Einbaufertige Linearmodule werden in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt, um Materialien, Produkte und Produktionswerkzeuge in einer Vielzahl von Maschinen zu bewegen.

Maschinenkonstrukteure haben bei der Auswahl von Linearmodulen je nach spezifischen Produktions- und Leistungsanforderungen verschiedene Optionen. Es gibt jedoch Branchen und Systemanwendungen, bei denen präzise und genaue Bewegungsabläufe von größter Bedeutung sind.

Insbesondere Anwendungen wie die Halbleiterfertigung, Laserschneidmaschinen, die Elektronikmontage und Laborautomatisierungssysteme erfordern präzise Linearmodule, die mit extrem hoher Endpunktgenauigkeit und gleichmäßiger Bewegung mit minimalen Vibrationen während des gesamten Bewegungszyklus arbeiten müssen.

Das Verständnis einiger wichtiger Konstruktions- und Leistungsmerkmale, die Präzisionslinearmodule auszeichnen, kann Maschinen- und Systementwicklern helfen, die besten Produkte auszuwählen, um die Anforderungen der von ihnen gebauten Maschinen zu erfüllen.

Die Notwendigkeit präziser Bewegung
Für hochpräzise und feinfühlige Bewegungen beim Laserschneiden, in automatisierten Probenahmesystemen medizinischer Testgeräte oder beim Transport von Halbleiterwafern durch Fertigungsanlagen ist eine extrem stabile und nahezu vibrationsfreie Bewegung während des Transports unerlässlich. Oberstes Ziel ist es, den Zielpunkt mit höchster Genauigkeit zu erreichen.

Eine stabile Bewegung ist oft entscheidend, um extrem empfindliche Materialien vor Beschädigung oder Degradation durch lineare Bewegungen zu schützen. Halbleiterwafer sind ein perfektes Beispiel: Sie sind extrem empfindlich, und ein fertiger Wafer kann je nach Größe Chips im Wert von potenziell Millionen von Dollar enthalten.

Jeder Wafer durchläuft Hunderte von Prozessschritten, und bei jedem Transport von einem Schritt zum nächsten besteht die Gefahr, dass Vibrationen im Linearmodul den Wafer beschädigen und somit seinen Endwert mindern. Je geringer die Vibrationen, desto niedriger das Risiko.

Die Genauigkeit am Endpunkt ist für die Produktivität gleichermaßen entscheidend. Wird beispielsweise ein Tray mit elektronischen Bauteilen durch einen automatisierten Hochgeschwindigkeits-Montageprozess transportiert, wird die maximale Durchsatzproduktivität erreicht, wenn das Linearmodul den Tray mit mikrometergenauer Präzision in das Montagewerkzeug einführt.

Es ist außerdem wichtig zu beachten, dass diese stabile Bewegung und Endpunktgenauigkeit über Tausende von Bewegungszyklen täglich hinweg reproduzierbar sein müssen. Dauert die Feinjustierung der Teilepositionierung mehrere Millisekunden, summieren sich diese zu Stunden zusätzlicher Produktionszeit, was den Durchsatz verringert, die Kosten potenziell erhöht und Liefertermine beeinträchtigt.

Um diese Ziele zu erreichen, sollten Sie unbedingt die wichtigsten Merkmale wie Design, Materialien, Konstruktion und Funktionalität von hochpräzisen Linearmodulen berücksichtigen.

Baumaterialien
Die Gehäusekonstruktion und die verwendeten Materialien des Moduls sind entscheidende Faktoren, die die langfristige Genauigkeit und Wiederholbarkeit beeinflussen können.

Im Bereich der linearen Module werden am häufigsten Aluminium oder Stahl zur Herstellung der Gehäuse oder „Profile“ verwendet. Aluminiumgehäuse werden häufig bei Standard-Linearmodulen eingesetzt, da sie kostengünstig extrudiert werden können, um ein breiteres Spektrum an Modulgrößen und -längen abzudecken.

Es ist jedoch wichtig, Präzisions-Linearmodule mit Gehäusen aus gefrästem Stahl zu berücksichtigen. Diese Gehäuse weisen typischerweise eine deutlich geringere Modulationselastizität und Abweichung vom gewünschten Verfahrweg auf als Module auf Aluminiumbasis (die zwar auch sehr stabil sind, aber nicht das Niveau erreichen, das Stahlgehäuse gewährleisten können).

Die modulare Elastizität bewirkt, dass sich das Modul der Form des Maschinenrahmens anpasst, an dem es befestigt ist. Bei einem Gehäuse aus stranggepresstem Aluminium kann es Abweichungen – wie beispielsweise Verdrehungen oder Verbiegungen an der Befestigungsstelle des Moduls – widerspiegeln.

Da Präzisions-Linearmodule über gefräste Stahlgehäuse verfügen, werden solche Abweichungen vermieden und eine sehr hohe Planheit bzw. Geradlinigkeit der Verfahrwege gewährleistet. Dies trägt zur Vibrationsreduzierung, Endpunktgenauigkeit und Positionsgenauigkeit bei. Achten Sie außerdem auf Module mit einer gefrästen Referenzkante und integrierten Führungsschienen am Gehäuse. Einige Hersteller ermöglichen es dem Anwender sogar, die Seite mit der geschliffenen Referenzkante auszuwählen, um eine schnellere Montage und einfachere Ausrichtung zu gewährleisten.

Die richtige Dimensionierung für die richtige Anwendung
Wenn höchste Präzision erforderlich ist, achten Sie darauf, die passenden Bauteile für die jeweilige Belastung auszuwählen. Axiale oder Torsionsbelastungen erfordern beispielsweise breitere oder robustere Bauteile als einfache Radialbelastungen. Darüber hinaus sind die Produktionssysteme für viele anspruchsvolle Anwendungen in Werkzeugmaschinen, der Halbleiterfertigung und der Elektronikherstellung relativ klein und benötigen daher kompakte Präzisionsmodule, die sich problemlos in beengte Maschinenräume integrieren lassen. Viele Anbieter bieten verschiedene Größen an.

Darüber hinaus müssen weitere grundlegende Konstruktionskriterien für Linearbewegungen berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Betriebsumgebung des Systems, der Anstellwinkel der Last, die erforderliche Geschwindigkeit, der Verfahrweg und der erforderliche Betriebszyklus. Dies ist in der Branche als LOSTPED (Last, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Verfahrweg, Präzision, Umgebung und Betriebszyklus) bekannt.

Bewegungskomponenten
Präzise und stabile Bewegung ist auch ein Ergebnis der Bewegungskomponenten, die das Linearmodul antreiben. Für präzise Linearmodule bieten Kugelgewindetriebe die optimale Lösung.

Kugelgewindetriebe sind äußerst effizient bei der Umwandlung von Dreh- in Linearbewegungen. Als mechanische Antriebselemente können sie in XYZ-Orientierung eingebaut werden und Bewegungen mit der erforderlichen Präzision und Wiederholgenauigkeit ausführen.

Kugelgewindetriebe mit vollflächigen Dichtungen bieten eine einzigartige Kombination aus hoher Steifigkeit, hoher Präzision und beachtlicher Geschwindigkeit und eignen sich daher für eine Vielzahl von Präzisionsbewegungsanwendungen. Insbesondere ihre Fähigkeit, hohe axiale Belastungen aufzunehmen, macht sie oft zur besseren Wahl als Linearmotoren, vor allem bei Anwendungen in der Metall-, Holz- und Steinbearbeitung.

Ebenso wichtig ist die Konstruktion der Linearführungen in Präzisionsmodulen. Die Genauigkeit von Linearführungen hängt von vielen Faktoren ab: der Rundlaufgenauigkeit der Schiene, auf der der Laufblock oder das Lager läuft, den Laufbahnen im Lager, durch die die Kugeln oder Rollen laufen, und der Ebenheit der Schienenbefestigungsfläche.

Einer der wichtigsten Beurteilungsaspekte ist die Gleichmäßigkeit der Kugelumlaufbahn im Laufblock während des Laufvorgangs auf der Schiene. Anwendungen mit höchsten Genauigkeitsanforderungen können bereits durch minimale Bewegungen der Kugeln in der Umlaufkammer oder durch eine leichte Drehung des Schienensystems um seine Achse beeinträchtigt werden.

Jegliche Abweichung oder Spiel verringert die Genauigkeit, und jede Unebenheit in der Kugelumlaufbahn kann zu Ungenauigkeiten führen. Um diesem Problem zu begegnen, integrieren führende Anbieter von Linearmodulen Führungen, die den Kugelumlauf an wichtigen Übergangspunkten optimieren und so eine konstant gleichmäßige Bewegung der Kugeln in den Lagerlaufbahnen gewährleisten.

Präzisionslinearmodule, die sowohl Kugelgewindetriebe als auch optimierte Linearführungen in Kombination mit Stahlgehäusen aufweisen, bieten viele der wichtigsten Eigenschaften, die in hochpräzisen, automatisierten Hochgeschwindigkeitssystemen erforderlich sind.

Schmierung und Abdichtung
Unabhängig von Konstruktion und Ausführung benötigen Linearmodule während ihrer gesamten Lebensdauer eine adäquate Schmierung, um einen präzisen und stabilen Lauf zu gewährleisten. Eine Möglichkeit, die Schmierung effektiv in die Systemwartung zu integrieren, besteht darin, Präzisionsmodule auszuwählen, die eine kontinuierliche Schmierung erleichtern.

Die meisten Präzisionsmodule sind mit herkömmlichem Industrieschmierstoff für die Erstbefüllung erhältlich. Andere Module bieten Optionen für fortschrittlichere Schmierstoffe – beispielsweise für Reinraum- oder Elektronikindustrieanforderungen.

Wir haben kürzlich unsere Präzisionsmodule um fortschrittlichere Schmierstoffe nach LSS-Standard und LSC-Reinraumstandard erweitert. Optional ist auch der Anschluss an zentrale Schmiersysteme mit Flüssigfett möglich. Die automatische Nachschmierung erhöht die Betriebssicherheit und schließt menschliche Fehler bei der manuellen Schmierung aus.

Lineare Module benötigen Schmierung, da sie bewegliche Teile enthalten. Diese beweglichen Teile können jedoch winzige Partikel in der Luft erzeugen, wenn das Modul nicht ordnungsgemäß abgedichtet ist (auch Schmierstoffe selbst können sich in der Luft verteilen). Es ist daher wichtig, die von den Anbietern präziser linearer Module angebotenen Abdichtungsoptionen im Vorfeld zu prüfen, insbesondere für Reinraumumgebungen oder Laborautomatisierungssysteme mit empfindlichen biologischen Proben.

Achten Sie auf eine Präzisionskugelgewindemutter und eine Linearführungsbaugruppe, die beidseitig mit Kugelgewindedichtungen abgedichtet ist. Diese Konstruktion reduziert das Risiko des Austretens von Schmierstoffen erheblich.

Konfiguration und technischer Support
Ein letzter Aspekt, der bei der Auswahl von Präzisionslinearmodulen zu berücksichtigen ist, ist der Umfang des technischen Supports, den der Lieferant bietet, um Maschinenbauern bei der Auswahl, Spezifizierung, Konfiguration und Bestellung der benötigten Module zu helfen.

Die Wahl eines Anbieters von Linearmodulen mit benutzerfreundlichen, schrittweisen Online-Tools zur Dimensionierung und Konfiguration kann Maschinenkonstrukteuren helfen, die passenden Module bei Bedarf schnell zu konfigurieren und zu bestellen. Einige Unternehmen ermöglichen zudem die Auswahl und Dimensionierung der Kombination aus Mechanik, Motor und Antrieb mit einem einzigen Tool.

Wenn direkte Unterstützung benötigt wird, empfiehlt es sich, mit Anbietern von Linearmodulen zusammenzuarbeiten, die über umfassende Erfahrung in Lineartechnik verfügen. Diese Unternehmen bieten technischen Support durch Experten für Lineartechnik per Telefon, E-Mail oder Echtzeit-Chat. In vielen Fällen, in denen Maschinenbauer hinsichtlich der spezifischen Dimensionierungs- und Leistungsanforderungen ihrer Anwendungen unsicher sind, haben diese Experten solche Herausforderungen bereits erfolgreich gemeistert.

Bei modernen Automatisierungssystemen sollte ein hoher Durchsatz nicht mit Qualitätseinbußen einhergehen. Insbesondere in Branchen und Anwendungen, die hochpräzise Linearbewegungen, vibrationsfreien Transport und höchste Endpunktgenauigkeit erfordern, spielt die Wahl des richtigen Präzisionslinearmoduls eine entscheidende Rolle für Produktivität, Effizienz und Qualität in der Fertigung.