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 Belastung von der berechneten Belastung ab, sodass Ingenieure den beabsichtigten Verwendungszweck und einen möglichen Missbrauch berücksichtigen müssen.

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 überentwickelten System kommen, das teurer und weniger effektiv ist als gewünscht.

Bei so vielen Technologieoptionen ist man beim Entwurf von ein-, zwei- und dreiachsigen Linearbewegungssystemen leicht überfordert. Wie viel Last muss das System bewältigen? Wie schnell muss es sich bewegen? Welches ist das kostengünstigste Design?

All diese Fragen wurden berücksichtigt, als wir „LOSTPED“ entwickelten – ein einfaches Akronym, das Ingenieuren dabei helfen soll, Informationen für die Spezifikation von Linearbewegungskomponenten oder -modulen in jeder Anwendung zu sammeln. LOSTPED steht für Load, Orientation, Speed, Travel, Precision, Environment und Duty Cycle. Jeder Buchstabe stellt einen Faktor dar, der bei der Dimensionierung und Auswahl eines Linearbewegungssystems berücksichtigt werden muss.

Jeder Faktor muss einzeln und als Gruppe betrachtet werden, um eine optimale Systemleistung sicherzustellen. Beispielsweise stellt die Belastung beim Beschleunigen und Abbremsen andere Anforderungen an die Lager als bei konstanten Geschwindigkeiten. Da sich die Linearbewegungstechnologie von einzelnen Komponenten zu kompletten Systemen weiterentwickelt, werden die Wechselwirkungen zwischen Komponenten – wie z. B. Linearlagerführungen und einem Kugelumlaufspindelantrieb – immer komplexer und die Entwicklung des richtigen Systems immer anspruchsvoller. LOSTPED kann Designern helfen, Fehler zu vermeiden, indem es sie daran erinnert, diese miteinander verbundenen Faktoren bei der Systementwicklung und -spezifikation zu berücksichtigen.

【Laden】

Unter Last versteht man das Gewicht oder die Kraft, die auf das System ausgeübt wird. Alle linearen Bewegungssysteme sind einer Belastung ausgesetzt, beispielsweise Abwärtskräften bei Materialhandhabungsanwendungen oder Schubkräften bei Bohr-, Press- oder Schraubanwendungen. Andere Anwendungen unterliegen einer ständigen Belastung. Beispielsweise wird in einer Halbleiter-Wafer-Handhabungsanwendung ein einheitlicher Behälter mit Frontöffnung von Bucht zu Bucht transportiert, wo er abgesetzt und abgeholt wird. Andere Anwendungen haben unterschiedliche Belastungen. Beispielsweise wird bei einer medizinischen Dosieranwendung ein Reagenz nacheinander in eine Reihe von Pipetten gegeben, was bei jedem Schritt zu einer geringeren Ladung führt.

Bei der Berechnung der Last lohnt es sich, die Art des Werkzeugs zu berücksichtigen, das sich am Ende des Arms befindet, um die Last aufzunehmen oder zu tragen. Obwohl dies nicht speziell mit der Belastung zusammenhängt, können Fehler hier kostspielig sein. Beispielsweise könnte bei einer Pick-and-Place-Anwendung ein hochempfindliches Werkstück beschädigt werden, wenn der falsche Greifer verwendet wird. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Ingenieure vergessen, die allgemeinen Lastanforderungen für ein System zu berücksichtigen, übersehen sie möglicherweise tatsächlich bestimmte Aspekte dieser Anforderungen. LOSTPED ist eine Möglichkeit, die Vollständigkeit sicherzustellen.

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 oder relative Position oder Richtung, in der die Kraft ausgeübt wird, ist ebenfalls wichtig, wird jedoch häufig übersehen. Einige Linearmodule oder Aktuatoren können aufgrund ihrer Linearführungen eine höhere Belastung nach unten oder oben bewältigen als eine seitliche Belastung. Andere Module, die andere Linearführungen verwenden, können die gleichen Lasten in alle Richtungen aufnehmen. Beispielsweise kann ein Modul, das mit doppelten Kugelschienen-Linearführungen ausgestattet ist, axiale Belastungen besser bewältigen als Module mit Standardführungen.

Wichtige Fragen:

* Wie ist das Linearmodul bzw. der Aktor ausgerichtet? Liegt es horizontal, vertikal oder auf dem Kopf?

* Wo ist die Last relativ zum Linearmodul ausgerichtet?

* Verursacht die Last ein Roll- oder Nickmoment am Linearmodul?

【Geschwindigkeit】

Auch Geschwindigkeit und Beschleunigung beeinflussen 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 erforderliche Beschleunigung zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit oder Zykluszeit durch die Art der erforderlichen Bewegung bestimmt wird. Ein trapezförmiges Bewegungsprofil bedeutet, dass die Last schnell beschleunigt, sich eine Zeit lang mit relativ konstanter Geschwindigkeit bewegt und dann langsamer wird. Ein dreieckiges Bewegungsprofil bedeutet, dass die Last schnell beschleunigt und abgebremst wird, wie bei Punkt-zu-Punkt-Aufnahme- und -Abgabeanwendungen.

Geschwindigkeit und Beschleunigung sind entscheidende Faktoren bei der Auswahl 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】

Unter Reisen versteht man die Entfernung oder den Bewegungsbereich. Dabei muss nicht nur der Verfahrweg berücksichtigt werden, sondern auch der Nachlaufweg. Durch das Zulassen eines gewissen „Sicherheitswegs“ oder zusätzlichen Raums am Ende des Hubs wird die Sicherheit des Systems im Falle eines Notstopps gewährleistet.

Wichtige Fragen:

* Wie groß ist die Distanz bzw. der Bewegungsbereich?

* Wie viel Nachlaufweg kann bei einem Notstopp erforderlich sein?

【Präzision】

Präzision ist ein weit gefasster Begriff, der häufig verwendet wird, um entweder die Fahrgenauigkeit (wie sich das System bei der Bewegung von Punkt A nach Punkt B verhält) oder die Positionierungsgenauigkeit (wie nah das System die Zielposition erreicht) zu definieren. Es kann sich auch auf die Wiederholbarkeit beziehen, also darauf, wie gut sich das System am Ende jedes Hubs in die gleiche Position zurückbewegt.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen diesen drei Begriffen – Fahrgenauigkeit, Positionierungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit – ist von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass das System die Leistungsspezifikationen erfüllt und nicht überdimensioniert wird, um ein möglicherweise unnötiges Maß an Genauigkeit zu erreichen. Der Hauptgrund, die Präzisionsanforderungen zu überdenken, ist die Auswahl des Antriebsmechanismus. Linearbewegungssysteme können durch einen Riemen-, Kugelumlaufspindel- oder Linearmotor angetrieben werden. Jeder Typ bietet Kompromisse zwischen Präzision, Geschwindigkeit und Belastbarkeit. Die beste Wahl wird durch die Anwendung bestimmt.

Wichtige Fragen:

* Wie wichtig sind Verfahrgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in der Anwendung?

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

【Umfeld】

Die Umgebung bezieht sich auf die Bedingungen, unter denen das System betrieben wird. Extreme Temperaturen können die Leistung von Kunststoffkomponenten und die Schmierung im System beeinträchtigen. Schmutz, Flüssigkeiten und andere Verunreinigungen können die Lagerlaufbahnen und tragenden Elemente beschädigen. Die Betriebsumgebung kann die Lebensdauer eines Linearbewegungssystems stark beeinflussen. Optionen wie Dichtungsbänder und spezielle Beschichtungen können Schäden durch diese Umwelteinflüsse verhindern.

Umgekehrt müssen Ingenieure darüber nachdenken, wie sich das lineare Bewegungssystem auf die Umwelt auswirkt. Gummi und Kunststoff können Partikel abgeben. Schmierstoffe können in Aerosolform gelangen. Bewegliche Teile können statische Elektrizität erzeugen. Kann Ihr Produkt solche Verunreinigungen aufnehmen? Optionen wie Spezialschmierung und positiver Luftdruck können das Modul oder den Aktuator für den Einsatz in einem Reinraum geeignet machen.

Wichtige Fragen:

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

* Ist das lineare Bewegungssystem selbst eine potenzielle Schadstoffquelle für die Umwelt?

【Arbeitszyklus】

Der Arbeitszyklus ist die Zeitspanne, die zum Abschließen eines Betriebszyklus benötigt wird. Bei allen Linearantrieben bestimmen im Allgemeinen die internen Komponenten die Lebensdauer des Gesamtsystems. Die Lagerlebensdauer innerhalb eines Moduls wird beispielsweise direkt von der aufgebrachten Last beeinflusst, wird aber auch von der Einschaltdauer des Lagers beeinflusst. Ein lineares Bewegungssystem ist möglicherweise in der Lage, die oben genannten sechs Faktoren zu erfüllen, aber wenn es ununterbrochen 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche läuft, wird es das Ende seiner Lebensdauer viel früher erreichen, als wenn es nur 8 Stunden am Tag läuft, 5 Tage in der Woche. Darüber hinaus beeinflusst die Dauer der Nutzung im Vergleich zur Ruhezeit die Wärmeentwicklung im Inneren des Linearbewegungssystems und wirkt sich direkt auf die Systemlebensdauer und die Betriebskosten aus. Die Klärung dieser Fragen im Vorfeld kann später Zeit und Ärger ersparen.

Wichtige Fragen:

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

* Wie lange muss das System halten?