Trotz Staub auf den Punkt

Eine schnelle Maschine ist nur gut, wenn die Präzision nicht leidet. Diese Vorgabe haben die Schweizer Maschinenbauer der Bystronic AG, Niederönz, in ihren Laserschneidsystemen Byspeed mit einem integrierten Mess-System erfüllt. Als „robusteste Methode hochgenauer Positionierung“ bezeichnet der Hersteller, die Bosch Rexroth AG in Schweinfurt, dieses Messverfahren, das für Kugel- und Rollenschienenführungen angeboten wird: Nicht einmal feiner Metallstaub, wie er beim Laserschneiden entsteht, beeinträchtige die zuverlässige Funktion des berührungslos arbeitenden Mess-Systems, das bei Achs- und Positioniergeschwindigkeiten von bis zu 169 m/min zuverlässig arbeitet.

In Laserschneidsystemen von Bystronic trägt diese Art der Posititionserfassung so viel zur Gesamtleistung der Anlage bei, dass Thomas Scheidegger, Electronics Manager Development, die Linearführungen mit integriertem Wegmess-System als „Schlüsselkomponente“ bezeichnet. Der Hauptbalken der Byspeed-Maschine wird bei einem Eigengewicht von einer halben Tonne mit bis zu 30 m/s² in seinen Achsen beschleunigt. Zum konstruktiven Gesamtkonzept des Laserschneidsystems gehört ein stabiler Gussständer, der die Systemschwingungen minimiert. Ein zentrierter Massenschwerpunkt aller Achsen unterstützt die Prozessführung. „Letztlich ist es das Zusammenspiel aller Komponenten, das die erstklassigen Schneidergebnisse garantiert“, erklärt Scheidegger. Der Anwender kann so, je nach Werkstück und Material, maximale Schneidgeschwindigkeiten von bis zu 50 m/min erreichen. Die Byspeed-Systeme 3015 und 4020, die sich in der Größe der Arbeitsbereiche unterscheiden, ermöglichen das Highspeed-Schneiden dünner bis mitteldicker Bleche.

Die Genauigkeit der Blechteile, die auf diesem Weg geschnitten werden, hängt natürlich vom jeweiligen Material, der Vorbehandlung sowie der Tafelgröße und ihrer Erwärmung ab – aber eben auch vom Wegmess-System. Um das Längenmess-System in das Maschinenkonzept zu integrieren, wurde es im Vorfeld getestet, vor allem auf die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung. Ein direkt am Führungswagen verschraubter Lesekopf misst die Position. Sensorik und Elektronik, mit der die Signale konditioniert werden, sind in den Lesekopf integriert.

„Wir erfassen in der Byspeed Mess-Signale im Mikrosekunden-Bereich und verarbeiten, sprich aktualisieren die Daten in unserer NC-Steuerung ebenso schnell“, fasst Scheidegger zusammen. Dass die Interpolationseinheit im Sensorkopf integriert ist, ist aus seiner Sicht von Vorteil, denn das ermöglicht erst die Geschwindigkeit in der Signalverarbeitung.

Die Signalausgänge verfügen über eine Echtzeitauswerteelektronik, die bei hochdynamischen Bewegungen bis 5 m/s verlässliche Positionsdaten garantiert. Für die Performance der Laserschneidsysteme ist es laut Scheidegger nicht minder wichtig, dass Führungs- und Mess-System eine Einheit bilden. Weil der Hersteller eine neue Adapterlösung entwickelt hat, lässt sich die Sensorik vom Führungswagen trennen, was die Lagerhaltung der Sensorik ermöglicht und die Lieferzeit von Ersatzteilen reduziert.

Das induktive Mess-System ermöglicht es, die Position durch berührungsloses Abtasten zu bestimmen. Wasser, Öl, Staub oder Späne beeinträchtigen die Funktion des Mess-Systems nicht, was beim Laserschneiden besonders wichtig ist, da sich der feine metallische Staub an magnetischen oder optischen Systemen festsetzen kann.

Die Verbindung der Funktionen Führen und Messen erleichtert darüber hinaus die Maschinenkonzeption: Sie spart Bauraum und Anbauflächen für externe Mess-Systeme und senkt den Konstruktions- und Montageaufwand. Auch enfallen Parallelitätsabweichungen von Mess- und Führungssystem, die sonst zu Messungenauigkeiten führen.

Rüdiger Keller Produktmanager Integriertes Mess-System, Bosch Rexroth AG, Schweinfurt

KOsteneffizienz

Weniger Komponenten ausrichten und montieren zu müssen, erleichtert und beschleunigt die Arbeit in der Halle des Maschinenbauers. Daher bieten viele Komponentenhersteller komplett vormontierte Gesamtsysteme an oder integrieren zusätzliche Funktionen in ein Produkt. Dem Betreiber der Maschine soll diese Integration einen weiteren Vorteil bieten: Längere Wartungsintervalle können die Lebenszykluskosten einer Anlage senken helfen.

Basis für das Mess-System ist eine Maßverkörperung, die in die Führungsschiene der Linearführung eingearbeitet ist. Hier verwendet Bosch Rexroth ein Stahlband, in das eine hochpräzise Periodenteilung durch einen photolithographischen Prozess eingeätzt ist. Die Maßverkörperung ist in ihrer gesamten Länge durch ein dicht verschweißtes Edelstahlband geschützt. Diese Verbindung hält auch extremen Vibrationen und Stößen bis zu 10 g stand. Bis zu einer Messlänge von 2500 mm erreicht die eingearbeitete Maßverkörperung eine absolute Genauigkeit von ± 3 µm. Selbst bis 4000 mm Messlänge mit einteiliger Maßverkörperung ist eine Genauigkeit von ± 5 µm zu erreichen.