Kleine aandrijfsystemen, zowel miniatuur- als microvarianten, worden wijdverspreid gebruikt in de automatiseringstechnologie. Ze vinden hun weg in diverse sectoren, waaronder medische technologie, laboratoriumautomatisering, machinebouw, intralogistiek en zelfs ruimtevaart. Deze compacte aandrijvingen bieden optimale procesveiligheid, betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit. Dit geldt ook voor toepassingen in de zogeheten ‘handling’, het oppakken, neerzetten en verplaatsen van objecten. In compacte draai- en kantelmodules met een hoog koppel zorgen deze aandrijvingen ervoor dat zelfs grote werkstukken nauwkeurig worden verplaatst.

Ontwikkelaars die op zoek zijn naar een efficiënte en ruimtebesparende oplossing voor typische bewegingsaflopen die vereist zijn in handling- en montagetechnologie, zoals draaien, kantelen, schroeven, rollen of wikkelen, is er het Duitse bedrijf JA². Dit staat voor Jung Antriebstechnik u. Automation, een specialist voor kinematica met een serie kantelende en draaiende modules: ForTorque. Deze slanke oneindig draaiende eenheden zijn ideaal voor de hoog dynamische rotatie van grote werkstukken met een hoge massatraagheid en excentrische grijpers. Ook werken ze voor toepassingen in schroef- en wikkeltechnologie. 

Kantelen, draaien, schroeven, wikkelen 

Een typische toepassing van de miniatuurmodules voor kantel- en draaibewegingen is bijvoorbeeld het vastschroeven van de dopjes op kleine cosmeticaproducten of medicatieverpakkingen, in krappe ruimtes op volledig geautomatiseerde verpakkingslijnen. De modules zijn ook geschikt voor gevallen waarin de grijpers of werkstukken gekanteld moeten worden, bijvoorbeeld bij het monteren of scheiden van componenten. Het systeem heeft een modulaire opzet en is beschikbaar in zes formaten met diameters van 16, 20, 25, 35, 40 en 45 mm. Het assortiment dekt piek- en continukoppels van respectievelijk 0,3 en 0,14 Nm tot 4,0 en 2,6 Nm. De traagheid van de last kan tussen de 2,0 en 200 kgcm² zijn. Dit biedt de meest geschikte oplossing voor bewegingen onder een nauwkeurige hoek en exacte positionering voor uiteenlopende handling- en montagetaken. 

Om de belasting op de uitvoeras van de tandwielkasten te verminderen bij hoge externe traagheidsmomenten, heeft de uitvoerplaat van de vier grotere modulemodellen een extreem stijf lager, dat bestaat uit twee lagers met dunne sectie. De module voor draaien en kantelen van 40 mm kan bovendien aanvullend worden uitgerust met een vloeiend draaigewricht voor pneumatische of vacuümtoepassingen, bijvoorbeeld om perslucht aan te voeren naar een pneumatische grijper. De specialisten van JA² hebben hun modulaire concept ver doorgevoerd: de snelle draaiende eenheden kunnen worden gecombineerd met lineaire assen, bijvoorbeeld uit de QuickLab-productserie. Bijpassende adapterplaten zijn als toebehoren verkrijgbaar. Het resultaat: van compacte hef-draaisystemen en hefkantelsystemen, tot aan vijfassige hanteringssystemen.

 Hoge dynamiek en precisie 

"De aandrijvingen vormen het hart van ons modulaire automatiseringssysteem. De eisen die eraan worden gesteld zijn zeer hoog," verklaart Wilhelm Jung, Managing Director bij JA². "De motoren moeten zeer dynamisch werken, nauwkeurig regelbaar zijn en geschikte afmetingen hebben." Bij de ForTorque-modules hebben de borstelloze DC-motoren van de series B en BX4 van FAULHABER zich bewezen. De motoren met hun tweepolige en vierpolige technologie zijn extreem compact. De varianten van de B-serie die zijn gebruikt hebben diameters van 16, 20 en 35 mm en respectievelijke lengtes van slechts 28, 36 en 68 mm, maar ze leveren continukoppels tot 168 mN (voor de grootste uitvoering). Ook bij de BX4-serie zijn de prestaties hoog. "Hier gebruiken we motoren met een diameter van 22 mm of 32 mm en continukoppels van 18 en 53 mNm", vertelt Jung. 

De motoren worden ingezet in de ForTorque met toerentallen tot 8.000 rpm. Diverse tandwielkasten zorgen voor de reductie, waaronder ook spelingsvrije planetaire tandwielkasten van FAULHABER. Uiteindelijk bepaalt de tandwielkasttechnologie met het bijbehorende maximale ingangstoerental het maximale motortoerental. "Vervolgens selecteren we de benodigde reductieverhouding op basis van de toepassing", legt Jung uit. "Zo kunnen beïnvloeden in hoeverre het externe traagheidsmoment wordt verlaagd door de reductie. De motor kan vervolgens nauwkeurig worden aangestuurd, zonder afwijkingen door de hefboomwerking. Bij de selectie van de tandwielkasten hebben we veel aandacht besteed aan het rendement. Hoe beter het rendement, des te preciezer kan het koppel bij de uitgang van de tandwielkast worden bepaald op basis van de motorspanning. Dit is een belangrijk kenmerk, vooral voor schroevende toepassingen waar kwetsbare kunststof componenten met een vast koppel moeten worden geschroefd." 

Technologie met één kabel voor foutvrije aansturing 

Alle modules voor het kantelen en draaien worden aangesloten en aangestuurd met een gestandaardiseerde bayonetconnector, éénkabeltechnologie en een motion controller. In automatiseringssystemen bevindt de schakelkast zich echter vaak op grotere afstand van de eigenlijke aandrijving. "Tussen de motor en de controller in de aparte schakelkast kan dan zomaar 10, 20 of nog meer meter zitten," weet Jung. Daarom werkt het systeem met een speciale, meervoudig afgeschermde kabel die de motorvoeding en het positiesensorsignaal tussen motor en controller over een afstand tot 30 m storingsvrij overbrengt. De kabel wordt met een trekontlasting bevestigd, kan met een stekker worden aangesloten en is bovendien ontworpen voor gebruik met kabelketens, dus voor mobiel gebruik. Dankzij de kant-en-klaar samengestelde kabelsets vereenvoudigt de technologie met één kabel ook de installatie. 

Bij de motorcontrollers kan de gebruiker kiezen, want de gebruikte motoren zijn compatibel met diverse controllers. "We bieden ook motion controllers van FAULHABER", vertelt Jung. De twee bedrijven werken al jaren samen. In de bovengenoemde QuickLab lineaire assen werkt JA² bijvoorbeeld met de lineaire DC-aandrijvingen LM2070 en LM1247. Deze zijn niet ontwikkeld als klassieke ‘oppervlakterotoren’ met sledes en geleiderails. In plaats daarvan wordt de drijfstang binnen een 3-fasige zelfdragende spoel geleid. "Dit ontwerp levert een uitzonderlijk goede verhouding tussen lineaire kracht en stroom op, en een hoge dynamiek. Bovendien zijn er geen restkoppels, waardoor de lineaire motoren ideaal zijn voor gebruik in het modulaire QuickLab-systeem", sluit Jung af.