Belastbare Systeme für die Positionserfassung bei komplexen Anwendungen

Genauer und zuverlässiger

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Das neue modulare Winkelmessgerät ERP 1000 kombiniert die genaue und robuste Messwerterfassung mit flexiblen Integrationsmöglichkeiten Bild: Heidenhain
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Die Entwicklung neuer Produkte führt die Hersteller von hochgenauen Maschinen immer wieder in die Grenzbereiche des technisch Machbaren. Systemlösungen für die Positionserfassung, die auf die Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen und Branchen abgestimmt sind, sind daher gefragt.

Je anspruchsvoller die Anwendung, desto einfacher die Lösung? Tatsächlich kann dieser scheinbare Widerspruch funktionieren, wenn die richtigen Partner zusammenarbeiten. Die entwickelten Lösungen können dann ganz unterschiedliche Ausprägungen haben. Das zeigt Heidenhain (EMO: Halle 9, Stand F32) 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.

Neben der Genauigkeit und Robustheit der Messwerterfassung stand bei der Entwicklung der neuen modularen Winkelmessgeräte ERP 1000 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 mm, 75 mm, 109 mm und 151 mm zur Verfügung und passen sich nahezu jeder kundenspezifischen Anforderung perfekt an. Dazu tragen auch die kompakten Baumaße und das sehr geringe Gewicht bei. Die Baureihe wurde für die Winkelmessung in High-End-Anwendungen entwickelt, denn sie punktet nicht nur mit Flexibilität, sondern auch mit Genauigkeit und Robustheit. Dafür sorgt die optische Abtastung in Kombination mit dem Heidenhain Signal-Processing-ASIC HSP 1.0. Er wird im ERP 1000 erstmals in einem Winkelmessgerät eingesetzt. So erreichen die modularen 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 eigene Lagerung sparen

Bei den Winkelmessmodulen der MRP-Baureihe handelt es sich um fertige Baugruppen mit spezifizierten und definierten Eigenschaften. 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.

Hohe Mess- und Lagergenauigkeit

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.

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.

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. Zudem werden die reproduzierbaren von den nicht reproduzierbaren Fehlern unterschieden.

Die Integration eines Torquemotors mit sehr kleinem Rastmoment ist die konsequente Weiterentwicklung des Konzepts der Winkelmessmodule MRP. Diese Kombination ermöglicht eine sehr 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. 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 mit diesem Antrieb eine außerordentlich gleichmäßige Bewegung erlaubt. Die geschickte Anordnung der Hauptkomponenten bewirkt, dass Störeinflüsse nur geringe Einflüsse auf Führungs- und Messgenauigkeit haben. Die neuen Winkelmessmodule mit integriertem Antrieb sind besonders für die hohen Anforderungen bei Anwendungen in der Metrologie optimiert. Wesentlich dafür sind eine sehr hohe Auflösung und eine ausgezeichnete Wiederholgenauigkeit auch bei variierenden Einsatztemperaturen. ■


Der Autor

Frank Muthmann

PR/Online

Heidenhain

www.heidenhain.de



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