Maschinenautomatisierung ist ein wesentlicher Bestandteil der industriellen Automatisierung. Sie umfasst Prozesse, die reale Produktionsabläufe schnell und präzise durchführen, wie beispielsweise Abfüll-, Verpackungs- und Etikettiermaschinen. Prozesse, die die tatsächliche Zählbarkeit von Produkten gewährleisten, werden als Maschinenautomatisierungsprozesse bezeichnet.

Bewegungssteuerung ist daher ein wichtiger Bestandteil der Maschinenautomatisierung, da sie die kontinuierliche Bewegung mechanischer Teile ermöglicht. Die präzise Steuerung mechanischer Teile führt zur Herstellung der gewünschten Produkte. Man unterscheidet im Wesentlichen zwischen linearer und rotatorischer Bewegungssteuerung.

Was ist lineare Bewegung?

Wie der Name schon sagt, ist eine lineare Bewegung eine Tätigkeit, bei der sich ein mechanisches Teil geradlinig bewegt. Nehmen wir beispielsweise eine Schneidemaschine. Angenommen, Sie produzieren Schokoladenkuchen in Ihrer Fabrik. In einer Produktionslinie möchten Sie die Kuchen regelmäßig in kleinere Stücke schneiden. Ein Schneidegerät wird kontinuierlich so gesteuert, dass es vertikal schneidet. Dies ist eine lineare Bewegung.

Weitere gängige Anwendungsgebiete sind Linearmotoren, Führungen, Lager und Aktuatoren. Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten von Produkten, die in der Lineartechnik eingesetzt werden, um das Konzept besser zu verstehen.

Lineare Bewegungsvorrichtungen

Ein Aktor ist ein pneumatisch betriebenes Gerät, das, sobald es mit Strom versorgt wird, durch den Lufteinlass eine Bewegung ausführt. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, stoppt es die Luftzufuhr und fährt in seine Ausgangsposition zurück. Dies ist die einfachste Definition eines Aktors.

Linearantrieb

Ein Linearantrieb bewegt sich, wie der Name schon sagt, geradlinig und führt die gewünschte Aktion aus, sobald er ausgelöst wird. Bei der geradlinigen Bewegung ist die Bewegung entlang der XY-Achse entscheidend. Der Antrieb kann sich entweder in X- oder Y-Richtung bewegen. Daher muss dieser Faktor bei der Konstruktion und Verwendung eines Linearantriebs berücksichtigt werden. Neben diesen beiden Richtungen gibt es auch die Möglichkeit der Bewegung in Z-Richtung.

Bei der Programmierung eines Linearantriebs muss bekannt sein, ob er sich in eine oder mehrere Richtungen gleichzeitig bewegen soll. Dies ist wichtig für die Bestimmung der mechanischen Robustheit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Antriebs. Linearantriebe bewegen sich meist auf einem Schlitten oder einer Schiene. Daher muss auch dies je nach Anwendung berücksichtigt werden.

Kugelgewindetriebe

Kugelgewindetriebe arbeiten mit mechanischen Schrauben mittels umlaufender Kugellager. Die Schraube bewegt sich durch kontinuierliche Umwälzung, was eine schnelle und effiziente Drehung in gerader Richtung ermöglicht.

Die gesamte Baugruppe bewegt sich auf einer Gewindewelle und wandelt Drehbewegung in Linearbewegung um. Sie liefert ein hohes Drehmoment und arbeitet reibungsarm. Dadurch werden Ausfallzeiten reduziert und die Wärmeentwicklung während des Betriebs minimiert.

Riemenantriebsaktuatoren

Riemenantriebe sind eine weitere Innovation in der Lineartechnik. Sie funktionieren wie ein Förderbandsystem, über einen Zahnriemen, der zwischen zwei kreisförmigen Riemenscheiben gespannt ist.

Wenn Sie ein Förderband beobachten, das sich linear zwischen zwei Positionen bewegt, funktioniert diese Technologie analog bei einem Riemenantrieb. Der Riemenantrieb ist in einem Aluminiumgehäuse untergebracht, auf dem der lasttragende Schlitten auf Schienen gleitet.

Zu berücksichtigende Faktoren bei linearen Bewegungen – Einige der wichtigsten Faktoren werden im Folgenden erläutert.

Gewalt

Wie bereits erwähnt, kann eine lineare Bewegung entweder um eine Achse oder um mehrere Achsen erfolgen. Das Objekt kann entweder eine Last tragen oder sich frei bewegen, um eine andere Aufgabe auszuführen.

In jedem Fall ist die Kraft ein entscheidender Faktor bei der Wahl des richtigen Geräts. Je nach Gewicht der Last (falls vorhanden) oder der benötigten Geschwindigkeit zum Erreichen des Ziels spielt die Kraft eine wichtige Rolle. Sie hilft auch dabei, die Reibung zu bestimmen, die bei der Ausführung der Aufgabe erforderlich ist.

Geschwindigkeit

Zeit spielt bei der Maschinenautomatisierung eine entscheidende Rolle. Wenn die Produktionsrate zu niedrig ist, ist die Maschine nutzlos. Geschwindigkeit und Kraft bestimmen den Energiebedarf des Geräts. Kann es zwar hohe Gewichte bewegen, arbeitet aber zu langsam, beeinträchtigt dies die Produktion erheblich.

Wenn die Geschwindigkeit berücksichtigt wird, müssen zwei Zeitfaktoren beachtet werden: die Beschleunigungs- und die Verzögerungszeit. Soll beispielsweise schnell verzögert werden, muss das Gerät ruckfrei und ohne Reibungsverluste abbremsen können. Gleiches gilt für die Beschleunigungszeit.

Grundsätzlich muss sichergestellt werden, dass das Gerät bei keiner eingestellten Zeit Fehlfunktionen aufweist (obwohl jede Maschine ihre zeitlichen Grenzen hat, muss sie zumindest innerhalb ihres vorgegebenen Bereichs ordnungsgemäß funktionieren).

Hublänge

Beim Arbeiten mit Linearantrieben ist es wichtig zu wissen, wie weit sie sich bewegen können. Jeder Linearantrieb hat seine eigenen Hublängen. Je größer die Hublänge, desto flexibler lässt sich die Maschine bedienen.

Dies liegt daran, dass man eine bessere Reichweite des Endprodukts erzielt und die Maschine daher in größerer Entfernung aufstellen kann, sodass mehr Platz für andere Dinge zur Verfügung steht.

Tastverhältnis

Auch Linearbewegungsgeräte, die im Dauerbetrieb ein- und ausgeschaltet werden, unterliegen einer gewissen Lebensdauer und Robustheit. Die Anzahl der täglichen oder jährlichen Betätigungen der Maschine ohne Störungen bestimmt den Arbeitszyklus. Im Grunde genommen ist dies die Betriebshäufigkeit der Maschine.