Genauigkeit und Wiederholbarkeit, Kapazität, Weglänge, Nutzung, Umgebungsbedingungen, Zeitpunkt, Ausrichtung, Raten.

Hier sind einige Tipps zur korrekten Spezifikation und Dimensionierung eines Linearmotor-Antriebs mithilfe der Eselsbrücke ACTUATOR – kurz für Genauigkeit, Kapazität, Verfahrweg, Nutzung, Umgebung, Timing, Ausrichtung und Raten –, um sich alle wichtigen Parameter zu merken.

Die Wahl des richtigen Aktuators für eine bestimmte Anwendung mag einfach erscheinen. Die Auswahl eines zuverlässigen Aktuators erfordert jedoch mehr Aufwand, als manche Ingenieure und Systemintegratoren erkennen. Schlechte Leistung von Aktuatoren ist oft auf grundlegende Spezifikationsfehler zurückzuführen.

Um eine zuverlässige und wiederholbare lineare Bewegung zu erreichen, müssen die spezifischen Anforderungen an einen hochwertigen Aktuatoraufbau mit vier Subsystemen erfüllt werden:

1. Ein Struktursystem, das alle Antriebskomponenten präzise in einem physischen Raum sichern und den Antrieb an seinem Arbeitsplatz halten kann

2. Ein Rotations-zu-Linear-Bewegungskonverter, der aus einem Antriebsstrang aus Einzelkomponenten 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 Nutzlast sicher hält

1. Designziel:

Genauigkeit und Wiederholbarkeit

Nimmt sich ein Konstrukteur nicht die Zeit, die Bewegungsanforderungen eines Aktuators zu definieren, wird er wahrscheinlich zu viel spezifizieren oder zu viel für das System bezahlen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Unterschied zwischen Genauigkeit und Wiederholbarkeit unklar ist. Bei den meisten Aktuatoranwendungen ist die Wiederholbarkeit 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 beiden Richtungen angefahren wird. Die beiden wichtigsten Spezifikationen, die die Genauigkeit beeinflussen, sind Hub und Positionierung. Die Genauigkeit wird üblicherweise in Mikrometern oder Tausendstel Zoll angegeben.

Stellen Sie sich beispielsweise einen Roboter mit einem Greifer auf einem Linearantrieb vor. Der Antrieb bewegt den Roboter in verschiedene Positionen, sodass der Greifer Kisten greifen und auf Paletten platzieren kann. Diese Bewegung muss wiederholbar und relativ präzise sein, um den Roboter in Position zu bringen, obwohl höchste Genauigkeit nicht erforderlich ist. Als Faustregel gilt, dass eine Positioniergenauigkeit von ± 50 µm bei den meisten Endverpackungsvorgängen mit Antrieben mehr als akzeptabel ist. Für Anwendungen, die eine präzisere Positionierung erfordern, sollten Sie einen Linearencoder in Betracht ziehen.

2. Designziel:

Kapazität

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

• statische Belastung

• dynamische Belastung

• Biegemoment

• Schub

Unabhängig von der Konfiguration hat die innere Konstruktion eines Aktuators direkten Einfluss auf die Tragfähigkeit. Manche Hersteller konstruieren und konstruieren Aktuatoren für hohe Lasten bei hohen Geschwindigkeiten, während andere für leichte Lasten bei hohen Geschwindigkeiten 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 Spezifikationseinheiten (SI-, US- oder imperiale Einheiten), um einen vergleichbaren Vergleich zu ermöglichen.

Industrielle Aktuatoren verfügen über eine hohe Steifigkeit und bewältigen die maximale Tragfähigkeit in fünf von sechs Freiheitsgraden – und ermöglichen eine reibungsarme Bewegung in der sechsten Achse.

3. Designziel:

Reiselänge

Der Hub eines Aktuators, gemessen in Millimetern oder Zoll, gibt die Distanz an, die er zurücklegen muss. Die Gesamtbewegung muss jedoch einen Sicherheitshub, auch Anschlag-zu-Anschlag-Distanz genannt, beinhalten. Achten Sie sorgfältig auf den Unterschied zwischen Hub und Gesamtlänge. Tipp: Definieren Sie in diesem Schritt auch den Volumenkörper bzw. die Gesamtfläche, in die das System passen muss.

4. Designziel:

Verwendung

Der Betriebsfaktor (auch Einschaltdauer genannt) wird üblicherweise in Zyklen pro Minute angegeben. Die Nutzungsdauer entspricht der Anzahl der Stunden, Jahre, Zyklen oder der linearen Distanz, die der Aktuator erreichen soll. Anders ausgedrückt: Diese Spezifikation beschreibt, wie häufig der Aktuator läuft und wie lange er halten muss. Berücksichtigen Sie neben den Lebensdaueranforderungen auch Anwendungsdetails (einschließlich Bewegungsprofil, Zykluszeit und Verweilzeit). Fragen Sie den Lieferanten auch nach Wartungsplänen; manche Aktuatoren müssen erst nach 20.000 km nachgeschmiert werden, während andere häufigere Wartung benötigen.

5. Designziel:

Umgebungsbedingungen

Die Arbeitsbedingungen rund um den Aktuator bilden zusammen die Umgebungsbedingungen:

• Betriebstemperaturbereich

• relativer Feuchtigkeitsbereich

• Art und Menge der Schadstoffpartikel

• Vorhandensein von ätzenden Flüssigkeiten oder Chemikalien

• regelmäßige Reinigungs- oder Waschanforderungen

Beachten Sie diese Faktoren und beachten Sie, dass anspruchsvolle oder extreme Umgebungen möglicherweise spezielle Dichtungen und Faltenbälge erfordern, um die beweglichen Teile des Antriebs vor Feuchtigkeit, Staub und anderen Verunreinigungen zu schützen. Fragen Sie in diesem Fall den Lieferanten, ob diese verfügbar sind.

6. Designziel:

Timing

Konstrukteure, Systemintegratoren, OEMs und Endnutzer ignorieren bei der Spezifizierung eines Aktuators häufig Projektzeitpläne, insbesondere zu Beginn. Obwohl andere Leistungsspezifikationen besondere Aufmerksamkeit verdienen, sollten Sie Zeit- und Budgetbeschränkungen im Auge behalten. Vergessen Sie nicht die Projektfristen, Angebotsanfragen, Prototypen und Produktionspläne, denn das Ignorieren dieser kann 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. Designziel:

Orientierung

Die Wahl des richtigen Aktuators hängt auch von seiner Montage im verfügbaren geometrischen Raum ab. Dies bestimmt die Last- und Kraftausrichtung. Wird der Schlitten horizontal nach oben oder unten ausgerichtet sein? Je nach Systemfläche und Anwendungsgeometrie sind auch vertikale und schräge Einbaulagen möglich. Jede Ausrichtung beeinflusst die Kraftberechnungen, die letztlich die Tragfähigkeit des Aktuators für eine bestimmte Last angeben. Beachten Sie, dass Mehrachsensysteme spezielle Halterungen und Querplatten benötigen, um die Aktuatoren starr zu verbinden und Fehlausrichtungen sowie Vibrationen zu reduzieren.

8. Designziel:

Preise

Um den optimalen Aktuator für eine Anwendung auszuwählen, bestimmen Sie dessen gewünschtes Bewegungsprofil. Dazu gehören die Verfahrgeschwindigkeit sowie die erforderlichen Beschleunigungs- und Verzögerungsraten. Während einige Industrieantriebe hohe Lasten bei Verfahrgeschwindigkeiten bis zu 5 m/s tragen können, sind die Geschwindigkeits- und Tragfähigkeiten anderer begrenzt. Wählen Sie daher den passenden Aktuator für die jeweilige Aufgabe.