Hublänge, Geschwindigkeit, Genauigkeit, Montage, Wartung.

Sie arbeiten an einer Anwendung, die eine lineare Bewegung erfordert – vielleicht handelt es sich um ein Pick-and-Place-Montagesystem, eine Verpackungslinie oder ein Portal für den Materialtransfer –, aber Sie entwerfen Ihren eigenen Aktuator von Grund auf, beschaffen die verschiedenen Teile, montieren und richten ihn aus die Komponenten und die Implementierung eines Wartungssystems ist keine effektive Zeitnutzung. Sie fangen an, sich vorgefertigte und vormontierte Linearantriebe anzusehen, aber es gibt so viele Optionen hinsichtlich Typ, Größe und Funktionsprinzip, dass es schwierig ist, zu wissen, wo Sie bei Ihrer Auswahl anfangen sollen.

Der erste Schritt zur Eingrenzung des Feldes besteht darin, den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Antriebsmechanismus auszuwählen. Die meisten Hersteller bieten mindestens zwei Antriebsoptionen an, wobei Zahnriemen und Kugelumlaufspindel am häufigsten vorkommen, während pneumatische und lineare Motorantriebe Nischenanwendungen bedienen. Im Folgenden sind fünf Faktoren aufgeführt, die Ihnen bei der Wahl zwischen den beiden gängigsten Antriebsarten – Zahnriemen und Kugelumlaufspindel – helfen werden.

1. Hublänge

Die Distanz, die der Aktuator benötigt, um sich in eine Richtung zu bewegen, die sogenannte Hublänge, ist die erste Voraussetzung, die bei der Wahl zwischen Kugelumlaufspindel- oder Riemenantrieb berücksichtigt werden muss. Kugelumlaufspindelantriebe sind üblicherweise bei Längen von 1000 mm oder weniger zu finden, obwohl Kugelumlaufspindeln mit größerem Durchmesser bei Längen bis zu 3000 mm verwendet werden können. Diese Grenze wird durch die kritische Drehzahl der Schnecke bestimmt. Mit zunehmender Länge einer Schraube verringert sich ihre kritische Geschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, bei der die Schraube beginnt, Biegeschwingungen zu erfahren. Einfach ausgedrückt: Wenn eine Schraube länger wird und sich schneller dreht, beginnt sie wie ein Springseil zu „peitschen“.

Bei Antrieben mit Zahnriemenantrieb ist die maximale Länge durch die Spannmöglichkeit des Riemens begrenzt. Durch die Verwendung von Riemen mit größerer Breite (mehr Kontaktfläche) und größerer Zahnteilung werden Aktuatoren mit Riemenantrieb häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine Hublänge von 10 bis 12 Metern erfordern.

2. Geschwindigkeit

Der zweite entscheidende Faktor bei der Auswahl eines Aktuators ist die Geschwindigkeit. Die maximale Geschwindigkeit für die meisten Aktuatoren mit Riemenantrieb beträgt 5 m/s. Diese Grenze wird durch das Führungssystem beeinflusst, bei dem meist Umlauflager zum Einsatz kommen. Für Anwendungen, die höhere Geschwindigkeiten erfordern, bis zu 10 m/s, kann anstelle von Umlauflagern ein Riemenantrieb in Verbindung mit vorgespannten Rädern oder Nockenrollen verwendet werden.

Wie oben erwähnt, nimmt bei einem Aktuator mit Kugelumlaufspindelantrieb die kritische Geschwindigkeit mit zunehmender Länge ab. Im Allgemeinen können Kugelumlaufspindelantriebe Geschwindigkeiten von bis zu 1,5 m/s bei Hublängen von weniger als 1 Meter erreichen. Kugelumlaufspindelhalterungen können für zusätzliche Steifigkeit sorgen, indem sie die nicht unterstützte Länge der Spindel reduzieren, sodass der Aktuator höhere Geschwindigkeiten und größere Längen erreichen kann. Wenn Sie Kugelumlaufspindelunterstützungen in Betracht ziehen, wenden Sie sich an den Hersteller, um Hilfe bei der Durchführung der erforderlichen Geschwindigkeits- und Längenberechnungen zu erhalten.

3. Genauigkeit

Unter „Genauigkeit“ versteht man im weitesten Sinne entweder die Bewegungsgenauigkeit (wo sich der Schlitten oder der Sattel während der Bewegung im Raum befindet), die Positionierungsgenauigkeit (wie genau der Aktuator die Zielposition erreicht) oder die Wiederholbarkeit (wie genau der Aktuator bei beiden die gleiche Position erreicht). Schlaganfall). Während die Verfahrgenauigkeit stark von der Struktur, der Basis und der Montage des Aktuators abhängt, sind Positionierungsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in erster Linie Funktionen des Antriebsmechanismus.

Kugelgewindetriebe, insbesondere wenn sie vorgespannt sind, weisen aufgrund ihrer Steifigkeit eine bessere Positioniergenauigkeit als Riementriebe auf. Die „Ungenauigkeit“ bei der Positionierung kann jedoch in der Steuerung des Aktuators gemessen und ausgeglichen werden. Aus diesem Grund wird die Wiederholgenauigkeit (die Fähigkeit, mit jedem Hub die gleiche Position zu erreichen) oft zum wichtigsten Faktor bei hochpräzisen Anwendungen. Für eine hohe Wiederholgenauigkeit ist die Steifigkeit des Antriebsmechanismus von entscheidender Bedeutung, weshalb eine vorgespannte Kugelumlaufspindel-Mutter-Baugruppe die bessere Wahl ist.

4. Montage

In manchen Fällen bestimmt die Montagerichtung des Aktuators, welcher Antriebsmechanismus am besten geeignet ist. Sowohl Riemen- als auch Kugelumlaufspindelantriebe sind für horizontale und geneigte Montageausrichtungen geeignet, Anwendungen, die eine vertikale Montage erfordern, erfordern jedoch eine sorgfältigere Prüfung.

Während jedes System, das eine Last vertikal bewegt, eingebaute Sicherheitsmechanismen benötigt, gelten Kugelumlaufspindelantriebe oft als sicherer als Riemenantriebe für den Transport vertikaler Lasten. Dies liegt daran, dass Kugelgewindetriebe je nach Last, Spindelsteigung und Reibung im System nur ungern zurückfahren oder „frei fallen“, wenn die Bremse ausfällt oder das System katastrophal beschädigt wird. Wenn in einer vertikalen Anwendung ein Aktuator mit Riemenantrieb erforderlich ist, sollte eine externe Bremse oder ein Gegengewicht ernsthaft in Betracht gezogen werden.

5. Wartung

Die Hauptursache für den Ausfall von Linearantrieben ist mangelnde Schmierung. Sowohl Kugelumlaufspindel- als auch Riemenantriebsaktuatoren erfordern, dass das Führungssystem regelmäßig geschmiert wird. Bei Kugelumlaufspindeln kommt jedoch eine weitere Komponente hinzu, die auf ordnungsgemäße Schmierung überwacht werden muss. Einige Hersteller haben diesem Problem Rechnung getragen, indem sie Systeme mit Lebensdauerschmierung anbieten (wobei die Lebensdauer als eine festgelegte Wegstrecke oder Anzahl von Umdrehungen bei einer bestimmten Last, Geschwindigkeit und Umgebung definiert ist), aber viele Anwendungen liegen außerhalb dieser spezifizierten Parameter und erfordern eine Schmierung irgendwann während der vorgesehenen Lebensdauer eine Schmierung erfordern.

Obwohl riemengetriebene Aktuatoren den Vorteil haben, dass weniger Komponenten gewartet werden müssen, sollten Sie bei Staub oder Spänen in der Umgebung nach einer Aktuatorkonstruktion suchen, die das Risiko des Eindringens von Verunreinigungen in die Riemenscheibengehäuse minimiert. Dies gewährleistet eine längere Lebensdauer der Riemenscheibenlager und verringert den Verschleiß des Riemens selbst.

Sowohl Riemenantriebe als auch Kugelumlaufspindelantriebe bieten Leistungsvorteile. Denken Sie bei der ersten Auswahl daran, dass Riemenantriebe in der Regel die bessere Wahl für lange Hübe und hohe Geschwindigkeiten sind, während Kugelumlaufspindelantriebe besser für Anwendungen geeignet sind, die eine hohe Wiederholgenauigkeit oder eine vertikale Montage erfordern. In einigen Anwendungen erfüllt jeder Antriebsmechanismus die oben aufgeführten Kriterien. In diesen Fällen kann der Hersteller Sie bei der Auswahl des richtigen Aktuators auf der Grundlage komplexerer Faktoren wie Beschleunigung, Einschwingzeit oder Umgebungsbedingungen unterstützen.