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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2021

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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2021

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK AUS DER FORSCHUNG IN DIE INDUSTRIE PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Ein ultrakompaktes 6-Achs-Positioniersystem soll vom Status eines Prototyps für Forschungsprojekte in die industrielle Anwendung überführt werden. Als Baukastensystem wird es für das präzise Postionieren von schweren Baugruppen sorgen. Sich an den Grenzen des technisch Machbaren zu messen und das Unmögliche möglich machen – das ist sowohl die Kernkompetenz von Desy als auch von Steinmeyer Mechatronik. Die Welt des winzig Kleinen ist dabei ihr Zuhause, wenn auch auf ganz unterschiedliche Weise. Während die Forscher beim Desy (Forschungszentrum Deutsches Elektronen-Synchrotron) kleinste Elementarteilchen auf Rekordenergien bringen und so neue Fenster ins Universum öffnen, ermöglichen die Lösungen des Positionierspezialisten Steinmeyer Mechatronik eine hochgenaue Positionierung im Submikrometerbereich und erweitern dadurch den Horizont industrieller Anwendungen. Bereits seit mehr als zehn Jahren arbeiten die beiden Technologieführer zusammen. Das neuestes Projekt: ein 6-Achs-Positioniersystem für präzises Positionieren von schweren Baugruppen in ultrakompakter Bauform namens Easy A3. PATENTIERTE SERIE IN MODULARER BAUWEISE Bei der Easy-Familie (Easy Alignment System) handelt es sich um eine patentierte Baureihe von Positioniersystemen. Die modulare Bauweise ermöglicht manuelle oder motorische Präzisionspositionierung mit bis zu sechs Achsen. Die Manipulatoren sind dank ihrer ausgeklügelten Konstruktion sehr präzise, hochbelastbar, extrem steif und gleichzeitig äußerst kompakt gebaut. Sie erlauben eine weitgehend entkoppelte Ansteuerung aller sechs Freiheitsgrade und ermöglichen die Definition eines virtuellen Pivot-Punktes. Von Autor: Tobias Zilian, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg Vorteil ist zudem das neuartige Baukastenprinzip, so lassen sich individuelle Lösungen innerhalb kürzester Zeit realisieren. Das Basismodell, ausgerüstet mit einem manuellen Verstellmechanismus, lässt sich mit wenigen Handgriffen auch später noch auf ein motorisches Positionieren umrüsten. Entwickelt wurde das innovative Konzept von Desy für Positionieraufgaben in Beschleunigeranlagen, doch diese neuartige Technik lässt sich auch für industrielle Anwendungen nutzen. Nach erfolgreichem Aufbau und Tests bei Desy wollen das Forschungszentrum und die Firma Steinmeyer Mechatronik das innovative Positioniersystem gemeinsam in die Industrie überführen und die Serienentwicklung vorantreiben. HOCHPRÄZISE SCHWERLASTPOSITIONIERUNG Für industrielle Anwendungen ist vor allem der Easy A3 aus der großen Easy-Familie interessant. Bei einer Größe von nur 350 × 500 mm positioniert das System Lasten bis zu 2 t mit einer Genauigkeit im Bereich von Mikrometern. Der Schlüssel zu dieser unglaublich hohen Tragfähigkeit und Präzision liegt in der einzigartigen Bauweise. „Insbesondere die minimalistische Herangehensweise, der Verzicht auf rollende Elemente sowie die intelligente Kombination aus orthogonalem Aufbau für die Translationen und einem Tripod für die Rotationen machen den Unterschied“, erklärt Roland Platzer aus dem Bereich Zentrale Konstruktion bei Desy. Durch eine ultrakompakte Stapel-Architektur bestehend aus wenigen einfachen, dafür aber sehr steifen Stell-, Lager- und Strukturelementen wird eine extreme Gesamtsteifigkeit des Systems erreicht. BREITES ANWENDUNGSSPEKTRUM Angesichts der hohen Präzision, Tragfähigkeit und Kosteneffizienz des Easy A3 sowie des steigenden Bedarfs an kompakten Positioniersystemen ist das industrielle Einsatzpotenzial enorm. Das mögliche Anwendungsspektrum reicht dabei vom wissenschaftlichen Gerätebau über die Medizintechnik, die Halbleiterbranche und den Maschinenbau bis hin zur Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrtanwendungen. „Überall, wo sehr schwere Komponenten oder Bauteile hochgenau zueinander ausgerichtet werden, ist der Easy A3 eine ideale Wahl“, bringt es Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik, auf den Punkt. 24 DER KONSTRUKTEUR 2021/01-02 www.derkonstrukteur.de

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK Dabei ist das sechsachsige Positioniersystem gegenüber klassischen Technologien für die hochpräzise Schwerlastpositionierung wie Lenkergestell, gestapelten Linearachsen und Hexapoden sowohl hinsichtlich Leistungsfähigkeit als auch Wirtschaftlichkeit klar im Vorteil. Anwender profitieren außerdem vom modularen Konzept der Baureihe. „Bis dato sind kommerzielle universelle Positioniersysteme eigentlich kaum verfügbar“, so Roland Platzer und ergänzt: „Mit der Easy-Familie steht ein Baukastensystem für nahezu alle Anforderungen und Anwendungen zur Verfügung. Die Entwicklung von singulären Lösungen, die in der Regel mit einem hohen technischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand verbunden ist, könnten damit der Vergangenheit angehören.“ EFFIZIENZSTEIGERUNGEN IN FERTIGUNG UND MONTAGE ENTWICKELT WURDE DAS KONZEPT FÜR POSITIONIERAUFGABEN IN BESCHLEUNIGERN, DOCH LÄSST ES SICH AUCH FÜR INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN NUTZEN Zu den Hauptanwendungsgebieten gehört sicherlich die Positionierung von Messgeräten in Beschleunigern, dafür wurden der 6-Achs-Positionierer schließlich entwickelt. So verfährt und positioniert beispielsweise ein Mitglied der Easy-Baureihe – der Easy P1 – bei Desy hochauflösende Cavity-Strahllage-Monitore (Nachweisgeräte zur Strahllage-Beobachtung) eines neuartigen Plasmabeschleunigers. Ein wichtiges Aufgabenfeld des Easy A3 ist folglich das Ausrichten und Nachjustieren von tonnenschweren Monochromatoren, Magnetstrukturen, Teleskopspiegeln und Messsensoren zum Ausgleichen von thermischer Drift, Bodensetzungen und dergleichen. Äußerst interessante Möglichkeiten eröffnen sich zudem in der Medizintechnik. Dabei ist der Einsatz in Beschleunigeranlagen längst nicht auf die Forschung beschränkt. So nutzen beispielsweise Halbleiterhersteller Ringbeschleuniger zunehmend zur Qualitäts- und Materialprüfung. Auch die Subsysteme in Halbleiterbelichtern oder komplette Maschinen lassen sich mit dem Easy A3 präzise einrichten. Insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, in der vollautomatisierte Prozesse und höchste Genauigkeitsanforderungen die Produktion be- stimmen, könnten so enorme Effizienzsteigerungen in Fertigung und Montage erreicht werden. Doch nicht nur dort: Egal ob Schweißen schwerer Bauteile, Verbinden großer Flugzeugkomponenten oder Ausrichten mehrerer Maschinen in Fertigungsstraßen untereinander: Der Easy A3 nimmt es mit den größten Lasten auf, positioniert hochpräzise und kommt mit wenig Bauraum aus. MIKROMETER-ARCHITEKTEN Jetzt heißt es: raus aus der Forschung, rein in die Industrie. Dafür hat sich Desy mit Steinmeyer Mechatronik einen starken, erfahrenen Partner an die Seite geholt. Seit mehr als 150 Jahren ist das Dresdner Unternehmen für seine Qualität und Präzision bekannt. Zur Kernkompetenz gehört dabei neben der Fertigung von Standardprodukten vor allem die Realisierung individueller Sonderprojekte – oder wie Elger Matthes es ausdrückt: „Unser Geschäft ist es, verrückte Ideen in industrielle Technik umsetzen.“ Der Erfolg spricht für sich. Längst gehört Steinmeyer Mechatronik zu den weltweit führenden Herstellern von hochgenauen Positionierlösungen für optische und feinmechanische Systeme. Spezifische Kundenanforderungen werden schnell und unkompliziert realisiert: egal ob einzelnes Funktionsmuster, Projekte mit Stückzahlen von einigen Dutzend oder Serien mit mehreren tausend Exemplaren im Jahr. Bilder: DESY www.steinmeyer-mechatronik.de www.innovation.desy.de/ 02 01 01 Die Positioniersysteme ermöglichen mit ihrer modularen Bauweise manuelle oder motorische Präzisionspositionierung mit bis zu sechs Achsen 02 Dank der besonderen Konstruktion des Systems ist eine Positionierung von Lasten bis zu 2 t mit einer Wiederholgenauigkeit im Mikrometerbereich möglich DER KONSTRUKTEUR 2021/01-02 25