Konstante Geschwindigkeit, präzise Positionierung:

Kleinantrieb für langlebigen Druck

PrintJet ADVANCED für zuverlässige Schaltschrankbeschriftung. Bild: Weidmüller

Wer schon einmal ratlos vor seinem Sicherungskasten stand versteht sofort, wie wichtig in industriellen Schaltschränken eine zuverlässige Kennzeichnung aller Komponenten ist. Auch Jahre nach Installation muss sicher erkennbar sein, ob es sich zum Beispiel um die Stromversorgung des Klimasystems oder die Sicherheitsschaltung für das Fließband handelt. Hier sind spezielle Beschriftungssysteme gefragt. Damit die Kennzeichnung im teilweise rauen industriellen Einsatz über Jahre gut lesbar bleibt, muss der Druck hohe Anforderungen erfüllen. Es mag überraschen, aber dabei spielt auch die richtige Antriebstechnik eine wichtige Rolle.

Langlebiger Druck auf Kunststoff- oder Metallmarkierern. Bild: Weidmüller

Langlebiger Druck auf Kunststoff- oder Metallmarkierern.
Bild: Weidmüller

Im Schaltschrank kommt alles zusammen: Kabel, Sicherungen, Relais, Trafos und vieles mehr. Nur wenn alles richtig miteinander verbunden ist, läuft die Automatisierungstechnik zuverlässig. Die Pläne für die Verdrahtung entstehen heute am Computer mit Hilfe von Planungssystemen. Diese Systeme liefern nebenbei gleich den Inhalt für die Beschriftung der Schaltschrank-Komponenten, die dann mit entsprechenden Druckern ausgedruckt wird. Ein Beispiel dafür sind die Markierungssysteme, die das Detmolder Unternehmen Weidmüller entwickelt und produziert. Das Tintenstrahlbeschriftungssystem „PrintJet ADVANCED“ kann sowohl Metall- als auch Kunststoff farbig bedrucken. Die Software M-Print® PRO übernimmt dazu die Daten aus dem Planungssystem und übergibt sie im passenden Format an den industrietauglichen Spezialdrucker.

Druck widersteht Benzin, Bohröl, Handschweiß, Aceton, u.v.m.

Die neueste Generation von PrintJet ADVANCED (PJA) hat zwar auf den ersten Blick Gemeinsamkeiten mit gewöhnlichen Bürodruckern: Vier Druckpatronen der Farben Cyan, Magenta, Yellow und Black werden über den Druckkopf im Multipass-Verfahren auf dem zu bedruckenden Material aufgebracht. Die Farbe zum langlebigen Beschriften der Kunststoff- oder Metallmarkierer ist aber keine gewöhnliche Druckerfarbe, sondern eine spezielle Eigenentwickelung. Sie ist zwar, ähnlich wie gewöhnliche Tinte, wasserbasiert, jedoch speziell für nicht saugende Untergründe ausgelegt. Beim Druck wird – anders als bei Papier üblich – keine Feuchtigkeit an die Unterlage abgegeben. Stattdessen fixiert ein Infarot-Licht durch Wärmeeinwirkung die Farben und polymerisiert diese. Dabei verbinden sich die Moleküle in der Tinte zu langen, stabilen Ketten. Dadurch ist der Aufdruck wisch- und kratzresistent, widersteht Benzin, Bohröl, Handschweiß, einer Vielzahl an Löse- und Reinigungsmitteln sowie den meisten anderen industrieüblichen Chemikalien.

Korrekte Polymerisation sorgt für Haltbarkeit

Eine korrekte Polymerisation ist also entscheidend für die Haltbarkeit des Aufdrucks. Michael Gockel, Entwicklungsleiter für Markierungen und Werkzeuge bei Weidmüller, beschreibt den Ablauf der Fixierung: „Die bedruckten Kunststoff- oder Metallmarkierer fahren durch eine Fixierstrecke mit Infrarotstrahlern und werden einige Sekunden lang einer definierten Temperatur ausgesetzt. Bei den Metallmarkierern dauert dieser Vorgang etwas länger. Fahren die Karten zu schnell, wird unvollständig fixiert und die Farbe nicht ausreichend fest. Im gegenteiligen Fall bekommt die Farbe zu viel Hitze ab und das Material wird unnötig hohen Temperaturen ausgesetzt. Es kommt also auf eine präzise, reproduzierbare Durchlaufgeschwindigkeit an, um gleichbleibende Druckqualität zu garantieren.“

Absoluter Gleichlauf gefragt

Ein Flachläufer aus dem Hause FAULHABER (Serie 2619...SR IE2-16, 26 mm, Länge 19,2 mm, Drehmoment 100 mNm) sorgt für hohen Gleichlauf der Fixierstrecke. Der integrierter Speed Controller sorgt für die gleichbleibende Drehzahl, sein hohes Drehmoment für die gleichmäßige Leistungsabgabe auch unter Last. Bild: FAULHABER

Ein Flachläufer aus dem Hause FAULHABER (Serie 2619…SR IE2-16, 26 mm, Länge 19,2 mm, Drehmoment 100 mNm) sorgt für hohen Gleichlauf der Fixierstrecke. Der integrierter Speed Controller sorgt für die gleichbleibende Drehzahl, sein hohes Drehmoment für die gleichmäßige Leistungsabgabe auch unter Last.
Bild: FAULHABER

Dazu muss der Motor, der die Karten durch die Fixierstrecke befördert, absolut gleichmäßig laufen. Diese Aufgabe übernimmt ein Flachläufer von nur 7 mm Länge, der Gleichstrommotor der Baureihe 2619 von FAULHABER. Sein integrierter Speed Controller sorgt für gleichbleibende Drehzahl, sein hohes Drehmoment für eine gleichmäßige Leistungsabgabe auch unter Last. Zusammen mit dem 12 mm langen Getriebe misst der ganze Antrieb weniger als zwei Zentimeter – ein entscheidender Vorteil, da im Gehäuse des Spezialdruckers der Platz begrenzt ist. „Alternative Lösungen sind hier bis zu zwei- oder dreimal so lang“, ergänzt Gockel.

Zuverlässig positionieren

Zu Beginn eines Druckjobs, fällt eine MultiCard, die bis zu zweihundert einzelne Schilder enthält, aus dem integrierten Magazin auf eine Förderstrecke und wird in die Startpositon vor dem Bedrucken transportiert. Gockel erklärt: „Für diesen kurzen Transport hatten wir früher einen einfachen Motor im Einsatz, dessen Geschwindigkeit um bis zu 20 Prozent des Sollwertes schwanken konnte. Diese Abweichung musste mit sehr hohem Aufwand nachgeregelt werden. Jetzt setzen wir auch an dieser Stelle einen Motor von FAULHABER ein und sparen uns damit einigen Aufwand. Eine Justage beim Transport ist nicht mehr nötig, weil diese Geschwindigkeitsschwankungen nun wegfallen.“

Der gleiche Motor, der in der Fixierstrecke eingesetzt wird, synchronisiert auch den Transport der Karten durch die Druckeinheit. Hier sind die Anforderungen ähnlich: Die Anfangsposition wird bei der Referenzierung überprüft. Die Karte in der Druckeinheit vorgeschoben und bedruckt. „Durch die Referenzierung werden Material und Beschriftung genau platziert“, erläutert Michael Gockel. „Damit der Druckkopf aber immer die richtige Position trifft, muss der Transport der MultiCard absolut präzise erfolgen. Die Kopplung von Druckeinheit und Fixierstrecke, die früher eigens geregelt werden musste, funktioniert jetzt ebenfalls problemlos,“ erläutert der Entwicklungsleiter. „Der absolute Gleichlauf der Antriebe erlaubt zuverlässiges Positionieren und macht somit jede zusätzliche Regelung oder Programmanpassung überflüssig – sie laufen automatisch synchron.“

Höchste Druckqualität auf Kunststoff und Metall

Der PJA kann bis zu 8.000 Markierer pro Stunde drucken und ist damit für den mittleren Bedarf ideal geeignet. Es gibt Laserdrucker, die schneller sind und bei großen Stückzahlen eingesetzt werden. Sie erfordern allerdings deutlich höhere Investitionen und beherrschen den Farbdruck nicht. Alternative Technologien wie der Thermotransfer oder Tintenstrahldrucken mit UV-härtenden Tinten haben spezifische Einschränkungen, etwa bei der Wahl des Markierungsmaterials. „Der PrintJet Advanced kann alle Varianten der notwendigen Beschriftung im Schaltschrankbau abdecken“, betont Michael Gockel „Er kann zum einen sowohl Kunststoff als auch Metall bedrucken und beherrscht den Farbdruck auf unseren Markierern – bei höchster Druckqualität, mit 600 oder 1200 dpi. Damit ist nicht nur die Herstellung von Kennzeichnungen und Texten, sondern auch von Warnsymbolen oder zuverlässigen Data-Matrixcodes möglich.“ Die mit der Weidmüller-Technologie bedruckten Markierungen finden sich überwiegend in Schaltschränken in allen Sparten der Industrie, aber auch im Transportwesen, etwa in Schiffen und Zügen wieder.

Antrieb mit einigen Modifikationen

Bei der Entwicklung des PJA waren auch Antriebsexperten von FAULHABER involviert. Von ihnen kam nicht nur die übliche eingehende Beratung und anwendungsspezifische Auslegung des Antriebs. „Damit er perfekt zum Drucker passt, haben wir einige Modifikationen am Motor vorgenommen“, berichtet Thomas Kraus, der das Projekt bei FAULHABER betreut hat. „Unter anderem haben wir den Stecker und die Litze angepasst, das Kabel mit einer Zugentlastung versehen, die Länge der Motor-Abtriebswelle verändert und auf ihr eine Fläche zum Aufbringen eines Rades angebracht. Außerdem wurde die Steuerungsplatine neu parametriert und die Steuerfrequenz angepasst, um den bestmöglichen Rundlauf zu erhalten. Damit bietet die Einheit eine integrierte Tempomat-Funktion, die zum Beispiel dafür sorgt, dass die unterschiedlich schweren Kunststoff- und Metallkarten immer konstant mit der richtigen Geschwindigkeit befördert werden.“ Beide Seiten haben die Zusammenarbeit und den fachlichen Austausch in guter Erinnerung. Es zeigt sich, wenn Antriebsspezialisten frühzeitig in die Produktentwicklung mit einbezogen werden, lassen sich innovative Ideen noch besser realisieren.

Über Faulhaber
FAULHABER ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke FAULHABER gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 200 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das FAULHABER Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche hinsichtlich Sonderausführungen eingehen zu können. Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter: https://www.faulhaber.com/de/maerkte/

Titelbild: Weidmüller

Thomas Kraus

Area Sales Manager bei FAULHABER

Nora Crocoll

Nora Crocoll

Studium Technische Redaktion, Praxis in der Elektronik-Industrie. Diplomarbeit in der Softwareentwicklung (XML-basierte Arbeitsumgebung für Redaktionsleitfaden). Seit 2005 als Autorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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