Die wichtigsten Fortschritte in der Antriebstechnik im letzten Jahrzehnt wurden in den Bereichen Steuerungssysteme und Elektronik erzielt.

Moderne Positioniertische erfüllen spezifische und anspruchsvolle Anforderungen. Dank kundenspezifischer Integration und modernster Bewegungsprogrammierung erreichen sie eine herausragende Genauigkeit und Synchronisation. Fortschritte bei mechanischen Bauteilen und Motoren ermöglichen OEMs zudem eine optimierte Integration von Mehrachsen-Positioniertischen.

Mechanische Fortschritte für Stufen

Betrachten wir die traditionelle Anordnung von Linearachsen in XYZ-Aktuatorkombinationen. In manchen (wenn auch nicht allen) Fällen können solche seriellen Kinematikkonstruktionen sperrig sein und zu akkumulierten Positionsfehlern führen. Im Gegensatz dazu ermöglichen integrierte Systeme (unabhängig davon, ob sie im gleichen kartesischen Tischformat oder in anderen Anordnungen wie Hexapoden und Stewart-Plattformen realisiert sind) präzisere Bewegungen, die von Steuerungsalgorithmen ohne Bewegungsfehlerakkumulation vorgegeben werden.

Konventionelle Spindelantriebe (mit Motor und Getriebe an einem Ende) lassen sich einfach realisieren, wenn die Nutzlast keine eigene Stromversorgung benötigt und die Gesamtlänge keine Rolle spielt. Andernfalls kann das Getriebe im Inneren des Positioniertisches am Motorende platziert werden, sodass nur die Motorlänge die Gesamtfläche des Positioniertisches vergrößert.

Bei Bedarf können kartesische Anordnungen auch Fehler minimieren, wenn sie mit Spezialkomponenten – beispielsweise Linearmotoren – vorintegriert sind. Diese finden derzeit breite Anwendung in Produktionsmaschinen für Hochgeschwindigkeitsverpackungen.

Manche dieser Subkomponenten weisen sogar Formen auf, die traditionelle Vorstellungen von Bühnenmorphologie in Frage stellen. „Gebogene Linearmotorabschnitte ermöglichen vollständig ovale Kraftübertragungsschleifen. Führungsräder halten das bewegliche Element dabei in präzisen Abständen zu den Magneten, um eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten. Spezielle Radmaterialien und Lagerkonstruktionen sind für die hohen Beschleunigungswerte erforderlich – Bewegungssysteme, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren.“

Bei kleineren Positioniereinheiten steigern genauere Rückkopplungseinrichtungen, effiziente Motoren und Antriebe sowie leistungsfähigere Lager die Leistungsfähigkeit – insbesondere bei Nanopositioniereinheiten mit integrierten Direktantriebsmotoren.

Andernorts tragen kundenspezifische Ausführungen herkömmlicher Dreh-Linear-Komponenten zur Kostensenkung bei. Bei großformatigen Anwendungen lassen sich Servoriemen-Positioniertische ohne Längenbeschränkung miteinander verbinden. Der Antrieb solcher Langhub-Positioniertische mit Linearmotoren kann zu teuer sein, und der Antrieb mit Spindeln oder herkömmlichen Riemen stellt eine Herausforderung dar.

Bei der Entscheidung zwischen einer individuellen Lösung und einer Standardlösung kommt es letztendlich auf die Anwendungsanforderungen an. Ist eine Standardlösung verfügbar, die alle Anforderungen erfüllt, ist dies die naheliegende Wahl. Individuelle Lösungen sind in der Regel teurer, aber exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten.

Fortschritte bei der Elektronik von Positionierbühnen

Elektronik mit rauscharmer Rückkopplung und leistungsstärkeren Verstärkern trägt zur Steigerung der Positioniergenauigkeit bei, und Regelalgorithmen verbessern die Positioniergenauigkeit und den Durchsatz. Kurz gesagt: Die Steuerung bietet Ingenieuren mehr Möglichkeiten denn je zur Vernetzung und Korrektur der Bewegung der Positionierachsen.

Heutzutage haben Integratoren von Verpackungslinien keine Zeit, mehrachsige Funktionen von Grund auf neu zu entwickeln. Diese Ingenieure benötigen lediglich Roboter, die miteinander kommunizieren, und einen einfachen Produktfluss durch eine Reihe von Arbeitsstationen. In immer mehr Fällen sind Spezialsteuerungen die Lösung, auch weil diese deutlich wirtschaftlicher sind als noch vor zehn Jahren.

Anwendungen treiben Innovationen in der Positionierungsphase voran.

Mehrere Branchen – Halbleiter und Elektronik, Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Maschinenbau – treiben Veränderungen in den heutigen Bühnen und Portalen voran.

Obwohl Hersteller kundenspezifische Designs für alle Branchen anbieten, sind es vor allem Hightech-Branchen (wie Medizintechnik, Halbleiterindustrie und Datenspeicherung), die auf spezialisiertere Fertigungsstufen drängen. Dies liegt hauptsächlich an den Kunden, die sich Wettbewerbsvorteile sichern wollen.

Andere sehen das etwas anders. Es besteht ein zunehmender Bedarf an kleinen, hochpräzisen Bewegungskomponenten für Anwendungen in der Spitzenforschung, den Lebenswissenschaften und der Physik. Kompakte, hochpräzise Bewegungstische, wie die Miniature Precision (MP)-Serie, sind jetzt von FUYU für anspruchsvolle wissenschaftliche Anwendungen erhältlich.

Die großflächigen Miniaturisierungsbestrebungen der Industrie haben zweifellos dazu geführt, dass in der Positionierungsphase des Designs vermehrt auf Individualisierung gesetzt wird. Der Markt für Unterhaltungselektronik treibt diese Miniaturisierung voran, insbesondere im Hinblick auf die Gehäuse, beispielsweise durch dünnere Smartphones und Fernseher. Mit diesen physisch kleineren Geräten geht jedoch auch eine höhere Leistung einher, etwa durch mehr Speicherplatz und schnellere Prozessoren. Um diese Leistungssteigerung zu erzielen, sind schnellere und präzisere Automatisierungsprozesse erforderlich.

Die Anforderungen an die Gerätegehäuse und die optische Kopplung liegen jedoch weit unterhalb eines Mikrometers. Diese Toleranzen in Verbindung mit den Durchsatzanforderungen der Serienfertigung stellen eine schwierige Automatisierungsherausforderung dar. In vielen Fällen muss der oder die Fertigungstische – oder, noch wichtiger, die gesamte Automatisierungslösung – kundenspezifisch an die exakten Bedürfnisse des Endkunden angepasst werden.