Modulair mechatronisch systeem QuickLab

In reactie op vragen vanuit de farmaceutische industrie, de analysebranche en de medische technologie naar kleine, maar functionele automatiserings oplossingen, ontwikkelden de ingenieurs van het Duitse Jung Antriebstechnik u. Automation GmbH (JA²) een nieuw modulair mechatronisch systeem: QuickLab. Met de kleine QM02 lineaire motor modules voor slaglengtes tot 160 mm en de QA02 lineaire motorassen voor slaglengtes tot 220 mm kunnen toepassingen met korte slaglengtes worden gerealiseerd met een hoge dynamiek en nauwkeurigheid, bijv. in laboratorium- en analysetechnologie of in testsystemen. Door de mechanische constructie en de precisiegeleiderails in combinatie met twee kogellagersledes zijn de modules en assen zeer stijf en bieden ze een hoge herhaalnauwkeurigheid tijdens het positioneren van ±50 μm, ondanks hun lichte constructie en lage bewegende massa. Afhankelijk van de last zijn snelheden tot 3 m/s en versnellingen tot 50 m/s² mogelijk. De assen en modules kunnen afzonderlijk met elkaar worden gecombineerd. Op die manier kunnen pick-and-place- toepassingen worden gerealiseerd, en ook automatische oplossingen voor het scheiden, groeperen, testen of plateren van monsters of andere gevoelige producten.
Met een breedte van 22 mm voorziet QuickLab perfect in de behoefte aan geminiaturiseerde enkel- en meerassige handlingsystemen. Bovendien worden de nodige aanvullende voorzieningen aangeboden, zoals gewichts compensatie, magnetische handremmen, externe positiesensoren en adapterplaten.

"De lineaire motoren vormen het 'hart' van ons modulaire automatiseringssysteem. De eisen die eraan worden gesteld zijn zeer hoog," verklaart Wilhelm Jung, Managing Director bij JA². "De motoren moeten zeer dynamisch werken, nauwkeurig regelbaar zijn en geschikte afmetingen hebben. De lineaire motoren van FAULHABER overtuigden door hun innovatieve werkingsprincipe, dat afwijkt van 'klassieke' oplossingen.
Lineaire motoren kunnen op verschillende manieren worden gebouwd, omdat alle principes van 'roterende' elektromotoren in het algemeen in lineaire motoren kunnen worden geïmplementeerd door de ronde luchts pleet op een rechte lijn af te stemmen. Daartoe worden de oorspronkelijk cirkelvormig gerangschikte elektrische wikkelingen afgewikkeld op een vlak pad. Het magnetische veld trekt vervolgens de rotor over het pad. Maar er zijn nog andere mogelijkheden. De LM2070 DC lineaire aandrijvingen zijn niet gebouwd als " oppervlakterotoren" met slede en geleiderail. In plaats daarvan wordt de bewegende magneet staaf (de zogenaamde “rod”) binnen een 3-fasige zelfdragende spoel geleid. "Dit ontwerp levert een uitzonderlijk goede verhouding tussen lineaire kracht en stroom op, en een hoge dynamiek. Bovendien zijn er geen restkoppels, waardoor de lineaire motoren ideaal zijn voor gebruik in ons modulaire QuickLab-systeem."

De LM2070 lineaire motoren zijn verkrijgbaar met slaglengtes van 40 tot 220 mm. Ondanks de compacte statorafmetingen van 20 x 20 x 70 mm (B x H x L) scoort de kleine lineaire DC-servomotor indrukwekkende cijfers als het gaat om de mechanische prestaties.

De continue kracht is 9,2 N, en er is tot 28 N piekkracht beschikbaar. Het robuuste glijlager van de forcer-stang rod kan de hoge snelheden tot 3 m/s gemakkelijk aan. Tegelijkertijd laat deze miniatuur-krachtpatser zich zeer nauwkeurig bedienen. De geïntegreerde Hall-sensoren zorgen al voor een absolute positioneernauwkeurigheid van ±0,1 mm, en een herhaalnauwkeurigheid van ±50 μm. Met een optionele externe sensor kunnen deze cijfers worden verbeterd tot ±0,01 mm en ±1 μm, respectievelijk. Bovendien is de werking praktisch onderhoudsvrij, aangezien de motor geen bewegende slijtageonderdelen heeft. Een belangrijk ander voordeel is dat de lineaire aandrijving bijna geluidloos beweegt. "Dit is vooral belangrijk als er mensen werken in de ruimtes waar de handlingsystemen actief zijn, zoals vaak het geval is in laboratoria," voegt Wilhelm Jung toe.

Een essentieel punt voor handlingsystemen is de verbindingstechniek. De lineaire motoren worden normaliter geleverd met een max. 30 cm lange kabelaansluiting. In automatiseringssystemen bevindt de schakelkast zich echter vaak op grotere afstand van de eigenlijke aandrijving. "Tussen de motor en de controller in de aparte schakelkast kan dan zomaar 10, 20 of nog meer meter zitten," zegt Wilhelm Jung. Daarom is er bij het modulaire QuickLab-systeem een speciale, meervoudig afgeschermde kabel die de motorvoeding en het positiesensorsignaal tussen motor en controller over een afstand tot 30 m storingsvrij overbrengt. Deze wordt met een kapje voor de trekontlasting rechtstreeks op de motor bevestigd, kan met een stekker worden aangesloten en is bovendien ontworpen voor gebruik met kabelgoten, dus voor mobiel gebruik. De technologie met één enkele kabel vereenvoudigt de installatie dankzij de prefabricage van beide uiteinden.
Het mechatronische maatwerk voor de automatisering van laboratoria heeft zich al in de praktijk bewezen. Wilhelm Jung bevestigt dit: "Veel fabrikanten en leveranciers van analysehulpmiddelen vertrouwen tegenwoordig op onze systemen. De vraag is momenteel enorm - ook vanuit andere gebieden zoals optica en testtechnologie." Altijd de drijvende kracht: de kleine, krachtige LM2070 lineaire aandrijvingen.