Basiswissen Positioniersysteme

In der industriellen Produktion werden die Losgrößen immer kleiner, bis hin zur Stückzahl 1. Für jeden Produktwechsel müssen die Maschinen umgestellt werden. Dabei kann es sich um Rüstvorgänge handeln, bei denen die Betriebsmittel – zum Beispiel Werkzeuge – gewechselt werden. Oder es wird ein neues Maß in der Maschine eingestellt, meist indem Achsen oder Spindeln auf neue Zielwerte positioniert werden. Positioniersysteme helfen, um bei jedem Produktwechsel die Einstellungen exakt vorzunehmen.

In einer Maschine muss eine aktuelle Position, zum Beispiel die einer Gewindespindel, mit einem geeigneten Messsystem in einer definierten Genauigkeit gemessen werden können. In jeder Positionsanzeige befindet sich deshalb als Kernelement ein Messsystem. Es verfügt über eine hohe Genauigkeit, typischerweise mit einer Toleranz von ca. ±0,5 Grad. Außerdem bietet eine Positionsanzeige kontrollierbare, digitale Anzeigewerte. Dabei sind unterschiedliche Anzeigewerte möglich, je nach entsprechender Spindelsteigung. In der Regel wird die Drehbewegung der Spindel in eine Linearbewegung umgesetzt, die einen Schlitten einstellt.

Robust und preiswert: Diese Punkte sprechen in erster Linie für mechanische Positionsanzeigen. Dafür steht eine Vielzahl von Übersetzungen zur Verfügung, um spezifische Anwendungen  abbilden zu können. Entscheidend für eine problemlose und kosteneffiziente Nachrüstbarkeit der Positionsanzeigen ist die Montage über eine Hohlwelle.

Die Besonderheit der mechanischen Positionsanzeigen ist, dass sie sich jeweils ausschließlich für eine bestimmte Applikation, das heißt für eine Anwendung mit einer bestimmten Spindelsteigung eignen. Deshalb verfügt eine Maschine häufig über viele verschiedene Anzeigenvarianten.

Elektronische Positionsanzeigen unterscheiden sich von den mechanischen auf den ersten Blick durch ein LCD-Display. Sie bieten jedoch entscheidende Vorteile. Der wichtigste: Elektronische Positionsanzeigen lassen sich frei programmieren. Damit kann man ein Modell für verschiedene Applikationen nutzen. Es ist möglich, zahlreiche Parameter über die Positionsanzeiger zu konfigurieren: Spindelsteigung, Kommastellen, Drehrichtung, Einbaulage oder Nutzung im Winkelmodus.

Durch die flexiblen programmierbaren Anzeigewerte sind elektronische Positionsanzeigen besonders gut einsetzbar bei nicht-metrischen Spindeln, also zum Beispiel Inch-Spindeln aus dem amerikanischen Raum. Gleiches gilt bei übersetzten Getrieben, also Verstellungen, die nicht auf ganzzahlige Spindelsteigungen zurückzuführen sind. Allgemein ist im Sondermaschinenbau eine freie Programmierbarkeit hilfreich. Ein weiterer Punkt ist die zuverlässige Messwerterfassung der elektronischen Positionsanzeigen dank der magnetischen oder kapazitiven Messmethode.

Der nächste Schritt ist die vollständige Automatisierung der Positionierungen über kompakte Positionierantriebe. Dabei geht es ausschließlich um Spindelverstellungen, da der Stellantrieb ein rein rotatives System ist. Die grundlegende Idee eines Spindelantriebs ist die hochintegrierte Bauweise, durch die „alle“ Komponenten im Gerät vorhanden sind: der bürstenlose Gleichstrommotor, ein spielarmes Getriebe sowie Positionsgeber und Leistungs- und Steuerungselektronik. So kann der Positionierantrieb, oder auch Stellantrieb genannt, direkt mit der Steuerung verbunden werden. Auch der Positionierantrieb ist durch die integrierte Hohlwelle einfach an die vorhandene Spindel zu adaptieren.

Eine Besonderheit dieser Antriebe ist die kompakte Bauweise, weil in den Maschinenaggregaten der Platz oft sehr begrenzt ist. Durch Standard-Schnittstellen ist eine direkte Kommunikation mit der übergeordneten Maschinensteuerung  (SPS) möglich. Diese fungiert als Leitstelle, die dem Antrieb die Soll-Werte und auch den Startbefehl vorgibt. Die Regelung der vollautomatisierten Positionierung erfolgt jedoch innerhalb des Antriebs. Die Prozessdaten, also Position, Geschwindigkeit, Drehrichtung werden dann kontinuierlich bereitgestellt und können auch von der Steuerung ausgelesen werden. 

In älteren Maschinen ist teilweise keine Maschinensteuerung vorhanden, oder sie verfügen nur über eine Steuerung mit veralteten Schnittstellen. Bei einer Optimierung der Anlage suchen Betreiber meist nach einer Steuerung, die eine einfache elektrische Installation und Inbetriebnahme verspricht und nur geringe Programmierkenntnisse erfordert. Für diese Fälle bietet SIKO die HMI-Steuerung IPS1010 (Intelligent Positioning System) an. Dabei ist im Plug-and-Play-System alles vorprogrammiert. Eine kostenintensive Umrüstung auf eine SPS entfällt, die IPS1010 bietet eine betriebsbereite Bedienoberfläche. Über ein voraufgesetztes Programm können alle SIKO-Geräte im Bereich intelligenter Formatverstellung, also Positionsanzeigen und / oder Positionierantriebe, über das Display parametriert werden. Der Verbund dieser Nachrüstgeräte stellt ein Retrofit System dar.

Im laufenden Betrieb lässt sich damit eine Vielzahl von Rezepten für verschiedene Produkte vorgeben. Automatisch werden dann Soll-Werte an alle Achsen oder Linearverstellpositionen gesendet, die vom Positionierantrieb automatisch angefahren oder eben mit einer elektronischen Positionsanzeige manuell verstellt und überwacht werden können. Der Automatisierungsgrad der Maschine ist dabei individuell zu bestimmen. Die vorprogrammierte Bedienoberfläche lässt dennoch Raum für die Einrichtung und Programmierung individueller Einstellungen.