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Hub-Drehmotor

Perfekter Sitz für jede Schraube

| Redakteur: Ute Drescher

Direkt angetriebene Hubdreh-Motoren gestalten Verschraubprozesse flexibel und effizient. Sind außerdem Sensoren integriert, lassen sich auch noch Prozessdaten sammeln.

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Linmot hat eine Hubdreh-Motorserie konzipiert, die Hub-Dreh-Operationen überwacht und ausführt.
Linmot hat eine Hubdreh-Motorserie konzipiert, die Hub-Dreh-Operationen überwacht und ausführt.
(Bild: Linmot)

Nur einige Millinewtonmeter Drehmoment zu viel oder eine geringfügig überhöhte Vorschubkraft beim Einschrauben und schon muss das komplette Produkt entsorgt werden. So streng geht es bei der Montage von Massenprodukten in der Medizintechnik zu. Um das Medium von der Umwelt abzuschirmen, darf sich ein Dichtverschluss, nachdem er an seine Sollposition gedrückt wurde, beim nachfolgenden Assemblier-Prozess nicht mehr bewegen, da sonst möglicherweise das Innere kontaminiert wird.

Für diese und viele andere sicherheitsrelevante Anwendungen in der Medizintechnik, der Automobil- und Pharmaindustrie sowie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie werden feinfühlige Schraubprozesse benötigt. Variantenfertigungen, Null-Fehler-Produktionen oder moderne Industrie-4.0-Konzepte mit ihrem Datenhunger tun ihr Übriges dazu, dass Schraub- und Montagevorgänge flexibler und kontrollierter gestaltet werden müssen als zuvor.

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Dies setzt voraus, dass das Drehmoment und der Drehwinkel des rotativen Antriebs sowie die Vorschubkraft und die Position des linearen Antriebs der kombinierten Hub-Dreh-Bewegung des Schraubvorgangs jederzeit bekannt sind und sich präzise regeln lassen. Linmot hat jetzt eine Hubdreh-Motorserie vollständig neu konzipiert, die Hub-Dreh-Operationen überwacht und genau ausführt.

Bei der neuen Motorserie PR02 sind nicht nur ein Linearmotor und ein Servomotor in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, sondern es ist noch Platz für weitere Optionen vorgesehen. So können Anwender den Hubdreh-Motor mit integriertem Drehmomentsensor und einen Kraftsensor ordern. Damit lassen sich ganz ohne externe Messtechnik mit hoher Auflösung, Reproduzierbarkeit und Präzision die tatsächlich erreichten Istwerte der Prozessparameter Drehmoment, Drehwinkel, Hub/Position und Vorschubkraft lückenlos und verifiziert erfassen.

Die Genauigkeit der Kraft- und Torque-Sensoren des bereits in Serie erhältlichen Motortyps PR02-52 (100 mm max. Hub, 255 N max. Vorschubkraft, 2,2 Nm max. Drehmoment) ist besser/gleich 1 % des Nennwerts. Bei Wahl der optionalen Drehmomentmesswelle mit einem Messbereich von 2,5 Nm stehen also Messergebnisse mit einer Genauigkeit besser (+-) 0.025 Nm zur Verfügung. Die aufgenommenen Werte können zur Dokumentation jedes Schraubvorgangs oder zur weiteren Prozessanalyse direkt vom Motor via analoger Signale oder vom Servoregler via Feldbus an die SPS übermittelt werden. Dort lassen sie sich für den Aufbau geschlossener Regelkreise oder für weitere Analysen verwenden.

Anwendertreff Mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs Mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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Kraftprotz mit Feingefühl

Nach der Markteinführung der Hubdreh-Motoren vom Typ PR02-52 stehen nun die großen Vertreter dieser Produktfamilie in den Startlöchern. Die PR02-88 Motorenserie verfügt, wie schon die kleineren Pendants, optional über eine vollintegrierte Drehmomentmesswelle und einen intern eingebauten Kraftsensor. Beide Features haben sich bereits in der kleineren Motorserie bewährt.

Durch den vergrößerten Hubbereich, mit max. 300 mm, können Anwendungen wie z. B. das Verschließen von Trigger- und Pumpspray-Flaschen abgedeckt werden. Da sowohl die Vorschubkraft als auch das Drehmoment entsprechend gesteigert wurden, ist diese Antriebsfamilie im Gebiet des Assemblierens von Teilen und Verschlüssen mit höherem Drehmoment- und Kraftbedarf die richtige Wahl.

Ab 2020 wird als nächstes der PR02-38 in Serie gehen. Dieser Motortyp hat die kleinsten Abmessungen der PR02-Produktfamilie und eignet sich für leichtere Pick&Place-, Verschliess- sowie Biege- oder Aufpress-Operationen.

Online-Diagnose und Fehlerbehebung

Eine Online- oder Offline-Auswertung der Werte erlaubt einen tiefen Einblick in jeden Montage- und Verschraubprozess. So kann je nach Anwendung beispielsweise nicht nur erkannt werden, ob eine Schraube zu fest oder zu locker angezogen wurde, sondern auch, ob sie falsche Dimensionen besitzt, verbogen ist, schief eingeschraubt oder überrattert wurde. Erkennt beispielsweise der Linearmotor bei Gewindeauflage einen unerwarteten Positionswert, kann eine überlange Schraube noch vor dem eigentlichen Schraubprozess ausgesondert werden. Auch fehlende Unterlegscheiben werden ebenso detektierbar wie gebrochene Werkstücke oder Werkzeuge. Sich langsam ändernde Werte lassen zudem Rückschlüsse auf eine anstehende Wartung der mechanischen Komponenten des Schraubsystems oder einen Verschleiß des Werkzeugs zu.

Da sich die Bewegungsprofile bei Direktantrieben frei programmieren lassen und die Sensordaten in Echtzeit vorliegen, können auftretende Fehler daher sofort korrigiert oder das Bauteil für die Reparatur vorbereitet werden. So ist es denkbar, eine fehlerhafte Schraube sofort wieder herauszudrehen, um die Nacharbeitszeit zu verkürzen.

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Diese Vorteile bringt die Direktantriebstechnik

Die bei allen Hubdreh-Motoren durchgängig zum Einsatz kommende Direktantriebstechnik ist für weitere charakteristische Produktmerkmale verantwortlich:

  • Sowohl die Hub- als auch die Drehbewegung wird ohne Riemen, Getriebe/Gewinde­triebe, Pneumatikzylinder oder Hubkurven berührungslos erzeugt.
  • Die Bewegungen lassen sich unabhängig voneinander über programmierbare Profile steuern.

Die Hubdreh-Motoren vereinen damit Flexibilität mit Dynamik und Geschwindigkeit sowie Verfügbarkeit und weitgehender Wartungsfreiheit. Gegenüber pneumatischen Lösungen sind sie zudem sauberer, leiser, kompakter und energieeffizienter.

Durch das Einstiegsmodell PR02-52 dieser Produktserie, welches seit über einem Jahr auf dem Markt ist, haben sich die Vorteile der Hubdreh-Lösungen bereits bei vielen Anwendern bewährt. Und das Interesse lässt erwarten, dass noch viele weitere Maschinenbauer dieser Technologie folgen werden.

Durch den Wegfall externer Sensoren sowie der zugehörigen Kabel und bewegten Teile (z.B. Schleppkabel) reduziert sich für den Maschinenbauer auch der Aufwand für die Konstruktion und Montage des Schraubersystems. Noch größer fällt der Vorteil für den Konstrukteur aus, wenn er bei einem vertikalen Einbau des Hubdreh-Motors eine Kompensation der bewegten Last berücksichtigen oder ein Absacken der Achse im stromlosen Zustand verhindern muss, weil im Motorgehäuse auch noch Platz für eine magnetische Feder vom Typ Mag-Spring vorgesehen ist. Selbst eine Vakuum-/Druckluftdurchführung haben die Konstrukteure im buchförmigen harteloxierten Gehäuse der PR02-Motoren untergebracht. Trotz der geballten Leistung weist es keine Kühlrippen oder schlecht zu reinigende Winkel und Ritzen auf, was die Hubdreh-Motoren der PR02 Familie für einen Einsatz in Reinraumumgebungen prädestiniert.

Buchtipp

Das BuchAntriebspraxis enthält die Gesamtschau der eingesetzten Antriebe mit fester oder variabler Drehzahl, die energiesparend und vernetzt arbeiten. Es erklärt sowohl die Arbeitsweise der Komponenten als auch ihr Zusammenwirken im Antriebssystem bis hin zur Vernetzung in betrieblichen und globalen Netzen.

Belastbare Daten durch Redundanz

Vom hohen Integrationsgrad der Linmot-Lösung profitiert auch der Endanwender: Das Schraubsystem ist deutlich weniger komplex, erfordert weniger Platz und lässt sich bei einem Ausfall einfacher und schneller tauschen. Dank der reduzierten Teilezahl verringern sich zudem die Fehleranfälligkeit und der Logistikaufwand. Noch wichtiger in sicherheitsrelevanten Anwendungen: Die Daten der Sensoren lassen sich mit den redundanten Informationen aus den Stromdaten der Servoregler verifizieren. Liefert etwa der Torque-Sensor einen Wert für das Drehmoment, der nicht mit dem Sollwert aus der Ansteuerung des Rotationsmotors übereinstimmt, kann ein Defekt der Drehmomentmesswelle vorliegen, der ohne die Redundanz möglicherweise unentdeckt bliebe. (ud)

SPS 2019: Halle 1, Stand 200

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