Ein Linearantrieb ist ein selbsttragendes System, das eine Kreisbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt. Diese Bewegung wird von einem Motor erzeugt und überträgt die Kraft entlang einer Achse. Dadurch unterscheiden sich Linearantriebe von herkömmlichen Elektromotoren, die eine Kreisbewegung ausführen.

Das Verständnis der Funktionsweise eines Linearantriebs ist entscheidend, um seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu erfassen. Ein Linearantrieb ermöglicht Bewegungen wie Schieben, Ziehen, Anheben, Absenken oder Neigen einer Last.

Aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten gibt es verschiedene Arten von Linearantrieben. Wie zu erwarten, erfüllen nicht alle Linearantriebe exakt denselben Zweck. Um die Funktionsweise eines Linearantriebs besser zu verstehen, betrachten wir einige gängige Anwendungsbereiche dieser Geräte.

Wozu wird ein Linearantrieb verwendet?

Nicht alle Linearantriebe sind gleich, aber sie erzeugen eine ähnliche, kraftvolle lineare Bewegung. Linearantriebe bewegen Objekte oder Gegenstände geradlinig. Darüber hinaus führen sie diese Bewegung präzise und mit hoher Geschwindigkeit aus.

Ein Linearantriebssystem wandelt Drehbewegungen in lineare Bewegungen um und erzielt so eine beeindruckende Effizienz für spezifische Aufgaben und die Gesamtproduktion. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass verschiedene Arten von Linearantrieben innerhalb eines Linearantriebssystems für bestimmte Anforderungen besser geeignet sein können als andere.

Die optimale Wahl hängt von Ihren spezifischen Prozessen und den zu bewegenden Materialien ab. Das Verständnis der Feinheiten Ihrer Anforderungen an ein Linearantriebssystem ist entscheidend für die Auswahl des am besten geeigneten Aktuators für Ihre Anwendung.

Präzisionslinearantriebe werden am häufigsten in Kombination mit mehrachsigen kartesischen Robotersystemen eingesetzt. Auch ihre Verwendung als integrale Maschinenkomponenten ist weit verbreitet.

Die wichtigsten Sektoren:

Elektrische Linearantriebe finden in den unterschiedlichsten Branchen Anwendung. Ob Sie einen kleinen Betrieb führen oder täglich große Materialmengen bewegen – für jeden Bedarf gibt es den passenden Linearantrieb.

Die folgende Liste stellt daher keinesfalls eine vollständige Aufzählung aller Sektoren dar, sondern enthält lediglich einige der gängigsten Beispiele. Es ist leicht nachzuvollziehen, warum diese Sektoren von kontrollierten und präzisen linearen Bewegungen profitieren.

1. Industrieautomatisierung
2. Servos und Pick-and-Place-Systeme in Produktionsprozessen
3. Montage
4. Verpackung und Palettierung

 

Denken Sie nur an Anwendungen wie beispielsweise

1. Laser- oder Plasmaschneidmaschinen
2. das Be- und Entladen von bearbeiteten Teilen
3. Zuführung von Bearbeitungszentren in einer Produktionslinie
4. oder die Bewegung eines industriellen anthropomorphen Roboters entlang einer zusätzlichen externen Achse, um seinen Aktionsradius zu erweitern

Alle diese Anwendungen nutzen einen oder mehrere Linearantriebe. Die Wahl des Linearantriebs hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. Präzision, Tragfähigkeit und Geschwindigkeit. Im Allgemeinen ist es die Art der Bewegungsübertragung, die den Unterschied ausmacht.

Es gibt drei Hauptarten der Bewegungsübertragung:Riemen / Zahnstange und Ritzel / Schraube.

Wie kann man sicherstellen, dass man den richtigen Aktor auswählt? Welche Variablen muss ein Industriedesigner bei der Entwicklung einer neuen Anwendung berücksichtigen?

Bei Lösungen für lineare Bewegungsabläufe ist es entscheidend, das Problem aus dem richtigen Blickwinkel zu betrachten. Konkret bedeutet dies die jeweilige Anwendung. Diese steht bei der Auswahl des benötigten Linearantriebstyps stets an erster Stelle.

Bei der Auswahl eines Präzisions-Linearantriebs ist es entscheidend, Ihre Erwartungen an Ergebnisse und Leistung klar zu definieren. Diese detaillierte Analyse hilft Ihnen, den Präzisions-Linearantrieb exakt an Ihre Anforderungen anzupassen.

Durch die sorgfältige Berücksichtigung dieser Faktoren sind Sie besser gerüstet, um nicht nur den Typ des benötigten Präzisions-Linearantriebs zu bestimmen, sondern auch die spezifischen Spezifikationen, die eine optimale Leistung in Ihrer Anwendung gewährleisten.

Durch diesen sorgfältigen Auswahlprozess wird sichergestellt, dass der von Ihnen gewählte Präzisions-Linearantrieb Ihre individuellen Anforderungen mit höchster Genauigkeit und Zuverlässigkeit erfüllt.

Daher ist es sinnvoll, zunächst die Dynamik, die Hublänge und die erforderliche Präzision zu betrachten. Schauen wir uns diese Punkte genauer an.

Hohe Dynamik

In vielen Bereichen des Industriedesigns spielen Geschwindigkeit und damit auch kürzere Zykluszeiten eine zentrale Rolle. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Verpackungsindustrie. Denn je präziser und schneller die Verpackung erfolgt, desto schneller können die Pakete ausgeliefert werden.

Es ist daher nicht verwunderlich, dass eine hohe Dynamik häufig der Ausgangspunkt bei der Definition einer Lösung ist.

Riemenantriebe sind bei hohen Dynamiken oft die ideale Lösung, da:

1. Sie ermöglichen Beschleunigungen von bis zu 50 m/s² und Geschwindigkeiten von bis zu 5 m/s bei Schlägen von bis zu 10-12 m Länge.
2. Ein XYZ-Portal mit riemengetriebenen Achsen kann Lasten von extrem klein bis ca. 200 kg aufnehmen.
3. Je nach Art der Schmierung können diese Systeme besonders lange Wartungsintervalle bieten und so die Kontinuität der Produktion gewährleisten.

Manchmal sind hohe Dynamiken bei Hüben über 10–12 m erforderlich. In solchen Fällen sind Aktuatoren mit Zahnstangenantrieb eine hervorragende Lösung. Denn diese Linearaktuatoren ermöglichen Beschleunigungen bis zu 10 m/s² und Geschwindigkeiten bis zu 3,5 m/s – und das alles bei potenziell unendlich langen Hüben.

Zahnstangenantriebe setzen das Prinzip von Rad und Achse um. Genauer gesagt bewegt ein rotierendes Rad ein Kabel, eine Kette oder einen Riemen, um eine lineare Bewegung zu erzeugen.

Die Wahl eines anderen Aktuatortyps würde nicht dieselben Ergebnisse garantieren. Ein Schraubensystem beispielsweise, das zweifellos wesentlich präziser ist, wäre mit Sicherheit zu langsam. Mit einem solchen Aktuator ließen sich derart lange Hübe nicht realisieren.

Obwohl ein Schraubantrieb ein sehr gebräuchliches Werkzeug ist, bei dem die Schraube gedreht wird, um sie vorwärts zu bewegen, stößt er je nach Anwendungsfall an Geschwindigkeitsgrenzen.

Lange Striche

Systeme mit Linearantrieben in den typischen XYZ-Konfigurationen der kartesischen Robotik weisen häufig lange Hübe auf. Dies ist typisch für Anwendungen wie Pick-and-Place-Systeme und die Zuführung von Bearbeitungszentren. Aufgrund dieser langen Produktionslinien können die Hübe oft mehrere Dutzend Meter lang sein.

Zudem müssen diese langen Hübe – die üblicherweise die Y-Achse betreffen – häufig erhebliche Lasten bewegen. Teilweise wiegen diese Lasten mehrere hundert Kilogramm. Darüber hinaus bewegen sich bei diesen längeren Hüben zahlreiche vertikale Z-Achsen unabhängig voneinander.

Bei solchen Anwendungen ist für die Y-Achse ein Aktor mit Zahnstangenantrieb die beste Wahl. Dies liegt an verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel:

1. Dank der Steifigkeit des Zahnstangen- und Ritzelsystems können sie über potenziell unbegrenzte Hübe arbeiten. Dabei behalten sie ihre Steifigkeit, Präzision und Effizienz bei.
2. Im Antrieb verfügen Aktuatoren mit induktionsgehärteten Stahlzahnstangen über schräge Zähne. Diese Zähne gleiten auf Kugelumlaufschienen oder prismatischen Schienen.
3. Die Möglichkeit, mehrere Schlitten mit jeweils eigenem Motor zu installieren, ermöglicht zahlreiche unabhängige vertikale Z-Achsen.

Ein Riemenantrieb ist ideal für Hübe bis zu 10-12 m. Kugelgewindetriebe sind jedoch (bei langen Hüben) durch ihre kritische Drehzahl begrenzt.

Wiederholgenauigkeit der Positionierung

Es gibt jedoch auch Fälle, in denen der Konstrukteur höchste Präzision anstrebt. Dies kann beispielsweise bei der Montage von Mikrokomponenten oder in bestimmten medizinischen Anwendungen der Fall sein. In diesen Fällen gibt es nur eine klare Lösung: Linearachsen mit Kugelgewindetrieben.

Schraubengetriebene Linearantriebe bieten in dieser Hinsicht die beste Leistung. Dies liegt vor allem an ihrer Positioniergenauigkeit von bis zu ±5 μm. Diese Leistung wird von riemen- oder schraubengetriebenen Antrieben nicht erreicht. Beide Antriebsarten erreichen eine maximale Positioniergenauigkeit von ±0,05 mm.