Je anspruchsvoller die Anwendung, desto einfacher die Lösung? Tatsächlich kann dieser scheinbare Widerspruch funktionieren, wenn die richtigen Partner zusammenarbeiten und jeder die Stärken und Kompetenzen aus seinem Fachgebiet einbringt. Das zeigt Heidenhain (Halle 4, Stand 4503) mit seinen neuen Systemlösungen für die Positionserfassung. Sie reichen von modular aufgebauten und dadurch flexibel einsetzbaren Geräten wie dem ERP 1000 bis hin zur hochintegrierten Baugruppe der Winkelmessmodule.
Bei der Entwicklung der modularen Winkelmessgeräte ERP 1000 stand für Heidenhain neben der Genauigkeit und Robustheit der Messwerterfassung vor allem die flexible Integration in das Gesamtsystem der Kunden im Vordergrund. Erreicht wurde dieses Ziel durch eine große Variantenvielfalt bei den angebotenen Teilkreisen. Sie stehen als Vollkreis- und Segmentausführungen in den Durchmessern 57, 75, 109 und 151 mm zur Verfügung und passen sich nahezu jeder kundenspezifischen Anforderung an. Dazu tragen auch die kompakten Baumaße und das sehr geringe Gewicht bei. Der Abtastkopf misst gerade einmal 26 mm in der Länge, 12,7 mm in der Höhe sowie 6,8 mm in der Tiefe und wiegt nur 5 g. Die Teilkreise sind je nach Ausführung maximal 10,2 mm hoch, der leichteste Vollkreis wiegt 57 g.
Bei der Montage der ERP 1000 macht Heidenhain es den Anwendern ebenfalls sehr leicht. Als nicht-gepaartes System bieten alle Ausführungen großzügige Anbautoleranzen, der Signalabgleich erfolgt ganz einfach automatisch. Für den elektrischen Anschluss steht eine große Auswahl an Kabel- und Steckerausführungen zur Wahl. Eine flexible Anpassung und Einbindung in das kundenspezifische System ist so problemlos möglich.
Die Winkelmessgeräte eignen sich vor allem für Anwendungen, in denen es auf eine besonders konstante Geschwindigkeitsreglung oder hohe Positionsstabilität im Stillstand ankommt. Dafür sorgt die optische Abtastung in Kombination mit dem Signal-Processing-ASIC HSP 1.0. Er wird im ERP 1000 erstmals in einem Winkelmessgerät eingesetzt. So erreichen die Winkelmessgeräte Genauigkeitsklassen bis ±0,9 Winkelsekunden bei einer ausgezeichneten Signalgüte. Ihre Interpolationsabweichung erreicht bis zu ±0,02 Winkelsekunden, das Positionsrauschen RMS bis zu 0,002 Winkelsekunden. Und das alles auch in hochdynamischen Anwendungen mit sehr hohen Drehzahlen bis 2600 min-1.
Die Winkelmessmodule der MRP-Baureihe kommen als fertige Baugruppe mit spezifizierten und definierten Eigenschaften zum Maschinenhersteller. Sie kombinieren hochauflösende Messtechnik mit einer belastbaren Präzisionslagerung. Besonderer Vorteil dieser hochintegrierten Systemlösung für den Maschinenhersteller: Sie ersetzt eine aufwendig separat entwickelte und konstruierte Wälz- oder Luftlagerung und bleibt von außermittiger Kippbelastung unbeeindruckt. Insbesondere die Hersteller von Metrologiesystemen werden so beim Aufbau hochgenauer Rundachsen deutlich entlastet.
Hochintegrierte Baugruppe mit geprüften und spezifizierten Eigenschaften
Die Winkelmessmodule zeichnen sich durch hohe Mess- und Lagergenauigkeit, sehr hohe Auflösung und Wiederholgenauigkeit aus. Das geringe Anlaufmoment ermöglicht gleichmäßige Bewegungen. Statt zahlreicher Einzelkomponenten steht eine hochintegrierte Baugruppe mit geprüften und spezifizierten Eigenschaften zur Verfügung. Montage, Justage und Abgleich aller Einzelkomponenten hat Heidenhain bereits vorgenommen. Damit sind die Eigenschaften der Winkelmessmodule entsprechend der vom Kunden gewünschten Spezifikation definiert und getestet. Durch einfache mechanische Schnittstellen entfallen alle kritischen Montageprozesse. Die aufwendige Abstimmung der Einzelkomponenten untereinander und mit der Maschinenumgebung erübrigt sich, ebenso der Prüfaufwand.
Da Heidenhain sowohl die Lager als auch die Messgeräte herstellt, lassen sich beide Funktionsbaugruppen problemlos integrieren. Im Vergleich zu einer konventionellen Lösung sind weniger Komponenten nötig, dadurch ergeben sich weniger Fügestellen. Dies ermöglicht die extrem kompakte und steife Bauform mit besonders geringen Bauhöhen. Aktuell stehen Winkelmessmodule mit 10, 35 und 100 mm Hohlwelle zur Verfügung.
Angepasst an hochgenaue Rundachsen
Die verbauten Wälzlager sind speziell an die Anforderungen hochgenauer Rundachsen angepasst. Wesentliche Merkmale sind sehr hohe Führungsgenauigkeiten, hohe Steifigkeiten, geringe Anlaufmomente und gleichmäßige Dauerdrehmomente. Zur Beurteilung der Lagergenauigkeit entwickelte Heidenhain ein besonderes Verfahren, das die tatsächliche Führungsgenauigkeit des Lagers bewertet, also die Abweichung der Ist- von der idealen Soll-Drehachse. Spezifiziert sind daher die radiale und die axiale Führungsgenauigkeit sowie der Taumel des Lagers. Weiterhin werden die reproduzierbaren von den nicht reproduzierbaren Fehlern unterschieden.
Unter diesen Aspekten können die Winkelmessmodule MRP eine Alternative zu luftgelagerten Achsen darstellen. Zwar ist zweifellos die absolute Führungsgenauigkeit eines Luftlagers in vielen Fällen besser als die eines Wälzlagers. Die Wiederholgenauigkeit der Winkelmessmodule ist jedoch mit der Führungsgenauigkeit eines Luftlagers vergleichbar. Zudem ist die Steifigkeit der Heidenhain-Wälzlager mindestens um den Faktor 10 höher als bei Luftlagern vergleichbarer Größe. Damit können sie bei Achsen, auf die Kräfte einwirken, tatsächlich die genauere Lösung darstellen. Darüber hinaus sind Wälzlager im Allgemeinen unempfindlicher gegenüber Stoßbelastungen und benötigen keine kontrollierte Luftversorgung – sie sind also robuster und einfacher in der Handhabung.
Die Integration eines Torquemotors mit sehr kleinem Rastmoment ist die konsequente Weiterentwicklung des Konzepts der Winkelmessmodule MRP. Diese Kombination ermöglicht eine außerordentlich gleichmäßige Bewegungsführung für hochgenaue Positionier- und Messaufgaben. Weder störende Rastmomente noch Querkräfte beeinflussen die hohe Führungsgenauigkeit der Lagerung. Die Zusammenführung von Winkelmessmodul und Motorkomponenten führt außerdem zu einem besonders kompakten System mit geringer Bauhöhe und hoher Steifigkeit. Gerade durch die hohe Steifigkeit aller Komponenten bleibt die Genauigkeit auch bei wechselnden Belastungsfällen erhalten.
Gleichmäßige Bewegungen
durch nutenlosen Torquemotor
Den Antrieb übernimmt ein sogenannter nutenloser Torquemotor von Etel. Er verbindet die eigentlich gegensätzlichen Eigenschaften einer hohen Drehmomentdichte und eines geringen Rastmoments miteinander. Verantwortlich dafür ist sein spezieller symmetrischer Aufbau mit einer selbsthaltenden Spule. Dadurch kann auf die notwendigen Nuten klassischer Wicklungen verzichtet werden. Das führt dazu, dass es bei diesem Motor kein Rastmoment gibt und das Winkelmessmodul eine sehr gleichmäßige Bewegung erlaubt. ■
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