Präzisionssensoren für Motorfeedback

Interviewartikel: Sicherheit, Präzision und hohe Integrationsdichte durch magnetische Sensoren für Motorfeedback-Systeme

Im Gespräch erklärt Andreas Wiessler, Bereichsleiter MagLine bei SIKO, was das Besondere an den Motorfeedback-Applikationen ist und inwiefern sie für die Robotik und insbesondere für Direktantriebe von Bedeutung sind.

Was sind die Vorteile magnetischer Motorfeedback-Systeme?

A: In erster Linie sind das die kompakten Bauformen, die wir anbieten. Für rotatorische Anwendungen, zum Beispiel für Torquemotoren (Direktantriebe), kann man schon relativ kleine Wellendurchmesser, meist auch durchgehende Hohlwellen, mit Größen ab ca. 35 Millimeter mit der Technik ausrüsten. Nach oben sind im Prinzip keine Grenzen gesetzt. Mit unserer Technologie sind wir in der Lage, wirklich sehr kompakt bauende lagerlose Systeme zu realisieren. So können wir die Encoder-Technik im Prinzip auch direkt in sehr schlanke Roboterarme integrieren. Allgemein sind magnetische Positionssensoren gegen äußere Einflüsse wie Verschmutzung oder auch Vibration und Schock sehr resistent. So eröffnen sich dem Anwender viele Einsatzmöglichkeiten für beispielsweise Anlagen und Systeme im Außenbereich oder auch in Bearbeitungsmaschinen mit relativ hohem Verschmutzungsgrad. Die Messgenauigkeit ist im Vergleich zu optischen Systemen physikalisch bedingt etwas niedriger, Auflösung und Wiederholgenauigkeit erfüllen aber zwischenzeitlich nahezu alle Anforderungen für einen hochdynamischen Betrieb der Systeme. Für viele Anwendungen überwiegen ohnehin die technischen und kommerziellen Vorteile von magnetischen Motorfeedback-Systemen.

Welche Anwendungen wären das beispielsweise im Bereich Robotik?

 A: Im weitläufigsten Sinne ist das Handling-Technologie. Roboterarme wären da ein Einsatzbereich, in dem dann mehrere Achsen gleichzeitig bewegt werden können. Man hat aber auch viele Anwendungsbereiche in der Handling-Automation, wo rotative und lineare Bewegungen zusammenspielen, beispielsweise Pick & Place, die gesamte PCB-Halbleiterverarbeitung oder in Montageanlagen, zum Beispiel für moderne Smartphones, die dort vollautomatisch gefertigt werden. Das sind in der Regel rotativ drehbare Achsen. Dort werden unter anderem Torque-Motoren eingesetzt, kleine kompakte Einheiten, die sich direkt angetrieben um 360 Grad drehen, meistens in Kombination mit Linearsystemen, das sind dann direktangetriebene Linearachsen.

Worauf kommt es bei diesen Anwendungen an?

A: Was der Anwender in diesen Bereichen braucht ist eine hohe Dynamik und Reproduzierbarkeit. Wir reden hier von Wiederholgenauigkeit, und das ist besonders dann wichtig, als da Teile beispielsweise immer schnell, präzise und genau am selben Fleck abgeholt oder platziert werden müssen, wenn man eine PCB-Platine bestückt oder beispielsweise auch bei Nutzentrennern, mit denen viele kleine Leiterplatten aus einer großen herausgeschnitten werden. Das sind Anwendungen, die ein hohes Maß an Präzision und Wiederholgenauigkeit erfordern. Häufig sind aber gerade diese Anwendungen auch jene, bei denen Schmutz entsteht, zum Beispiel durch Kunststoffspäne und -staub. Unsere Systeme haben den Vorteil, dass sie durch solche äußeren Einflüsse nicht gestört werden, stets unter Beibehaltung der Spezifikationen. Wir haben also keine Einbußen hinsichtlich unserer Anforderungen beziehungsweise der Spezifikationen, die wir bieten.

Vor welchen Herausforderungen stehen Sie bei der Weiterentwicklung der Systeme?

A: Wir müssen mit unserer Technologie immer kompakter werden, da auch die Anwendungen immer kompakter werden. Ein anderer Faktor ist die Realisierungszeit, mit der wir unsere Systeme auf den Kundenbedarf abstimmen müssen. Das heißt nicht, dass es in vier Wochen fertig sein muss, aber Zeiträume von wenigen Monaten sind schon gängig, um ein Projekt von der Idee bis zur fertigen Lösung umzusetzen. Da ist für uns wichtig, dass wir auf Technologien zurückgreifen können, die wir selbst in der Hand haben, das heißt sowohl die Maßstabstechnik als auch die Elektronik. Wir versuchen aber auch durch kurze Entwicklungszeiten den Kunden relativ schnell ein funktionierendes System anbieten zu können – die Standards aus dem Katalog sind natürlich auch kurzfristig lieferbar. Inzwischen ist aber ein schnell wachsender Anteil unserer Aufträge und Lösungen kundenspezifisch. Im einfachsten Fall muss dann das System nur auf die Konstruktion des Kunden angepasst werden.

Welche Rolle spielen die Themen Präzision und Sicherheit?

A: Grundsätzlich ist die Sicherheit natürlich immer ein wichtiger Faktor, der auch bei der Entwicklung unserer Produkte eine große Rolle spielt. Wir haben den ersten absolut messenden Magnetsensor in offener Bauweise entwickelt, der nach SIL2 zertifiziert ist, den Magnetsensor MSA111C. Wenn eine solche Komponente einer Maschine für sich genommen bereits sicherheitszertifiziert ist, dann erleichtert das die Sicherheitsbetrachtung für das Gesamtsystem erheblich. Wir werden diese Reihe noch erweitern. Dass wir eine derart hohe Integrationsdichte bieten können, ist ein enormer Vorteil. Es gibt immer häufiger spezifische Anforderungen der Kunden, die sich nicht mit den Standards auf dem Markt umsetzen lassen. Deshalb kommt man selten komplett darum herum, Designs oder Entwicklungen entsprechend anzupassen. Das ist unser Vorteil, den wir in die Waagschale schmeißen können: Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung haben wir im Prinzip einen komplett eigenen Maschinenpark, mit dem wir sowohl Maßstäbe als auch Encoder-Techniken selbst entwickeln können. Da sind wir nicht so sehr auf externe Partner angewiesen und haben ein großes Potential, aus dem wir schöpfen können.