Last, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Weg, Präzision, Umgebung und Arbeitszyklus.

Eine sorgfältige Analyse der Anwendung, einschließlich Ausrichtung, Moment und Beschleunigung, zeigt die zu tragende Last. Manchmal weicht die tatsächliche Last von der berechneten ab. Daher müssen Ingenieure den Verwendungszweck und mögliche Fehlanwendungen berücksichtigen.

Bei der Dimensionierung und Auswahl von Linearbewegungssystemen für Montagemaschinen übersehen Ingenieure oft kritische Anwendungsanforderungen. Dies kann zu kostspieligen Neukonstruktionen und Nacharbeiten führen. Schlimmer noch: Es kann zu einem überdimensionierten System führen, das teurer und weniger effektiv ist als gewünscht.

Bei der Vielzahl an Technologieoptionen kann man bei der Entwicklung ein-, zwei- und dreiachsiger Linearbewegungssysteme schnell überfordert sein. Welche Last muss das System bewältigen? Wie schnell muss es sich bewegen? Welches Design ist am kosteneffizientesten?

All diese Fragen wurden bei der Entwicklung von „LOSTPED“ berücksichtigt – einem einfachen Akronym, das Ingenieuren hilft, Informationen zur Spezifikation linearer Bewegungskomponenten oder -module für jede Anwendung zu sammeln. LOSTPED steht für Last, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Verfahrweg, Präzision, Umgebung und Einschaltdauer. Jeder Buchstabe steht für einen Faktor, der bei der Dimensionierung und Auswahl eines Linearbewegungssystems berücksichtigt werden muss.

Jeder Faktor muss einzeln und im Gesamtzusammenhang betrachtet werden, um eine optimale Systemleistung zu gewährleisten. Beispielsweise stellt die Last beim Beschleunigen und Abbremsen andere Anforderungen an die Lager als bei konstanter Geschwindigkeit. Mit der Weiterentwicklung der Lineartechnik von Einzelkomponenten zu Komplettsystemen werden die Wechselwirkungen zwischen Komponenten – wie Linearführungen und Kugelumlaufspindeln – komplexer und die Entwicklung des richtigen Systems anspruchsvoller. LOSTPED hilft Konstrukteuren, Fehler zu vermeiden, indem es sie daran erinnert, diese miteinander verbundenen Faktoren bei der Systementwicklung und -spezifikation zu berücksichtigen.

【Laden】

Last bezeichnet das Gewicht oder die Kraft, die auf das System ausgeübt wird. Alle linearen Bewegungssysteme sind einer bestimmten Art von Last ausgesetzt, beispielsweise Abwärtskräften bei der Materialhandhabung oder Schubkräften beim Bohren, Pressen oder Schrauben. Andere Anwendungen unterliegen einer konstanten Last. Beispielsweise wird bei der Handhabung von Halbleiterwafern ein nach vorne öffnender, einheitlicher Behälter zum Absetzen und Aufnehmen von Station zu Station transportiert. Andere Anwendungen weisen unterschiedliche Lasten auf. Beispielsweise wird bei einer medizinischen Dosieranwendung ein Reagenz nacheinander in eine Reihe von Pipetten gegeben, wodurch die Last bei jedem Schritt geringer wird.

Bei der Berechnung der Last ist es wichtig, die Art des Werkzeugs zu berücksichtigen, das sich am Ende des Arms befindet, um die Last aufzunehmen oder zu tragen. Obwohl Fehler hier nicht direkt mit der Last zusammenhängen, können sie kostspielig sein. Beispielsweise kann bei einer Pick-and-Place-Anwendung ein hochempfindliches Werkstück beschädigt werden, wenn der falsche Greifer verwendet wird. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Ingenieure die allgemeinen Lastanforderungen eines Systems vergessen, können sie dennoch bestimmte Aspekte dieser Anforderungen übersehen. LOSTPED ist eine Möglichkeit, Vollständigkeit zu gewährleisten.

Wichtige Fragen:

* Woher kommt die Last und wie ist sie ausgerichtet?

* Gibt es besondere Hinweise zur Handhabung?

* Wie viel Gewicht bzw. Kraft muss bewältigt werden?

* Handelt es sich bei der Kraft um eine Abwärtskraft, eine Abhebekraft oder eine Seitenkraft?

【Orientierung】

Die Ausrichtung, also die relative Position oder Richtung der Krafteinwirkung, ist ebenfalls wichtig, wird aber oft übersehen. Manche Linearmodule oder -aktuatoren können aufgrund ihrer Linearführungen höhere Belastungen nach unten oder oben als seitlich bewältigen. Andere Module mit anderen Linearführungen können die gleichen Belastungen in alle Richtungen bewältigen. Beispielsweise kann ein Modul mit doppelten Kugelschienenführungen axiale Belastungen besser bewältigen als Module mit Standardführungen.

Wichtige Fragen:

* Wie ist das Linearmodul bzw. der Aktuator ausgerichtet? Ist es horizontal, vertikal oder auf dem Kopf stehend?

* Wo ist die Last im Verhältnis zum Linearmodul ausgerichtet?

* Verursacht die Last ein Roll- oder Nickmoment auf dem Linearmodul?

【Geschwindigkeit】

Geschwindigkeit und Beschleunigung beeinflussen ebenfalls die Auswahl eines Linearbewegungssystems. Eine aufgebrachte Last erzeugt beim Beschleunigen und Abbremsen ganz andere Kräfte auf das System als bei konstanter Geschwindigkeit. Auch die Art des Bewegungsprofils – trapezförmig oder dreieckig – muss berücksichtigt werden, da die zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit oder Zykluszeit erforderliche Beschleunigung von der Art der Bewegung abhängt. Bei einem trapezförmigen Bewegungsprofil beschleunigt die Last schnell, bewegt sich eine Zeit lang mit relativ konstanter Geschwindigkeit und verlangsamt sich dann. Bei einem dreieckigen Bewegungsprofil beschleunigt und verzögert die Last schnell, wie bei Punkt-zu-Punkt-Aufnahme- und -Abgabeanwendungen.

Geschwindigkeit und Beschleunigung sind entscheidende Faktoren bei der Bestimmung des geeigneten Linearantriebs – Kugelumlaufspindel, Riemen oder Linearmotor.

Wichtige Fragen:

* Welche Geschwindigkeit bzw. Zykluszeit muss erreicht werden?

* Ist die Geschwindigkeit konstant oder variabel?

* Wie wirkt sich die Last auf Beschleunigung und Verzögerung aus?

* Ist das Bewegungsprofil trapezförmig oder dreieckig?

* Welcher Linearantrieb erfüllt die Geschwindigkeits- und Beschleunigungsanforderungen am besten?

【Reisen】

Der Hub bezeichnet die Distanz oder den Bewegungsbereich. Nicht nur der Hubweg, sondern auch der Nachlaufweg muss berücksichtigt werden. Ein gewisser Sicherheitshub bzw. zusätzlicher Freiraum am Hubende gewährleistet die Sicherheit des Systems im Falle eines Notstopps.

Wichtige Fragen:

* Wie groß ist die Distanz oder der Bewegungsbereich?

* Wie viel Nachlaufweg kann bei einer Notbremsung erforderlich sein?

【Präzision】

Präzision ist ein weit gefasster Begriff, der häufig verwendet wird, um entweder die Verfahrgenauigkeit (das Verhalten des Systems bei der Bewegung von Punkt A nach Punkt B) oder die Positioniergenauigkeit (wie genau das System die Zielposition erreicht) zu definieren. Er kann sich auch auf die Wiederholgenauigkeit beziehen, also darauf, wie gut das System am Ende jedes Hubs in die gleiche Position zurückkehrt.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen diesen drei Begriffen – Verfahrgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit – ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das System die Leistungsspezifikationen erfüllt und nicht für eine möglicherweise unnötige Genauigkeit überdimensioniert wird. Der Hauptgrund für die sorgfältige Prüfung der Präzisionsanforderungen ist die Wahl des Antriebsmechanismus. Linearbewegungssysteme können mit Riemen, Kugelumlaufspindel oder Linearmotor angetrieben werden. Jeder Typ bietet Kompromisse zwischen Präzision, Geschwindigkeit und Tragfähigkeit. Die beste Wahl hängt von der Anwendung ab.

Wichtige Fragen:

* Welche Bedeutung haben Verfahrgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in der Anwendung?

* Ist Präzision wichtiger als Geschwindigkeit oder andere LOSTPED-Faktoren?

【Umfeld】

Die Umgebungsbedingungen beziehen sich auf die Betriebsbedingungen des Systems. Extreme Temperaturen können die Leistung von Kunststoffkomponenten und die Schmierung im System beeinträchtigen. Schmutz, Flüssigkeiten und andere Verunreinigungen können die Laufbahnen und tragenden Elemente beschädigen. Die Betriebsumgebung hat großen Einfluss auf die Lebensdauer eines Linearsystems. Optionen wie Dichtungsstreifen und Spezialbeschichtungen können Schäden durch diese Umweltfaktoren verhindern.

Umgekehrt müssen Ingenieure die Auswirkungen des Linearantriebssystems auf die Umgebung berücksichtigen. Gummi und Kunststoff können Partikel abgeben. Schmiermittel können sich vernebeln. Bewegliche Teile können statische Elektrizität erzeugen. Ist Ihr Produkt resistent gegen solche Verunreinigungen? Optionen wie Spezialschmierung und Überdruck machen das Modul oder den Aktuator reinraumtauglich.

Wichtige Fragen:

* Welche Gefahren oder Verunreinigungen sind vorhanden – extreme Temperaturen, Schmutz, Staub oder Flüssigkeiten?

* Ist das Linearbewegungssystem selbst eine potenzielle Schadstoffquelle für die Umwelt?

【Arbeitszyklus】

Die Einschaltdauer beschreibt die Zeit, die für einen Betriebszyklus benötigt wird. Bei allen Linearantrieben bestimmen die internen Komponenten im Allgemeinen die Lebensdauer des Gesamtsystems. Die Lagerlebensdauer in einem Modul wird beispielsweise direkt von der aufgebrachten Last, aber auch von der Einschaltdauer des Lagers beeinflusst. Ein Linearsystem kann zwar die sechs genannten Faktoren erfüllen, erreicht aber bei einem Dauerbetrieb von 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche das Ende seiner Lebensdauer deutlich schneller als bei einem Betrieb von nur 8 Stunden am Tag, 5 Tage die Woche. Darüber hinaus beeinflusst das Verhältnis von Betriebszeit zu Ruhezeit die Wärmeentwicklung im Linearsystem und wirkt sich direkt auf die Systemlebensdauer und die Betriebskosten aus. Die frühzeitige Klärung dieser Fragen kann später Zeit und Ärger sparen.

Wichtige Fragen:

* Wie oft wird das System verwendet, einschließlich der Verweilzeit zwischen Schlägen oder Bewegungen?

* Wie lange muss das System halten?