Maschinenelemente

Aktive Schwingungsisolierung mit mechatronischen Systemen

22.02.2010 | Autor / Redakteur: Marco Bilz / Josef-Martin Kraus

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Bild 1: Isolierung von Bodenschwingungen bei einer Präzisionsmaschine. Das integrierte pneumatische Aktorprinzip im Maschinenunterbau ermöglicht eine Entkopplung bis hinab in den Niederfrequenzbereich. Bild: Bilz

Zur Schwingungsisolierung bei Präzisionsmaschinen sind elektronisch geregelte Systeme prädestiniert. Grund dafür ist der große Frequenzbereich, der sich mit diesen mechatronischen Systemen abdecken lässt, wie eine Entwicklung zeigt, die wie das ESP in Fahrzeugen ungewollten Bewegungen entgegenwirkt.

Zur Isolierung störender Schwingungen bei Präzisionsmaschinen drängen mechatronische Systeme auf den Markt. So hat Bilz Vibration Technology ein aktives Isoliersystem entwickelt, das erschütterungsempfindliche Maschinen und Anlagen von Bodenschwingungen entkoppelt (Bild 1): das Active Isolation System (AIS). Es isoliert hochdynamische Mess-, Prüf- und Produktionsmaschinen von mechanischen Störkräften.

Isoliersystem arbeitet in Echtzeit

Basis dafür sind elektronisch geregelte, pneumatische Funktionselemente, die für eine geregelte Kraftkompensation bis zu sechs Freiheitsgrade haben. Das System arbeitet in Echtzeit und steuert ungewollten Maschinenbewegungen entgegen. Kurze Taktzeiten und Abklingzeiten (settlingtimes) im Millisekundenbereich sind erzielbar – ohne aufwändige Implementierung von Feedforward-Signalen. Ergebnisse sind ein erhöhter Durchsatz, eine größere Zuverlässigkeit und eine sichere Wiederholbarkeit der Maschinenbewegungen.

Störungsfreies Arbeiten bis in den Ångströmbereich

Dieses elektronisch geregelte Isoliersystem ist quasi ein ESP für hochempfindliche Maschinen und Anlagen. Es isoliert bereits ein Elektronenmikroskop genauso von störenden Bodenschwingungen wie eine Waferinspektionsmaschine in der Halbleiterfertigung unter Reinraumbedingungen (Bild 2). Ähnlich wie das elektronische Stabilitätsprogramm ESP, das in Fahrzeugen ungewollten Bewegungen entgegenwirkt, sorgt das Isoliersystem dafür, dass Maschinen nicht ungewollt in Bewegung geraten.

Störungsfreies Messen und Prüfenin rauer Fertigungsumgebung

Störungsfreies Messen und Prüfenin rauer Fertigungsumgebung

Die Bilz Vibration Technology AG hat eine tragbare Tischplattform (Vitap) entwickelt, die darauf platzierte Geräte von außen einwirkenden, störenden Schwingungen entkoppelt. Auf der Plattform stehende, leichte und kleine Mess- oder Prüfgeräte liefern so sichere und zuverlässige Ergebnisse. Diese störempfindlichen Geräte können bis zu 150 kg Eigengewicht haben. Die Tischplattform besteht aus einem robusten Metallgehäuse, einer polierten Hartgesteinplatte und der Technik für die Schwingungsisolierung. Von außen unsichtbar, unter der Steinplatte, steckt der Clou dieser Entwicklung: Je nach Anforderung sorgen Gummiluftfedern mit Rückschlagventil oder Feindruckreglern sowie Membranluftfedern mit mechanischer oder automatischer Niveauregulierung oder Höheneinstellung für die sichere Isolierung der Platte und des darauf stehenden Geräts. Das ermöglicht, leichte Mess- und Prüfgeräte, zum Beispiel kleine Rauheits- und Rundmessgeräte, Härteprüfgeräte und analytische Waagen, möglichst nahe am Fertigungsprozess zu platzieren. Die Tischplattform stellt sicher, dass in industrieller Fertigungsumgebung die Produktqualität geprüft und sichergestellt werden kann. Gerade in rauer Umgebung wirken Schwingungs-Störkräfte und beeinflussen üblicherweise die Ergebnisse. Für gängige, große Dämpfungsmaßnahmen sind die kleinen Mess- und Prüfgeräte meist zu leicht.

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