Genauigkeit und Wiederholbarkeit, Kapazität, Verfahrweg, Nutzung, Umgebungsbedingungen, Zeitmessung, Ausrichtung, Geschwindigkeiten.

Hier einige Tipps zur korrekten Spezifikation und Dimensionierung eines linearmotorgetriebenen Aktuators mithilfe der Eselsbrücke ACTUATOR – kurz für Genauigkeit, Kapazität, Verfahrweg, Verwendung, Umgebungsbedingungen, Timing, Ausrichtung und Geschwindigkeit – um sich alle wichtigen Parameter zu merken.

Die Auswahl des richtigen Aktuators für eine bestimmte Anwendung mag einfach erscheinen. Allerdings ist die Auswahl eines zuverlässigen Aktuators komplexer, als vielen Ingenieuren und Systemintegratoren bewusst ist. Häufig beruhen mangelhafte Aktuatoren auf grundlegenden Spezifikationsfehlern.

Um eine zuverlässige und wiederholbare Linearbewegung zu erreichen, besteht das Ziel darin, spezifische Anforderungen an eine hochwertige Aktuatoranordnung mit vier Teilsystemen zu erfüllen:

1. Ein Struktursystem, das alle Aktuatorkomponenten präzise in einem physischen Raum fixieren und den Aktuator an seinem Arbeitsplatz halten kann.

2. Ein Dreh-Linear-Bewegungswandler, bestehend aus einem Antriebsstrang aus Einzelkomponenten

3. Ein lineares Verschleißelement zur präzisen, geradlinigen Führung des Schlittens mit minimaler Reibung und maximaler Tragfähigkeit und Lebensdauer.

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

1. Designziel:

Genauigkeit und Wiederholbarkeit

Wenn ein Konstrukteur sich nicht die Zeit nimmt, die Anforderungen an einen Aktor hinsichtlich der Bewegungsleistung genau zu definieren, wird er das System wahrscheinlich überdimensionieren oder zu viel dafür bezahlen. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein Missverständnis bezüglich des Unterschieds zwischen Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit besteht. In den meisten Anwendungen von Aktoren ist die Wiederholgenauigkeit wichtiger als die absolute Genauigkeit.

Die Wiederholgenauigkeit kann unidirektional oder bidirektional sein und misst die Fähigkeit eines Systems, eine Sollposition zu erreichen, wenn es aus derselben oder einer beliebigen Richtung angefahren wird. Die beiden wichtigsten Spezifikationen, die die Genauigkeit beeinflussen, sind Verfahrweg und Positionierung. Die Genauigkeit wird üblicherweise in Mikrometern oder Tausendstel Zoll angegeben.

Stellen Sie sich beispielsweise einen Roboter mit einem Greifer vor, der auf einem Linearantrieb sitzt. Der Antrieb bewegt den Roboter in verschiedene Positionen, sodass der Greifer Kartons greifen und auf Paletten platzieren kann. Diese Bewegung muss wiederholbar und hinreichend genau sein, um den Roboter in Position zu bringen, wobei absolute Präzision nicht erforderlich ist. Als Faustregel gilt: Eine Positioniergenauigkeit von ± 50 µm ist in den meisten Verpackungsprozessen am Ende der Produktionslinie mit Antrieben mehr als ausreichend. Für Anwendungen, die eine präzisere Positionierung erfordern, empfiehlt sich der Einsatz eines Linear-Encoders.

2. Designziel:

Kapazität

Überlegen Sie, welchen Belastungen, Momenten und Kräften der Aktor standhalten muss. Dazu gehören:

• statische Last

• dynamische Last

• Biegemoment

• Schub

Unabhängig von der Konfiguration hat die interne Konstruktion eines Aktuators direkten Einfluss auf seine Belastbarkeit. Einige Hersteller entwickeln und konstruieren Aktuatoren für hohe Lasten bei hohen Drehzahlen, während andere für geringe Lasten bei hohen Drehzahlen ausgelegt sind. Die Kenntnis der Anwendungsdetails ist entscheidend für die Wahl des richtigen Designs. Tipp: Achten Sie beim Vergleich von Aktuatoren auf die oben genannten Maßeinheiten (SI-, US- oder imperiale Einheiten), um einen direkten Vergleich zu gewährleisten.

Industrielle Aktuatoren zeichnen sich durch hohe Steifigkeit und maximale Belastbarkeit in fünf von sechs Freiheitsgraden aus – und ermöglichen reibungsarme Bewegungen in der sechsten Achse.

3. Designziel:

Reiselänge

Der Hub eines Aktuators, gemessen in Millimetern oder Zoll, ist die Strecke, die er zurücklegen muss. Der Gesamthub muss jedoch einen Sicherheitshub, auch bekannt als Abstand zwischen den Endanschlägen, beinhalten. Achten Sie genau auf den Unterschied zwischen Hub und Gesamtlänge. Tipp: Definieren Sie in diesem Schritt auch den Bauraum bzw. die Gesamtfläche, in die das System passen muss.

4. Designziel:

Verwendung

Der Nutzungsfaktor (auch als Tastverhältnis bekannt) wird üblicherweise in Zyklen pro Minute angegeben. Die Nutzungsdauer gibt die Anzahl der Stunden, Jahre, Zyklen oder linearen Strecken an, die der Aktor zurücklegen sollte. Anders ausgedrückt: Diese Spezifikation beschreibt, wie häufig der Aktor läuft und wie lange er halten muss. Berücksichtigen Sie neben den Lebensdaueranforderungen auch die Anwendungsdetails (einschließlich Bewegungsprofil, Zykluszeit und Verweilzeit). Fragen Sie den Lieferanten auch nach den Wartungsintervallen; manche Aktoren benötigen nur nach 20.000 km eine Nachschmierung, andere hingegen häufigere Wartung.

5. Designziel:

Umgebung

Die den Aktor umgebenden Arbeitsbedingungen bilden zusammen die Umgebung:

• Betriebstemperaturbereich

• relativer Luftfeuchtigkeitsbereich

• Art und Menge der Schadstoffpartikel

• Vorhandensein von korrosiven Flüssigkeiten oder Chemikalien

• regelmäßige Reinigungs- oder Abwaschanforderungen

Beachten Sie diese Faktoren und denken Sie daran, dass in anspruchsvollen oder extremen Umgebungen spezielle Dichtungen und Faltenbälge erforderlich sein können, um die beweglichen Teile des Aktuators vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Verunreinigungen zu schützen. Fragen Sie in diesem Fall beim Lieferanten nach, ob diese verfügbar sind.

6. Designziel:

Timing

Konstrukteure, Systemintegratoren, OEMs und Endanwender vernachlässigen bei der Spezifikation von Aktuatoren häufig die Projektzeitpläne, insbesondere zu Beginn. Obwohl andere Leistungsmerkmale besondere Beachtung verdienen, sollten Zeit- und Budgetvorgaben stets berücksichtigt werden. Vergessen Sie nicht die Gesamtprojektfristen, Angebotsanfragen, Prototypen und Produktionspläne, da deren Vernachlässigung später Zeit und Aufwand kostet. Nichts ist ärgerlicher, als den idealen Aktor zu finden und dann festzustellen, dass er nicht in den Zeit- und Budgetrahmen des Projekts passt.

7. Designziel:

Orientierung

Die Wahl des richtigen Aktuators hängt auch von seiner Montage im verfügbaren Bauraum ab. Dies bestimmt die Ausrichtung von Last und Kraft. Wird der Schlitten horizontal ausgerichtet (mit der Öffnung nach oben oder unten)? Vertikale und schräge Ausrichtungen sind je nach Systemgröße und Anwendungsgeometrie ebenfalls möglich. Jede Ausrichtung beeinflusst die Kraftberechnungen, die letztendlich die Tragfähigkeit des Aktuators für eine bestimmte Last beschreiben. Beachten Sie, dass Mehrachsensysteme spezielle Halterungen und Kreuzplatten benötigen, um die Aktuatoren starr zu verbinden und Fehlausrichtungen sowie Vibrationen zu reduzieren.

8. Designziel:

Tarife

Um den optimalen Aktor für eine Anwendung auszuwählen, muss dessen Zielbewegungsprofil bestimmt werden. Dazu gehören die Verfahrgeschwindigkeit sowie die erforderlichen Beschleunigungs- und Verzögerungswerte. Während einige Aktoren für den industriellen Einsatz hohe Lasten bei Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 5 m/s bewältigen können, weisen andere begrenzte Geschwindigkeits- und Lastkapazitäten auf. Hierbei ist es wichtig, den Aktor optimal auf die jeweilige Aufgabe abzustimmen.