Das Befolgen einiger einfacher Richtlinien für den Entwurf linearer Bewegungssysteme kann die Systemleistung und die Lebensdauer des Aktuators verbessern.

Viele automatisierte Maschinen sind auf lineare Führungskomponenten wie Profilschienen, Rundschienen oder andere Wälz- oder Gleitlagerstrukturen angewiesen, um die beweglichen Elemente der Ausrüstung zu führen und zu stützen. Darüber hinaus werden diese beweglichen Elemente häufig von einer Art Linearantriebsvorrichtung angetrieben.

Eines der häufigsten Probleme bei linearen Systemen jeglicher Art ist die Fehlausrichtung. Eine Fehlausrichtung kann zu einer Vielzahl von Problemen führen, wie z. B. inkonsistente Ergebnisse der Linearbewegung, verkürzte Lebensdauer des Linearlagersystems, vorzeitiger Verschleiß oder Ausfall des Aktuatorsystems und unregelmäßige Bewegungen wie Geschwindigkeitsschwankungen oder Wackeln.

Es gibt jedoch einige gängige Methoden zur Verbesserung der Gesamtsystemleistung durch Optimierung der Ausrichtung von Linearführung und Aktuator.

Aktuatoren und Führungen
Während es eine Reihe von Möglichkeiten gibt, einem geführten Maschinenelement Bewegung zu verleihen, lassen sich einige der gebräuchlichsten in zwei Kategorien einteilen. Das erste sind Aktuatoren im Stangenstil. Stabantriebe können entweder flüssigkeitsbetrieben sein, beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch, oder elektrisch, beispielsweise Leitspindeln oder Kugelumlaufspindeln.

Das zweite sind stangenlose Aktuatoren. Auch diese können entweder fluidbetrieben oder elektrisch über eine Leitspindel, eine Kugelumlaufspindel, einen Riemen oder einen Linearmotor sein. Beide Antriebsarten finden in geführten Systemen Anwendung. Allerdings gibt es bei beiden subtile Unterschiede in der Art und Weise, wie sie am besten eingesetzt werden, um die Systemleistung und -lebensdauer zu maximieren.

Die Führungselemente selbst, ob Profilschiene, Rundschiene oder andere Roll- oder Gleitsysteme, müssen in der Entwurfsphase richtig dimensioniert und ausgewählt und gemäß den Empfehlungen des Herstellers installiert werden, wobei besonderes Augenmerk auf den Ausrichtungsprozess gelegt werden muss. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung des ausgewählten Leitsystems für die jeweilige Anwendung maximiert wird.

Bedeutung von Compliance-Mitgliedern
Stangenantriebe, bei denen die Kolbenstange oder Betätigungsstange bei jedem Zyklus aus- und eingefahren wird, bieten in der Regel eine Reihe von Montageoptionen. Montageoptionen wie Bohr- und Gewindelöcher im Gerät, Montagefüße, kugelförmige Stangenverbindungen, Ausrichtungskupplungen, Gabelköpfe oder Zapfen werden von den meisten Anbietern von Stangenaktuatoren häufig angeboten. Stellen Sie bei der Verwendung mit einem geführten Mechanismus sicher, dass jedes Subsystem, jeder Aktuator und jede Führungsbaugruppe eine ungehinderte, gleichmäßige Bewegung ausführen kann. Systeme, die versuchen, das Antriebselement starr mit dem angetriebenen Element zu verbinden, können eine inkonsistente Leistung aufweisen, da diese beiden Elemente versuchen, sich in getrennten Ebenen zu bewegen, wobei eines oder beide Subsysteme über ihre Leistungsfähigkeit hinaus belastet werden.

Ein stangenförmiger Aktuator in einem solchen System wird am besten mit einem Nachgiebigkeitselement zwischen dem Antriebselement (Aktuator) und dem angetriebenen Element (Führungssystem) verwendet. Beispielsweise ermöglicht ein an der Betätigungsstange montiertes kugelförmiges Stangenende, dass sich der Montagepunkt um das Kugelgelenk dreht. Diese Art der Verbindung an der Führung wird am besten in Verbindung mit einem Zapfen oder Gabelkopf am gegenüberliegenden Ende des Aktuators verwendet, wo er am Maschinenrahmenelement befestigt wird. Ein solches Montageschema ermöglicht eine Konformität der Verbindung, ohne den Antrieb (Aktuator) oder den Antrieb (Führungssystem) übermäßig zu belasten.

Kolbenstangenlose Aktuatoren, die sich dadurch auszeichnen, dass ihr Hub innerhalb ihrer Gesamtlänge begrenzt ist, können auch ein in den Aktuator integriertes Führungssystem enthalten. Wenn stangenlose Aktuatoren in Verbindung mit einem separaten Führungssystem verwendet werden, muss auch ein nachgiebiges Element in der Verbindung zwischen dem Antrieb und den angetriebenen Elementen enthalten sein. Die meisten Aktuatorlieferanten bieten verschiedene Halterungen für diese Art der Installation an, beispielsweise schwimmende Halterungen.

Kolbenstangenlose Aktuatoren, die über ein Führungssystem verfügen, können die Aufgabe der Führung und Unterstützung der Ausrüstung übernehmen und gleichzeitig ein separates Führungssystem ersetzen. Diese Funktion kann besonders nützlich sein und spart dem Maschinenbauer dabei oft Zeit und Geld. Kolbenstangenlose Aktuatoren mit integrierten Führungen können in Kombinationen in die Maschine eingebaut werden, um unterschiedlichsten Bewegungsanforderungen gerecht zu werden. Bei entsprechender Dimensionierung sind auch Mehrachsenkonfigurationen wie xy oder xyz sowie Gantry-Konfigurationen möglich. Bei der Installation von kolbenstangenlosen Antrieben mit integrierten Führungen ist die Ausrichtung ebenso wichtig.

Parallelität und Rechtwinkligkeit verbundener Elemente
Ein stangenloser Aktuator mit integrierter Führung, der in einer einachsigen Konfiguration verwendet wird, muss lediglich die Positionierungserwartungen erfüllen. Der Ausrichtungsprozess ist unkompliziert, da der Aktuator seine Last einzeln und ohne externe Führung in Position bringt. Beispiele für diese Art der Einrichtung sind Arbeitspunkt-zu-Arbeitspunkt- oder Ausrichtung-zu-Befestigungs-Aufbau an der Ausrüstung.

Die Ausrichtung stangenloser Aktuatoren in Mehrachsenkonfigurationen wird schwieriger, da mehrere Aktuatoren zusammenarbeiten müssen. Daher müssen bei der Montage dieser Aktuatoren die Parallelität und Rechtwinkligkeit aller verbundenen Geräte berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung und maximale Lebensdauer zu gewährleisten.

Parallelität verbundener Elemente
Es gibt drei Variablen, die die Parallelität bei der Montage von Linearantrieben beeinflussen können. Durch das Stellen und Beantworten dieser Fragen werden Parallelität und Systemleistung maximiert.

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

2. Sind die Aktuatoren von einem Ende zum anderen in einem gleichmäßigen Abstand voneinander montiert? Eine Fehlausrichtung in dieser Ebene übt eine ungünstige Seitenlast in der Fy-Achse auf das Lagersystem aus und kann, wenn sie schwerwiegend ist, zum Blockieren der Einheiten führen.

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

Rechtwinkligkeit verbundener Elemente
Bei der Montage von Linearantrieben gibt es zwei Variablen, die die Rechtwinkligkeit beeinflussen.

1. Ist in einem XYZ-System die Z-Achse senkrecht zur Y-Achse montiert? Eine Fehlausrichtung in dieser Ebene führt zu einem ungünstigen Biegemoment auf das Lagersystem des Y-Achsen-Aktuators in einer oder allen möglichen Achsen.

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

Die tatsächlichen Toleranzen in Bezug auf Ausrichtungsempfehlungen und Montage hängen vom jeweiligen Aktuatorhersteller sowie vom Lagertyp ab. Eine allgemeine Faustregel besteht jedoch darin, den Typ des Lagersystems zu berücksichtigen. Hochleistungslagertypen wie Profilschienensysteme sind in der Regel recht steif und die Ausrichtung ist kritischer. Systeme mit mittlerer Leistung, die Rollen oder Räder verwenden, weisen häufig Abstände auf, die eine gewisse Fehlertoleranz bei der Ausrichtung bieten. Gleitlager- oder Gleitsysteme haben oft ein größeres Spiel und können sogar noch nachsichtiger sein.

Bei der Installation von Montagesystemen für Linearantriebe stehen eine Reihe von Messwerkzeugen zur Verfügung, die dabei helfen, die richtige Ausrichtung sicherzustellen, von Messgeräten bis hin zu Lasersystemen. Unabhängig davon, welche Werkzeuge verwendet werden, erstellen Sie immer eine Achse als Referenz für die XY- und Z-Ebenen und montieren Sie die anderen Geräte in Bezug auf die Referenzachse. Dies trägt dazu bei, die maximale Leistung und die längste Lebensdauer Ihres Antriebssystems zu erreichen.