Wie sich Ring- und Schienensysteme im Vergleich schlagen

Ring- und Schienensysteme mit Führungsrädern sind kompakter und bieten eine bessere Positioniergenauigkeit sowie mehr Möglichkeiten zur Ladungsaufnahme als alternative Fördersysteme für kurvenförmige Anwendungen.

Im ständigen Bestreben, Produktionskosten zu senken, geht der Trend in Fertigungsbetrieben dahin, Produktionsarbeitsplätze so eng wie möglich zusammenzufügen, um Materialbewegungen zu minimieren und wertvolle Produktionsfläche zu sparen. Dies erfordert, dass sich Materialien auf zunehmend komplexen, gekrümmten Bahnen bewegen. Die meisten handelsüblichen Führungs- und Aktuatorsysteme sind linear ausgelegt und eignen sich nicht ohne Weiteres für nichtlineare Bahnen. Für solche Anwendungen stehen jedoch gekrümmte Führungs- und Aktuatorsysteme zur Verfügung, beispielsweise Ring- und Schienensysteme mit Führungsrädern.

Ring- und Schienensysteme

Kernstück von Führungsrollensystemen mit Ringschienen sind V-Nut-Führungsrollen und V-förmige Gleitschienen. Die Laufflächen von Rollen und Gleitschienen mit komplementären V-Profilen ermöglichen ein reibungsloses Gleiten der mit Führungsrollen ausgestatteten Wagen auf den Gleitschienen und widerstehen gleichzeitig seitlichen und Drehbewegungen, selbst unter hohen Belastungen. Die Wagen können durch den Einsatz gerader und ringförmiger Gleitschienen geradlinige oder kreisförmige Bahnen befahren oder durch eine Kombination aus geraden und ringförmigen Gleitschienen komplexe, kurvenförmige Bahnen realisieren. Bei Drehbewegungen können die Rollen statisch montiert und die ringförmigen Gleitschienen relativ zu ihnen gedreht werden. Einige Kurvenführungssysteme lassen sich durch Hinzufügen von Komponenten wie Wagengestängen, Antriebselementen und Motoren auch in ein angetriebenes System umwandeln.

Führungsring- und Geradeführungen sind in vielen Profilgrößen erhältlich, um Räder unterschiedlicher Größen und Tragfähigkeiten aufzunehmen. Gerade Führungen gibt es in verschiedenen Längen, und Ringführungen sind mit verschiedenen Krümmungsradien und Winkelspannweiten verfügbar. Einige Ringführungen sind mit hohlen oder massiven Mittelstücken, auch Ringscheiben genannt, erhältlich. Weitere Ausführungen umfassen verschiedene V-Formen und integrierte Zahnstangen für den Antrieb über Ritzel.

Ring- und Schienensysteme mit Führungsrollen zählen zu den schmutz- und korrosionsbeständigsten Systemen auf dem Markt. Die Führungsrollen sind in der Regel ausreichend geschmiert, um ihre gesamte Lebensdauer zu überstehen, und verfügen über dauerhafte Dichtungen, die Schmierstoffverlust und das Eindringen von Schmutz minimieren. Die Systemkomponenten sind einfach geformt, sodass sich kein Schmutz ansammeln kann, und viele bestehen aus Edelstahl für zusätzliche Korrosionsbeständigkeit.

Traditionelle Kurvenlösungen

Zu den traditionellen Methoden zur Realisierung von Kurvenführungen und Aktuatoren zählen Fördersysteme und Drehkranzförderer. 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 Last transportieren. Während einfachere Bandfördersysteme Lasten nur geradlinig befördern können, lassen sich Kurvenbahnen realisieren, indem mehrere gerade Förderbänder in Reihe mit versetzten Winkeln entlang der gewünschten Bahn geschaltet werden oder indem Bänder mit miteinander verbundenen, schwenkbaren Segmenten verwendet werden, wie beispielsweise Gepäckförderanlagen an Flughäfen.

Ein Rollenfördersystem ähnelt einem Bandförderer, nur dass das breite Band durch eine Reihe eng beieinander liegender Rollen ersetzt wird, die in einem Rahmensystem montiert sind, das einer vorgegebenen, gekrümmten Bahn folgt. Rollenfördersysteme können mit Motoren angetrieben werden, die direkt mit den Rollen oder über Zwischenantriebsriemen verbunden sind, oder antriebslos betrieben werden, wobei die Nutzlast durch Schwerkraft oder manuell bewegt wird.

Hängeförderanlagen bestehen aus kurvenförmigen Schienensystemen, die hoch über dem Boden montiert sind und an denen Fahrwagen mit ihrer Last befestigt sind. Die Fahrwagen können manuell bewegt oder über motorbetriebene Ketten entlang der Schiene gezogen werden. Drehkranzlager (auch Drehtischlager genannt) sind im Wesentlichen große Maschinenlager mit einer Vielzahl kleiner Wälzkörper. Dadurch erreichen sie hohe Tragfähigkeiten bei gleichzeitig großen Innendurchmessern und dünnen Laufbahnen. In die Laufbahnen der Drehkranzlager können Zahnstangen für den Direktantrieb eingefräst werden.

Wie sich Ring- und Schienensysteme im Vergleich schlagen

Ring- und Schienensysteme mit Führungsrollen bieten eine höhere Positioniergenauigkeit als Fördersysteme. Dieser Unterschied ist besonders wichtig, wenn die Nutzlast empfindlich ist oder während des Transports durch das System für die Weiterverarbeitung fest und präzise positioniert werden muss. Die Rollen in solchen Systemen sind so konstruiert, dass sie fest gegen die Schiene vorgespannt sind und so ein Verrutschen des Wagens außerhalb der vorgesehenen Fahrspur verhindern.

Diese Positionierungsgenauigkeit ist bei Förderanlagen im Allgemeinen nicht möglich, da die Nutzlast hauptsächlich durch die Schwerkraft an den beweglichen Elementen gehalten wird. Band- und Rollenförderanlagen bieten keine horizontale Führung und benötigen unter Umständen seitliche Führungsschienen, um zu verhindern, dass die Nutzlast von den beweglichen Elementen fällt. Die Nutzlast kann ständigen Vibrationen ausgesetzt sein, da sie permanent von einer Rolle oder einem Band zur nächsten transportiert wird und sich bei inkompatiblen Formen mit Komponenten der Förderanlage verheddern kann. Dies kann zu unregelmäßigen Fördermengen, Kollisionen und Blockaden führen. Die Wagen von Hängeförderanlagen bieten lediglich eine ausreichende horizontale Führung, um ein Entgleisen zu verhindern, und verwenden in der Regel nicht-starre Verbindungen wie Ketten oder Haken zum Tragen der Nutzlast. Dadurch können sie frei schwingen und möglicherweise andere Objekte treffen.

Die Abhängigkeit von Fördersystemen von der Schwerkraft zur Lastführung schränkt die möglichen Positionen der Last und deren vertikale Transportierbarkeit ein. Band- und Rollenförderer müssen ihre Last direkt über den beweglichen Elementen transportieren und können keine steilen Steigungen hinauf- oder hinabfahren. Bei Hängeförderanlagen muss die Last aus Stabilitätsgründen direkt unter den Wagen hängen, und ein Transport steiler Abschnitte ist nicht möglich, da die hängende Last die Schiene oder benachbarte Wagen berühren könnte. Im Gegensatz dazu kann bei einem Ring-Schienen-System mit Führungsrollen die Last sicher an jeder beliebigen Position relativ zum Wagen befestigt werden. Der Transport ist unabhängig von der Schwerkraft in jede Richtung möglich, da die Wagenräder fest auf den Führungsschienen laufen und nur die vorgegebene Bahn zulassen.

Ring- und Schienensysteme mit Führungsrollen benötigen weniger Platz, Tragkonstruktion und Wartung als andere Fördersysteme. Mit geeigneten Befestigungselementen können die Wagen Nutzlasten transportieren, die deutlich breiter als sie selbst sind. Dadurch sind diese Systeme und ihre Tragkonstruktion kompakter als Band- und Rollenförderer, deren Rollen breiter als die Nutzlast sein müssen. Hängeförderwagen können zwar relativ breite Nutzlasten transportieren, benötigen aber große, stabile Tragkonstruktionen, da ihre Schienensysteme hoch genug angebracht sein müssen, damit die darunter hängende Nutzlast zugänglich und frei von Hindernissen am Boden ist. Die relativ großen Tragkonstruktionen von Fördersystemen machen sie zudem am schwierigsten und teuersten zu montieren und umzubauen. Fördersysteme sind außerdem schwieriger zu reinigen als Ring- und Schienensysteme mit Führungsrollen, da ihre Komponenten größer, zahlreicher und komplexer geformt sind und leichter Schmutz ansammeln.

Drehkranzsysteme eignen sich besser als Fördersysteme für Anwendungen, die lediglich eine Kreisbewegung erfordern, da sie kompakter und leichter sind und als komplett montierte Einzeleinheiten erhältlich sind, die sich schneller in eine Anwendung integrieren lassen. Sie bieten zudem eine höhere Genauigkeit und Laufruhe und können, ähnlich wie Führungsrollensysteme, mit Nutzlasten bestückt werden, weisen aber im Vergleich zu diesen dennoch einige Nachteile auf.

Obwohl Führungsrollen-basierte Drehsysteme und Drehkranzsysteme ähnlich einfach zu montieren sind, sind erstere aufgrund der austauschbaren Komponenten oft wartungsfreundlicher. Drehkranzsysteme werden in der Regel werkseitig komplett montiert, da für einen reibungslosen und präzisen Betrieb eine exakte Montage und Bearbeitung erforderlich sind. Fällt auch nur eine Komponente aus, muss meist der gesamte Drehkranz ausgetauscht werden, was die Wartung vor Ort erschwert. Da Drehkranzsysteme oft die primäre Befestigungsstruktur für Komponenten darstellen, kann der Austausch eines Drehkranzsystems auch die Neumontage aller daran befestigten Teile erfordern.

Bei Führungsrollen-Drehsystemen müssen nur die beschädigten Komponenten ausgetauscht werden, da ihre einheitliche Bauweise die Montage und Verwendung der einzelnen Komponenten in jedem kompatiblen System ermöglicht – nicht nur in einer bestimmten, passgenauen Einheit wie beispielsweise Drehkranzlagern. In manchen Anwendungen ist es sogar möglich, beschädigte Komponenten in Führungsrollen-Schienensystemen zu ersetzen, ohne andere Komponenten demontieren zu müssen.

Drehkranzlager bieten im Vergleich zu Fördersystemen eine höhere Steifigkeit und Laufruhe, sind aber in der Regel nicht vorgespannt. Die Vorspannung der Wälzkörper zur Verbesserung von Steifigkeit und Laufruhe ist bei kleineren Maschinenlagern üblich, bei Drehkranzlagern jedoch selten, da große Bauteile schwieriger präzise zu bearbeiten sind und ihre Form und Passung stärker von äußeren Einflüssen abhängen. Kleine Fertigungsfehler, Bauteilverformungen durch äußere Belastungen oder unebene Montageflächen sowie ungleichmäßige Wärmeausdehnung aufgrund großer Temperaturunterschiede zwischen den Bauteilen beeinflussen die Vorspannung bei größeren Lagern wie Drehkranzlagern eher.

Änderungen der Vorspannung können zu Spiel im Inneren der Bauteile führen, was die Systemsteifigkeit verringert, oder zu starken Kollisionen, die die Rotation erschweren und Bauteile beschädigen. Die Vorspannung eines Drehkranzes hängt von den Abmessungen der internen Bauteile ab und kann nach der Montage nicht mehr angepasst werden. Auch äußere Faktoren wie unebene Montageflächen und Wärmeausdehnung können die Vorspannung in Führungsrollen-basierten Drehsystemen verändern. Diese Faktoren sind jedoch weniger problematisch, da die Vorspannung während der Montage in der jeweiligen Anwendung festgelegt und anschließend problemlos angepasst werden kann.

Ringschlitten mit Führungsrollen bieten bei Anwendungen mit einem Verfahrweg von weniger als 360° einen deutlichen Größenvorteil gegenüber Drehkranzlagern. Drehkranzlager müssen vollständig kreisförmig sein, um einen vollständigen Lauf der Wälzkörper zu gewährleisten, selbst wenn der Verfahrweg deutlich unter 360° liegt. Bei drehbaren Systemen mit Führungsrollen muss die Bogenlänge des Ringschlittensegments lediglich so groß sein, dass alle Führungsrollen (die oft nur drei betragen) über den gesamten Verfahrweg getragen werden können.

Die Konstruktion von gekrümmten Führungs- oder Aktuatorsystemen kann komplexer sein als die von linearen. Der Einsatz solcher Systeme kann jedoch die Transport- und Handhabungsprozesse von Nutzlasten vereinfachen und effizienter gestalten. Führungsradbasierte Ring- und Schienensysteme vereinfachen den Konstruktionsprozess und sind anderen nichtlinearen Führungs- und Aktuatorsystemen überlegen.