Die Beachtung einiger einfacher Richtlinien für die Konstruktion linearer Bewegungssysteme kann die Systemleistung und die Lebensdauer der Aktuatoren verbessern.

Viele automatisierte Maschinen nutzen lineare Führungskomponenten wie Profilschienen, Rundschienen oder andere Wälz- oder Gleitlager, um die beweglichen Elemente der Anlage zu führen und zu stützen. Diese beweglichen Elemente werden häufig von Linearantrieben angetrieben.

Eines der häufigsten Probleme bei linearen Systemen jeglicher Art ist die Fehlausrichtung. Fehlausrichtung kann zu einer Reihe von Problemen führen, wie z. B. inkonsistenten Ergebnissen der linearen Bewegung, verkürzter Lebensdauer des Linearlagersystems, vorzeitigem Verschleiß oder Ausfall des Aktuatorsystems sowie unregelmäßigen Bewegungen wie Geschwindigkeitsschwankungen oder Taumeln.

Es gibt jedoch einige gängige Methoden, um die Gesamtleistung des Systems durch Optimierung der Ausrichtung von Linearführung und Aktor zu verbessern.

Aktuatoren und Führungen
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein geführtes Maschinenelement in Bewegung zu setzen, wobei sich die gängigsten in zwei Kategorien einteilen lassen. Die erste Kategorie umfasst Stangenantriebe. Diese können entweder fluidbetrieben (hydraulisch oder pneumatisch) oder elektrisch (z. B. Kugelgewindetriebe) sein.

Die zweite Art sind stangenlose Aktuatoren. Auch diese können entweder fluidbetrieben oder elektrisch über eine Gewindespindel, Kugelumlaufspindel, einen Riemen oder einen Linearmotor angetrieben werden. Beide Aktuatortypen finden Anwendung in Führungssystemen. Sie unterscheiden sich jedoch in einigen Details hinsichtlich ihrer optimalen Einsatzweise, um die Systemleistung und Lebensdauer zu maximieren.

Die Führungselemente selbst, seien es Profilschienen, Rundschienen oder andere Roll- oder Gleitsysteme, müssen in der Planungsphase korrekt dimensioniert und ausgewählt und gemäß den Herstellerempfehlungen installiert werden, wobei dem Ausrichtungsprozess besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung des gewählten Führungssystems für die jeweilige Anwendung optimal genutzt wird.

Bedeutung der Einhaltung der Vorschriften
Stangenantriebe, bei denen sich die Kolbenstange bzw. die Antriebsstange mit jedem Zyklus aus- und einfährt, bieten typischerweise verschiedene Montagemöglichkeiten. Dazu gehören beispielsweise gebohrte und mit Gewinde versehene Löcher, Montagefüße, Kugelgelenke, Ausrichtkupplungen, Gabelköpfe oder Zapfen. Bei Verwendung mit einem Führungsmechanismus ist darauf zu achten, dass sich alle Teilsysteme, der Antrieb und die Führungseinheit ungehindert und gleichmäßig bewegen können. Systeme, die versuchen, das Antriebselement starr mit dem Abtriebselement zu koppeln, können inkonsistente Leistung zeigen, da sich diese beiden Elemente in getrennten Ebenen bewegen und eines oder beide Teilsysteme überlastet werden.

Ein Stangenantrieb in einem solchen System eignet sich am besten in Kombination mit einem nachgiebigen Element zwischen Antriebselement (Antrieb) und Abtriebselement (Führungssystem). Beispielsweise ermöglicht ein am Antriebsstangenende befestigtes Kugelgelenk die Drehung des Befestigungspunktes um das Kugelgelenk. Diese Art der Verbindung an der Führung wird idealerweise zusammen mit einem Zapfen oder einer Gabel am gegenüberliegenden Ende des Antriebs verwendet, wo dieser am Maschinenrahmen befestigt ist. Diese Montageart ermöglicht eine nachgiebige Verbindung, ohne den Antrieb (Antrieb) oder das Abtriebselement (Führungssystem) übermäßig zu belasten.

Stangenlose Aktuatoren, deren Hub innerhalb ihrer Gesamtlänge liegt, können auch ein integriertes Führungssystem aufweisen. Bei Verwendung eines separaten Führungssystems ist zudem ein nachgiebiges Verbindungselement zwischen Antriebs- und Abtriebselement erforderlich. Die meisten Aktuatorhersteller bieten verschiedene Befestigungsmöglichkeiten für diese Art der Installation an, beispielsweise schwimmende Halterungen.

Stangenlose Aktuatoren mit integriertem Führungssystem übernehmen die Führung und Abstützung der Anlage und ersetzen dabei ein separates Führungssystem. Diese Funktion ist besonders vorteilhaft und spart dem Maschinenbauer oft Zeit und Kosten. Stangenlose Aktuatoren mit integrierten Führungen lassen sich in verschiedenen Kombinationen in die Maschinen integrieren und decken so ein breites Spektrum an Bewegungsanforderungen ab. Mehrachsige Konfigurationen wie XY oder XYZ sowie Portalkonfigurationen sind bei entsprechender Dimensionierung möglich. Bei der Installation stangenloser Aktuatoren mit integrierten Führungen ist die Ausrichtung von entscheidender Bedeutung.

Parallelität und Rechtwinkligkeit der verbundenen Elemente
Ein stangenloser Aktor mit integrierter Führung in einer einachsigen Konfiguration muss lediglich die Positionieranforderungen erfüllen. Der Ausrichtungsprozess ist unkompliziert, da der Aktor selbstständig arbeitet und seine Last ohne externe Führung in Position bringt. Beispiele für diese Art von Konfiguration sind die Ausrichtung zwischen zwei Werkstückpunkten oder die Ausrichtung an einer Vorrichtung der Anlage.

Die Ausrichtung von stangenlosen Aktuatoren in mehrachsigen Konfigurationen wird anspruchsvoller, da mehrere Aktuatoren zusammenarbeiten müssen. Daher müssen bei der Montage dieser Aktuatoren Parallelität und Rechtwinkligkeit aller verbundenen Bauteile berücksichtigt werden, um optimale Leistung und maximale Lebensdauer zu gewährleisten.

Parallelität der verbundenen Elemente
Es gibt drei Variablen, die die Parallelität bei der Montage von Linearantrieben beeinflussen können. Die Beantwortung dieser Fragen maximiert die Parallelität und die Systemleistung.

1. Sind die Aktuatoren mit den Schlitten auf gleicher Höhe montiert? Eine Fehlausrichtung in dieser Ebene führt zu einem ungünstigen Biegemoment um die Mx-Achse im Lagersystem einer oder beider Einheiten.

2. Sind die Aktuatoren von einem Ende zum anderen in einem gleichmäßigen Abstand zueinander montiert? Eine Fehlausrichtung in dieser Ebene führt zu einer ungünstigen Seitenkraft in der Fy-Achse auf das Lagersystem und kann im schlimmsten Fall zum Blockieren der Einheiten führen.

3. Sind die Aktuatoren waagerecht zueinander montiert? Eine Winkelabweichung führt zu einem ungünstigen Biegemoment in der My-Achse im Lagersystem beider Einheiten.

Rechtwinkligkeit der verbundenen Elemente
Es gibt zwei Variablen, die die Rechtwinkligkeit bei der Montage von Linearantrieben beeinflussen.

1. Ist in einem XYZ-System die Z-Achse senkrecht zur Y-Achse angeordnet? Eine Fehlausrichtung in dieser Ebene führt zu einem ungünstigen Biegemoment im Lagersystem des Y-Achsen-Aktuators in beliebiger Richtung.

2. Bewegen sich in einem Portalsystem, in dem sich zwei Aktuatoren gleichzeitig in der X- oder Y-Achse bewegen müssen, diese tatsächlich gleichzeitig? Eine Fehlausrichtung oder unzureichende Servoleistung führt zu einem unerwünschten Biegemoment in der Mz-Achse im Lagersystem.

Die tatsächlichen Toleranzen hinsichtlich Ausrichtungsempfehlungen und Montage hängen vom jeweiligen Aktuatorhersteller sowie vom Lagertyp ab. Generell gilt jedoch, den Lagertyp zu berücksichtigen. Hochleistungslager wie Profilschienensysteme sind in der Regel sehr steif, wodurch die Ausrichtung besonders wichtig ist. Systeme mittlerer Leistung mit Rollen oder Rädern weisen oft Spielräume auf, die eine gewisse Toleranz bei der Ausrichtung ermöglichen. Gleitlager oder Schiebelagersysteme bieten häufig größeres Spiel und sind unter Umständen noch toleranter.

Bei der Montage von Linearantriebssystemen stehen verschiedene Messwerkzeuge zur Verfügung, von Lehren bis hin zu Lasersystemen, um die korrekte Ausrichtung sicherzustellen. Unabhängig vom verwendeten Werkzeug sollte immer eine Achse als Referenz für die XY- und Z-Ebenen festgelegt und die anderen Komponenten relativ zu dieser Referenzachse montiert werden. Dadurch erzielen Sie maximale Leistung und eine lange Lebensdauer Ihres Antriebssystems.