Struktur, Komponenten, elektronische Verkabelung, Wartungsfähigkeit.

Die Zusammenführung von Maschinenbau, Elektrotechnik, Programmierung und Steuerungstechnik ist nicht einfach. Die Integration technologischer Fortschritte und die Konzentration auf diese fünf Bereiche können den Prozess jedoch vereinfachen und Mechatronik leicht machen.

Die heutigen schnellen Produktentwicklungszyklen und der rasante technologische Fortschritt erfordern eine stärker fachübergreifende Entwicklung. Konnte sich früher der Maschinenbauingenieur ausschließlich auf die Hardware, der Elektroingenieur auf die Verkabelung und Leiterplatten und der Steuerungsingenieur auf die Software und algorithmische Programmierung konzentrieren, vereint die Mechatronik diese Bereiche und schafft so den Fokus auf eine komplette Bewegungslösung. Fortschritte und die Integration aller drei Bereiche optimieren die mechatronische Entwicklung.

Es ist diese Vereinfachung, die neben der schnellen Akzeptanz von 3D-Druckern in der Mainstream-Kultur auch Fortschritte in der Robotik und mehrachsigen kartesischen Systemen für industrielle Anwendungen und die Fertigung, die Automatisierung für Verbrauchermärkte in Kiosken und Liefersystemen vorantreibt.

Hier sind fünf Schlüsselfaktoren, die zusammengenommen zu einem einfacheren Mechatronik-Design führen.

1. Integrierte Linearführungen und Struktur

Im Maschinenbau gibt es Lager- und Linearführungen schon so lange, dass die Mechanik eines Bewegungssystems oft nur zweitrangig behandelt wird. Fortschritte bei Materialien, Design, Funktionen und Fertigungsmethoden machen es jedoch lohnend, neue Optionen in Betracht zu ziehen.

Beispielsweise führt eine bereits im Herstellungsprozess integrierte Ausrichtung paralleler Schienen zu geringeren Kosten, da weniger Komponenten benötigt werden, die Präzision höher ist und weniger Variablen über die Schienenlänge hinweg berücksichtigt werden. Parallele Schienen vereinfachen zudem die Montage, da mehrere Befestigungselemente und manuelle Ausrichtung entfallen.

Früher war es fast selbstverständlich, dass Ingenieure bei der Auswahl eines Linearführungssystems auch Montageplatten, Stützschienen oder andere Strukturen für die erforderliche Steifigkeit berücksichtigen mussten. Neuere Komponenten integrieren Stützstrukturen in die Linearschiene selbst. Dieser Übergang von der Einzelkomponentenkonstruktion hin zu konstruierten einteiligen Designs oder integrierten Baugruppen reduziert die Anzahl der Komponenten und senkt gleichzeitig Kosten und Arbeitsaufwand.

2. Kraftübertragungskomponenten

Auch die Wahl des richtigen Antriebsmechanismus oder der richtigen Kraftübertragungskomponenten spielt eine Rolle. Der Auswahlprozess, der die richtige Geschwindigkeit, das richtige Drehmoment und die richtige Präzisionsleistung mit Motor und Elektronik in Einklang bringt, beginnt mit dem Verständnis der Ergebnisse, die jeder Antriebstyp erzielen kann.

Ähnlich wie das Getriebe eines Autos im vierten Gang eignen sich Riemenantriebe für Anwendungen, bei denen Höchstgeschwindigkeiten über längere Strecken erforderlich sind. Am anderen Ende des Leistungsspektrums befinden sich Kugel- und Leitspindeln, die eher einem Auto mit einem kraftvollen, ansprechenden ersten und zweiten Gang ähneln. Sie bieten ein gutes Drehmoment und zeichnen sich durch schnelles Anfahren, Stoppen und Richtungswechsel aus. Die Grafik zeigt die Unterschiede zwischen der Geschwindigkeit von Riemen und dem Drehmoment von Spindeln.

Ähnlich wie bei Linearführungen ist auch die vorgefertigte Ausrichtung ein Bereich, in dem sich das Design von Leitspindeln weiterentwickelt hat, um eine höhere Wiederholgenauigkeit in dynamischen Anwendungen zu gewährleisten. Achten Sie beim Einsatz einer Kupplung auf die Ausrichtung von Motor und Spindel, um ein Wackeln zu vermeiden, das Präzision und Lebensdauer beeinträchtigt. In manchen Fällen kann die Kupplung vollständig entfallen und die Spindel direkt am Motor befestigt werden. Dadurch werden Mechanik und Elektrik direkt miteinander verbunden, wodurch Komponenten eingespart, Steifigkeit und Präzision erhöht und gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.

3. Elektronik und Verkabelung

Herkömmliche Konfigurationen für die Elektronik in Motion-Control-Anwendungen umfassen komplizierte Verdrahtungsanordnungen sowie die erforderlichen Schränke und Montageteile für die Montage und Unterbringung aller Komponenten. Das Ergebnis ist oft ein nicht optimiertes System, das sich nur schwer einstellen und warten lässt.

Neue Technologien bieten Systemvorteile, indem Treiber, Controller und Verstärker direkt auf einem „intelligenten“ Motor platziert werden. Dadurch entfällt nicht nur der Platzbedarf für die zusätzlichen Komponenten, sondern auch die Gesamtkomponentenanzahl wird reduziert und die Anzahl der Anschlüsse und Verkabelungen vereinfacht. Dies reduziert das Fehlerpotenzial und spart Kosten und Arbeitsaufwand.

4. Für die Fertigung konzipiert (DFM)

• Klammerung

Neben der einfacheren Schienenmontage integrierter Designs verbessern Erfahrung und neue Technologien wie der 3D-Druck Ihre Fähigkeit, Prototypen mechatronischer und robotischer Baugruppen nach DFM-Standards zu erstellen. Beispielsweise war die Herstellung kundenspezifischer Anschlusshalterungen für Bewegungssysteme in der Werkzeug- oder Fertigungswerkstatt oft kostspielig und zeitaufwändig. Heute können Sie mit dem 3D-Druck ein CAD-Modell erstellen, es an den 3D-Drucker senden und in einem Bruchteil der Zeit und zu einem Bruchteil der Kosten ein brauchbares Modellteil erhalten.

• Konnektierung

Ein weiterer bereits behandelter Bereich von DFM ist der Einsatz intelligenter Motoren, bei denen die Elektronik direkt am Motor angebracht ist, was die Montage erleichtert. Darüber hinaus vereinfachen neuere Technologien, die Steckverbinder, Kabel und Kabelmanagement in einem Paket integrieren, die Montage und machen herkömmliche, schwere Kunststoffketten-Kabelführungen überflüssig.

5. Langfristige Wartbarkeit

Neuere Technologien und Designfortschritte beeinflussen nicht nur die Herstellbarkeit, sondern können auch die Wartung eines Systems beeinflussen. So vereinfacht beispielsweise die Integration von Steuerung und Antrieb in den Motor die Fehlersuche. Der Zugriff auf Motor und Elektronik ist unkompliziert und unkompliziert. Darüber hinaus lassen sich viele Systeme heute vernetzen, sodass von praktisch jedem Standort aus Ferndiagnosen durchgeführt werden können.