Elektrische Aktuatoren für genaues und hochdynamisches Messen

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Das deutsche Unternehmen Hilger und Kern / Dopag Group, spezialisiert auf Dosier- und Mischtechnik, hat gemeinsam mit seinem Curtiss Wright Vertriebspartner, der Parkem AG, zwei neue Dosieranlagen entwickelt, mit denen sowohl nieder- als auch hochviskose KIeb- und Dichtstoffe sowie abrasive Medien aufgetragen werden können. Der Vectodis wurde für Einkomponenten-Medien entwickelt, der Vectomix ist für Mehrkomponenten-Medien bestimmt.
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In Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektro- und Elektronikindustrie und in der Produktion von Weißwaren ist eine exakte und wiederholgenaue Ausbringung von Kleb- und Dichtstoffen entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Baugruppen zu gewährleisten. Werden die Kleb- und Dichtstoffe genau dort gemischt und aufgetragen, wo sie benötigt werden, ist die Dosierung präziser und wiederholgenauer, die Zykluszeiten verkürzen sich. Dies gilt insbesondere dann, wenn nur geringe Mengen des Kleb- oder Dichtstoffes schussweise aufgetragen werden müssen und die Ausbringung über eine einzelne Dosierkammer erfolgt. 
 
Das deutsche Unternehmen Hilger und Kern / Dopag Group, spezialisiert auf Dosier- und Mischtechnik, hat gemeinsam mit seinem Curtiss Wright Vertriebspartner, der Parkem AG, zwei neue Dosieranlagen entwickelt, mit denen sowohl nieder- als auch hochviskose KIeb- und Dichtstoffe sowie abrasive Medien aufgetragen werden können. Der Vectodis wurde für Einkomponenten-Medien entwickelt, der Vectomix ist für Mehrkomponenten-Medien bestimmt. Bei beiden Systemen wurde ein elektrischer GSM-Aktuator von Exlar / Curtiss Wright mit einem pneumatischen Dosierventil verbunden. So können in kritischen Anwendungen die unterschiedlichsten Medien präzise und hochdynamisch aufgebracht werden. 
 
Dank einer Drucküberwachung in der Dosierkammer erfolgt der Materialauftrag sehr zuverlässig und lässt sich leicht steuern. Die totraumarme Konstruktion verhindert eine Sedimentation der Medien. Durch eine Entlüftung am obersten Punkt der Dosierkammer wird etwaige im System vorhandene Luft abgeführt. Aufgrund der speziellen Führung der Dosierkolben und der Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Dosierkolben werden seitliche Belastungen minimiert. Beim Einsatz von abrasiven Medien wird der Dosierkolben zudem mit einer Sperrflüssigkeit benetzt. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Anlage erhöht, die Lebensdauer verlängert sich. Ein Dosierkopf mit einem Rücksaugeffekt verhindert die Verschmutzung der Austragsstelle. 

Ein und Mehr-Komponenten-Medien

Vectodis wird für die Verarbeitung von Ein-Komponenten-Medien eingesetzt. Der Materialaustrag erfolgt schussweise oder als Raupe. Vectomix ist für Mehr-Komponenten-Medien bestimmt. Die Anlage besteht aus zwei synchronisierten Vectodis Dosiereinheiten, die unabhängig voneinander die Durchflussrate je einer Komponente des Mediums steuern. Am Einlass in den Mischblock befindet sich ein Kunststoff-Mischrohr. Hier erst werden die beiden Komponenten zusammengeführt. Für den Betreib beider Dosiersysteme sind eine entsprechende Materialversorgung und ein Dosierrechner erforderlich. 

Elektromechanische Aktuatoren der GSM-Serie

Aufgrund ihrer Kostenvorteile wurde kurz in Erwägung gezogen, die Dosiersysteme mit pneumatischen Aktuatoren auszustatten. Da diese jedoch konstruktionsbedingt nur eine unzureichende Positioniergenauigkeit sowie eine geringe Dynamik aufweisen, wurden diese Überlegungen schnell wieder verworfen. Auch der Einsatz hydraulischer Aktuatoren wurde in Betracht gezogen. Doch auch hier waren eine geringe Positioniergenauigkeit, der hohe Wartungsaufwand und das Leckagerisiko ein Ausschlusskriterium. Elektromechanische Aktuatoren hingegen boten eine überragende Positioniergenauigkeit, verringerte Zykluszeiten, eine auf lange Sicht gleichmäßige Leistung und einen sauberen und leckagefreien Betrieb. Schließlich fiel die Entscheidung zugunsten der motorgetriebenen Aktuatoren der GSM-Serie von Exlar / Curtiss Wright. Dank ihrer kompakten Ausführung und ihrer hohen Leistungsdichte sind sie für einen Einsatz in den meisten Industriebereichen mit zum Teil gefährlichen Umgebungen geeignet. Sie sind äußerst flexibel einsetzbar, reagieren schnell und zeichnen sich durch eine gute Energieeffizienz aus. 
 
Um alle Vorgaben in Bezug auf die Geschwindigkeit, die Positioniergenauigkeit und die Systemabmessungen erfüllen zu können, wurde bei der Dimensionierung und Auswahl der richtigen elektrischen Aktuatoren der GSM-Baureihe von Exlar / Curtiss Wright das Unternehmen Parkem zu Rate gezogen. Die Elektromechanischen Aktuatoren der GSM-Serie (Bild 4) integrieren einen AC-Servomotor mit einem Planetenrollengewindetrieb in einer kompakten Einheit. Planetenrollengewindetriebe bieten eine sehr hohe Schubkraft und sind sehr langlebig, denn zum Zweck der Leistungssteigerung und Erhöhung der Zuverlässigkeit wird hier der AC-Servoantrieb unmittelbar an den Gewindetrieb angekuppelt. Bei voll-automatischen Roboteranwendungen (Bild 5) kann der Aktuator der GSM-Serie auf das Rückmeldesystem und die Steckkontakte des Roboterherstellers abgestimmt werden. So wird das Dosiersystem innerhalb der Robotersteuerung nahtlos als siebte Achse integriert. 

Steuerungskonzept

Jedes Dosiersystem wird von einem Dosierrechner gesteuert, bei dem alle Anwendungsparameter über ein Touch-Bedienfeld eingestellt werden können. Dieser Computer berechnet alle erforderlichen Bewegungen des elektrischen Zylinders, um so die gewünschte Dosierung des Mediums zu erreichen. Und über diesen Computer wird die Ausbringung des Mediums auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters abgestimmt. Um sowohl die geforderte Leistungsfähigkeit erreichen zu können, als auch den gesetzten Kostenrahmen nicht zu sprengen, wurde ein Xenus Servocontroller mit CANopen Kommunikation gewählt. 
Bild 5: Vectodis-Dosiersystem, an einem Roboterarm montiert
 
Die Datenübertragung erfolgt in Echtzeit über eine Standard-Bewegungssteuerung nach DS402. Bei dem Dosiersystem Vectomix erfolgt die synchrone Übertragung der erforderlichen Daten an die beiden Servocontroller simultan. Der Exlar Aktuator der GSM-Serie mit integriertem Drehgeber wird im geschlossenen Regelkreis betrieben. Die Stromstärke, die Geschwindigkeit und die Positionierung werden durch einen Xenus Servocontroller eingestellt. So können alle Steuerungsaufgaben optimiert werden. Dank der Echtzeitkommunikation, der dynamischen Steuerung und der Genauigkeit des integrierten GSM-Aktuators können äußerste Präzision und eine sehr zuverlässige Dosierung erreicht werden. 
 
Die Vorteile dieses Systems gegenüber pneumatischen Lösungen liegen auf der Hand. Die Positionsüberwachung und -steuerung im geschlossenen Regelkreis sowie die Zusammenführung des Motors und Aktuators zu einer baulichen Einheit führen zu extrem kurzen Ansprechzeiten und damit zu einer sehr präzisen Ausbringung des Mediums. Zudem erlaubt die CANopen-Kommunikation einen einfachen Zugang zu zahlreichen Steuerungsparametern wie die Profileinstellung sowie zu Überwachungs- und Diagnosefunktionen. Eine gute Produktunterstützung wird künftig entweder über die Techniker vor Ort oder aber per Fernzugriff über den Team Viewer von Windows gewährleistet. 

Integrierte Lösung

Aufgrund seines umfangreichen Produktangebots und seiner langjährigen Erfahrung auf diesem Gebiet konnte das Unternehmen Parkem die jeweils am besten passenden Antriebskomponenten auswählen, die elektrischen GSM-Zylinder entsprechend dimensionieren und nach einer thermischen Analyse den richtigen Xenus-Servocontroller festlegen. Dank der engen Zusammenarbeit zwischen Parkem und Dopag konnten die Kommissionierungszeiten verkürzt, die Steuerungsparameter optimiert und die Bediener intensiv geschult werden. Dadurch konnte eine Gesamtleistung erzielt werden, die die Erwartungen bei Weitem übertraf. 

Bild: Vectodis-Dosiersystem, an einem Roboterarm montiert.Quelle: Curtiss-Wright Corporation 

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