Hublänge, Geschwindigkeit, Genauigkeit, Montage, Wartung.

Sie arbeiten an einer Anwendung, die lineare Bewegung erfordert – beispielsweise ein Pick-and-Place-Montagesystem, eine Verpackungsstraße oder ein Portal für den Materialtransport. Doch die Entwicklung eines eigenen Linearantriebs von Grund auf, die Beschaffung der Teile, die Montage und Ausrichtung der Komponenten sowie die Implementierung eines Wartungssystems ist keine effiziente Zeitnutzung. Sie suchen zunächst nach vorgefertigten und vormontierten Linearantrieben, doch die Auswahl an Typ, Größe und Funktionsprinzip ist so groß, dass Sie bei der Auswahl kaum den Überblick behalten.

Der erste Schritt zur Eingrenzung der Auswahl besteht darin, den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Antriebsmechanismus auszuwählen. Die meisten Hersteller bieten mindestens zwei Antriebsoptionen an, wobei Zahnriemen und Kugelumlaufspindel die gängigsten sind, während pneumatische und Linearmotorantriebe Nischenanwendungen bedienen. Im Folgenden finden Sie fünf Faktoren, die Ihnen bei der Wahl zwischen den beiden gängigsten Antriebsarten – Zahnriemen und Kugelumlaufspindel – helfen.

1. Hublänge

Die Distanz, die der Aktuator in eine Richtung zurücklegen muss (der sogenannte Hub), ist die erste zu berücksichtigende Anforderung bei der Wahl zwischen Kugelumlaufspindel und Riemenantrieb. Kugelumlaufspindeln sind üblicherweise in Längen von 1000 mm oder weniger erhältlich, obwohl Kugelumlaufspindeln mit größerem Durchmesser auch in Längen von bis zu 3000 mm eingesetzt werden können. Diese Grenze wird durch die kritische Drehzahl der Spindel bestimmt. Mit zunehmender Spindellänge sinkt ihre kritische Drehzahl, also die Geschwindigkeit, bei der die Spindel Biegeschwingungen ausgesetzt ist. Einfach ausgedrückt: Wenn eine Spindel länger wird und sich schneller dreht, beginnt sie zu „peitschen“ wie ein Springseil.

Bei Aktuatoren mit Zahnriemenantrieb ist die maximale Länge durch die Spannbarkeit des Riemens begrenzt. Durch die Verwendung breiterer Riemen (größere Kontaktfläche) und höherer Zahnteilung werden Aktuatoren mit Riemenantrieb häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine Hublänge von 10 bis 12 Metern erfordern.

2. Geschwindigkeit

Der zweite entscheidende Faktor bei der Wahl eines Aktuators ist die Geschwindigkeit. Die maximale Geschwindigkeit der meisten Riemenantriebe beträgt 5 m/s. Diese Grenze wird durch das Führungssystem beeinflusst, das meist Umlauflager verwendet. Für Anwendungen, die höhere Geschwindigkeiten (bis zu 10 m/s) erfordern, kann anstelle von Umlauflagern ein Riemenantrieb in Verbindung mit vorgespannten Rädern oder Nockenrollen verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, nimmt bei Kugelumlaufspindeln die kritische Drehzahl mit zunehmender Länge ab. Kugelumlaufspindeln erreichen in der Regel Geschwindigkeiten von bis zu 1,5 m/s bei Hublängen von weniger als einem Meter. Kugelumlaufspindelstützen können durch die Reduzierung der freitragenden Spindellänge für zusätzliche Steifigkeit sorgen und so höhere Geschwindigkeiten und größere Hublängen ermöglichen. Wenden Sie sich bei der Auswahl von Kugelumlaufspindelstützen an den Hersteller, um die erforderlichen Geschwindigkeits- und Längenberechnungen durchführen zu können.

3. Genauigkeit

Unter Genauigkeit versteht man im Allgemeinen entweder die Verfahrgenauigkeit (die Position des Schlittens oder Schlittens im Raum während der Bewegung), die Positioniergenauigkeit (wie genau der Aktuator die Zielposition erreicht) oder die Wiederholgenauigkeit (wie genau der Aktuator bei jedem Hub dieselbe Position erreicht). Während die Verfahrgenauigkeit stark von der Struktur, der Basis und der Montage des Aktuators abhängt, sind Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in erster Linie Funktionen des Antriebsmechanismus.

Kugelumlaufspindeln, insbesondere vorgespannte, weisen aufgrund ihrer Steifigkeit eine höhere Positioniergenauigkeit auf als Riemenantriebe. Die Ungenauigkeit in der Positionierung kann jedoch gemessen und im Steuerungssystem des Antriebs kompensiert werden. Aus diesem Grund ist die Wiederholgenauigkeit (die Fähigkeit, bei jedem Hub die gleiche Position zu erreichen) bei hochpräzisen Anwendungen oft der wichtigste Faktor. Für eine hohe Wiederholgenauigkeit ist die Steifigkeit des Antriebsmechanismus entscheidend, weshalb eine vorgespannte Kugelumlaufspindel mit Mutter die bessere Wahl ist.

4. Montage

In manchen Fällen bestimmt die Montagerichtung des Aktuators, welcher Antriebsmechanismus am besten geeignet ist. Sowohl Riemen- als auch Kugelumlaufspindelantriebe eignen sich für horizontale und geneigte Montageausrichtungen. Anwendungen, die eine vertikale Montage erfordern, erfordern jedoch eine sorgfältigere Prüfung.

Obwohl jedes System, das eine Last vertikal bewegt, integrierte Sicherheitsmechanismen benötigt, gelten Kugelumlaufspindeln oft als sicherer als Riemenantriebe für den Transport vertikaler Lasten. Dies liegt daran, dass Kugelumlaufspindeln je nach Last, Spindelsteigung und Reibung im System bei einem Bremsversagen oder einem katastrophalen Systemschaden nur ungern zurückdrehen oder in den freien Fall geraten. Wenn in einer vertikalen Anwendung ein Riemenantrieb erforderlich ist, sollte eine externe Bremse oder ein Gegengewicht ernsthaft in Betracht gezogen werden.

5. Wartung

Die Hauptursache für Ausfälle von Linearantrieben ist mangelnde Schmierung. Sowohl Kugelumlaufspindeln als auch Riemenantriebe erfordern eine regelmäßige Schmierung des Führungssystems. Kugelumlaufspindeln hingegen verfügen über eine weitere Komponente, deren ordnungsgemäße Schmierung überwacht werden muss. Einige Hersteller bieten Systeme mit Lebensdauerschmierung an (die Lebensdauer wird als festgelegte Verfahrstrecke oder Anzahl der Umdrehungen bei vorgegebener Last, Geschwindigkeit und Umgebung definiert). Viele Anwendungen liegen jedoch außerhalb dieser spezifizierten Parameter und benötigen im Laufe ihrer Lebensdauer eine Schmierung.

Obwohl riemengetriebene Aktuatoren den Vorteil haben, weniger Komponenten zu warten, sollten Sie bei Umgebungsbedingungen mit Staub oder Spänen auf ein Aktuatordesign achten, das das Risiko des Eindringens von Verunreinigungen in die Riemenscheibengehäuse minimiert. Dies verlängert die Lebensdauer der Riemenscheibenlager und reduziert den Verschleiß des Riemens.

Sowohl Riemenantriebe als auch Kugelumlaufspindeln bieten Leistungsvorteile. Beachten Sie bei der Auswahl, dass Riemenantriebe in der Regel die bessere Wahl für lange Hübe und hohe Geschwindigkeiten sind, während Kugelumlaufspindeln für Anwendungen mit hoher Wiederholgenauigkeit oder vertikaler Montage besser geeignet sind. In manchen Anwendungen erfüllen beide Antriebsmechanismen die oben genannten Kriterien. In diesen Fällen kann der Hersteller Sie anhand komplexerer Faktoren wie Beschleunigung, Einschwingzeit oder Umgebungsbedingungen bei der Auswahl des richtigen Antriebs unterstützen.