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CONTI® SYNCHROFLEX GEN III

Prädestiniert für Präzision

Kurz vor der Auslieferung: CFK-Auslegersystem von JAT für den Einsatz in einer Nutzentrennmaschine. Bild: Mulco

Kurz vor der Auslieferung: CFK-Auslegersystem von JAT für den Einsatz in einer Nutzentrennmaschine. Bild: Mulco

Der T-förmige Aufbau, bestehend aus einer Linearmotorachse und einer CFK-Auslegerachse, ist ein besonderes Merkmal der 2-Achs-Linearsysteme von JAT. Sie sind speziell für den Einsatz in Nutzentrennmaschinen konzipiert und positionieren mit Greifern Elektronikplatinen mit einer Wiederholgenauigkeit von 2 m. Für den sehr dynamischen und präzisen Antrieb der Auslegerachse wird ein CONTI® SYNCHROFLEX GEN III-Zahnriemen eingesetzt. Hohe Steifigkeit, minimales Gesamtgewicht und die kompakte Bauform waren einige der entscheidenden Kriterien für die JAT-Spezialisten, diesen Hochleistungs-Polyurethan-Zahnriemen einzusetzen.

Ehemalige Entwicklungsingenieure von Carl Zeiss Jena gründeten nach der Wende 1990 die Jenaer Antriebstechnik GmbH (JAT). Ihr Ziel: den Sondermaschinenbau mit genau auf die Applikation abgestimmten dynamischen und präzisen Antriebssystemen zu beliefern. Aus dem kleinen Ingenieurbüro hat sich in wenigen Jahren ein international gefragter Partner für kundenspezifische Antriebslösungen entwickelt. Handlingsysteme und dynamische Ein- und Mehrachssysteme zählen zu den Spezialitäten des Unternehmens. Einsatz finden die Antriebssysteme in der Verpackungsindustrie, Druckindustrie, Medizintechnik, Textilindustrie und in der Halbleiterindustrie. Für diesen Markt mit seinem extrem hohen Automatisierungsgrad bietet JAT unter anderem Auslegersysteme für die sogenannten Nutzentrennmaschinen an.

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Nutzentrennmaschinen

Der etwas fremdartig anmutende Begriff „Nutzen“ stammt ursprünglich aus der Drucktechnik mit großen Druckbögen, die anschließend gestanzt werden. Dieses Prinzip hat man in der Leiterplattenproduktion übernommen. Dort werden großformatige Platinen – die sogenannten Nutzen – mit elektronischen Bauelementen bestückt, gelötet, geprüft und schließlich in viele kleine Platinen vereinzelt. So entstehen beispielsweise aus einem fertigen Nutzen mit 25x25 Zoll durch Trennen etwa 60 bis 80 Platinen für Smartphones. Die Maschinen zur Vereinzelung dieser Nutzen heißen dann Nutzentrenner. In der Branche hat sich je nach Geometrie, geforderter Präzision und Empfindlichkeit der Platinen für die Zerteilung des Nutzens das Sägen, Fräsen und neuerdings auch das Lasern etabliert.

Das hier gezeigte X-Y-Achssystem ist für den Transfer der fertig ausgefrästen Platinen aus der Maschine konzipiert. Hierzu wird vom Kunden an den Schlitten der Auslegerachse ein gut 20 kg schwerer Greifer mit Z- und zusätzlicher Drehachse montiert. Dieser übergibt die Platine z. B. an ein Transportband, an ein Stapelsystem oder in einen Werkstückträger. Das CFK-Auslegersystem muss also zwei wichtige Funktionen übernehmen, die die Taktzeit der Anlage wesentlich bestimmen: Das Positionieren des Greifers über der Platine und den anschließenden Transfer der Platine zum nächsten Prozess einschließlich Zurückfahren des Greifers.

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Leichter und steifer Antrieb für die Y-Achse

Der innovative Ausleger aus CFK (carbonfaserverstärkter Kunststoff) wird von einem CONTI® SYNCHROFLEX GEN III-Zahnriemen angetrieben und wiegt nur 5,2 kg. Bild: Mulco

Der innovative Ausleger aus CFK (carbonfaserverstärkter Kunststoff) wird von einem CONTI® SYNCHROFLEX GEN III-Zahnriemen angetrieben und wiegt nur 5,2 kg. Bild: Mulco

JAT-Konstrukteur Dipl.-Ing. (FH) Bastian Sadewasser erklärt zum Maschinenlayout: „Der Transfer ist besonders zeitkritisch, da währenddessen nicht gefräst werden kann. Das X-Y-System muss für das Greifen sehr positioniergenau und für den Transfer äußerst dynamisch sein. Vor allem die Einschwingzeiten der Achse müssen sehr klein sein, um die erforderlichen Positionierzeiten zu erreichen.“ Zum Antriebskonzept ergänzt der Konstrukteur: „Wir setzen für die Y-Achse eine sehr leichte und dennoch steife CFK-Trägerstruktur ein. Dies reduziert die erforderliche Antriebsleistung des Linearmotors und erhöht die Dynamik der X-Achse. Daher wurde auch ein besonders leichtes Antriebssystem für die Y-Achse gesucht. Er sollte außerdem spielfrei, wartungsfrei und ausreichend steif sein.“

Beim Vergleich verschiedener Antriebskonzepte für die Y-Achse wie Direktantrieb, Spindelantrieb und Zahnriementrieb erwies sich bei den gegebenen Rahmenbedingungen der Zahnriementrieb als ideal. Er bietet für diese Applikation das geringste Gewicht. Der Servomotor kann sehr nah an die Trägerachse angeordnet werden, was das Einschwingverhalten des Auslegerarms positiv beeinflusst. Durch geschickte Auswahl von Motorgröße und kleinen Riemenscheibendurchmessern konnte auf ein spielbehaftetes Getriebe verzichtet werden. Die bewegte Masse des Zahnriementriebes ist sehr gering.

„Als Herausforderung erwies sich allerdings die notwendige Steifigkeit des Zahnriemens, um die gewünschten Positionierzeiten einzuhalten. Erst mit dem sehr steifen CONTI® SYNCHROFLEX GEN III-Polyurethan-Zahnriemen und mit einer exakt auf die Lastmasse und Beschleunigung abgestimmten Riemenspannung erreichten wir die geforderten Einschwingzeiten“, erinnert sich Bastian Sadewasser.

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CONTI® SYNCHROFLEX GEN III Polyurethan-Zahnriemen

CONTI® SYNCHROFLEX GEN III: eine höhere Packungsdichte des Stahlcordes erhöht die zulässigen Zugkräfte und die Steifigkeit. Das härtere Polyurethan vergrößert die Anzahl der tragenden Zähne. Grafik: Mulco

CONTI® SYNCHROFLEX GEN III: eine höhere Packungsdichte des Stahlcordes erhöht die zulässigen Zugkräfte und die Steifigkeit. Das härtere Polyurethan vergrößert die Anzahl der tragenden Zähne. Grafik: Mulco

Fachliche Unterstützung bei der Konzeption und Auslegung dieses Riementriebes erhielt JAT von dem technischen Händler und Zahnriementechnik-Spezialisten Wilhelm Herm. Müller GmbH & Co. KG, Garbsen. Der Diplom-Ingenieur und Kundenberater André Schmidt betreut von der Müller-Niederlassung in Leipzig JAT seit vielen Jahren und erklärt die Zusammenhänge so: „Das Zahnriementrum verhält sich prinzipiell wie eine steife Feder. Mit der angehängten Masse des Greifers entsteht ein typisches Masse-Feder-System, dessen Einschwingzeiten von der Steifigkeit des Zahnriemens, von der Lastmasse – in diesem Fall vom Greifer – und von der Motorleistung abhängt. Da die Lastmasse vom Kunden und die Motorgröße durch das getriebelose Konzept vorgegeben ist, war die Steifigkeit des Zahnriemens der entscheidende Optimierungsparameter, um die dynamischen Anforderungen zu erfüllen.“

Der CONTI® SYNCHROFLEX GEN III ist einer der leistungsstärksten Polyurethan-Zahnriemen des Herstellers ContiTech Antriebssysteme GmbH. Das speziell für diesen Zahnriemen entwickelte Hochleistungs-Polyurethan ist im Vergleich zum Standard-SYNCHROFLEX-Zahnriemen härter. Dadurch wird die Zugkraft auf bis zu 30% mehr tragende Zähne verteilt. Der GEN III-Zahnriemen kann außerdem bis zu 45% mehr an zulässiger Zugkraft übertragen und bietet eine ebenso um 45% höhere Steifigkeit im Vergleich zum Standard-SYNCHROFLEX-Zahnriemen. Dies wird unter anderem mit einer höheren Packungsdichte der Stahlcord-Zugträger erreicht. „Das war für die von uns angestrebte Dynamik und die niedrigen Einschwingzeiten der Y-Achse ganz entscheidend“, ergänzt Bastian Sadewasser.

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Mulco-Europe EWIV Garbsen,
28. Februar 2017