Lineartechnik Linearmotor-Module im hochdynamischen Langzeiteinsatz

High Dynamic ist ein linearmotorischer Aktuator, der beispielsweise seit acht Jahren im hochdynamischen Dreischicht-Betrieb völlig wartungsfrei empfindliche Kleinteile positioniert. Sie entstehen im Werk von Jung (JA2 GmbH) und sind auf der Motek 2017 in Aktion zu sehen.

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Die High-Dynamic-Linearmotor-Module der JA2 GmbH werden insgesamt in sieben Baugrößen angeboten. Das Bild zeigt drei davon.
Die High-Dynamic-Linearmotor-Module der JA2 GmbH werden insgesamt in sieben Baugrößen angeboten. Das Bild zeigt drei davon.
(Bild: JA2 GmbH)

Die JA2 GmbH bietet mit der Linearmodul-Baureihe High Dynamic einbaufertige Komplettsysteme bestehend aus tubularem Linearmotor, Führungswagen, Führungsschiene und Stirnplatte. Die Linearmotor-Module sind für hochdynamische und schnelltaktende Kurzhub-Positionierungen in der Montage-, Handhabungs-, Verpackungs- und Identtechnik gemacht. Da sie keine zusätzliche Schmierung benötigen und auch sonst völlig wartungsfrei laufen, erweisen sie sich laut Hersteller in der Praxis als extrem wirtschaftlich. JA2 zeigt die Baureihe auf der diesjährigen Motek.

Validieren und konstruieren

Eingestiegen in die Entwicklung hochdynamischer Linearmotor-Module ist Wilhelm Jung, Firmenchef und Entwicklungsleiter bei JA2, bereits kurz nach der Jahrtausendwende. „Mit tubularen Linearmotoren kannten wir uns schon vorher aus; ab den 2000er-Jahren aber ließ uns die Idee der optimalen kinematischen Integration der Motoren in geeignete mechanische Führungssysteme nicht mehr los. Die Wünsche unserer Kunden nach betriebssicheren, dynamischen und steifen Modulen für immer höhere Produktionstakte flossen dabei mit ein in unsere Überlegungen. Ab 2008 bot der Markt dann zwar tubulare Linearmotoren für Beschleunigungen von bis zu 200 m/s², allerdings konnten die Hersteller der Linearführungen hier noch nicht mithalten“, berichtet er. Im Versuchslabor der JA2 GmbH begann man daher damit, in eigenen Langzeittests verschiedene Führungssysteme zu validieren. Die Wahl fiel schließlich auf ein nicht vollkugeliges Kugelwagen-Konzept mit Schiene und einer Art „mitlaufender“ Schmierung. Bei Beschleunigungen bis zu 150 m/s² und Höchstgeschwindigkeiten von 5.0 m/s soll es mit einer enormen Langlebigkeit und Laufleistungen bis zu 100.000 km überzeugen.

Im nächsten Schritt galt es nun, Motor und Führung zu einem industrietauglichen Linearmotor-Modul für hohe Taktzahlen zu integrieren. Wilhelm Jung – von Hause aus Physiker – erinnert an dieser Stelle an das 2. newtonsche Gesetz, demzufolge die Beschleunigung der Quotient aus Kraft und Masse ist, und erklärt: „Die Masse macht den Takt. Daher ist der entscheidende Leistungsfaktor bei schnellen Kurzhub-Applikationen die maximale Beschleunigung. Wir mussten also Linearmotoren mit großen Spitzenkräften und kleinstmöglicher Eigenmasse mit mechanischen Führungssystemen kombinieren, die ebenfalls nur wenig bewegte Eigenmasse haben.“ Die Verheiratung dieser zwei widersprüchlichen Aspekte gelang schließlich mit einer intelligenten Gesamtkonstruktion, die aufgrund der mechanischen Steifigkeit in der Lage ist, extreme Beschleunigungen aufzunehmen.

Praxis-Knowhow und Physik

Die JA2 GmbH präsentierte das System dann erstmalig auf der Motek 2009. Es war eine Symbiose aus vielen Jahren Erfahrung auf dem Gebiet der Linearmotor-Applikationen, den Erkenntnissen aus den eigenen Testreihen, einer gehörigen Portion Mut und Selbstvertrauen sowie einer Gesamtkonstruktion auf der Basis von handfester Physik: Kompakte masseoptimierte Kurzhub-Linearmotormodule mit einem radikalen Design, ausgelegt als überbestimmtes Lagersystem. Wilhelm Jung taufte sie auf den Produktnamen High Dynamic. Die Module haben zwei Führungswagen und eine bewegliche Schiene aus hochfestem, gehärtetem Stahl. In Verbindung mit der Gleitführung des tubularen Linearmotors stellt das jung`sche Konzept ein „theoretisch verbotenes“ überbestimmtes Lagersystem dar; gemäß den klassischen Regeln der Konstruktion dürfte es eigentlich gar nicht oder nur sehr schwergängig laufen. Der Firmenchef schmunzelt und berichtet: „Was die Module im Innersten zusammenhält, wie wir sie montagefähig gestaltet haben und warum sie – selbst nach langer Betriebszeit – immer noch leichtgängig sind, das ist schließlich unser Knowhow und unser Wettbewerbsvorteil.“ Im Betrieb ist das eigentliche Führungssystem aufgrund dieser Konstruktion nur minimalen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt und soll sich durch eine extrem gute Verdreh- und Biegesteifigkeit auszeichnen. Ein- und Ausleitung der Nutzkraft erfolgen zentral an einer Stirnplatte. Alle bewegten Massen sind reduziert, selbst die Verbindung von Schiene und Stirnplatte ist masseoptimiert.

Nach anfänglicher Skepsis entscheiden sich erste Kunden noch im gleichen Jahr für den praktischen Einsatz der High-Dynamic-Module. Die Anlagenbauer der Lebensmittelindustrie gingen voran. Sie nutzen die Module, um mit einer schnellen Schiebebewegung und in exakt definierter Abfolge süße Pralinen in Verpackungen einzusortieren – im vollautomatisierten Dreischicht-Betrieb und mit Taktzahlen von bis zu 300 min-1. „Unsere High Dynamics erfüllen diese Aufgabe seit nunmehr acht Jahren bis zum heutigen Tag ohne Schmierung und völlig ohne Wartung“, betont Wilhelm Jung.

Kinematische Systemprodukte

Seit der Markteinführung der ersten drei Baugrößen hat die JA2 GmbH mittlerweile noch vier weitere Modulbaugrößen realisiert. Damit bietet das Unternehmen eigenen Angaben zufolge die derzeit weltweit breiteste Auswahl am Linearmotor-Modulen mit Hüben bis 330 mm und Spitzenkräfte bis zu 2700 N.

Auf der Basis seiner Erfahrungen aus vielen erfolgreichen Projekten, realisiert das Unternehmen inzwischen auch kinematische Systemprodukte, deren dynamisches Herzstück ein oder mehrere High-Dynamic-Module sind – so etwa hochbewegliche Dreh-Schwenker oder Pick-&-Place-Lösungen wie den zweiachsigen Parapicker PP02. (sh)

Motek 2017: Halle 3, Stand 3221

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