Laserschneidmaschine so einfach wie ein Bürodrucker

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Neuer Linearantrieb soll wirtschaftlich und leistungsfähig sein

Mit diesem Ziel vor Augen haben die Entwickler die Getriebelösungen genau unter die Lupe genommen. Präzise geschliffene Kugelumlaufspindeln mit 2,5 m Verfahrweg sind teuer, und das Ein-Achsen-/ Ein-Spindel-Design mit seiner überhängenden Last erfordert für angemessene Unterstützung steife und teure Kugellinearführungen. Um gute dynamische Kennwerte und hohe Rotationsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, müssen die Kugelumlaufspindeln darüber hinaus einen großen Durchmesser haben. Dadurch werden Servomotoren und Servoantriebe insgesamt größer. In Anbetracht der Tatsache, dass heute Maschinen mit noch größeren Verfahrwegen zur Verarbeitung von noch größeren Blechtafeln hergestellt werden müssen, haben sich Proteck und Kollmorgen Europe mit folgenden wichtigen Fragen auseinandergesetzt:

• Wie lässt sich eine Wiederholgenauigkeit von ±10 µm und die erforderliche maximale Lineargeschwindigkeit von 110 m/min gewährleisten?

• Wie lässt sich die Anschlussleistung verringern und die Effizienz steigern?

• Wie lassen sich die Kosten für Antriebskomponenten weiter verringern?

Die Antwort auf diese Fragen war die Einführung eines neuen Ritzel-Zahnstangenantriebs für die untere, lange Antriebsachse der Maschine in einem neuen 3-Achs-Portal-Laserbearbeitungszentrum, das über zwei synchronisierte untere X-Achsen, eine Y-Achse in Gantry-Ausführung und eine vertikale Z-Achse verfügt.

Ritzel-Zahnstangensystem mit Direktantrieb und Vorspannung

Für den synchronisierten Doppelantrieb der X-Achse mit großem Verfahrweg waren im ursprünglichen Konzept Linearmotoren vorgesehen. Aber für das Marktsegment, das Proteck mit diesen Maschinen bedienen möchte, wären die Kosten zu hoch gewesen. Deshalb wurde das kosteneffizientes Ritzel-Zahnstangen-System so konstruiert, dass bei Umkehrspiel und Wiederholgenauigkeit gute Werte erzielt werden können. In einem speziellen Vorspannmechanismus sind die Antriebsritzel auf einem exzentrischen Führungsring montiert. Die Getriebezahngeometrie gewährleistet vollen Stirnseitenkontakt und In-situ-Einstellung. Spiel und Hysterese wurden minimiert.

Diese Lösung war leistungsfähiger als das bisherige Ritzel-Zahnstangen-System. Beim Einsatz in einem Standardmotor mit Planetengetriebe zur Erzeugung des erforderlichen Drehmoments zeigte sich jedoch, dass das Umkehrspiel des Getriebes zwar klein, aber nicht klein genug war. Dieses Problem konnte behoben werden, indem das Ritzel-Zahnstangensystem in einen Direktmotor der KBM-Serie von Kollmorgen integriert wurde.

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