Maschinenelemente

Aktive Schwingungsisolierung mit mechatronischen Systemen

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

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Wesentliche Bestandteile sind eine hochdynamische Steuerung und leistungsfähige Luftfederisolatoren, die reaktionsschnell horizontale und vertikale Störkräfte kompensieren. So werden Bodenschwingungen von empfindlichen Maschinen ferngehalten und hervorgerufene Strukturanregungen innerhalb von Maschinen oder Anlagen durch Lastwechsel reduziert.

Isoliersystem umfasst mindestens drei geregelte Gruppen von Luftfedern

Es gibt Umgebungen, in denen hochempfindliche Maschinen und Anlagen absolut schwingungsfrei arbeiten müssen. Dazu zählen hochdynamische Mess- und Prüfmaschinen, hochauflösende Mikroskope, Laseranlagen und Präzisionsfertigungsmaschinen in der optischen Industrie, aber auch Prüf- und Produktionsmaschinen in der Halbleiterindustrie. Herkömmliche Verfahren zur Schwingungsisolierung reichen dazu häufig nicht aus. Für diese Maschinen eignet sich das Isoliersystem, das auf der Steuerungsseite eine SPS, einen CAN-Bus, einen 16-bit-Zustandsregler sowie leistungsfähige Proportional-Wegeventile umfasst. Die Aktorseite setzt sich aus Membranluftfedern (Bi-Air) und Horizontal-Luftfedern (HAB) zusammen (Bild 3).

Das Isoliersystem umfasst mindestens drei geregelte Gruppen von Luftfedern. In jedem Regler befinden sich ein Mikroprozessor, ein Wegmess-System mit einer Auflösung von 0,2 µm zur Positionserfassung, ein Drucksensor sowie ein hochgenauer Beschleunigungsmesser (Bild 4).

Pneumatisches Aktorprinzip deckt großen dynamischen Arbeitsbereich ab

Die Besonderheit des Systems liegt im pneumatischen Aktorprinzip, das einen sehr großen dynamischen Arbeitsbereich abdeckt – selbst bei sehr schweren Maschinen. Aufgrund extrem reaktionsschnell arbeitender Ventile sind Regelbandbreiten bis in den 300-Hz-Bereich hinein möglich. Das System reagiert in Echtzeit und damit so schnell, dass es auch einer Schwingungsisolierung mit aufwändiger Feed-forward-Signalregelung in nichts nachsteht.

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Störungsfreies Messen und Prüfenin rauer Fertigungsumgebung

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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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