Kleine lineaire motormodules en assen als modulair systeem

Door: Redactie - 14 maart 2022 |

Sinds het begin van de coronacrisis staan de farmaceutische industrie en de laboratoria onder nog grotere druk om een zo hoog mogelijk niveau van automatisering te realiseren. Wat daarvoor nodig is, zijn nieuwe analyse- en testapparaten, productielijnen en vul- en verpakkingssystemen, die efficiënter worden naarmate ze verder worden geautomatiseerd. Geminiaturiseerde lineaire motorassen en modules voor één- of meerassige toepassingen openen hier nieuwe mogelijkheden. Deze zijn ontworpen als modulair systeem en zijn geschikt voor een groot aantal functies in de laboratoriumautomatisering en de farmaceutische industrie. Ze gebruiken FAULHABER lineaire motoren.

Nieuw modulair systeem

In reactie op vragen vanuit de farmaceutische industrie, de analysebranche en de medische technologie naar kleine, maar functionele automatiseringsoplossingen, ontwikkelden de ingenieurs van Jung Antriebstechnik u. Automation GmbH JA² een nieuw modulair mechatronisch systeem: QuickLab. Met de kleine QM02 lineaire motormodules 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 herhaalbaarheid 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 gewichtscompensatie, magnetische handremmen, externe positiesensoren en adapterplaten.

Hoge dynamiek and precisie

“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 luchtspleet op een rechte lijn af te stemmen. Daartoe worden de oorspronkelijk cirkelvormig gerangschikte elektrische wikkelingen op een vlak pad overgebracht. 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 forcer-stang 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.”

Maximale performance modulair systeem in de kleinste afmetingen

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 kan de hoge snelheden tot 3 m/s gemakkelijk aan. Tegelijkertijd laat deze kleine geweldenaar zich zeer nauwkeurig bedienen.

Met de geïntegreerde Hall-sensoren bedraagt de absolute positioneernauwkeurigheid al +/- 0,1 mm, en de herhaalbaarheid +/- 50 µm. Met een optionele externe sensor kunnen deze cijfers worden verbeterd tot +/- 0,01 mm en een herhaalbaarheid van +/- 1 µm. Bovendien is de werking praktisch onderhoudsvrij, aangezien de motor geen bewegende slijtonderdelen heeft. Bovendien werkt de lineaire aandrijving bijna geluidloos. “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.

Aansluiting voor sleepkabels

Een belangrijk 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.

Meer informatie