Riemengetrieben, Kugelumlaufspindelgetrieben, Zahnstangengetrieben, Linearmotorgetrieben, pneumatisch angetriebene Systeme.

Vorbei sind die Zeiten, in denen Maschinenbauer und -konstrukteure sich entscheiden mussten, ob sie ihr Linearsystem von Grund auf selbst konstruieren oder sich mit einer begrenzten Auswahl vorgefertigter Systeme zufrieden geben wollten, die meist nicht optimal für ihre Anwendung geeignet waren. Hersteller bieten heute Systeme mit verschiedenen Antriebsmechanismen an – Kugelumlaufspindeln, Riemen, Zahnstangen, Linearmotoren und Pneumatik – mit Führungs- und Gehäuseoptionen für nahezu jede Anwendung, Umgebung und Platzbeschränkung. Das Dilemma für Ingenieure besteht heute weniger darin, ein für ihre Anwendung geeignetes System zu finden, sondern vielmehr darin, aus der großen Auswahl verfügbarer Konfigurationen die beste Lösung auszuwählen.

Zur Unterstützung dieses Auswahlprozesses wurden zahlreiche Hilfsmittel entwickelt. Diese bestehen typischerweise aus einer Tabelle, die die wichtigsten Anwendungsparameter im Vergleich zum Systemtyp darstellt und Symbole zur Bewertung der Eignung jedes Systems für jeden Parameter enthält. Diese Darstellung bietet zwar eine schnelle, visuelle Orientierung, lässt jedoch einige der Feinheiten der Fähigkeiten und Schwächen der einzelnen Systeme außer Acht. Um etwas tiefer zu graben, werden im Folgenden die spezifischen Stärken und Schwächen der gängigsten Arten vormontierter Linearsysteme erläutert.

Riemengetriebene Systeme

Riemenantriebe sind vor allem für ihre Fähigkeit bekannt, große Distanzen zurückzulegen. Da Riemenantriebe keine Umlaufelemente verwenden, erreichen sie zudem hohe Geschwindigkeiten. In Kombination mit nicht umlaufenden Führungen wie Kurvenrollen oder Rädern erreichen Riemen typischerweise Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s. Riemenantriebe eignen sich zudem gut für raue Umgebungen, da keine Wälzkörper vorhanden sind, die durch Schmutz beschädigt werden könnten, und das Polyurethan-Riemenmaterial den meisten gängigen chemischen Verunreinigungen standhält.

Der Hauptnachteil von riemengetriebenen Systemen ist deren Dehnung. Selbst stahlverstärkte Riemen, die von den meisten Systemherstellern verwendet werden, dehnen sich mit der Zeit, was die Wiederholgenauigkeit und die Laufgenauigkeit beeinträchtigt. Riemengetriebene Systeme weisen aufgrund der Elastizität des Riemens zudem mehr Resonanzen auf als andere Antriebsarten. Eine entsprechende Antriebsabstimmung kann dies zwar kompensieren, bei Anwendungen mit hohen Beschleunigungs- und Verzögerungsraten und/oder hohen Lasten können jedoch unerwünschte Einschwingzeiten auftreten.

Kugelumlaufspindel-Systeme

Für hohe Schubkräfte und hohe Positioniergenauigkeit sind Kugelumlaufspindeln in der Regel die erste Wahl. Und das aus gutem Grund. Mit vorgespannten Muttern sorgen Kugelumlaufspindeln für spielfreie Bewegung und erreichen eine sehr hohe Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit. Steigungen von 2 mm bis über 40 mm ermöglichen zudem die Erfüllung unterschiedlichster Geschwindigkeitsanforderungen und verhindern ein Zurückdrehen in vertikalen Anwendungen.

Die Hublänge ist die grundlegende Einschränkung von Kugelumlaufspindelsystemen. Mit zunehmender Spindellänge sinkt die zulässige Drehzahl, da die Spindel unter ihrem Eigengewicht durchhängt und schwingt. Kugelumlaufspindelhalterungen können diesem Effekt entgegenwirken, allerdings auf Kosten von Platzbedarf und Gesamtsystemkosten.

Zahnstangengetriebene Systeme

Zahnstangen- und Ritzelsysteme erzeugen hohe Schubkräfte und ermöglichen nahezu unbegrenzte Verfahrwege. Ihre Konstruktion ermöglicht zudem den Einsatz mehrerer Schlitten am selben System. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen, bei denen sich Schlitten unabhängig voneinander bewegen müssen, wie beispielsweise große Portalsysteme in der Verpackungs- und Automobilindustrie.

Obwohl hochwertige, spielarme Zahnstangensysteme erhältlich sind, weisen sie im Allgemeinen eine geringere Positioniergenauigkeit als andere Antriebsoptionen auf. Je nach Zahnprofil und Bearbeitungsqualität können Zahnstangensysteme im Vergleich zu anderen Linearsystemen zudem einen höheren Geräuschpegel erzeugen.

Linearmotorgetriebene Systeme

Linearmotoren galten traditionell als zu teuer für die meisten Anwendungen und werden heute für Positionierungs- und Handhabungsaufgaben in Branchen wie der Verpackungs- und Montageindustrie eingesetzt. Niedrigere Kosten haben zu diesem Trend beigetragen, doch für Ingenieure sind die hohen Geschwindigkeiten, die hohe Positioniergenauigkeit und der geringe Wartungsaufwand die attraktivsten Eigenschaften von Linearmotoren. Linearmotoren bieten zudem, ähnlich wie Zahnstangensysteme, die Möglichkeit, mehrere unabhängige Schlitten in einem System zu integrieren.

Da Linearmotoren keine mechanischen Komponenten besitzen, die ein Herabfallen der Last bei Stromausfall verhindern, sind sie für vertikale Anwendungen generell nicht geeignet. Ihre offene Bauweise und die starken Magnete machen sie zudem anfällig für Verunreinigungen und Ablagerungen, insbesondere Metallspäne.

Pneumatisch angetriebene Systeme

Wenn die bevorzugte Kraftübertragungsquelle Luft ist, eignen sich pneumatische Linearsysteme hervorragend. Für einfache Punkt-zu-Punkt-Bewegungen können pneumatisch angetriebene Systeme die wirtschaftlichste und am einfachsten zu integrierende Option sein. Die meisten pneumatischen Linearsysteme sind in einem Aluminiumgehäuse untergebracht, das die Integration von Enddämpfern und Schutzabdeckungen ermöglicht.

Pneumatische Systeme weisen von den hier besprochenen Typen die geringste Präzision und Steifigkeit auf, ihre Haupteinschränkung besteht jedoch darin, dass sie nicht in der Lage sind, an Zwischenpositionen anzuhalten.

Unabhängig von Ihrer Anwendung sollten Sie bei der Auswahl vormontierter Linearsysteme zunächst die vier wichtigsten Anwendungsparameter berücksichtigen: Hub, Last, Geschwindigkeit und Präzision. Sobald die Bedeutung dieser Kriterien geklärt ist, können weitere Parameter wie Geräuschentwicklung, Steifigkeit und Umgebungsfaktoren die Auswahl eingrenzen und die endgültige Dimensionierung und Auswahl vereinfachen.