Bewegungsfreiheit in der Ebene

Es muss nicht immer eine Kombination aus Line­ar­achsen sein, mit der zweidimensionale Positionierungen ausgeführt werden. Elegant kann auch die Verwendung eines Planarantriebes sein.

Sie sind schnell, sie positionieren genau an frei wählbaren Punkten und sie haben eine hohe Lebensdauer. Planarantriebe wie die Baureihe PRM-P von A-Drive bestehen aus einer Statorplatte und einem oder mehreren Läufermodulen. Die Geräte bieten freie Bewegung in der Ebene und das Anfahren beliebiger Punkte mit hoher Wiederholgenauigkeit. Durch den Einsatz mehrerer Läufermodule lassen sich auch komplexe Systeme mit mehreren Achsen einfach konstruieren. Dabei ist es möglich, Koordinatensysteme mit sich überschneidenden Verfahrbahnen der Läufer zu kombinieren. Die Wiederholgenauigkeit und der verschleißfreie Betrieb sind vor allem auf die Luft-Magnet-Lagerung des PRM-P zurückzuführen.

Über eingebaute Druckluftdüsen in den Läufern wird ein stabiles Luftkissen erzeugt, während das Magnetfeld des Stators die Läufer hält. Diese Bauform erlaubt auch den Einbau in Schräglage oder über Kopf. Zu den Einsatzgebieten des Planarantriebes zählen anspruchsvolle Montageprozesse in der Mikroelektronik, Bestückungs- und Prüfaufgaben sowie Sondenüberwachung. Die flache Bauform und die geringe bewegte Masse sind auch in der Laser- und Messtechnik gefragt.

Aufbau der Planarantriebe

Der Stator besteht aus einer flachen Metallplatte mit Zahnstruktur. Der Läufer beinhaltet zwei orthogonale elektromagnetische Bauteile und eine verteilte Zahnstruktur an der Oberfläche mit einem genau definierten Phasenversatz von Pol zu Pol. Es gibt die Antriebe ohne Positionsrückmeldung und mit Hall-Sensoren. Bei letzteren beträgt eine Magnetperiode der Statorplatte 1 mm, bei den anderen 0,64 mm. Die maximale Verschiebung der Drehachse beträgt ±2 dieser Magnetperioden.
Anders als andere Planarantriebe mit zwei Wicklungen im Läufer verfügen die PRM-P von A-Drive über vier Wicklungen. Damit ist neben den Bewegungen in X- und Y-Richtung auch eine Drehung um die vertikale Achse möglich, wobei die Außenkanten des Läufers immer parallel zu denen der Statorplatte bleiben.

Die Steuerung des Planarantriebes verfügt für diese Drehbewegung über einen zusätzlichen vierten Regelkreis. Falls es aufgrund hoher Störkräfte zu einem Verstellen des Läufers kommt, dreht die Steuerung den Läufer selbständig wieder in die richtige Position. Die Verbindung zur SPS erfolgt über eine serielle Standardschnittstelle (RS-232) oder ein Takt-/Richtungssignal.

Die freie Bewegung der Läufer in der Ebene ergibt sich aus den Versorgungsanschlüssen an der Seite der Platte. Die Läufer selbst sind mit ­diesen über flexible Energie­führungssysteme verbunden. Sie ­erreichen dank des Verzichts auf mechanische Bindeglieder Geschwindigkeiten bis zu 1,7 m/s. Die Druckluftregelung befindet sich direkt vor Ort, was den Luftverlust minimiert. Die Läuferplatten sind je nach Ausführung unterschiedlich groß und quadratisch oder rechteckig geformt. Dabei reichen die Größen von 122 x 130 mm bis zu 380 x 360 mm. Diese größte Ausführung verfügt über Haltekräfte von 350 N in beiden Richtungen und ist mit 1.500 N belastbar. Die kleinsten Läufer wiegen weniger als 1 kg und verbrauchen ab 3 l/min Druckluft (3,2 bar).

Selbst bei einem Druckluftausfall ist gewährleistet, dass der Läufer sanft und ­nahezu geräuschlos auf der Statorplatte landet. Alle PRM-P arbeiten mit einem Nennstrom von 3 A, einer Auflösung von 1 µm und liefern damit unabhängig von ihrer Masse eine Wiederholgenauigkeit von 3 µm und eine absolute Genauigkeit von ±10 µm. Je nach Läufergröße entwickeln die Antriebe Momente zwischen 1,5 und 56,4  Nm. Damit stellt der Planarantrieb eine dynamische und verschleißarme Lösung für Positionieraufgaben in der Ebene dar.