Ring- und Schienensysteme auf Führungsradbasis sind kompakter und bieten eine bessere Positionierungsgenauigkeit sowie mehr Optionen für Frachttransportpositionen als alternative Fördersysteme für kurvenförmige Anwendungen.

Im Zuge der Senkung der Produktionskosten liegt ein Trend in Fertigungsbetrieben darin, Produktionsarbeitsplätze möglichst nah aneinanderzureihen, um Materialbewegungen zu minimieren und wertvolle Stellfläche zu sparen. Dies bedeutet, dass Materialien auf zunehmend komplexen, kurvenförmigen Bahnen bewegt werden müssen. Die meisten handelsüblichen Führungs- und Antriebssysteme sind linear aufgebaut und können nichtlineare Bahnen nicht problemlos bewältigen. Für solche Situationen stehen jedoch kurvenförmige Führungs- und Antriebssysteme, wie beispielsweise führungsradbasierte Ring- und Schienensysteme, zur Verfügung.

Ring- und Schienensysteme
Das Herzstück von Ring- und Schienensystemen mit Führungsrädern sind Führungsräder mit V-Nutlagern und V-Kantenführungen. Die Räder und Führungen verfügen über komplementäre V-Profil-Laufflächen, die einen reibungslosen Lauf der mit Führungsrädern ausgestatteten Schlitten ermöglichen und gleichzeitig seitlichen oder Drehbewegungen selbst unter hoher Belastung standhalten. Schlitten können durch den Einsatz von geraden und ringförmigen Gleitsegmenten geraden oder kreisförmigen Bahnen oder durch eine Kombination aus geraden und ringförmigen Gleitsegmenten komplexen, kurvenförmigen Bahnen folgen. Bei Drehbewegungen können die Räder statisch montiert und die Ringführungen relativ zu ihnen gedreht werden. Einige kurvenförmige Führungssysteme können durch zusätzliche Komponenten wie Schlittengestänge, Antriebselemente und Motoren auch in ein angetriebenes System umgewandelt werden.

Führungsrad-Ring- und Geradführungen sind in vielen Profilgrößen erhältlich, um Räder unterschiedlicher Größe und Tragkraft aufzunehmen. Geradführungen sind zudem in verschiedenen Längen und Ringführungen mit unterschiedlichen Krümmungsradien und Winkeln erhältlich. Einige Ringführungen sind mit hohlen oder massiven Zentren, auch Ringscheiben genannt, erhältlich. Weitere Führungsoptionen umfassen verschiedene V-Konfigurationen und integrierte Zahnstangen für den Antrieb durch Ritzel.

Führungsradbasierte Ring- und Schienensysteme gehören zu den schmutz- und korrosionsbeständigsten Optionen auf dem Markt. Führungsräder sind in der Regel für die erwartete Lebensdauer ausreichend geschmiert und verfügen über dauerhafte Dichtungen, um Schmiermittelverlust und das Eindringen von Schmutz zu minimieren. Die Systemkomponenten haben einfache Formen, die keinen Schmutz einfangen, und viele bestehen aus Edelstahl für zusätzliche Korrosionsbeständigkeit.

Traditionelle kurvenlineare Lösungen
Herkömmliche Methoden zur Umsetzung kurvenförmiger Führungs- und Antriebskonstruktionen umfassen Fördersysteme und Drehverbindungen. Ein Bandfördersystem ist die einfachste Förderart und besteht typischerweise aus breiten Bändern, die um zylindrische Rollen in einem Rahmen gewickelt sind. Motoren drehen die Rollen, wodurch die Bänder die darauf liegende Nutzlast transportieren. Während einfachere Bandfördersysteme Nutzlasten nur geradlinig bewegen können, lassen sich kurvenförmige Bahnen durch die Montage mehrerer gerader Förderbänder in Reihe und versetzten Winkeln entlang der gewünschten Bahn oder durch die Verwendung von Bändern mit miteinander verbundenen Schwenksegmenten, wie beispielsweise Gepäckförderbänder an Flughäfen, erzeugen.

Ein Rollenfördersystem ähnelt einem Bandfördersystem, nur dass das breite Band durch eine Reihe eng beieinander liegender Rollen ersetzt wird, die in einem Rahmensystem montiert sind und so konfiguriert sind, dass sie einem festgelegten kurvenförmigen Pfad folgen. Rollenfördersysteme können mit Motoren betrieben werden, die direkt mit den Rollen verbunden sind, oder über Zwischenantriebsriemen. Alternativ können sie auch ohne Antrieb betrieben werden, wobei die Nutzlast durch Schwerkraft oder von Hand bewegt wird.

Hängebahnsysteme bestehen aus kurvenförmigen Schienensystemen, die hoch über dem Boden montiert sind und unter denen Rollwagen hängen, an denen die Nutzlast hängt. Die Wagen von Hängebahnsystemen können von Hand bewegt oder von motorgetriebenen Ketten entlang der Schiene gezogen werden. Drehkränze (auch Drehkranzlager genannt) sind im Wesentlichen große Maschinenlager, die viele kleine Wälzkörper verwenden. Dadurch erreichen sie hohe Tragfähigkeiten bei gleichzeitig großen Bohrungsdurchmessern und dünnen Laufringen. Drehkränze können mit Zahnstangen für den Direktantrieb ausgestattet werden.

So schneiden Ring- und Schienensysteme ab
Führungsradbasierte Ring- und Schienensysteme bieten eine höhere Positioniergenauigkeit und Präzision als Fördersysteme. Dieser Unterschied kann insbesondere bei Anwendungen wichtig sein, bei denen die Nutzlast zerbrechlich ist oder während des Transports durch das System starr und präzise positioniert werden muss. Die Räder in führungsradbasierten Ring- und Schienensystemen sind so konstruiert, dass sie fest gegen den Schlitten vorgespannt sind und so verhindern, dass sich der Schlitten in eine andere Richtung als die vorgesehene Verfahrstrecke verschiebt.

Diese Positioniergenauigkeit ist in Fördersystemen im Allgemeinen nicht möglich, da die Nutzlast hier hauptsächlich durch die Schwerkraft auf die beweglichen Elemente beschränkt ist. Band- und Rollenfördersysteme bieten keine horizontale Begrenzung und können seitliche Führungsschienen erfordern, um zu verhindern, dass die Nutzlast seitlich von den beweglichen Elementen herunterfällt. Die Nutzlast kann ständigen Vibrationen ausgesetzt sein, da sie fortlaufend von einer Rolle oder Bandschleife auf eine andere übertragen wird, und kann sich mit Fördersystemkomponenten verwickeln, wenn diese nicht kompatible Formen aufweisen, was zu unregelmäßigen Durchflussraten, Kollisionen und Staus führt. Die Laufwagen von Hängebahnsystemen verfügen nur über genügend horizontale Begrenzung, um nicht von der Schiene zu fallen, und verwenden im Allgemeinen nicht starre Verbindungen wie Ketten oder Haken zum Transport der Nutzlast, wodurch sie frei schwingen und möglicherweise gegen andere Objekte stoßen können.

Die Abhängigkeit von der Schwerkraft bei Fördersystemen zur Begrenzung der Nutzlast begrenzt auch die möglichen Positionen, an denen die Nutzlast transportiert werden kann, und die Fähigkeit, die Nutzlast vertikal zu bewegen. Band- und Rollenfördersysteme müssen ihre Nutzlast direkt über ihren beweglichen Elementen tragen und können sie nicht steile Steigungen hinauf- oder hinuntertransportieren. Die Wagen von Hängebahnsystemen müssen ihre Nutzlast aus Stabilitätsgründen direkt unter sich hängen haben und können nicht steile Abschnitte hinauf- oder hinunterbewegen, da die hängende Nutzlast die Schienen oder die Nutzlast auf benachbarten Wagen berühren kann. In einem Ring- und Schienensystem mit Führungsrädern kann die Nutzlast jedoch an jeder beliebigen Position relativ zum Wagen sicher befestigt werden. Die Nutzlast kann außerdem unabhängig von der Schwerkraft in jede beliebige Richtung transportiert werden, da die Wagenräder fest mit den Schienen verbunden sind und nur eine Bewegung entlang der vorgesehenen Bahn zulassen.

Ring- und Schienensysteme auf Führungsrollenbasis können weniger Platz, Stützkonstruktionen und Wartung erfordern als andere Fördersysteme. Mit den richtigen Befestigungsvorrichtungen können die Wagen Nutzlasten tragen, die wesentlich breiter sind als sie selbst. Dadurch können diese Systeme und ihre Stützkonstruktionen kompakter sein als Band- und Rollenfördersysteme, deren Rollelemente breiter sein müssen als ihre vorgesehene Nutzlast. Hängebahnwagen können relativ breite Nutzlasten tragen, benötigen jedoch große, stabile Stützkonstruktionen, da ihre Schienensysteme hoch genug angebracht werden müssen, damit die darunter hängende Nutzlast zugänglich und frei von Hindernissen am Boden ist. Die relativ großen Stützkonstruktionen für Fördersysteme machen sie auch am schwierigsten und teuersten zu montieren und umzukonfigurieren. Fördersysteme sind außerdem schwieriger sauber zu halten als Ring- und Schienensysteme auf Führungsrollenbasis, da ihre Komponenten größer und zahlreicher sind und komplexe Formen aufweisen, in denen sich leichter Schmutz festsetzt.

Drehverbindungen eignen sich besser als Fördersysteme für Anwendungen, die ausschließlich Kreisbewegungen erfordern, da sie kompakter und leichter sind und als komplett montierte Einzeleinheiten erhältlich sind, die sich schneller in eine Anwendung integrieren lassen. Sie bieten außerdem eine höhere Genauigkeit und Laufruhe und können, wie führungsradbasierte Systeme, mit Nutzlasten bestückt werden. Im Vergleich zu letzteren weisen sie jedoch einige Nachteile auf.

Während führungsradbasierte Schienendrehsysteme und Drehverbindungen ähnlich einfach zu montieren sind, sind erstere aufgrund der Austauschbarkeit der Komponenten leichter zu warten. Drehverbindungen werden in der Regel im Werk komplett montiert, da die präzise Montage und Bearbeitung für einen reibungslosen und präzisen Betrieb erforderlich ist. Bei Ausfall auch nur einer Komponente muss meist der gesamte Ring ausgetauscht werden, was die Wartung vor Ort erschwert. Da Drehverbindungen mitunter die primäre Befestigungsstruktur für Anwendungskomponenten darstellen, kann der Austausch einer Drehverbindung auch die Neumontage aller daran montierten Komponenten erfordern.

Bei führungsradbasierten Drehsystemen müssen nur die beschädigten Komponenten ausgetauscht werden, da die einheitliche Passung die Montage und Verwendung einzelner Komponenten in jedem kompatiblen System ermöglicht und nicht nur eine bestimmte Einheit mit passender Passung wie Drehverbindungen erfordert. In manchen Anwendungen ist es auch möglich, beschädigte Komponenten in führungsradbasierten Schienensystemen auszutauschen, ohne andere Komponenten zu demontieren.

Drehverbindungen bieten eine höhere Steifigkeit und Laufruhe als Fördersysteme, sind aber in der Regel nicht vorgespannt. Das Vorspannen der Wälzkörper zur Verbesserung der Steifigkeit und Laufruhe ist bei kleineren Maschinenlagern üblich, bei Drehverbindungen jedoch selten, da große Bauteile schwieriger präzise zu bearbeiten sind und ihre Form und Passung stärker von äußeren Einflüssen beeinflusst werden. Kleine Fertigungsfehler, Bauteilverformungen durch äußere Belastungen oder unebene Montageflächen oder ungleichmäßige Wärmeausdehnung aufgrund großer Temperaturschwankungen zwischen den Bauteilen beeinflussen die Vorspannung bei größeren Lagern wie Drehverbindungen eher.

Änderungen der Vorspannung können zu einem internen Bauteilspiel führen, das die Systemsteifigkeit verringert, oder zu einer erhöhten Interferenz, die die Drehung erschwert und Komponenten beschädigt. Die Vorspannung eines Drehkranzes hängt von den internen Bauteilabmessungen ab und kann nach der Montage nicht mehr angepasst werden. Auch externe Faktoren wie unebene Montageflächen und Wärmeausdehnung können die Vorspannung in führungsradbasierten Drehsystemen verändern. Sie stellen jedoch kein großes Problem dar, da die Vorspannung bei der Montage in einer Anwendung eingestellt wird und nachträglich problemlos angepasst werden kann.

Führungsradbasierte Ringführungen bieten gegenüber Drehkränzen bei Anwendungen mit einem Verfahrweg von weniger als 360° einen deutlichen Größenvorteil. Drehkränze müssen vollständig kreisförmig sein, um ihren Wälzkörpern vollständige Verfahrwege zu ermöglichen, selbst wenn die Anwendung deutlich weniger als 360° erfordert. Bei führungsradbasierten Drehsystemen muss die Bogenlänge des Ringführungssegments nur so lang sein, dass alle Führungsräder (bis zu drei möglich) über den gesamten Verfahrweg getragen werden können.

Die Entwicklung kurvenlinearer Führungs- oder Antriebssysteme kann schwieriger sein als die Entwicklung linearer Systeme. Der Einbau solcher Systeme kann jedoch den Transport und die Handhabung von Nutzlasten vereinfachen und effizienter gestalten. Führungsradbasierte Ring- und Schienensysteme können den Konstruktionsprozess vereinfachen und anderen nichtlinearen Führungs- und Antriebssystemen überlegen sein.