Last, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Weg.

Die Auswahl linearer Bewegungskomponenten während der Entwicklungsphase eines Projekts bereitet Konstrukteuren und Anwendungsingenieuren seit Jahrzehnten Frustration – insbesondere, wenn es um komplexe Unterbaugruppen wie Linearantriebe geht. Denken Sie einen Moment darüber nach, welchen Einfluss ein Linearantrieb auf das gesamte Maschinendesign hat. Zunächst einmal sind bei einem Stellantrieb die Führung und der Antrieb miteinander gekoppelt und somit ein integraler Bestandteil der Einheit. Daher ist es unbedingt erforderlich, dass sowohl die Führungsauswahl als auch die Antriebsauswahl korrekt sind. Außerdem hat ein Aktuator erheblichen Einfluss auf die Gesamtgröße der Maschine. Beispielsweise kann die Verschiebung der Position der Last auf dem Aktuator eine hohe Momentenbelastung verursachen und die Anforderung von einer Einzelführungskonstruktion zu einer Doppelführungskonstruktion ändern, wodurch sich die Gesamtbreite des Aktuators und damit die Größe des Aktuators effektiv verdoppelt oder verdreifacht Maschine.

Die Auswahl eines Aktuators auf der Grundlage von Annäherungen an die Leistungsanforderungen ist wohl riskanter als die Auswahl einer Linearführung oder eines Linearantriebs mit minimalen Anwendungsinformationen. Dennoch kommt es häufig vor, dass ein Designer oder Ingenieur eine vernünftige Schätzung des Systems benötigt, das für seine Anwendung am besten geeignet ist, bevor alle Anwendungskriterien festgelegt sind.

Obwohl eine ordnungsgemäße Dimensionierung ein gründliches Verständnis der Anwendungsanforderungen erfordert, kann eine allgemeine Lösung – geeignet für erste Entwurfs- und Kostenschätzungen – normalerweise auf der Grundlage von vier Schlüsselkriterien erstellt werden.

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Die zu tragende Last und ihre Ausrichtung relativ zum System sind eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines Linearantriebs. Leichte Lasten, die mehr oder weniger direkt über den Lagern montiert werden, können von praktisch jeder Führungstechnologie aufgenommen werden – von umlaufenden Profilschienenlagern über Kugelbüchsen und Wellen bis hin zu Gleitlagern. Je schwerer jedoch die Last ist und je mehr Moment (Nick-, Roll- und/oder Giermoment) sie erzeugt, desto robuster sollte der Führungsmechanismus sein, um eine angemessene Lebensdauer und minimale Durchbiegung zu gewährleisten.

Genauigkeit

Das Verständnis der Anforderungen an Positionierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit wird dazu beitragen, die Entscheidung hinsichtlich des Antriebsmechanismus einzugrenzen. Eine Punkt-zu-Punkt-Positionierung mit geringer Genauigkeit kann mit einem pneumatischen Antrieb oder einem Riemen- und Riemenscheibensystem erreicht werden, während Positionierungsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit im Ein-Mikrometer-Bereich eine Kugelumlaufspindel oder sogar einen Linearmotor erfordern würden. Obwohl die Last oft durch eine von mehreren Antriebstechnologien bewältigt werden kann, ist die Wiederholgenauigkeit oft der entscheidende Faktor zwischen diesen Optionen.

Geschwindigkeit

Die durchschnittlichen und maximalen Geschwindigkeiten während der Bewegung helfen auch dabei, die Wahl des Antriebsmechanismus zu bestimmen. Als Faustregel gilt beispielsweise, dass die maximale Geschwindigkeit für Kugelgewindetriebe 1 m/s beträgt, obwohl es Möglichkeiten gibt, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Bänder hingegen können problemlos Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s erreichen, und die maximale Geschwindigkeit für Linearmotorantriebe wird hauptsächlich durch den unterstützenden Führungsmechanismus begrenzt. Auch die Beschleunigung spielt eine Rolle, sowohl bei der Antriebs- als auch bei der Führungsauswahl.

Reisen

Während der erforderliche Hub seltener ein entscheidendes Kriterium ist, ist es wichtig, noch einmal zu prüfen, ob der gewählte Linearantriebstyp die Spezifikation für die Hublänge erfüllen kann. Insbesondere Kugel- und Leitspindeln haben begrenzte Stellwege. Auch hier gilt als Faustregel für Schraubenantriebe eine maximale Länge von 3 Metern. Obwohl Schrauben in längeren Längen erhältlich sind, nimmt die maximale Geschwindigkeit aufgrund der kritischen Geschwindigkeit der Schraube mit zunehmender Länge ab.

Während diese vier Kriterien eine grobe Einschätzung geeigneter Linearaktuatoren liefern können, müssen für die Durchführung eines vollständigen Dimensionierungs- und Auswahlprozesses eine Reihe von Anwendungsparametern spezifiziert und berücksichtigt werden. Um Designern und Ingenieuren dabei zu helfen, die für die Dimensionierung erforderlichen wichtigen Informationen zu sammeln, haben mehrere Hersteller einfache Akronyme entwickelt, denen sie folgen können.