jenaer Antriebstechnik (JAT) setzt als einer der ersten Anbieter seit etwa einem Jahr Kohlefaser-Verbundwerkstoffe (CFK) bei Positioniersystemen ein. Ausgangspunkt dieser technischen Lösung war das Bestreben, die Produktivität eines optischen Inspektionssystems für elektronische Leiterplatten zu steigern.


Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt elektrische Servoantriebe, die in der Industrieautomatisierung in den verschiedensten Branchen zum Einsatz kommen, sowie komplette Positioniersysteme, die aufgrund der mit dem Kunden abgestimmten Schnittstellen problemlos in dessen Maschine integriert werden können. Der Kunde profitiert dabei von der langjährigen Applikationserfahrung der Jenaer Spezialisten in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten.

Die Anforderungen an die Genauigkeiten der Positioniersysteme sind mittlerweile sehr hoch. Für den Einsatz in Prüfsystemen für Leiterplatten werden aufgrund der immer höheren Integrationsdichte und der damit verbundenen immer feineren Strukturen Positionierauflösungen im einstelligen Mikrometerbereich und besser erforderlich. Da die Prüfsysteme ihre Prüfroutinen in möglichst kurzer Zeit abarbeiten müssen, um einen möglichst hohen Durchlauf zu erreichen, ist zudem eine hohe Dynamik der Positionierung gefragt, im Beispiel Beschleunigungen des Bildaufnehmers von bis zu 20 Meter je Quadratsekunde.

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Das nun eingesetzte X-Y-Positioniersystem besteht aus einer Linearmotorachse als Träger für eine CFK-Auslegerachse. In der Vorgängerlösung wurde das System als Aluminiumkonstruktion ausgeführt. Ziel der Entwicklung war es, unter Einhaltung der vorgegebenen Ablaufgenauigkeiten, die Dynamik der Positionierung zu erhöhen, ohne die Kosten der Vorgängerlösung zu überschreiten. Möglichkeiten dies zu erreichen, liegen in der Verringerung der bewegten Massen und in der Erhöhung der Struktursteifigkeit der Auslegerachse. Strukturen aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen (CFK) erfüllen diese Anforderungen ideal. Sie zeichnen sich durch minimales Gewicht bei höchster Festigkeit aus. Die meisten CFK-Teile wiegen bis zu 40 Prozent weniger als vergleichbare Aluminiumteile. Ein weiterer Vorteil des Materials liegt darin, dass die mechanischen Eigenschaften für verschiedene Richtungen unterschiedlich gestaltet werden können. Unter Berücksichtigung der Faseranordnung entsprechend der Lastlinien ermöglicht das Material somit auch komplizierte Formgebungen, wodurch ein hoher Integrationsgrad erreicht wird.

Aufgrund der Materialeigenschaften des CFK musste während der Entwicklung ein besonderes Augenmerk auf die Verbindungstechnik zwischen CFK und Metall gelegt werden. Hier wurden neue Wege beschritten, um eine flächige Verteilung der Belastung zu erreichen. Auch die stark unterschiedliche thermische Ausdehnung von CFK und Metall galt es zu berücksichtigen. Durch einen Kompromiss zwischen kraftflussgerechter und fertigungsoptimierter Konstruktion gelang es nach Angaben des Unternehmens, die Kosten für das neue Antriebssystem gegenüber der bisherigen Lösung aus Aluminium gleich zu halten. Letztlich konnte ein Antriebssystem entwickelt werden, das eine deutliche Produktivitätssteigerung des optischen Inspektionssystems um 35 Prozent ermöglicht. Die mechanischen Genauigkeiten wie zum Beispiel Gieren, Rollen und Nicken sind vergleichbar zur Ausführung in Aluminium. Gleichzeitig konnte durch den Einsatz von Lineartechnik die Verfügbarkeit erhöht und der Wartungsbedarf minimiert werden. Aufgrund der Vorteile, die die CFK-Technologie bietet, ist absehbar, dass sie auch im Maschinenbau zunehmend zum Einsatz kommen wird. Kostengünstigere Fertigungsverfahren werden diesen Trend beschleunigen. up

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