In der klassischen Physik werden vier grundlegende Bewegungsarten unterschieden: lineare, rotatorische, oszillatorische und oszillatorische Bewegung. Werden diese auf mechanische Geräte angewendet, wandelt dieses natürliche physikalische Verhalten Bewegung in Kraft um. Diese Kraft oder Leistung wird dann genutzt, um eine Ausgangsbewegung zu erzeugen, die die Geräte oder Maschinen antreibt. In der industriellen Automatisierung verwenden wir eine Vielzahl von Geräten, die diese verschiedenen Bewegungsarten nutzen, üblicherweise entweder rotatorische oder lineare, manchmal aber auch eine Kombination aus beiden.

Lineare Bewegung

Lineare Bewegung ist die einfachste und grundlegendste Bewegungsform. Sie zeichnet sich durch die Veränderung der Position in einer Richtung aus. Stellen Sie sich eine Person vor, die geradeaus geht, schwimmt oder läuft, oder ein mechanisches Objekt wie ein Fahrzeug, das auf einer geraden Schiene fährt. Ein lineares Bewegungssystem basiert auf einem Mechanismus, der eine Last entlang einer Achse bewegt. In der Pneumatik werden Lasten durch Geräte wie Linearmotoren, Linearschlitten oder -aktuatoren oder Kugelgewindetriebe geradlinig bewegt. Diese Art von Bewegungssystem findet man häufig in Anwendungen wie Materialhandhabung, CNC-Bearbeitung, Verpackung, Palettierung und Robotik.

Arten von Linearantrieben

Verschiedene Antriebstechnologien nutzen die Linearbewegung, jede mit ihren eigenen Vorteilen.

1. LinearmotorenSie erzeugen eine direkte lineare Bewegung. Sie können schnell auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen und benötigen keine mechanische Umwandlung. Sie eignen sich hervorragend für Pick-and-Place-Anwendungen.

2. LinearführungenRollen- oder Schienenführungen ermöglichen reibungsarme, gleichmäßige Linearbewegungen. Sie werden häufig in der Automatisierung und in Werkzeugmaschinen zur Aufnahme schwerer Lasten eingesetzt.

3. KugelgewindetriebeDrehbewegungen werden in lineare Bewegungen umgewandelt. Sie sind extrem präzise und effizient und werden häufig in der Robotik und Anwendungen wie CNC-Maschinen eingesetzt.

4. Zahnstangen- und RitzelsystemeSie bieten hohe Kraftübertragungskapazität und große Verfahrwege, indem sie Drehbewegungen mithilfe von Zahnrädern in lineare Bewegungen umwandeln. Diese Antriebsart findet sich in Portalsystemen und großen Maschinen.

Drehbewegung

Die einfachste Form der Drehbewegung ist das Rad, bei dem sich ein Objekt um eine zentrale Achse oder einen Drehpunkt dreht. Diese Bewegung kann selbsterzeugend sein, wie bei einem Tornado oder der Erdrotation. In Automatisierungssystemen wird sie jedoch durch Drehantriebe, Getriebe oder Drehtische erzeugt.

Ein Drehantrieb erzeugt Kraft in einem Radius, der einem Teilkreiswinkel oder einer vollständigen, kontinuierlichen Umdrehung entsprechen kann. Anwendungen, die Drehantriebe nutzen, umfassen Turbinen zur Energiegewinnung aus Wind, Wasser oder Dampf, Werkzeugmaschinenspindeln, Bohr- oder Schleifwerkzeuge, Robotergelenke und Teiltische.

Arten von Drehantrieben

Rotierende Geräte werden nach ihrer Energiequelle kategorisiert, darunter manuelle, elektrische oder fluidbasierte (hydraulische oder pneumatische).

1. Manuelle AntriebeEine Drehbewegung wird mithilfe eines Getriebesystems erzeugt, typischerweise eines handbetätigten Rades, das die Rotationsenergie über das Getriebe auf das Betätigungselement überträgt. Das mechanische Drehmoment reduziert den Kraftaufwand zum Bewegen einer großen Last.

2. Elektrische DrehantriebeSie werden üblicherweise von einem Motor angetrieben, der ein Getriebe steuert. Sie sind in der Regel reversibel und können Dreh- oder Schwingbewegungen erzeugen. Ein elektrischer Regler steuert den Eingangsstrom des Motors, sodass Beschleunigung und Geschwindigkeit variiert werden können.

3. Flüssigkeitsbasierte DrehantriebeMan nutzt Druckluft oder Druckluft, um Bewegung zu erzeugen. Dafür gibt es viele Möglichkeiten, darunter solche mit Zahnstangengetriebe, Druck auf eine Schaufel oder Membran oder ein Kolben-Drehkupplungssystem, das als Schleudergabel bezeichnet wird.

Kombinations-Bewegungssysteme

Komplexere Aufgaben erfordern ein System aus einer Kombination verschiedener Bewegungsarten, meist linearer und rotatorischer Bewegungen. Diese finden sich in Anwendungen wie Pick-and-Place-Systemen und in der Robotik, wo sie für unterschiedliche Robotertypen und einige Roboterarme eingesetzt werden. Auch bei Lösungen für die Mehrachsen-Bewegungssteuerung und die komplexe elektronische Programmierung sind technologische Fortschritte zu beobachten.

Kombinierte Bewegungsantriebe

Um mit kombinierten Antriebssystemen präzise Bewegungen zu erzielen, kommen hauptsächlich Zahnräder, Riemenantriebe und Gewindespindeln zum Einsatz. Jede dieser Lösungen hat ihre eigenen Stärken und Schwächen, unter anderem hinsichtlich Wiederholgenauigkeit, Positioniergeschwindigkeit, Präzision und Kosten.

1. ZahnräderZahnräder sind mechanische Bauteile, die Drehmoment durch ineinandergreifende Zähne übertragen. Die Zähne eines Zahnradmechanismus greifen in die Zähne anderer Zahnräder oder Antriebe ein und erzeugen so eine Drehbewegung. Zahnräder sind üblicherweise kreisförmig mit einem verzahnten Umfang, es ist aber auch möglich, die Zähne auf dem Innendurchmesser eines Zahnrads anzubringen. Solche Konstruktionen werden häufig in platz- und gewichtskritischen Anwendungen eingesetzt und bieten eine hohe Drehmoment- und Drehzahlregelung. Zwei oder mehr ineinandergreifende Zahnräder können auch als Getriebe hintereinander geschaltet werden, um eine Drehbewegung zu übertragen, die typischerweise von einem Motor angetrieben wird.

2. RiemenantriebeRiemenantriebe bestehen üblicherweise aus einem flexiblen, kreisförmigen Riemen, der zwei Riemenscheiben verbindet. Sie werden von einem Motor angetrieben, und ihre zyklische Bewegung überträgt Drehbewegungsenergie. Riemenantriebe eignen sich besonders für Anwendungen mit großen Übertragungsstrecken, da sie leichter, leiser, kostengünstiger und effizienter als Zahnräder sind. Am häufigsten werden Riemenantriebe in Förderanlagen und als Zahnriemen für Motoren eingesetzt.

3. Wie eine Kugelumlaufspindel,Gewindespindeln, auch Kraftspindeln genannt, wandeln die Drehbewegung einer Schraube oder Mutter in eine lineare Bewegung um. Sie nutzen ein spiralförmiges Gewinde, um die Bewegung zu übertragen, weshalb sie auch als Translationsspindeln bezeichnet werden. Sie sind in einer Vielzahl von Größen und Werten erhältlich, sodass sich die Bewegungsmenge pro Umdrehung der Spindel bestimmen lässt. Dadurch eignen sie sich sowohl für Antriebe, die hohe Präzision und Geschwindigkeit erfordern, wie beispielsweise einen CD-Lesekopf, als auch für solche, die niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment benötigen, wie beispielsweise einen Schraubstock. Gewindespindeln sind zudem gut geeignet für Anwendungen, die eine hohe Lastübertragung oder präzise Bewegungen erfordern, und werden häufig im Modellbau und in der Robotik eingesetzt.

Welche Bewegungsart sollten Sie wählen?

Welches Bewegungssystem Sie verwenden, hängt maßgeblich von Ihrer Anwendung und deren Arbeitsumgebung ab. Wie viel Platz steht Ihnen zur Verfügung, welche Distanz muss überbrückt werden? Weitere wichtige Faktoren sind die benötigte Präzision und Geschwindigkeit sowie die erforderliche Kraft. Die Auswahl von linearen, rotatorischen oder kombinierten Bewegungssystemen kann komplexe Berechnungen erfordern. Bei Fragen oder wenn Sie Unterstützung benötigen, kontaktieren Sie gerne unsere Experten von FUYU Motion.