Motoren für die Meeresforschung

Steckbrief

• Was wurde benötigt: Robotergelenk der robolink Serie, iglidur PRT Rundtischlager, drylin E Schrittmotor, dryve D1 Steuerung
• Anforderungen: Umgebungsbedingungen sind eine salzhaltige Atmosphäre, hohe Luftfeuchtigkeit, schwankende Temperaturen und Vibrationen. Alle Bautieile mussten sehr kompakt sein, um in einem Schiffscontainer Platz zu finden. Es sollte außerdem eine kostenoptimierte Lösung gefunden werden.
• Branche: Forschung
• Erfolg für den Kunden: Die Motoren liefern die Schutzart IP68 liefern und eignen sich damit perfekt für den Einsatz in dieser speziellen CT-Anlage. Ein weiterer Vorteil der Steuerung: Sie spart den Inbetriebnehmern Zeit. Und mit einer kostengünstigen dryve D1-Steuerung lässt sich der Motor leicht programmieren. diondo ist so zufrieden mit der Lösung, dass die Kooperation auch in Zukunft fortgesetzt wird.

Mit der CT-Anlage von diondo sollen auf einer chinesischen Bohrplattform Bohrkerne aus dem Meeresboden analysiert werden. Bei den Antriebskomponenten vertrauten die Entwickler auf igus Schrittmotoren, Getriebe und Steuerungen.

Problem

Computertomografen (CT) für ungewöhnliche Anwendungen bauen: Auf diese Aufgabe spezialisiert sich das Unternehmen diondo aus Hattingen seit 25 Jahren. Jede Kundenanfrage stellt dabei eine neue Herausforderung dar. Wie auch ein Auftrag von chinesischen Forschern, eine neue CT-Anlage zu entwickeln. Auf einer Bohrplattform sollen damit Bohrkerne aus dem Meeresboden analysiert werden.
Alles andere als ein Routinejob, denn die Anforderungen waren speziell. Die Anlage sollte salzhaltiger Atmosphäre, hoher Luftfeuchtigkeit, schwankenden Temperaturen und Vibrationen standhalten. Sie sollte zudem kompakt genug sein, um inklusive ihrer Peripherie in einem Schiffscontainer Platz zu finden. Nicht zuletzt galt es, wegen des knappen Forschungsbudgets eine besonders kostenoptimierte Lösung zu finden.
Mit einem langen Anforderungskatalog im Gepäck machte sich Maas auf die Suche nach Komponenten für die CT-Anlage. Üblicherweise bewegt sich in industriellen CT-Systemen die Probe, eingespannt in einen Manipulator, über bis zu sieben Achsen zwischen einem bildgebenden System aus Röntgenquelle und Detektor. Dieser Aufbau war allerdings wegen der Instabilität der Probe unmöglich.
Stattdessen sah die neue Lösung daher eine Konstruktion vor, die einem CT aus der Medizintechnik ähnelt. Dabei drehen sich Röntgenquelle und Röntgendetektor um den Bohrkern. Röntgenquelle und Detektor machen während der Untersuchung eine 270-Grad-Drehbewegung um den Bohrkern. Pro Umdrehung finden bis zu 7.300 Messungen statt. Dabei durchdringen bei jeder Messung Röntgenstrahlen den Bohrkern und werden je nach Dichte des Materials unterschiedlich stark abgeschwächt. Aus diesen Schwächungsbildern erzeugt ein Algorithmus anschließend die 3D-Schnittbilder. In diesen Tomogrammen erscheinen Materialbereiche mit hoher Dichte hell, Bereiche niedriger Dichte hingegen dunkel. Die Auflösung beträgt 1.920 mal 1.536 Pixel bei einer Pixelgröße von 128 Mikrometern. Forscher erkennen auf diesen 3D-Darstellungen selbst feinste Strukturen im Sedimentgestein.

Lösung

Um die Rotationsbewegung zu ermöglichen, installierten die Konstrukteure ein Robotergelenk der Serie robolink. In das Kunststoffgehäuse sind ein Schneckengetriebe und das Rundtischlager iglidur PRT integriert – ein Polymergleitlager, das ohne Schmiermittel auskommt und anders als Metalllager wartungsfrei ist. Zudem benötigt das Lager dank des flachen Aufbaus nur einen geringen Bauraum, ist beständig gegen Schmutz, Staub und Feuchtigkeit. Den Antrieb übernimmt ein elektrischer Schrittmotor der Serie drylin. Die Motoren, die die Schutzart IP68 liefern, eignen sich perfekt für den Einsatz in dieser speziellen CT-Anlage. Ein weiterer Vorteil der Steuerung: Sie spart den Inbetriebnehmern Zeit. Dank der dryve D1-Steuerung lässt sich der Motor leicht programmieren. Dafür rufen die Entwickler mit einem Webbrowser über eine IP-Adresse eine Bedienoberfläche auf – mit PC, Tablet oder Smartphone. Dort lassen sich Parameter wie Fahrstrecke und Vorschub verändern. Der Anwender kann eine zeitsparende Automatisierung ohne Übertragungs- und Ladevorgänge umsetzen. Nicht zuletzt reduziert auch die Motorsteuerung die Kosten des Projekts. diondo suchte nach einer Alternative zu einer SPS-Steuerung, die inklusive der Lizenzen Kosten von rund 12.000 Euro verursachen kann. Die dryve D1 stellte mit Kosten von nur 338 Euro eine deutlich kostengünstigere Lösung dar.
Produkte wie die Motorsteuerung dryve D1 entwickeln sich in gemeinsamen Projekten: Auch das zeigt die Zusammenarbeit zwischen diondo und igus.
Bei der Umsetzung der Motorsteuerung wurden individuelle Wünsche der Konstrukteure unmittelbar in Updates umgesetzt. So wurde es möglich, über das BUS-System digitale Ein- und Ausgänge anzusteuern und ein separates I/O-Modul einzusparen.
Kein Wunder also, dass diondo die Kooperation fortsetzt. Unter anderem sind kostengünstige CT-Anlagen für Bildung und Forschung geplant.

Ein robolink D-Getriebe und drylin Motoren sorgen im kompakten Bauraum für einen zuverlässigen Antrieb. Angesteuert werden die Motoren über die intuitive dryve D1-Steuerung.

Mit der intuitiven Steuerung dryve D1 lassen sich die eingesetzten Schrittmotoren ansteuern. Das webbasierte Interface hilft bei der schnellen Programmierung.

Die dryve D1 lässt sich ganz einfach auf der Hutschiene in einen Schaltschrank einbauen.