Hohe Effizienz, Genauigkeit und Steifigkeit.

Der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten ist eine Gerade. Bei der Konstruktion eines Linearbewegungssystems müssen jedoch strukturelle Unterstützung, Führungen, Antriebe, Dichtungen, Schmierung und Zubehör zwischen den Punkten A und B berücksichtigt werden.

Unabhängig davon, ob Sie Ihr System von Grund auf neu entwerfen und unter Verwendung von Standardteilen bauen oder ein speziell für Sie entwickeltes System kaufen, sollten Sie von Anfang an die richtigen Entscheidungen treffen, um die Dinge langfristig am Laufen zu halten.

Unterstützung und Beratung

Der Aufbau eines linearen Systems bedeutet, von Grund auf neu zu beginnen – mit einem strukturellen Stützsystem. Die Hauptkomponente des Stützsystems ist typischerweise ein Aluminium-Strangpressprofil.

Für Anwendungen, die eine präzise Positionierung erfordern, können Sie die Montagefläche des Basisprofils und die Oberfläche der Linearführungshalterungen bearbeiten lassen. Für Anwendungen mit geringerer Genauigkeit, wie z. B. Transportanwendungen, optimieren Sie die Basis, um ein Verbiegen unter Last zu verhindern und Verformungen während des Profilierens zu vermeiden.

Dank einer robusten Basis kann das System nur auf Endstützen ruhen. Leichtere Profile benötigen möglicherweise über die gesamte Länge verteilte Stützen.

Führungen sind an der Basis befestigt, um die Bewegung zu erleichtern. Die wichtigsten Typen sind Kugelführungen, Radführungen und Gleit- oder Prismenführungen.

Kugelführungen tragen die höchsten Lasten und weisen die höchste Steifigkeit auf. Ihre Ein- oder Zweischienenausführungen ermöglichen eine reibungsarme Bewegung. Nachteile sind höhere Kosten und eine erhöhte Geräuschentwicklung.

Radführungen arbeiten mit bis zu 10 m/s bei geringer Reibung und hoher Steifigkeit. Stoßbelastungen können sie jedoch beschädigen.

In Gleitführungen laufen prismenförmige Polymerbuchsen auf der Profiloberfläche. Das Polymer sorgt für einen leisen Lauf und hält hohen Stoßbelastungen stand. Sie vertragen Umgebungen mit Schmutz, Sand, Staub, Öl und Chemikalien, arbeiten jedoch langsamer und unter geringeren Belastungen als Kugel- oder Radführungen. Dies wird durch ihre PV-Bewertung, das Produkt aus Druck und Geschwindigkeit, die sie aushalten können, angezeigt.

Treibende Kraft

Antriebe bewegen den Schlitten in die gewünschten Positionen. Die gängigsten Antriebstechnologien sind Kugelumlaufspindeln, Leitspindeln und Riemenantriebe.

Bei einem Kugelumlaufspindelantrieb bewegen sich Kugellager entlang der Nuten einer Gewindespindel und zirkulieren durch eine Kugelmutter. Da die Lager die Last teilen, verfügen Kugelumlaufspindelantriebe über eine relativ hohe Schubkapazität.

Das Ergebnis ist absolute Genauigkeit, definiert als der maximale Fehler zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Position, bis zu 0,005 mm. Systeme mit geschliffenen und vorgespannten Kugelumlaufspindeln sind am genauesten.

Die Systeme verfügen über eine Schubkraft von bis zu 40 kN und zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit aus. Ihre kritische Drehzahl wird durch den Spindelkerndurchmesser, die freitragende Länge und die Endlagerkonfiguration bestimmt. Dank einer neuartigen Spindellagerung können Spindelantriebe bis zu 12 m weit fahren und Eingangsdrehzahlen von 3.000 U/min erreichen. Kugelumlaufspindeln bieten einen mechanischen Wirkungsgrad von 90 %, sodass ihre höheren Kosten oft durch den geringeren Leistungsbedarf ausgeglichen werden.

Riemenantriebe kommen in Transportanwendungen mit hohem Durchsatz bei Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s und Beschleunigungen bis zu 40 m/s2 zum Einsatz.

Schmierung und Dichtungen für Lineareinheiten

Die meisten Führungs- und Antriebssysteme benötigen Schmierung. Durch den einfachen Zugang zu den Schmierstellen können Sie zukünftige vorbeugende Wartungsarbeiten vereinfachen. Beispielsweise können am Schlitten angebrachte Schmiernippel ein Schmiernetz versorgen, das sowohl den Kugelumlaufspindel- als auch das Linearlagersystem während der Installation und in regelmäßigen Wartungsintervallen versorgt.

Prismenführungen sind wartungsfrei. Das Polymermaterial des Schlittens ist von Natur aus schmierfähig, und geschmierte Filzabstreifer ergänzen das Schmiermittel bei jedem Hub.

Dichtungen halten Schmiermittel im Inneren und Verunreinigungen fern. Eine Art sind Magnetstreifendichtungen – magnetische Edelstahlbänder, die sich von einem Ende des Kanals zum anderen erstrecken. Die Bänder sind an den Endkappen befestigt und federbelastet, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Sie verlaufen durch einen Hohlraum im Schlitten, sodass der Streifen beim Durchlaufen des Systems kurz vor und hinter dem Schlitten von den Magneten abgehoben wird.

Eine alternative Dichtungstechnologie, Kunststoff-Abdeckbänder, verwendet nachgiebige Gummistreifen, die wie ein Gefrierbeutel mit Reißverschluss mit der Basisextrusion verzahnt sind. Durch die Verbindung von Nut und Feder entsteht eine Labyrinthdichtung, die Partikel fernhält.

Eine weitere Überlegung betrifft die Montage des Motors. Motorgehäuse und Kupplung müssen mit der Schraubengröße und dem Lochkreisdurchmesser des Motorflansches, dem Motorführungsdurchmesser sowie dem Durchmesser und der Länge der Motorwelle übereinstimmen.

Viele Motoren haben Abmessungen, die den NEMA-Standards entsprechen, andere sind jedoch hersteller- und modellspezifisch. In jedem Fall ermöglichen flexible Motorhalterungen aus Standardrohlingen die einfache Montage an nahezu jedem Motor mit garantierter Ausrichtung.

Mischen und kombinieren

Nicht jede Kombination von Antrieben und Führungen ist sinnvoll. In der Praxis werden am häufigsten Leitspindeln verwendet, die Kugel- oder Gleitführungen antreiben, Kugelumlaufspindeln gepaart mit Kugel- oder Gleitführungen und Riemen, die Kugel-, Gleit- oder Radführungen antreiben.

Ein Kugelumlaufspindelantrieb kombiniert mit einer Kugelführung für wiederholbare Bewegungen und ein steifes System, das hohe Kräfte und Momente bewältigt. Solche Systeme eignen sich gut für Präzisionspositionierungsanwendungen mit hohen Lasten und hohen Arbeitszyklen, wie beispielsweise das Be- und Entladen von Zahnradrohlingen an Werkzeugmaschinen.

Riemengetriebene, kugelgeführte Einheiten eignen sich für Hochgeschwindigkeits- und Beschleunigungsanwendungen mit hohen Nutzlasten und hohen Momenten. Diese Einheiten arbeiten auf Untergestellen, die eine Lücke überbrücken und entweder an den Enden oder intermittierend gestützt werden. Eine Anwendung ist das Palettieren von Dosen.

Riemengetriebene, gleitgeführte Linearsysteme sind kostengünstige Einheiten, leise und wartungsarm. Sie arbeiten mit moderaten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen, sind aber hervorragend für Stoßbelastungen geeignet. Durch die Verwendung eines magnetischen Abdeckbandes eignet sich dieser Systemtyp für Umgebungen mit hohem Partikelgehalt und hohen Anforderungen an die Reinigung, wie z. B. bei der Blechspritzbehandlung.

Da Radführungen weniger Wartung benötigen als Kugelführungen, aber mehr als Gleitführungen, stellen riemengetriebene Räder eine weitere kostengünstige, geräuscharme und wartungsarme Option dar. Diese Systeme erreichen hohe lineare Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und kommen häufig in Verpackungs- und Abfüllmaschinen zum Einsatz.