Messgetriebe: So ermöglichen sie präzise Positionieraufgaben in rauen Umgebungen

Anbieter zum Thema

Heidrive GmbH

CADFEM Germany GmbH

UberCloud

In Anwendungen mit kritischen Umgebungsbedingungen oder hohen Anforderungen an die Positionserfassung kommt Messgetrieben eine wichtige Aufgabe zu: Sie sichern den Messwert der eingesetzten Drehgeber ab. KBK Antriebstechnik ist der einzige Hersteller, der diese Getriebe spielfrei und mit kundenspezifischen Übersetzungen fertigt.

Messgetriebe in der Praxis: Weltweit sind zahlreiche Maschinen und Anlagen unter widrigen Bedingungen im Einsatz. Das hat Folgen: Starke Staubentwicklung, hohe Temperaturen oder andere äußere Einflüsse belasten die Bauteile, sodass mit ihrem Ausfall jederzeit gerechnet werden muss. Maschinenbauer setzen deshalb bei kritischen Komponenten wie etwa Drehgebern oder Resolvern auf Redundanz, das heißt, sie werden in mehrfacher Ausführung verbaut, damit die Anwendung bei Beschädigung eines Potentiometers weiterhin reibungslos funktioniert. Dasselbe gilt für Applikationen, in denen eine hohe Positioniergenauigkeit gewünscht oder sogar zwingend erforderlich ist. Die Integration eines Messgetriebes erhöht in beiden Fällen die Zuverlässigkeit der Anwendung, da es etwaige Abweichungen und Ungenauigkeiten der Drehgeber-Signale, die unter anderem durch Übersetzungsvorgänge entstehen können, ausgleicht.

Messgetriebe für höchste Präzision

Messgetriebe sorgen also dafür, dass die Maschinen- oder Anlagensteuerung ein verwertbares, exaktes Positionssignal vom Drehgeber erhält. Die Vorsatzmessgetriebe von KBK Antriebstechnik zeichnen sich durch eine besonders hohe Präzision aus, da sie genau mit den Übersetzungen gefertigt werden, die der Kunde wünscht (Linearitätsfehler: 1 bis 2,5 Winkelminuten). Diesen Service gibt es kein zweites Mail, denn KBK ist weltweit der einzige Hersteller, der spielfreie Messgetriebe mit individuellen Übersetzungen produziert.

Die Klingenberger haben zwei Standard-Baureihen im Programm, „die aber immer kundenspezifisch angepasst werden“, wie KBK-Geschäftsführer Sven Karpstein betont. Beide Messgetriebe-Typen unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anbau-Op­tionen für den Drehgeber: Während das Potentiometer bei der Baureihe VGA (offene Ausführung) mit Klemmpratzen direkt an der „Synchro-Nut“ am vorderen Ende des Messgetriebes befestigt wird, erfolgt die Verbindung bei der Baureihe VGB (geschlossene Ausführung) über eine integrierte Metallbalg-Kupplung und eine Montage-Glocke. In beiden Fällen werden die Getriebe dem Lochbild der Kunden-Anwendung angepasst.

Drehgeber wird nur aufgesteckt

„Die VGB-Messgetriebe sind allerdings einfacher zu handhaben, weil der Kunde hier seinen Drehgeber nur noch oben draufstecken muss“, meint Karpstein. Bei den Messgetrieben der VGA-Baureihe ist dagegen vor der Montage erst ein Ritzel auf der Drehgeber-Welle zu befestigen. „Dadurch baut die Konstruktion zwar kompakter, es steigt aber auch das Risiko, dass der Kunde den Drehgeber falsch mit dem Getriebe verbindet. Wir bieten ihm deshalb an, den Drehgeber für ihn anzubauen.“

KBK liefert jedes Messgetriebe mit der vom Kunden gewünschten Übersetzung: Beide Vorsatzmessgetriebe übersetzen vom Schnellen ins Langsame (bis 625:1) beziehungsweise umgekehrt (bis 1:50) und können bis zu einer Drehzahl von 4000 min-1 eingesetzt werden.

Die Zahnradpaarungen sind auf Lebensdauer geschmiert, sodass das Getriebe nicht gewartet werden muss. Darüber hinaus werden die Messgetriebe auf Wunsch abgedichtet (IP44) und in einer Edelstahl-Ausführung geliefert.

Seine Messgetriebe liefert KBK an Kunden aus den verschiedensten Branchen. Sie kommen beispielsweise in sogenannten Abschlackmaschinen in der Stahlindustrie zum Einsatz. Das Abschlacken ist ein Prozess, bei dem die nichtmetallischen Rückstände (Schlacken), die beim Schmelzvorgang entstanden sind, technisch präzise aus der Schmelze entfernt werden. Der Zweck des Vorgangs ist es, möglichst reinen Stahl zu erhalten. Dazu ist es unerlässlich, dass die Maschinensteuerung jederzeit die genaue Position des Abschlackauslegers und des Abschlackschildes kennt. Mit dieser Vorrichtung an der Spitze des Auslegers wird die Schlacke aus der Schmelze abgezogen. Das Messgetriebe stellt sicher, dass die exakte Position des Auslegers und des Schildes jederzeit an die Maschinensteuerung übermittelt wird. Der Maschinenführer kann Ausleger und Schild dann so positionieren, dass die größtmögliche Menge an Schlacke aus der Schmelze abgeschöpft wird. Die Messgetriebe halten den hohen Temperaturen, die in und an den Maschinen herrschen, problemlos stand (-14 bis +100 Grad Celsius).

Werkzeuge präzise einwechseln

Auch in Werkzeugmaschinen kommt es auf Genauigkeit an – und zwar nicht nur bei der Führung des Werkzeugs am Werkstück, sondern bereits beim Einwechseln des Werkzeugs aus dem Magazin an den Werkzeugträger. Je präziser die Einwechslung abläuft, desto geringer ist die Verzögerung im Bearbeitungsprozess und desto höher ist der Ausstoß der Maschine und damit ihre Produktivität. Die Messgetriebe von KBK erfassen an Werkzeugmaschinen präzise die Position der Werkzeugplätze im Magazin und sorgen so dafür, dass jeder Werkzeugplatz bei der Einwechslung exakt angefahren wird. Das ermöglicht nicht nur eine hohe Stückleistung, sondern bringt auch einen Präzisionsgewinn bei der Werkstückbearbeitung.

In Radioteleskopen stellen die spielfreien, robusten Messgetriebe von KBK die genaue Ausrichtung des Parabolspiegels sicher. Die Kippbewegungen des Teleskopreflektors (Elevation) wird über einen großen Zahnkranz realisiert. Drehgeber melden die Position des Reflektors an die Prozessrechner, mit denen dann die Bewegungen des Spiegels gesteuert werden. Für die genaue Erfassung der Spiegelposition reichen Drehgeber allein allerdings nicht aus, da beim Verstellen des Spiegels immer nur einzelne Segmente des Zahnkranzes durchlaufen werden. „So entstehen ungerade Positionssignale, die wir mit unserem Messgetriebe egalisieren“, berichtet KBK-Geschäftsführer Sven Karpstein.

Messgetriebe überwacht Kristalle

Ähnlich genau geht es bei Kristallzucht-Anlagen zu, in denen Silizium-Kristalle für die Wafer-Produktion gezüchtet werden. In sogenannten Czochralski-Anlagen wird der Kristall von oben langsam aus der Schmelze herausgezogen. Die Maschinen verfahren dabei sehr langsam und präzise, denn schon kleinste Fehler können extrem teure Produktschäden verursachen. Messgetriebe von KBK melden ständig die Höhe, in der sich der Silizium-Einkristall gerade befindet, an die Anlagen-Steuerung. „Wir haben für diese Anwendung sogar extra eine neue Getriebeform – ein Nockenschaltgetriebe – entwickelt“, erzählt Dipl.-Ing. (FH) Karpstein. „Über dem Messgetriebe montieren wir dabei eine Säule von Schaltern, die über Schaltnocken betätigt werden. Immer, wenn die Anlage eine bestimmte Position im Kristallzuchtprozess erreicht hat, wird dies der Steuerung über die entsprechende Schaltnocke bestätigt.“

KBK hat also Erfahrung mit den verschiedensten Präzisions-Anwendungen weltweit. Das Unternehmen fertigt selbst kleinste Stückzahlen ab Losgröße eins und ist auch Ansprechpartner für Ersatzteile. „Sollte einmal ein Messgetriebe ausfallen, versenden wir in der Regel innerhalb von zwei Stunden ein neues, exakt auf die Anwendung angepasstes Getriebe“, so Karpstein. Die Kunden profitieren in jeder Hinsicht von der Fertigung „Made in Germany“ – nicht nur hinsichtlich der Qualität, sondern auch durch kurze Lieferzeiten.

Der Autor Clemens Merz arbeitet in der Konstruktion Mess­getriebe bei KBK Antriebstechnik.

Lesen Sie auch: Antriebstechnik: Intelligenter Antriebsstrang für die Prozessüberwachung