Struktur, Komponenten, elektronische Verkabelung, Wartbarkeit.

Die Zusammenführung von Maschinenbau, Elektrotechnik, Programmierung und Steuerungstechnik ist nicht einfach. Die Integration technologischer Fortschritte und die Konzentration auf diese fünf Bereiche können den Prozess jedoch vereinfachen und Mechatronik leicht machen.

Die heutigen schnellen Produktentwicklungszyklen und der rasante technologische Fortschritt erfordern eine stärkere fachübergreifende Entwicklung. Konnte sich früher der Maschinenbauingenieur ausschließlich auf die Hardware, der Elektroingenieur auf die Verkabelung und Leiterplatten und der Steuerungstechniker auf die Software und algorithmische Programmierung konzentrieren, vereint die Mechatronik diese Bereiche und schafft so einen Fokus auf eine komplette Bewegungslösung. Fortschritte und die Integration aller drei Bereiche optimieren die mechatronische Entwicklung.

Diese Vereinfachung ist der Grund für die Fortschritte in der Robotik und bei mehrachsigen kartesischen Systemen für industrielle Anwendungen und die Fertigung, für die Automatisierung im Verbrauchermarkt in Kiosken und Liefersystemen sowie für die schnelle Akzeptanz von 3D-Druckern in der Mainstream-Kultur.

Hier sind fünf Schlüsselfaktoren, die zusammengenommen zu einem einfacheren Mechatronik-Design führen.

1. Integrierte Linearführungen und Struktur

Im Maschinenbau gibt es Lager- und Linearführungsbaugruppen schon so lange, dass die Mechanik eines Bewegungssystems oft nur zweitrangig behandelt wird. Fortschritte bei Materialien, Design, Funktionen und Fertigungsmethoden machen es jedoch lohnenswert, neue Optionen in Betracht zu ziehen.

So führt beispielsweise eine bereits im Herstellungsprozess integrierte Ausrichtung paralleler Schienen zu geringeren Kosten, da weniger Komponenten benötigt werden, die Präzision höher ist und über die gesamte Schienenlänge weniger Variablen im Spiel sind. Parallele Schienen vereinfachen zudem die Montage, da mehrere Befestigungselemente und eine manuelle Ausrichtung entfallen.

Früher war es fast selbstverständlich, dass ein Ingenieur, egal welches Linearführungssystem er wählte, auch Montageplatten, Stützschienen oder andere Strukturen für die nötige Stabilität berücksichtigen musste. Neuere Komponenten integrieren Stützstrukturen in die Linearschiene selbst. Dieser Übergang von der Einzelkomponentenkonstruktion hin zu konstruierten einteiligen Designs oder integrierten Unterbaugruppen reduziert die Anzahl der Komponenten und senkt gleichzeitig Kosten und Arbeitsaufwand.

2. Kraftübertragungskomponenten

Auch die Auswahl des richtigen Antriebsmechanismus oder der richtigen Kraftübertragungskomponenten ist ein wichtiger Faktor. Der Auswahlprozess, bei dem es darum geht, die richtige Geschwindigkeit, das richtige Drehmoment und die richtige Präzisionsleistung mit Motor und Elektronik abzustimmen, beginnt mit dem Verständnis, welche Ergebnisse jeder Antriebstyp erzielen kann.

Ähnlich wie das Getriebe eines Autos im vierten Gang eignen sich Riemenantriebe für Anwendungen, bei denen Höchstgeschwindigkeiten über längere Strecken erforderlich sind. Am anderen Ende des Leistungsspektrums befinden sich Kugel- und Leitspindeln, die eher einem Auto mit einem kraftvollen, ansprechenden ersten und zweiten Gang ähneln. Sie bieten ein gutes Drehmoment und eignen sich hervorragend für schnelles Anfahren, Stoppen und Richtungswechsel. Die Grafik zeigt die Unterschiede zwischen der Geschwindigkeit von Riemen und dem Drehmoment von Spindeln.

Ähnlich wie bei Linearführungen ist auch die vorgefertigte Ausrichtung ein Bereich, in dem sich das Design von Leitspindeln weiterentwickelt hat, um eine höhere Wiederholgenauigkeit in dynamischen Anwendungen zu ermöglichen. Achten Sie beim Einsatz einer Kupplung auf die Ausrichtung von Motor und Spindel, um ein „Wackeln“ zu vermeiden, das Präzision und Lebensdauer beeinträchtigt. In einigen Fällen kann die Kupplung vollständig entfallen und die Spindel direkt am Motor befestigt werden. Dadurch werden Mechanik und Elektrik direkt miteinander verbunden, wodurch Komponenten eingespart, Steifigkeit und Präzision erhöht und gleichzeitig die Kosten gesenkt werden.

3. Elektronik und Verkabelung

Herkömmliche Konfigurationen für die Elektronik in Motion-Control-Anwendungen umfassen komplizierte Verdrahtungsanordnungen sowie die erforderlichen Schränke und Montageteile für die Montage und Unterbringung aller Komponenten. Das Ergebnis ist häufig ein System, das nicht optimiert ist und sich nur schwer einstellen und warten lässt.

Neue Technologien bieten Systemvorteile, indem Treiber, Controller und Verstärker direkt auf einem „intelligenten“ Motor platziert werden. Dadurch entfällt nicht nur der Platzbedarf für die zusätzlichen Komponenten, sondern auch die Gesamtzahl der Komponenten wird reduziert und die Anzahl der Anschlüsse und Verkabelungen vereinfacht. Dies reduziert das Fehlerpotenzial und spart Kosten und Arbeitsaufwand.

4. Für die Fertigung konzipiert (DFM)

• Klammerung

Neben der einfacheren Schienenmontage integrierter Designs verbessern Erfahrung und neue Technologien wie der 3D-Druck Ihre Fähigkeit, Prototypen mechatronischer und robotischer Baugruppen nach DFM-Standards zu erstellen. Beispielsweise war die Herstellung kundenspezifischer Anschlusshalterungen für Bewegungssysteme in der Werkzeug- oder Fertigungswerkstatt oft kostspielig und zeitaufwändig. Heute können Sie mit 3D-Druck ein CAD-Modell erstellen, es an den 3D-Drucker senden und in einem Bruchteil der Zeit und zu einem Bruchteil der Kosten ein brauchbares Modellteil erhalten.

• Konnektierung

Ein weiterer bereits behandelter Bereich von DFM ist der Einsatz intelligenter Motoren, bei denen die Elektronik direkt am Motor angebracht ist, was die Montage erleichtert. Darüber hinaus vereinfachen neuere Technologien, die Steckverbinder, Verkabelung und Kabelmanagement in einem Paket integrieren, die Montage und machen herkömmliche, schwere Kabelträger aus Kunststoff überflüssig.

5. Langfristige Wartbarkeit

Neuere Technologien und Designfortschritte beeinflussen nicht nur die Herstellbarkeit, sondern können auch die Wartungsfähigkeit eines Systems beeinflussen. So vereinfacht beispielsweise die Integration von Steuerung und Antrieb in den Motor die Fehlersuche. Der Zugriff auf Motor und Elektronik ist unkompliziert und unkompliziert. Darüber hinaus lassen sich viele Systeme heute vernetzen, sodass von praktisch jedem Standort aus Ferndiagnosen durchgeführt werden können.