High-speed bewegen und Mikrometer-genau positionieren

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Antriebs-Paket: Die Auswahl des Antriebs hängt ab von der Applikation

Die Auswahl der Antriebskonzepte für Positionier- und Bewegungssysteme ist stark abhängig von Einsatzbedingungen und Applikation.

Rotatorisch-translatorische Positioniersysteme können sehr gute dynamische Eigenschaften und mittlere Genauigkeiten durch Servomotoren mit geringem Trägheitsmoment bei prinzipbedingtem Tiefpassverhalten erzielen. Hohe Kräfte, optionale Selbsthemmung und integrale Haltebremsen für z-Achsenanwendungen sprechen für diese Antriebsart. Mikrovibrationen und Verschleiß sind jedoch zu beachten.

Linearschrittmotoren, meist mit Luftlagerung zeichnen sich durch höchste Laufruhe und geringste Welligkeit aus. Die Reluktanzkräfte werden hier im Zusammenspiel mit dem Luftpolster zur Lagerung genutzt, so dass steife Anordnungen mit geringstem Konstruktionsaufwand erzielbar sind.

Linearmotoren besitzen die höchste Dynamik der betrachteten Achsantriebe. Mit eisenlosen Linearmotoren können Schlittenanordnungen sehr filigran aufgebaut werden, so dass die bewegten Massen gering gehalten werden können. Insbesondere bei Kreuzschlitten summieren sich die zu bewegenden Kräfte schnell auf. Allerdings sollte immer von kleinen zu großen Motorgrößen hin projektiert werden, da die Eigenmassen ebenfalls signifikant steigen. Zur Einsparung der Motorbaugröße kann die Überstromfähigkeit von Antrieben ausgenutzt werden. Heutige Systeme gehen über den Faktor 3-4 hinaus, so dass bei bekanntem Einschaltverhältnis und Fahrprofil zum Teil deutlich kleiner gebaut werden kann. Zum Beispiel weisen viele reversierende Systeme sehr kurze Beschleunigungsphasen mit hoher Bestromung und anschließender Konstantfahrt mit einem sehr geringen Regelstrom auf.

Bei hohen Kraftanforderungen müssen eisenbehaftete Motoren eingesetzt werden. Das Kraft/Masse-Verhältnis sinkt dadurch merklich ab – die bewegten Massen steigen. Sollen hierbei geringe Lagerbelastungen erzielt werden, können symmetrisch aufgebaute Systeme eingesetzt werden.

Wie oben erwähnt, muss der Frequenzabstand von Lageregelkreis und Gestelleigenfrequenzen besonders beachtet werden. Die Frequenz der ersten Eigenfrequenz sollte mindestens doppelt so groß sein wie die Eigenfrequenz des Lagereglers. Bei bewegten, angebauten Mechaniken können Resonanzfrequenzen von ca. 15-30 Hz für konventionelle Antriebe angenommen werden. Für Lineardirektantriebe mit direkter Wegmesssystemankopplung können ca. 100 Hz angenommen werden.

Klassische Bandbreitenfilter oder Posicast Filter können auf Steuerungsseite eingesetzt werden, welche jedoch die Dynamik gegebenenfalls reduzieren. Steuerungshersteller haben Softwarekomponenten entwickelt, welche anhand des Maschinenmodells das Führungsverhalten der Maschine an das dynamische Verhalten anpassen. Der Einsatz von Bahnsteuerungen anstelle von Punkt-zu-Punkt-Bewegungen erlaubt kurze Verfahrzeiten bei geringer Ruckbelastung.

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