Belastung, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Weg.

Die Auswahl linearer Bewegungskomponenten während der Entwicklungsphase eines Projekts ist für Konstrukteure und Anwendungstechniker seit Jahrzehnten eine Quelle der Frustration – insbesondere bei komplexen Unterbaugruppen wie Linearantrieben. Überlegen Sie sich einmal, welchen Einfluss ein Linearantrieb auf die gesamte Maschinenkonstruktion hat. Zunächst einmal sind bei einem Antrieb Führung und Antrieb miteinander gekoppelt und integraler Bestandteil der Einheit. Deshalb ist es zwingend erforderlich, dass sowohl Führung als auch Antrieb richtig ausgewählt werden. Außerdem hat ein Antrieb maßgeblichen Einfluss auf die Gesamtgröße der Maschine. So kann beispielsweise eine Verlagerung der Lastposition auf dem Antrieb eine hohe Momentenbelastung verursachen und die Anforderung von einer Konstruktion mit einer Führung auf eine Konstruktion mit zwei Führungen ändern, wodurch sich die Gesamtbreite des Antriebs und somit die Größe der Maschine effektiv verdoppelt oder verdreifacht.

Die Auswahl eines Aktuators auf Grundlage von Schätzungen der Leistungsanforderungen ist wahrscheinlich riskanter als die Wahl einer Linearführung oder eines Antriebs mit minimalen Anwendungsinformationen. Dennoch kommt es häufig vor, dass ein Konstrukteur oder Ingenieur eine realistische Einschätzung des für seine Anwendung am besten geeigneten Systems benötigt, bevor alle Anwendungskriterien feststehen.

Obwohl für eine ordnungsgemäße Dimensionierung ein gründliches Verständnis der Anwendungsanforderungen erforderlich ist, kann eine allgemeine Lösung – die für die anfängliche Konstruktion und Kostenschätzung geeignet ist – normalerweise auf der Grundlage von vier Hauptkriterien festgelegt werden.

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Die zu tragende Last und ihre Ausrichtung im System sind eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines Linearantriebs. Leichte Lasten, die mehr oder weniger direkt über den Lagern montiert sind, können mit nahezu jeder Führungstechnologie – Profilschienenumlauflagern, Linearbuchsen und -wellen oder sogar Gleitlagern – aufgenommen werden. Je höher jedoch die Last und je größer das dadurch erzeugte Moment (Nick-, Roll- und/oder Gierbewegung), desto robuster sollte der Führungsmechanismus sein, um eine ausreichende Lebensdauer und minimale Auslenkung zu gewährleisten.

Genauigkeit

Das Verständnis der Anforderungen an Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit hilft, die Entscheidung für den Antriebsmechanismus einzugrenzen. Eine Punkt-zu-Punkt-Positionierung mit geringer Genauigkeit kann mit einem pneumatischen Antrieb oder einem Riemen- und Riemenscheibensystem erreicht werden, während für Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit im Ein-Mikrometer-Bereich ein Kugelumlaufspindel oder sogar ein Linearmotor erforderlich wäre. Obwohl die Last oft durch verschiedene Antriebstechnologien bewältigt werden kann, ist die Wiederholbarkeit oft der entscheidende Faktor zwischen diesen Optionen.

Geschwindigkeit

Die durchschnittliche und maximale Geschwindigkeit während der Bewegung beeinflusst ebenfalls die Wahl des Antriebsmechanismus. Als Faustregel gilt beispielsweise, dass die maximale Geschwindigkeit für Kugelumlaufspindeln 1 m/s beträgt, obwohl es Möglichkeiten gibt, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Riemen hingegen können problemlos bis zu 10 m/s erreichen, und die maximale Geschwindigkeit von Linearmotorantrieben wird hauptsächlich durch den unterstützenden Führungsmechanismus begrenzt. Auch die Beschleunigung spielt sowohl bei der Auswahl des Antriebs als auch der Führung eine Rolle.

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Obwohl der erforderliche Hub seltener ein entscheidendes Kriterium ist, ist es wichtig, zu prüfen, ob der gewählte Linearantriebstyp die Hublängenspezifikation erfüllt. Insbesondere Kugel- und Gewindespindeln haben begrenzte Hubwege. Als Faustregel für Gewindetriebe gilt eine maximale Länge von 3 Metern. Obwohl Gewindespindeln auch in größeren Längen erhältlich sind, sinkt mit zunehmender Länge die maximale Geschwindigkeit aufgrund der kritischen Drehzahl der Spindel.

Diese vier Kriterien liefern zwar eine grobe Schätzung geeigneter Linearantriebe, doch für eine vollständige Dimensionierung und Auswahl müssen verschiedene Anwendungsparameter angegeben und berücksichtigt werden. Um Konstrukteuren und Ingenieuren die für die Dimensionierung notwendigen Informationen zu erleichtern, haben mehrere Hersteller einfache Abkürzungen entwickelt.