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Hybrid-Kugelgewindetrieb

Lösung für XY-Tische und kleine Bearbeitungszentren, wie z. B. 3D-Drucker.

Linearantriebe sind in vielen Größen erhältlich, doch in den letzten Jahren haben die Hersteller zunehmend auf kompaktere Bauformen gesetzt. Unabhängig von der Größe des Antriebs kann der Einbau eines Motors die Gesamtgröße des Systems jedoch für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot zu groß machen. Einige Hersteller begegnen diesem Problem, indem sie Motor und Gewindespindel (oder Kugelgewindespindel) in einer Baugruppe integrieren – sogenannte Hybridantriebe.

Die gängigste Variante des Hybridantriebs ist ein Schrittmotor mit integrierter Gewindespindel, da beide Komponenten ähnliche Spezifikationen hinsichtlich Last, Drehzahl und Schubkraft aufweisen. Hier liegt wohl der größte Vorteil der integrierten Bauweise, da die in Gewindespindelanwendungen benötigten Lasten und Kräfte typischerweise geringer sind und sich besser für eine Konstruktion ohne externe Führung eignen (d. h. ohne Linearwellen oder Schienen zur Lastabstützung). Führungen lassen sich jedoch in Hybridantriebe integrieren, wodurch diese vielseitiger einsetzbar werden können, beispielsweise in Präzisionspositioniersystemen, bei denen eine Last während der Bewegung gestützt werden muss.

Die Basis eines Hybridaktuators bildet ein Hohlwellenmotor. Anstelle der üblichen Motorkonstruktion mit einer einfachen Antriebswelle, die durch die Rotormitte verläuft, ist die Gewindespindel oder die Gewindemutter im Rotorinneren montiert. Bei innenliegender Gewindespindel spricht man von angetriebener Gewindespindel, bei innenliegender Gewindemutter von angetriebener Mutter.

Die angetriebene Spindelkonfiguration ähnelt in Bezug auf die Endfixierung am ehesten einer herkömmlichen Spindelanordnung. Dabei wird ein Ende der Spindel von einem oder zwei Axiallagern gestützt und mit dem Motor gekoppelt, während das gegenüberliegende Ende entweder „frei“ (nicht gestützt) oder ebenfalls von einem oder zwei Axiallagern gehalten wird. Der Unterschied bei einem angetriebenen Spindel-Hybridaktuator besteht darin, dass das angetriebene Ende der Spindel direkt im Rotor des Motors montiert und von Lagern im Rotorinneren gestützt wird. Externe Lager oder eine Spindel-Motor-Kopplung sind nicht erforderlich. Wie bei einer herkömmlichen Spindelanordnung ist die Mutter außerhalb des Motors montiert, und die Drehung der Spindel bewegt die Mutter entlang der Spindelwelle.

Bei angetriebener Mutter kann die Bewegung auf zwei Arten erfolgen: Entweder ist die Mutter-Motor-Kombination so fixiert, dass sich die Spindelwelle beim Drehen der Mutter durch den Motor hin und her bewegt, oder die Spindelwelle ist fixiert, sodass sich die Motor-Mutter-Einheit entlang der feststehenden Spindel bewegt. Wenn die Spindelwelle fixiert ist und sich nicht drehen kann, lassen sich in der Regel höhere Drehzahlen erzielen, da das sogenannte „Peitschen“ (der seilspringende Effekt, der beim schnellen Drehen einer Spindel auftritt) vermieden wird. Um die Schubkräfte aufzunehmen, ist üblicherweise ein Axiallager am Außenumfang der Spindelmutter (im Inneren des Motorrotors) montiert.

Neben der kompakten Bauweise kann die geringere Anzahl mechanischer Verbindungen die Systemnachgiebigkeit im Vergleich zu ähnlichen Systemen mit einem extern an eine Spindel gekoppelten Motor verringern. In Systemen ohne Linearführungen werden Hybridaktoren hauptsächlich zum Schieben oder Ziehen relativ leichter Lasten oder zur präzisen Positionierung, beispielsweise in Fokussierungs- und Scananwendungen, eingesetzt.


Veröffentlichungsdatum: 14. September 2020
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