Partikelfreie Montage für erfolgreiche Positioniersysteme für die Smart Factory

  • m zertifizierten Reinraum der ISO-Klasse 7 herrschen anspruchsvolle Montagebedingungen. Vor allem bei Werkstücken aus den Bereichen Vakuumtechnik und Halbleitertechnologie sind reine Umgebungen eine notwendige Bedingung.  © Steinmeyer Mechatronikm zertifizierten Reinraum der ISO-Klasse 7 herrschen anspruchsvolle Montagebedingungen. Vor allem bei Werkstücken aus den Bereichen Vakuumtechnik und Halbleitertechnologie sind reine Umgebungen eine notwendige Bedingung. © Steinmeyer Mechatronik
  • m zertifizierten Reinraum der ISO-Klasse 7 herrschen anspruchsvolle Montagebedingungen. Vor allem bei Werkstücken aus den Bereichen Vakuumtechnik und Halbleitertechnologie sind reine Umgebungen eine notwendige Bedingung.  © Steinmeyer Mechatronik
  • Dr. Bromme, CEO der Steinmeyer AG © Steinmeyer Mechatronik
  • Montage der Kreuztische. © Steinmeyer Mechatronik
  • Bei dem Kreuztisch KT 250-DC-EDLM von Steinmeyer Mechatronik dient ein XY-Z-Positioniersystem für eine Vielzahl von Anwendungen, speziell auch für das rasche Scannen von Proben für das Labor. Mithilfe einer intuitiven Software lassen sich solche Positioniertische schnell und einfach konfigurieren.  © Steinmeyer Mechatronik
  • DT232 – ein Drehtisch für Überwachungsaufgaben. © Steinmeyer Mechatronik
  • Fahrdrahtmessgerät FM4-LO verfügt über die optimale Kombination aus einem Zielvisier mit Fadenkreuz und einer Lasermessung. © Steinmeyer Mechatronik

Steinmeyer Mechatronik in Dresden entwickelt und fertigt hochpräzise Positionierlösungen und mecha­tronische Komponenten als Teil der Steinmeyer Gruppe. Partner sind unter anderem die Halbleiter-, Laser- und Optikindustrie, die Biotechnologie, Messmaschinenhersteller, die Luftfahrtindustrie und Forschungsinstitute in mehr als 25 Ländern der Welt.

Seit 1992 entwickelt und fertigt Steinmeyer Mechatronik als Kompetenzzentrum für mechatronische Systeme hochpräzise Positionierlösungen und mechatronische Komponenten. Der Fokus liegt auf kleinen bis mittleren Serien von 50 – 5000 Stück pro Jahr. Das Unternehmen fertigt die Komponenten im eigenen Haus. Dabei ist es auf hochqualifizierte Mitarbeiter angewiesen, die mit ihrem Wissen und ihren Erfahrungen zum Erfolg beitragen.

Genauigkeit der Komponenten durch intelligente Steuerung und Vernetzung
Vorrangiges Ziel bei der Entwicklung von Positionierlösungen ist es, ein wiederholgenaues System zu konstruieren. Diese Genauigkeit ist die wichtigste Ressource, mit der sich Steinmeyer Mechatronik am Markt positioniert. „Unter Genauigkeit versteht man heute allerdings eher intelligente Lösungen für ein Produkt. Man kann weniger genaue Komponenten durch intelligente Lösungen kompensieren, indem eine intelligente Steuerung in die Mechatronik integriert wird. Wir schöpfen alle sich daraus ergebenden Möglichkeiten aus, um die Präzision und die Zuverlässigkeit zu erhöhen“, meint Entwicklungsleiter Elger Matthes.
Steinmeyer setzt für die Montage und Kon­trolle der Einzelstücke und relativ einfacher Teile Facharbeiter ein. Bei Kleinserien arbeiten die Mitarbeiter mit Unterstützung von Assistenzsystemen, die spezielle Aufgaben autonom übernehmen können, aber auch, um auftretende Probleme schnell zu lösen. In der Serienproduk­tion gibt es aber Tendenzen, CNC-Maschinen mit Systemen zur Kommunikationsfähigkeiten nachzurüsten, um Informationstransparenz zu erhalten, etwa um den Durchsatz zu kontrollieren oder um Wartungsintervalle zu planen.
Welchen Mehrwert kann die Vernetzung in der Positioniertechnik bieten? Dazu meint Elger Matthes, Leiter Entwicklung bei Steinmeyer Mechatronik: „Unser Ziel ist es, die Baugruppen untereinander so vernetzen, dass sie miteinander kommunizieren. Die Vorteile liegen auf der Hand: Sie können sich autonom melden, wenn Fehler entstehen. Wir arbeiten schon seit Jahren daran, wie die Elektronik mit der Mechanik immer besser zu vernetzen ist und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten auszuschöpfen sind, um die Integration der Systeme zu verbessern.“

Die Summe aller Teile definiert das fertige Produkt.
Auf einer Fertigungsfläche von über 3500 m² produzieren 120 Mitarbeiter Positioniersysteme im Submikrometerbereich, angefangen bei den Prototypen bis hin zum fertigen Serienprodukt. Sie tüfteln in der Abteilung Messtechnik und Entwicklung über neuen Technologien.

Montage im Reinraum für Positionier­systeme im Vakuum oder in magnet-freien Zonen
Für die Montage von Vakuumsystemen, der Halbleitertechnologie und magnetfreien Anwendungen, die hohe Ansprüche an Umgebungsbedingungen stellen, gibt es einen zertifizierten Reinraum der ISO Klasse 7. Im Jahr 2004 erfolgte der Umzug des Unternehmens an den heutigen Standort in Dresden Zschachwitz. Am neuen Standort wurde ein Reinraum realisiert und in Betrieb genommen. Auf einer Fläche von 150 m² können Einzelstücke wie auch Serienbaugruppen gefertigt werden. Der Reinraum, wie auch der separate Umkleideraum, sind durch eine Schleuse getrennt. Im Reinraum können mehrere Arbeitsplätze parallel betrieben werden. Auf diese Weise kann das Unternehmen flexibel auf die Auftragslage reagieren. Die Mitarbeiter sind speziell für die Reinraum-Anforderungen geschult. Das Verpacken erfolgt gemäß internationaler Standards, um sicherzustellen, dass die Komponenten ihr Ziel in dem Zustand erreichen, in dem sie den Reinraum verlassen haben.
Montage und Tests erfolgen nach strengen Vorschriften unter definierten Reinraum-Bedingungen oder in Flowboxen. Dabei spielt die Auswahl geeigneter Materialien hinsichtlich ihrer Hitzebeständigkeit unter gleichzeitig garantierter Präzision, wie die hohe Positionsauflösung und Ablaufebenheit eine grosse Rolle. Die Materialauswahl garantiert, dass die Positioniersysteme kleine Temperaturschwankungen besser wegstecken. Auch die Oberflächen und die Oberflächenversiegelung sind von Bedeutung. Während der Montage wird strikt darauf geachtet, Lufteinschlüsse zu vermeiden, da diese als Lecks das Vakuum herabsetzen. Auf Handhabung, Montage und Tests für die Vakuum-Positioniersysteme wird grösste Sorgfalt verwendet. Alle Teile werden vorgereinigt, getrocknet und Führungen und Lager mit speziellen Vakuumfetten versehen.
Ein umfangreiches Leistungsangebot an Komponenten, die verschiedenste Positionieraufgaben erfüllen, wie die Steinmeyer-Standard-Mehrachssysteme, Manipulatoren, die Positionierungen in mehreren Freiheitsgraden mit teilweise nur sehr geringen Hüben ausführen, Vakuumpositioniersysteme, Sonderbaugruppen mit Verschiebungen im µm-Bereich, Controller, Fahrdrahtmessgeräte und Laserbohrköpfe werden auf der Website vorgestellt und dienen Kunden als Basis für die Entwicklung eigener Lösungen. Von ihnen werden einige im Folgenden vorgestellt.

Kreuztisch und Vakuum-Drehtisch
Die orthogonalen XYZ-Positionierungsysteme, die Steinmeyer Mechatronik für Siemens, Zeiss, Biotech-Firmen, Chip- und Solarfabriken uva. anfertigt, arbeiten sehr präzise und bestehen i.d.R. aus Aluminium, da dieses eine höhere Genaugikeit erlaubt. Die auch Kreuztische genannten XY-Tische erreichen teilweise Genauigkeiten im nm-Bereich, die nur mit grösstem Einsatz zu erzielen sind. Gerade in der Medizintechnik ist die Präzision essentiell, wie z. B. bei der Positio­nierung von Laborproben mit dem Kreuztisch KT250-DC-EDLM. Er ermöglicht ein sehr rasches Ablesen von grossen Mengen an Laborproben.
Zu einer der neuesten Entwicklungen als Originalausrüstungshersteller Steinmeyer Mechatronik gehört der Drehtisch DT232 für Überwachungsaufgaben. Dieses System dient dazu, ein mit einem Radarsensor versehenes Überwachungsgerät zu positionieren. Um einen kontinuierlich laufenden, flachen Drehtisch, der im langjährigen Dauerbetrieb zuverlässig funktionieren sollte, zu garantieren, entschieden sich die Ingenieure für den Einsatz eines Direktantriebes. Die sonst für eine solche Lösung notwendigen Dünnringlager und Winkelmesssysteme waren zu kostenintensiv. Steinmeyer Mechatronik integrierte deshalb den Motor und das Winkelmesssystem in eine selbstentwickelte Leiterplattenbaugruppe. In einem anderen Projekt wurden Spezialwünsche von den Ingenieuren des Unternehmens gelöst: Für eine Helikopter-Kamera wurde das fliegende Auge in einer preiswerten Ausführung: Kamera­dreh- und Schwenkkanzel mit Harmonic Drive DC-Motoren und Zahnriemen versehen.

Fahrdrahtmessgerät mit optischem Lot
Die regelmäßige Überprüfung der Höhen- und Seitenlage von Fahrdrähten ist für die Sicherheit des Zugverkehrs unerlässlich. Steinmeyer Mechatronik hat dafür zwei hochpräzise Fahrdrahtmessgeräte entwickelt, die berührungslos arbeiten und eine Kombination aus Fadenkreuz­optik und Lasermessung darstellen. Die Höhe des Fahrdrahtes über der Schienenoberkante als auch die Seitenlage des Fahrdrahtes in Bezug zur Gleismittelsenkrechten wird gemessen. Das Fahrdrahtmessgerät FM4-LO verfügt zu diesem Zweck über eine Kombination aus einem Zielvisier mit Fadenkreuz und einer Lasermessung. Mit dem beleuchteten Fadenkreuz lässt sich die Fahrleitung auch bei Dunkelheit schnell und einfach detektieren. Der auf der Zieloberfläche sichtbare Laserstrahl sorgt für eine berührungslose Messung der Fahrdrahthöhe (Genauigkeit ±1,5 mm/max. Entfernung 60 m). Ein anderes Fahrdrahtmessgerät auf der Grundlage eines Kamerasystems mit integriertem Laser bietet eine Bluetooth-Schnittstelle (Genauigkeit ±1 mm/max. Entfernung 200 m). Durch diese Funktion ist eine Übertragung der Messwerte auf mobile Endgeräte jederzeit möglich. Darüber hinaus können Fotos und Screenshots von der Messstelle über ein USB-Kabel vom Gerät heruntergeladen werden. Es besitzt einen digitalen Zielsucher mit 4-fach-Zoom und wird zur Messung der Fahrdrahtseitenlage ebenso eingesetzt wie zur Lasermessung der Fahrdrahthöhe und der Lasermessung der Mastvorderkante aus der Gleismitte.

Sonderprojekte mit dem Fraunhofer Institut
Berechnungen und Simulationen werden im Haus ausgeführt. Bei sehr anspruchsvollen Problemstellungen arbeitet das Unternehmen mit den in Sachsen ansässigen Fraunhofer-Instituten zusammen, mit denen das Management über die örtliche Nähe sowie über die Mitarbeit in der Deutschen Gesellschaft für Feinwerktechnik in engem Austausch stehen.

Worin liegt der Erfolg von Steinmeyer Mechatronik?
Die meisten Komponenten werden im Haus gefertigt und sind optimal aufeinander abgestimmt. Auch wenn die Anforderungen es nicht immer verlangen, legen die Mitarbeiter höchsten Wert auf eine saubere Montage und Kontrolle der Systeme.
„Aktuell steigen die Ansprüche an die Maschinen. Daher sind wir daran, smarte Komponenten zu entwickeln, die die produzierten Teile selbständig vermessen. Es gilt, Systeme zu kreieren, die selber fertigen, messen, und dann noch einmal nachfertigen. In der Maschinenbranche sind regelrechte closed-loop-Komponenten, die parallel zum Fertigen messen derzeit sehr gefragt!“, sagt Elger Matthes dazu.

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Steinmeyer Mechatronik GmbH
Fritz-Schreiter-Str. 32
01259 Dresden
Telefon: +49 351 88585 0

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