Genauigkeit und Wiederholbarkeit, Kapazität, Verfahrweg, Nutzung, Umgebung, Timing, Ausrichtung, Geschwindigkeiten.

Hier finden Sie einige Tipps zur korrekten Spezifizierung und Dimensionierung eines Aktuators mit Linearmotorantrieb unter Verwendung der Mnemonik ACTUATOR – kurz für Genauigkeit, Kapazität, Verfahrlänge, Nutzung, Umgebung, Timing, Ausrichtung und Geschwindigkeit –, um sich alle wichtigen Parameter zu merken

Die Auswahl des richtigen Aktuators für eine bestimmte Anwendung scheint eine einfache Aufgabe zu sein. Bei der Auswahl eines zuverlässigen Aktuators geht es jedoch um mehr, als manchen Ingenieuren und Systemintegratoren bewusst ist. Aktuatoren mit schlechter Leistung sind oft auf grundlegende Spezifikationsfehler zurückzuführen.

Um eine zuverlässige und wiederholbare lineare Bewegung zu erhalten, besteht das Ziel darin, spezifische Anforderungen an einen hochwertigen Aktuatoraufbau mit vier Subsystemen zu erfüllen:

1. Ein Struktursystem, das alle Aktuatorkomponenten in einem physischen Raum präzise befestigen und eine Möglichkeit bieten kann, den Aktuator an seinem Arbeitsplatz zu halten

2. Ein Dreh-zu-Linear-Bewegungswandler, der aus einem Antriebsstrang aus einzelnen Komponenten besteht

3. Ein lineares Verschleißelement zur präzisen Führung des Schlittens in einer geraden Linie mit minimaler Reibung und maximaler Tragfähigkeit und Lebensdauer

4. Ein beweglicher Schlitten, der das Werkstück, den Greifer, die Kamera, die Optik oder andere Nutzlasten sicher hält

1. Entwurfsziel:

Genauigkeit und Wiederholbarkeit

Wenn sich ein Konstrukteur nicht die Zeit nimmt, zu definieren, was ein Aktuator für die Bewegung leisten muss, wird er oder sie das System wahrscheinlich zu sehr spezifizieren oder zu viel dafür bezahlen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Missverständnisse darüber bestehen, wie sich Genauigkeit und Wiederholbarkeit unterscheiden. Bei den meisten Antriebsanwendungen ist die Wiederholgenauigkeit wichtiger als die absolute Genauigkeit.

Die Wiederholbarkeit kann entweder unidirektional oder bidirektional sein und misst die Fähigkeit eines Systems, eine Sollposition zu erreichen, wenn es aus derselben Richtung oder aus einer der beiden Richtungen angefahren wird. Die beiden wichtigsten Spezifikationen, die die Genauigkeit beeinflussen, sind Verfahrweg und Positionierung. Üblicherweise wird die Genauigkeit in der Einheit Mikrometer oder Tausendstel Zoll angegeben.

Stellen Sie sich zum Beispiel einen Roboter mit einem Greifer vor, der auf einem Linearantrieb sitzt. Der Aktuator bewegt den Roboter in verschiedene Positionen, sodass der Greifer Kartons greifen und auf Paletten platzieren kann. Diese Bewegung muss wiederholbar und ziemlich genau sein, um den Roboter in die richtige Position zu bringen, obwohl eine punktgenaue Genauigkeit nicht erforderlich ist. Als Faustregel gilt, dass eine Positionierungswiederholgenauigkeit von ± 50 µm bei den meisten Endverpackungsvorgängen mit Aktuatoren mehr als akzeptabel ist. Für Anwendungen, die eine präzisere Positionierung erfordern, sollten Sie den Einbau eines Linearencoders in Betracht ziehen.

2. Entwurfsziel:

Kapazität

Denken Sie an die Belastungen, Momente und Kräfte, denen der Aktuator standhalten muss. Dazu gehören:

• statische Belastung

• dynamische Belastung

• Biegemoment

• Schub

Unabhängig von der Konfiguration hat die interne Konstruktion eines Aktuators einen direkten Einfluss auf die Belastbarkeit. Einige Hersteller entwickeln und konstruieren Aktuatoren für die Handhabung schwerer Lasten bei hohen Geschwindigkeiten, während andere für die Unterstützung leichter Lasten bei hohen Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Für die Auswahl des richtigen Designs ist die Kenntnis der Anwendungsdetails von entscheidender Bedeutung. Tipp: Achten Sie beim Vergleich von Stellantrieben auf die oben genannten Spezifikationseinheiten (SI-, US- oder imperiale Einheiten), um einen direkten Vergleich zu ermöglichen.

Aktuatoren für den industriellen Einsatz verfügen über eine hohe Steifigkeit und bewältigen maximale Belastbarkeit in fünf von sechs Freiheitsgraden – und ermöglichen eine reibungsarme Bewegung in der sechsten Achse.

3. Entwurfsziel:

Reiselänge

Der Hub eines Aktuators, gemessen in Millimetern oder Zoll, ist die Strecke, die ein Aktuator bewegen muss. Die Gesamtbewegung muss jedoch einen Sicherheitshub umfassen, der auch als Hard-Stop-zu-Hard-Stop-Distanz bezeichnet wird. Unterscheiden Sie sorgfältig den Unterschied zwischen Hub und Gesamtlänge. Tipp: Definieren Sie in diesem Schritt auch die volumetrische Hülle oder Gesamtgrundfläche, in die das System passen muss.

4. Gestaltungsziel:

Verwendung

Der Nutzungsfaktor (auch Arbeitszyklus genannt) wird üblicherweise in Zyklen pro Minute ausgedrückt. Die Nutzungsdauer ist die Anzahl der Stunden, Jahre, Zyklen oder linearen Entfernungen, die der Aktuator zurücklegen sollte. Mit anderen Worten: Diese Spezifikation beschreibt, wie oft der Aktuator läuft und wie lange er halten muss. Berücksichtigen Sie neben den Anforderungen an die Lebensdauer auch Anwendungsdetails (einschließlich Bewegungsprofil, Zykluszeit und Verweilzeit). Fragen Sie den Lieferanten auch nach Wartungsplänen. Einige Aktuatoren müssen erst nach 20.000 km nachgeschmiert werden, während andere häufiger gewartet werden müssen.

5. Gestaltungsziel:

Umgebungsumgebung

Die Arbeitsbedingungen rund um den Aktuator bilden zusammen die Umgebung:

• Betriebstemperaturbereich

• Bereich der relativen Luftfeuchtigkeit

• Art und Menge der Schadstoffpartikel

• Vorhandensein korrosiver Flüssigkeiten oder Chemikalien

• regelmäßige Reinigungs- oder Abwaschanforderungen

Beachten Sie diese Faktoren und beachten Sie, dass anspruchsvolle oder extreme Umgebungen möglicherweise spezielle Dichtungen und Faltenbälge erfordern, um die beweglichen Teile des Stellantriebs vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Verunreinigungen zu schützen. Wenn dies ein Problem darstellt, fragen Sie den Lieferanten, ob diese verfügbar sind.

6. Gestaltungsziel:

Timing

Konstrukteure, Systemintegratoren, OEMs und Endbenutzer ignorieren häufig Projektzeitpläne, wenn sie einen Aktuator spezifizieren, insbesondere am Anfang. Obwohl andere Leistungsspezifikationen besondere Aufmerksamkeit verdienen, sollten Sie Zeit- und Budgetbeschränkungen im Auge behalten. Vergessen Sie nicht die allgemeinen Projektfristen, Angebotsanfragen, Prototypen und Produktionspläne, denn wenn Sie diese ignorieren, kann dies später Zeit und Mühe verschwenden. Es gibt nichts Schlimmeres, als den perfekten Aktuator zu finden und dann festzustellen, dass er nicht in die Zeit- und Budgetvorgaben des Projekts passt.

7. Gestaltungsziel:

Orientierung

Die Auswahl des richtigen Aktuators hängt auch davon ab, wie er im verfügbaren geometrischen Raum montiert werden kann. Dies bestimmt die Last- und Kraftorientierung. Wird der Schlitten horizontal nach oben oder unten ausgerichtet sein? Je nach Systemgrundfläche und Anwendungsgeometrie sind auch vertikale Ausrichtungen und geneigte Platzierungen möglich. Jede Ausrichtung beeinflusst die Kraftberechnungen, die letztendlich die Fähigkeit des Aktuators ausdrücken, eine bestimmte Last zu tragen. Beachten Sie, dass Mehrachsensysteme spezielle Halterungen und Querplatten benötigen, um Aktoren stabil zu verbinden und Fehlausrichtung und Vibrationen zu reduzieren.

8. Gestaltungsziel:

Preise

Um den besten Aktuator für eine Anwendung auszuwählen, bestimmen Sie dessen Zielbewegungsprofil. Dazu gehören die Fahrgeschwindigkeit sowie erforderliche Beschleunigungs- und Verzögerungsraten. Während einige Aktuatoren für den industriellen Einsatz hohe Lasten bei Fahrgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s tragen können, verfügen andere über begrenzte Geschwindigkeits- und Lastkapazitäten. Passen Sie dabei den Antrieb richtig an die jeweilige Aufgabe an.