Belastung, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Weg.

Die Auswahl linearer Bewegungskomponenten während der Entwicklungsphase eines Projekts ist für Konstrukteure und Anwendungstechniker seit Jahrzehnten eine Quelle der Frustration – insbesondere bei komplexen Unterbaugruppen wie Linearantrieben. Überlegen Sie sich einmal, welchen Einfluss ein Linearantrieb auf die gesamte Maschinenkonstruktion hat. Zunächst einmal sind bei einem Antrieb Führung und Antrieb miteinander verbunden und integraler Bestandteil der Einheit. Daher ist es zwingend erforderlich, dass sowohl Führung als auch Antrieb richtig ausgewählt werden. Außerdem hat ein Antrieb erheblichen Einfluss auf die Gesamtgröße der Maschine. So kann beispielsweise eine veränderte Lastposition auf dem Antrieb eine hohe Momentenbelastung verursachen und die Anforderung von einer Einzelführungskonstruktion auf eine Doppelführungskonstruktion ändern, wodurch sich die Gesamtbreite des Antriebs und somit die Größe der Maschine effektiv verdoppelt oder verdreifacht.

Die Auswahl eines Aktuators auf Grundlage von ungefähren Leistungsanforderungen ist wahrscheinlich riskanter als die Wahl einer Linearführung oder eines Antriebs mit minimalen Anwendungsinformationen. Dennoch kommt es häufig vor, dass ein Konstrukteur oder Ingenieur eine realistische Schätzung des für seine Anwendung am besten geeigneten Systems benötigt, bevor alle Anwendungskriterien feststehen.

Obwohl eine ordnungsgemäße Dimensionierung ein gründliches Verständnis der Anwendungsanforderungen erfordert, kann eine allgemeine Lösung – geeignet für die anfängliche Konstruktion und Kostenschätzung – normalerweise auf der Grundlage von vier Hauptkriterien festgelegt werden.

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Die zu tragende Last und ihre Ausrichtung im System sind eines der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines Linearantriebs. Leichte Lasten, die mehr oder weniger direkt über den Lagern montiert werden, können mit nahezu jeder Führungstechnologie aufgenommen werden – Profilschienenumlauflager, Linearbuchsen und -wellen oder sogar Gleitlager. Je höher jedoch die Last und je größer das dadurch erzeugte Moment (Nick-, Roll- und/oder Gierungsmoment), desto robuster sollte der Führungsmechanismus sein, um eine angemessene Lebensdauer und minimale Durchbiegung zu gewährleisten.

Genauigkeit

Das Verständnis der Anforderungen an Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit hilft bei der Auswahl des Antriebsmechanismus. Eine Punkt-zu-Punkt-Positionierung mit geringer Genauigkeit kann mit einem pneumatischen Antrieb oder einem Riemen- und Riemenscheibensystem erreicht werden, während für eine Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit im Ein-Mikrometer-Bereich eine Kugelumlaufspindel oder sogar ein Linearmotor erforderlich wäre. Obwohl die Last oft durch verschiedene Antriebstechnologien bewältigt werden kann, ist die Wiederholbarkeit oft der entscheidende Faktor zwischen diesen Optionen.

Geschwindigkeit

Die durchschnittliche und maximale Geschwindigkeit während der Bewegung ist ebenfalls ausschlaggebend für die Wahl des Antriebsmechanismus. Als Faustregel gilt beispielsweise, dass die maximale Geschwindigkeit für Kugelumlaufspindeln 1 m/s beträgt, obwohl es Möglichkeiten gibt, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen. Riemen hingegen können problemlos bis zu 10 m/s erreichen, und die maximale Geschwindigkeit von Linearmotorantrieben wird in erster Linie durch den unterstützenden Führungsmechanismus begrenzt. Auch die Beschleunigung spielt sowohl bei der Auswahl des Antriebs als auch der Führung eine Rolle.

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Obwohl der erforderliche Hub seltener ein entscheidendes Kriterium ist, ist es wichtig, zu prüfen, ob der gewählte Linearantriebstyp die Hublängenspezifikation erfüllt. Insbesondere Kugel- und Gewindespindeln haben begrenzte Hubbereiche. Als Faustregel für Gewindetriebe gilt eine maximale Länge von 3 Metern. Obwohl Gewindespindeln auch in größeren Längen erhältlich sind, sinkt mit zunehmender Länge aufgrund der kritischen Drehzahl der Spindel die maximale Geschwindigkeit.

Diese vier Kriterien liefern zwar eine grobe Schätzung der geeigneten Linearantriebe, für eine vollständige Dimensionierung und Auswahl müssen jedoch eine Reihe von Anwendungsparametern angegeben und berücksichtigt werden. Um Konstrukteuren und Ingenieuren die für die Dimensionierung erforderlichen Informationen zu erleichtern, haben mehrere Hersteller einfache Abkürzungen entwickelt.