Messmodul Außerordentlich gleichmäßige Bewegungsführung

Heidenhain hat einen Torquemotor mit sehr kleinem Rastmoment in seine Winkelmessmodule integriert – diese Kombination ermöglicht eine außerordentlich gleichmäßige Bewegungsführung für hochgenaue Positionier- und Messaufgaben.

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH

Eine hochgenaue Rundachse ist eine äußerst aufwendige Konstruktion. Umso besser und einfacher ist es für einen Maschinenhersteller, wenn er eine hochintegrierte Baugruppe mit geprüften und spezifizierten Eigenschaften statt zahlreicher Einzelkomponenten einsetzen kann. Dieses Konzept liegt schon den Heidenhain-Winkelmessmodulen zugrunde. Sie zeichnen sich durch hohe Messgenauigkeit und eine Lagerung mit sehr hoher Führungsgenauigkeit und hoher Steifigkeit aus. Das geringe und gleichmäßige Reibungsmoment ermöglicht gleichförmige Drehbewegungen.

Konsequent weitergedacht

Die Kombination der Winkelmessmodule mit einem besonderen Torquemotor ist nun der nächste logische Schritt. Dieser Torquemotor mit sehr kleinem Rastmoment ermöglicht eine außerordentlich gleichmäßige Bewegungsführung. 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.

Reduzierter Montage- und Abstimmungsaufwand

Die Winkelmessmodule mit Antrieb reduzieren den Montage- und Abstimmungsaufwand erheblich. Denn anstelle zahlreicher Einzelkomponenten steht den Anwendern eine einzige hochintegrierte Baugruppe mit geprüften und spezifizierten Eigenschaften zur Verfügung.

Durch einfache mechanische Schnittstellen entfallen alle kritischen Montageprozesse. Dabei ist sichergestellt, dass die spezifizierte Genauigkeit auch tatsächlich in der Anwendung erzielt wird.

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. Hohe Motordrehmomente stehen hier üblicherweise nicht im Vordergrund. Für die perfekte Abstimmung auf die Anforderungen sind kundenspezifische Modifikationen möglich.

Komponenten unterstützen sich

Da Heidenhain alle Komponenten, also sowohl die Lager als auch die Messgeräte und die Torquemotoren, selbst herstellt, sind die Funktionsgruppen der Winkelmessmodule mit Antrieb genau aufeinander abgestimmt. Die eigenentwickelten Wälzlager sind kaum mit konventionellen Lagern zu vergleichen. Sie sind speziell an die Anforderungen hochgenauer Rundachsen angepasst. Außerdem wurde Wert auf möglichst kleine Abmessungen und geringe Massen gelegt. Hohe Drehzahlen und sehr hohe Tragzahlen standen dabei nicht im Vordergrund.

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.

Eigenschaften der Messgeräte

Beim integrierten Winkelmessgerät sind neben der Systemgenauigkeit vor allem die Auflösung und die Wiederholgenauigkeit entscheidend. Sowohl bei der Ausführung mit absoluter als auch mit inkrementaler Messtechnik kommen daher Messgeräte zum Einsatz, die sich neben den hohen Strichzahlen vor allem durch besonders kleine Interpolationsfehler, geringes Positionsrauschen und sehr gute Driftstabilität auszeichnen.

Gleichmäßiger Lauf des Antriebs

Den Antrieb übernimmt ein sogenannter nutenloser Torquemotor. 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.

Stattdessen kommt eine Luftspaltwicklung zum Einsatz, bei der der Rotor unbestromt über die gesamte Umdrehung einem konstanten magnetischen Feld gegenübersteht. Das führt dazu, dass es bei diesem Motor kein Rastmoment gibt und das Winkelmessmodul mit diesem Antrieb eine außerordentlich gleichmäßige Bewegung erlaubt.

Anordnung reduziert Störeinflüsse

Die geschickte Anordnung der Hauptkomponenten der Winkelmessmodule mit Torquemotor bewirkt, dass Störeinflüsse nur geringe Einflüsse auf Führungs- und Messgenauigkeit haben. Weiterhin ermöglicht die Anordnung sehr kompakte Abmessungen und eine große Hohlwelle. Die perfekte Ergänzung zu den Winkelmessmodulen mit Antrieb stellen die Controller Accur-ET des Unternehmens Etel dar. Sie ermöglichen absolute Spitzenleistungen in den Bereichen Dynamik und Positionsstabilität. (mz)

* Andreas Hager ist Senior Product Manager Encoders bei HEIDENHAIN

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