Prototyp einer Sechsachs-Präzisionspositionierung
Fit für die Anwendung
Aus der Forschung in die Industrie: Das kompakte Sechsachs-Positioniersystem Easy A3 soll Maßstäbe in puncto Tragfähigkeit, Präzision, Modularität und Wirtschaftlichkeit setzen. Gemeinsam wollen das Forschungszentrum Deutsches Elektronen-Synchrotron (Desy) und die Firma Steinmeyer Mechatronik diese Entwicklung aus dem Stand eines Prototypens für Forschungsprojekte in die industrielle Anwendung überführen. Hierzu soll das hohe industrielle Anwendungspotential evaluiert und die Markteinführung vorangetrieben werden.
Der kompakte 6-Achs-Aligner Easy A3 setzt Maßstäbe in puncto Tragfähigkeit, Präzision, Modularität und Wirtschaftlichkeit.
Der kompakte 6-Achs-Aligner Easy A3 setzt Maßstäbe in puncto Tragfähigkeit, Präzision, Modularität und Wirtschaftlichkeit. – Bild: Steinmeyer Mechatronik GMBH

Bei der Easy-Familie (Easy Alignment System) handelt es sich um eine patentierte Baureihe von Positioniersystemen. Die modulare Bauweise ermöglicht manuelle oder motorische Präzisionspositionierung mit bis zu sechs Achsen. Die Manipulatoren sind aufgrund ihrer Konstruktion sehr präzise, belastbar, steif und kompakt gebaut. Sie erlauben eine weitgehend entkoppelte Ansteuerung aller sechs Freiheitsgrade und ermöglichen die Definition eines virtuellen Pivot-Punktes. Von Vorteil ist zudem das Baukastenprinzip, so lassen sich individuelle Lösungen innerhalb kurzer Zeit realisieren. Das Basismodell, ausgerüstet mit einem manuellen Verstellmechanismus, lässt sich mit wenigen Handgriffen auch später noch auf ein motorisches Positionieren umrüsten. Entwickelt wurde das Konzept von Desy für Positionieraufgaben in Beschleunigeranlagen, doch die Technik lässt sich auch für industrielle Anwendungen nutzen. Nach erfolgreichem Aufbau und Tests im Forschungszentrum will man das Positioniersystem gemeinsam in die Industrie überführen und die Serienentwicklung vorantreiben.

Hochpräzise Schwerlastpositionierung

Für industrielle Anwendungen ist vor allem der Easy A3 interessant. Bei einer Größe von nur 350x500mm positioniert das System bis 2t schwere Lasten mit einer Genauigkeit im Bereich von Mikrometern. Der Schlüssel dazu liegt in der Bauweise. „Insbesondere die minimalistische Herangehensweise, der Verzicht auf rollende Elemente sowie die Kombination aus orthogonalem Aufbau für die Translationen und einem Tripod für die Rotationen machen den Unterschied“, betont Roland Platzer, Kontrukteur bei Desy. Durch eine sehr kompakte Stapelarchitektur bestehend aus wenigen einfachen, dafür aber steifen Stell-, Lager- und Strukturelementen wird eine hohe Gesamtsteifigkeit des Systems erreicht.

Um die Elektrononen im Flash, einem Freie-Elektronen-Laser im Röntgenbereich, auf den richtigen Kurs zu bringen, müssen spezielle Magnetanordnungen
genau ausgerichtet werden.- Bild: Desy

Angesichts der hohen Präzision, Tragfähigkeit und Kosteneffizienz des Easy A 3 sowie des steigenden Bedarfs an kompakten Positioniersystemen ist das industrielle Einsatzpotenzial enorm. Das mögliche Anwendungsspektrum reicht dabei vom wissenschaftlichen Gerätebau über die Medizintechnik, die Halbleiterbranche und den Maschinenbau bis hin zur Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen. „Überall, wo sehr schwere Komponenten oder Bauteile hochgenau zueinander ausgerichtet werden“, bringt es Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik, auf den Punkt. Dabei ist das sechsachsige Positioniersystem gegenüber klassischen Technologien für die hochpräzise Schwerlastpositionierung wie Lenkergestell, gestapelten Linearachsen und Hexapoden sowohl hinsichtlich Leistungsfähigkeit als auch Wirtschaftlichkeit im Vorteil. Anwender profitieren außerdem vom modularen Konzept der Baureihe. „Bis dato sind kommerzielle flexible Positioniersysteme eigentlich kaum verfügbar“, so Platzer. „Mit der Easy-Familie steht ein Baukastensystem für nahezu alle Anforderungen und Anwendungen zur Verfügung. Die Entwicklung von singulären Lösungen, die in der Regel mit einem hohen technischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand verbunden ist, könnten damit der Vergangenheit angehören.“

Das Deutsche Elektronen Synchrotron (DESY) zählt zu den weltweit führenden Beschleunigerzentren
Das Deutsche Elektronen Synchrotron (Desy) zählt zu den weltweit führenden Beschleunigerzentren – Bild: Desy

Positionierung von Strahlengängen

Entwickelt wurde der Sechsachs-Positionierer für die Positionierung von Messgeräten in Beschleunigern. So verfährt und positioniert beispielsweise ein Mitglied der Baureihe – der Easy P1 – bei Desy hochauflösende Nachweisgeräte zur Strahllage-Beobachtung eines neuartigen Plasmabeschleunigers. Ein wichtiges Aufgabenfeld des Modells A3 ist folglich das Ausrichten und Nachjustieren von tonnenschweren Monochromatoren, Magnetstrukturen, Teleskopspiegeln und Messsensoren zum Ausgleichen von thermischer Drift, Bodensetzungen und dergleichen.

Interessante Möglichkeiten eröffnen sich zudem in der Medizintechnik, etwa bei der Protonentherapie. „So kann man zwar die Eindringtiefe der Protonen ins Gewebe sehr gut einstellen, doch ihre Richtung lässt sich nur schwer steuern. Daher müssen die Fokussiereinheiten und Strahlerzeuger, teilweise auch der Patient, ständig neu ausgerichtet und positioniert werden“, erklärt Matthes. Bei den riesigen Geräten und Anlagen, die zur Erzeugung der Protonen benötigt werden, ist dies kein leichtes Unterfangen. Für den Easy A3 stellen weder das große Gewicht der Gerätschaften noch die benötigte hohe Genauigkeit eine Herausforderung dar. Zudem ließe sich der Positioniervorgang vereinfachen und automatisiert gestalten.

Prozesse und Produktivität verbessern

Dabei ist der Einsatz in Beschleunigeranlagen längst nicht auf die Forschung beschränkt. So nutzen etwa Halbleiterhersteller die Ringbeschleuniger zunehmend zur Qualitäts- und Materialprüfung. Auch die Subsysteme in Halbleiterbelichtern oder komplette Maschinen lassen sich mit dem Easy A3 präzise einrichten. Insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, in der vollautomatisierte Prozesse und sehr hohe Genauigkeitsanforderungen die Produktion bestimmen, könnten so Effizienzsteigerungen in Fertigung und Montage erreicht werden. Doch nicht nur dort: Egal ob Schweißen schwerer Bauteile, Verbinden großer Flugzeugkomponenten oder Ausrichten mehrerer Maschinen in Fertigungsstraßen untereinander: Der Positionierer nimmt es mit sehr großen Lasten auf, positioniert hochpräzise und kommt mit wenig Bauraum aus.

Alle Abteilungen – Konstruktion, Elektronik, Software, Fertigung, Montage und Tests – arbeiten bei Steinmeyer Mechatronik eng unter einem Dach zusammen.
Alle Abteilungen – Konstruktion, Elektronik, Software, Fertigung, Montage und Tests – arbeiten bei Steinmeyer Mechatronik eng unter einem Dach zusammen.Bild: Steinmeyer Mechatronik GmbH
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