Ein Autoleben in wenige Monate gepackt

Viele Autojahre packt die Bourns Sensors GmbH in wenige Monate. Mit seinen Simulationen testet der Hersteller aus Sauerlach bei München Sensoren für den weltweiten Kfz-Markt. Seit 14 Jahren arbeiten Bourns und die Schaeffler-Tochter INA Drives & Mechatronics GmbH & Co. oHG (IDAM) aus Suhl zusammen: inzwischen mit der vierten Generation linearer Direktantriebe. Entwicklungsleiter Herbert Stocker erinnert sich noch gut an die gemeinsamen Anfänge: „Unsere damalige Testeinheit, die mit sinusförmigen Antrieben bestückt war, reichte nicht mehr aus. Die einzige Möglichkeit waren Direktantriebe. Also klopften wir den Markt nach einem geeigneten Produkt ab.“

Fündig wurden die Bourns-Manager bei IDAM. „Diese Antriebe konnten als einzige unsere hohen Anforderungen erfüllen“, sagt Stocker. Die Motoren erreichten schon damals höchste Geschwindigkeiten und Präzisionen bei kleinsten Bewegungen. Getestet wurde als erstes ein Luftmengensensor, der bei Bourns entwickelt wurde. Noch heute läuft die Teststation mit dem Linearantrieb der Serie ACLIM Tag und Nacht.

Mittlerweile sind weitere Generationen von IDAM-Motoren im Bourns-Testlabor im Dauerbetrieb. Die neueste Errungenschaft der Sauerlacher aus dem Bereich der Direktantriebstechnologie ist die Linearachse MKUVS. Das System von IDAM, das aus Antrieb, Messsystem und Führung besteht, ist kundenspezifisch programmiert. „Es ist genau die Anwendungslösung, die wir gesucht haben“, betont Stocker. „Wir können damit zum Beispiel sehr gut äußerst langsame Bewegungen ausführen.“ Im Moment testet die Anlage einen Leuchtweitenregler. Weitere Entwicklungen von Bourns sind unter anderem Gaspedal- und Lenkwinkelsensoren.

Laut Herbert Stocker bearbeitet der bayerische Standort des US-Unternehmens Aufträge aus aller Welt. Nahezu alle Automobilhersteller lassen in der 40 Mitarbeiter zählenden Firma ihre Sensorik entwickeln und testen. Die Entwicklungen sind kundenspezifisch und dauern inklusive Tests zwischen zwei und fünf Jahren. Produziert werden die Sensoren an Standorten in Ungarn, Mexiko und China.

Die bei Bourns seit 1994 eingesetzten ACLIM-Motoren sind Vorgänger der standardisierten IDAM-Linearmotorserie L1. Diese dreiphasigen synchronen Linearmotoren sind speziell für Anwendungen in der Automatisierung optimiert und werden heute in drei Varianten angeboten. Die L1A-Serie steht für eine besonders flache Bauform bei gleichzeitig ausgezeichnetem Kraft-Masse-Verhältnis. Die L1B-Motoren haben mittlere Bauhöhen und dadurch höhere Nennkräfte als die Motoren der L1A-Reihe. Die L1C-Variante ist hoch und durch verschiedene Kühloptionen besonders effizient. Der kleinste Motor mit einer Gesamteinbauhöhe von 31 mm und einer Breite von 57 mm erzeugt bereits eine Spitzenkraft von 170 N bei lediglich 500 g bewegter Masse Die L1-Serie zeichnet sich außerdem durch geringe Verlustleistung und optimierte Rastkräfte aus. Vorteile der L1-Motoren und deren Vorgänger ACLIM sind weiterhin Kompaktheit, hohe Leistungsdichte und ein äußerst attraktives Preis-Leistungs-Verhältnis.

Bei den auf Bourns-Bedürfnisse zugeschnittenen Modulen der Baureihe MKUVS handelt es sich um sehr kompakte und komplett ausgerüstete Einheiten, mit denen präzise und reproduzierbar genaue Bewegungsabläufe durchgeführt werden können. Die Module wurden gemeinsam von IDAM und INA-Lineartechnik Homburg entwickelt. Die direkt angetriebenen Systeme bestehen aus einer sehr kompakten und biegesteifen Tragschiene aus eloxiertem Aluminium, einem Laufwagen mit eingegossenem Primärteil (Linearmotor) und angebauten vorgespannten Kugelumlaufschuhen KUVS 42. Dazu kommen ein integriertes magnetisches Inkremental-Längenmesssystem sowie je nach Bedarf optional lieferbare Komponenten wie Abdeckung, zwei oder mehrere Laufwagen, Energieführungskette, Stoßdämpfern und pneumatischer Bremse. So können aus wenigen mechanischen Teilen hochdynamische Ein- oder Mehrachsen-Positionier- und Handlingsysteme erstellt werden.

Zusammen mit den ebenfalls erhältlichen betriebsbereiten Servo-Steuerungen verfügt der Anwender über eine Komplettlösung aus einer Hand. Die Module sind mit Alu-Trägerprofilen bis zu einer Länge von maximal 8000 mm lieferbar. Ihre Bauweise ist äußerst kompakt: auf die Alu-Basiskonstruktion wird eine flache und breite Profilschiene montiert, auf der eine 30 mm breite Magnetleiste (Sekundärteil) aufgeklebt ist. Die Laufwagenführung des Linear-Moduls zeichnet sich durch hohe Tragzahlen aus. Durch den höheren nutzbaren Kraftbereich des neuen Systems und die kompakte geschlossene Bauweise bietet die MKUVS der Bourns Sensors sehr flexible Einsatzmöglichkeiten. Laut Herbert Stocker ist ein ganz besonderer Vorteil, dass das System auch äußerst niedrige Geschwindigkeiten fahren kann.

Das System erreicht Beschleunigungswerte von max. 40 m/s² sowie Geschwindigkeiten bis 5 m/s. Die Nennkraft beziehungsweise Vorschubkraft der Module beträgt 300 N (bei Nennstrom 6,8 A) und die Spitzenkraft liegt bei 610 N (Spitzenstrom 14 A). Die kompakten Linearmodule sind in einem Temperaturbereich von 0° bis +60 °C einsetzbar und eignen sich demnach für unterschiedlichste Anwendungen – bevorzugt für den horizontalen Einbau: so in der Produktions-Automatisierung, in der Mess- und Prüftechnik, in optischen Geräten, in der Druck- und Verpackungstechnik, für Werkzeug- und Werkstück-Handlingsysteme sowie im Holzbearbeitungs- und Werkzeugmaschinenbau.

Daniela Sendel INA – Drives & Mechatronics (IDAM), Suhl

Hochdynamische Systeme aus wenigen Teilen

Nicht nur höchste Präzision und optimales Beschleunigungsvermögen sind für Anwender von IDAM relevant. Mehr und mehr stellt sich auch die Frage der Energieeffizienz. Und auch hier ist die Suhler Schaeffler-Tochter mit ihrer fast 20jährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Direktantriebstechnologie Spezialist. Die Produktpalette umfasst verschiedenste rotative und lineare Direktantriebe, die mehr Energieeffizienz mit höherem Leistungsvermögen verbinden. Denn richtig angewendet besitzen die Antriebe große Vorzüge hinsichtlich des Energieverbrauchs bei gleichzeitig höherer Performance im Vergleich zu herkömmlichen Motoren.

Der Grund: Direktantriebe erzeugen die Bewegungsenergie in der Maschine genau dort, wo diese gebraucht wird. Übertragungsverluste durch Getriebe, Spindeln oder Kurvenscheiben entfallen prinzipbedingt. Durch die kompakte Bauform und die Ressourcen schonende Herstellung der Antriebe wird ebenfalls Energie gespart. Direktantriebe sind zudem nahezu wartungsfrei. Außer den Führungen gibt es am Antrieb keine weiteren Verschleißteile mehr. Die intelligenten Motorenkonzepte erhöhen zusätzlich die Lebensdauer der vorhandenen Führungen. Außerdem können beim Einsatz von Luftlagern die Reibungsverluste des Gesamtsystems auf nahezu Null reduziert werden – ein weiterer Beitrag zu mehr Effizienz.

Der energieeffiziente Einsatz von Direktantrieben erfordert es, die Anwendung funktionell als Gesamtheit zu betrachten und das Antriebssystem entsprechend auszuwählen und auszulegen. Die Schaeffler Gruppe Industrie bietet hier über die Direktantriebstechnologie hinaus Spezialwissen zu allen Systemkomponenten bis hin zur Steuerung und ermöglicht so ein präzise Anpassen und Abstimmen an die Kundenanforderungen. Dies vermeidet Überdimensionierungen, was auf Dauer Energie spart.