Gemeinsam entstand eine Lösung, die eine ursprünglich manuell geprägte Laboranwendung in eine automatisierte, industrienahe Prüfzelle überführt – mit hoher Präzision, Dynamik und Laufruhe. Ziel war die akustische Vermessung kleinster Bauteile, etwa Mikrofone für Consumer-Elektronik unter störungsfreien Bedingungen ohne Fremdgeräusche oder Vibrationen.
Die Anforderungen an die neue Lösung waren dabei alles andere als einfach: Eine hochdynamische Bewegung musste mit hoher Positioniergenauigkeit kombiniert werden, bei gleichzeitig ruhigem Lauf ohne Vibrationen. Hinzu kamen die Integration in eine Siemens-basierte Steuerungsumgebung über Profinet, ein zuverlässiger Dauerbetrieb mit mehreren Tausend Zyklen pro Woche sowie die Herausforderung, mehrere Anlagen parallel und in unmittelbarer Nähe zueinander zu betreiben, ohne dass es zu gegenseitigen akustischen Beeinflussungen kommt.
Warum die Elektrozylinder überzeugt haben
Bereits in der Konzeptphase wurden unterschiedliche Antriebsprinzipien geprüft. Die Lösung von Hiwin setzte sich letztlich durch. Insbesondere das Zusammenspiel aus mechanischer Präzision, durchgängiger Systemarchitektur und einfacher Integration gab dafür den Ausschlag.
Im Zentrum der Anlage stehen zwei synchronisierte Hiwin-Elektrozylinder, die die schallisolierte Messkammer öffnen und schließen. Sie übernehmen damit eine zentrale Rolle im gesamten Prozess – denn jede Bewegung muss hochdynamisch, exakt und gleichzeitig absolut störungsfrei erfolgen.
Technologisch basieren die Elektrozylinder auf einem belastbaren und speziell entwickelten, gewirbelten Kugelgewindetrieb. Dieser sorgt für eine besonders gleichmäßige Kraftübertragung ohne Stick-Slip-Effekte und ermöglicht eine hohe Wiederholgenauigkeit auch im Dauerbetrieb. Gleichzeitig reduziert die Bauweise Eigenschwingungen und mechanische Unruhe. Das Ergebnis ist ein außergewöhnlich ruhiger Lauf – ein entscheidender Faktor für akustisch sensible Anwendungen, in denen selbst kleinste Vibrationen oder Nachschwingeffekte die Messergebnisse verfälschen könnten.
Hinzu kommen die hohe mechanische Steifigkeit und die Fähigkeit, auch große bewegte Massen zuverlässig und kontrolliert zu bewegen. Denn bei der Anwendung handelt es sich keineswegs um Leichtbaukomponenten: Die bewegten Komponenten der schallisolierten Messkammer sind massiv ausgeführt und bringen jeweils deutlich über 100kg auf die Waage. Entsprechend hohe Kräfte müssen von den eingesetzten Aktuatoren sicher aufgenommen und präzise bewegt werden. Umso beeindruckender ist es, dass die Elektrozylinder diese Leistung in einer kompakten Bauweise realisieren. Vielfältige Anschraub- und Zentriermöglichkeiten erleichtern darüber hinaus die Integration in das Gesamtsystem und bieten eine hohe Flexibilität im Maschinenlayout. „Die Laufruhe war eines der zentralen Kriterien – nicht nur während der Bewegung, sondern auch im Stillstand. Genau hier haben uns die Hiwin-Elektrozylinder überzeugt“, erzählt Thomas Rödig, Projektleiter bei MRK.
Ein weiterer entscheidender Vorteil lag im durchgängigen Systemansatz von Hiwin. Anstatt einzelne Komponenten unterschiedlicher Hersteller kombinieren zu müssen, kam ein vollständig abgestimmtes Antriebspaket zum Einsatz, bestehend aus Elektrozylinder, Servomotoren der EM1-Serie sowie ED1-Antriebsverstärkern.
Dieser Systemansatz bietet entscheidende Vorteile: Die Komponenten sind aufeinander abgestimmt, wodurch sich ein besonders stabiles und reproduzierbares Regelverhalten ergibt – auch im synchronisierten Achsverbund. Gleichzeitig entfällt ein Großteil des sonst üblichen Integrations- und Abstimmungsaufwands. Die Einbindung über Profinet in die vorhandene Siemens-Steuerung gelang nahtlos und ohne zusätzliche Schnittstellenproblematik.
Das Ergebnis ist ein stabiles Antriebssystem mit kurzen Inbetriebnahmezeiten und hoher Prozesssicherheit. „Gerade die Kombination aus Mechanik, Motor und Antriebssteuerung aus einer Hand hat uns viel Zeit gespart – und vor allem Sicherheit gegeben“, betont Rödig.
Reibungsloses Zusammenspiel im laufenden Betrieb
Im Betrieb zeigt sich die Leistungsfähigkeit der Anlage im Detail: Zwei Elektrozylinder öffnen synchron die schallisolierte Messkammer, woraufhin ein kollaborativer Roboter die Bestückung übernimmt. Unterstützt durch ein hochentwickeltes 3D-Optik-System erkennt er die exakte Position der winzigen Prüflinge, gleicht Abweichungen in Echtzeit aus und positioniert die Bauteile präzise im Messraum. Anschließend schließen die Elektrozylinder das Gehäuse wieder so leise, dass selbst empfindlichste akustische Messungen unbeeinflusst bleiben.
Der gesamte Prozess läuft vollautomatisch, stabil und reproduzierbar. Selbst bei mehreren parallel betriebenen Anlagen kommt es zu keiner gegenseitigen akustischen Beeinflussung, was die Skalierbarkeit der Lösung unterstreicht.
Partnerschaft als Erfolgsfaktor
Ein zentraler Erfolgsfaktor des Projekts war die enge und partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen MRK, Hiwin und Infineon. Bereits früh im Projektverlauf wurde ein gemeinsamer Machbarkeitstest direkt beim Endkunden durchgeführt – mit realer Hardware und unter tatsächlichen Einsatzbedingungen. „Der Vor-Ort-Test war entscheidend. Dadurch konnten wir potenzielle Herausforderungen früh erkennen und direkt lösen“, erzählt Michael Bachschneider, betreuender Hiwin-Außendienst für das Projekt.
