Die eigene Lagerung sparen dank fertiger Baugruppe

Je anspruchsvoller die Anwendung, desto einfacher die Lösung? Was nach einem Widerspruch klingt, kann tatsächlich funktionieren, wenn die richtigen Partner zusammenarbeiten und jeder die Stärken und Kompetenzen aus seinem Fachgebiet einbringt. Der Traunreuter Mess- und Steuerungstechnikspezialist Heidenhain hat die Winkelmessmodule der MRP-Baureihe entwickelt, die als fertige Baugruppe mit spezifizierten und definierten Eigenschaften zum Maschinenhersteller kommen. Sie kombinieren hochauflösende Messtechnik mit einer belastbaren Präzisionslagerung. Besonderer Vorteil dieser hochintegrierten Systemlösung für den Maschinenhersteller: Sie ersetzt eine aufwendig separat entwickelte und konstruierte Wälz- oder Luftlagerung und bleibt von außermittiger Kippbelastung unbeeindruckt. Insbesondere die Hersteller von Metrologiesystemen werden so beim Aufbau hochgenauer Rundachsen deutlich entlastet.

Die Winkelmessmodule zeichnen sich durch hohe Mess- und Lagergenauigkeit, sehr hohe Auflösung und höchste Wiederholgenauigkeit aus. Das geringe Anlaufmoment ermöglicht gleichmäßige Bewegungen. Statt zahlreicher Einzelkomponenten steht eine hochintegrierte Baugruppe mit geprüften und spezifizierten Eigenschaften zur Verfügung. Montage, Justage und Abgleich aller Einzelkomponenten hat der Hersteller bereits vorgenommen. Damit sind die Eigenschaften der Winkelmessmodule entsprechend der vom Kunden gewünschten Spezifikation definiert und getestet. Durch einfache mechanische Schnittstellen entfallen alle kritischen Montageprozesse. Die aufwendige Abstimmung der Einzelkomponenten untereinander und mit der Maschinenumgebung erübrigt sich, ebenso der Prüfaufwand.

Da der Mess- und Steuerungstechnikspezialist sowohl die Lager als auch die Messgeräte herstellt, lassen sich beide Funktionsbaugruppen problemlos integrieren. Im Vergleich zu einer konventionellen Lösung sind weniger Komponenten nötig, dadurch ergeben sich weniger Fügestellen. Dies ermöglicht die extrem kompakte und steife Bauform mit besonders geringen Bauhöhen. Aktuell stehen Winkelmessmodule mit 10, 35 und 100 Millimeter Hohlwelle zur Verfügung. Die verbauten Wälzlager sind speziell an die Anforderungen hochgenauer Rundachsen angepasst. Wesentliche Merkmale sind sehr hohe Führungsgenauigkeiten, hohe Steifigkeiten, geringe Anlaufmomente und gleichmäßige Dauerdrehmomente.

Zur Beurteilung der Lagergenauigkeit entwickelten die Traunreuter ein besonderes Verfahren, das die tatsächliche Führungsgenauigkeit des Lagers bewertet, also die Abweichung der Ist- von der idealen Soll-Drehachse. Spezifiziert sind daher die radiale und die axiale Führungsgenauigkeit sowie der Taumel des Lagers. Weiterhin werden die reproduzierbaren von den nicht reproduzierbaren Fehlern unterschieden. Unter diesen Aspekten können die Winkelmessmodule MRP durchaus eine Alternative zu luftgelagerten Achsen darstellen. Zwar ist zweifellos die absolute Führungsgenauigkeit eines Luftlagers in vielen Fällen besser als die eines Wälzlagers. Die Wiederholgenauigkeit der Winkelmessmodule ist jedoch mit der Führungsgenauigkeit eines Luftlagers vergleichbar. Zudem ist die Steifigkeit der Heidenhain-Wälzlager mindestens um den Faktor zehn höher als bei Luftlagern vergleichbarer Größe. Damit können sie bei Achsen, auf die Kräfte einwirken, tatsächlich die genauere Lösung darstellen. Außerdem sind Wälzlager im Allgemeinen unempfindlicher gegenüber Stoßbelastungen und benötigen keine kontrollierte Luftversorgung – sie sind also robuster und einfacher in der Handhabung.

Die Integration eines Torquemotors mit sehr kleinem Rastmoment ist die konsequente Weiterentwicklung des Konzepts der Winkelmessmodule MRP. Diese Kombination ermöglicht eine außerordentlich gleichmäßige Bewegungsführung für hochgenaue Positionier- und Messaufgaben. Weder störende Rastmomente noch Querkräfte beeinflussen die hohe Führungsgenauigkeit der Lagerung. Die Zusammenführung von Winkelmessmodul und Motorkomponenten führt außerdem zu einem besonders kompakten System mit geringer Bauhöhe und hoher Steifigkeit. Gerade durch die hohe Steifigkeit aller Komponenten bleibt die Genauigkeit auch bei wechselnden Belastungsfällen erhalten. Den Antrieb übernimmt ein sogenannter nutenloser Torquemotor von Etel. Er verbindet die eigentlich gegensätzlichen Eigenschaften einer hohen Drehmomentdichte und eines geringen Rastmoments miteinander. Verantwortlich dafür ist sein spezieller symmetrischer Aufbau mit einer selbsthaltenden Spule. Dadurch kann auf die notwendigen Nuten klassischer Wicklungen verzichtet werden. Das führt dazu, dass es bei diesem Motor kein Rastmoment gibt und das Winkelmessmodul mit diesem Antrieb eine außerordentlich gleichmäßige Bewegung erlaubt.

Die geschickte Anordnung der Hauptkomponenten bewirkt, dass Störeinflüsse nur geringe Einflüsse auf Führungs- und Messgenauigkeit haben. Weiterhin ermöglicht sie sehr kompakte Abmessungen und eine große Hohlwelle. Die perfekte Ergänzung zu den Winkelmessmodulen mit Antrieb stellen die AccurET-Controller von Etel dar. Sie ermöglichen Spitzenleistungen in den Bereichen Dynamik und Positionsstabilität.

Die neuen Winkelmessmodule mit integriertem Antrieb sind besonders für die hohen Anforderungen bei Anwendungen in der Metrologie optimiert. Wesentlich dafür sind eine sehr hohe Auflösung und eine ausgezeichnete Wiederholgenauigkeit auch bei variierenden Einsatztemperaturen. Hohe Motordrehmomente stehen hier üblicherweise nicht im Vordergrund. Für die Abstimmung auf die individuellen Anforderungen sind kundenspezifische Modifikationen möglich. aru