In der klassischen Physik werden vier grundlegende Bewegungsarten definiert: lineare, rotierende, hin- und hergehende und oszillierende Bewegungen. Bei der Anwendung auf mechanische Geräte wandelt dieses natürliche physikalische Verhalten Bewegung in Kraft um. Diese Kraft oder Leistung wird dann genutzt, um eine Art Ausgangsbewegung zu erzeugen, die das Gerät oder die Maschine antreibt. In der industriellen Automatisierung kommen verschiedenste Geräte zum Einsatz, die diese verschiedenen Bewegungssysteme nutzen – meist rotierende oder lineare, manchmal aber auch eine Kombination aus beiden.

Lineare Bewegung

Lineare Bewegung ist die einfachste und grundlegendste Bewegungsform und zeichnet sich durch die Veränderung der Position in eine Richtung aus. Stellen Sie sich eine Person vor, die geradeaus geht, schwimmt oder läuft, oder ein mechanisches Objekt wie ein Fahrzeug, das auf einer geraden Strecke fährt. Ein lineares Bewegungssystem basiert auf einem Mechanismus, der eine Last entlang einer Achse bewegt. In der Pneumatik werden Lasten durch Geräte wie Linearmotoren, Schlitten, Aktuatoren oder Kugelumlaufspindeln geradlinig angetrieben. Diese Art von Bewegungssystem findet sich am häufigsten in Anwendungen wie Materialhandhabung, CNC-Bearbeitung, Verpackung, Palettierung und Robotik.

Arten von Linearantrieben

Verschiedene Antriebstechnologien nutzen die lineare Bewegung und jede hat ihre eigenen Vorteile

1. Linearmotorenerzeugen direkte lineare Bewegung. Sie können schnell auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen und erfordern keine mechanische Umrüstung. Sie eignen sich hervorragend für Pick-and-Place-Anwendungen.

2. Linearführungenwie Rollen- oder Schienenführungen sorgen für eine reibungsarme, gleichmäßige Linearbewegung. Sie werden häufig in der Automatisierung und in Werkzeugmaschinen eingesetzt, um schwere Lasten zu tragen.

3. Kugelumlaufspindelnwandeln Drehbewegungen in lineare Bewegungen um. Sie sind äußerst präzise und effizient und werden häufig in der Robotik und in Anwendungen wie CNC-Maschinen eingesetzt.

4. Zahnstangen- und Ritzelsystemebieten hohe Kraftkapazität und große Verfahrwege. Zahnräder wandeln Drehbewegungen in lineare Bewegungen um. Diese Antriebsart findet sich in Portalsystemen und großen Maschinen.

Drehbewegung

Die einfachste Form der Drehbewegung ist das Rad, bei dem sich etwas in beide Richtungen um eine zentrale Achse oder einen Drehpunkt dreht. Die Bewegung kann selbsterzeugend sein, wie bei einem Tornado oder der Erdrotation. In Automatisierungssystemen wird sie jedoch durch Rotationsantriebe, Zahnradsysteme oder Drehtische erzeugt.

Ein Drehantrieb erzeugt Kraft in einem Radius, der einem Teilwinkel eines Kreises oder einer vollständigen, kontinuierlichen Umdrehung entsprechen kann. Zu den Anwendungen, die Drehbewegungssysteme nutzen, gehören Turbinen zur Energieerzeugung aus Wind, Wasser oder Dampf, Werkzeugmaschinenspindeln, Bohr- oder Schleifwerkzeuge, Robotergelenke und Rundschalttische.

Arten von Drehantrieben

Rotierende Geräte werden nach ihrer Kraft- oder Energiequelle kategorisiert, darunter manuelle, elektrische oder flüssigkeitsbasierte (entweder hydraulische oder pneumatische).

1. Manuelle AntriebeDrehbewegungen werden mit einem Getriebe erzeugt, typischerweise einem handbetriebenen Rad, das die Rotationsenergie über das Getriebe auf das Betätigungselement überträgt. Das mechanische Drehmoment reduziert den Kraftaufwand zum Bewegen großer Lasten.

2. Elektrische DrehantriebeNormalerweise wird ein Motor über ein Getriebe gesteuert. Die Motoren sind in der Regel umkehrbar und können Winkeldrehungen oder Schwingungen erzeugen. Ein elektrischer Regler reguliert den Eingangsstrom des Motors, sodass Beschleunigung und Geschwindigkeit variiert werden können.

3. Fluidbasierte DrehantriebeVerwenden Sie Druckluft oder Flüssigkeit, um Bewegung zu erzeugen. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun, darunter die Verwendung von Zahnstangen- und Ritzelgetrieben, Druck auf eine Schaufel oder Membran oder ein Kolben- und Drehkupplungssystem, das als Scotch-Yoke bezeichnet wird.

Kombinierte Bewegungssysteme

Bei komplexeren Aufgaben entsteht ein System aus einer Kombination verschiedener Bewegungsarten, meist linear und rotierend. Diese finden sich in Anwendungen wie Pick-and-Place-Operationen und der Robotik, wo sie für verschiedene Robotertypen und bestimmte Roboterarme eingesetzt werden. Auch bei Lösungen für mehrachsige Bewegungssteuerung und komplexe elektronische Programmierung gibt es technologische Fortschritte.

Kombinierte Bewegungsantriebe

Um präzise Bewegungen mit kombinierten Bewegungsantrieben zu erreichen, kommen hauptsächlich Zahnräder, Riemenantriebe und Leitspindeln zum Einsatz. Jede Lösung hat ihre eigenen Stärken und Schwächen, darunter Wiederholgenauigkeit, Positioniergeschwindigkeit, Präzision und Kosten.

1. Zahnrädersind mechanische Geräte, die Drehmoment durch die Verbindung von Zähnen übertragen. Die Zähne im Getriebemechanismus greifen in kompatible Zahnradteile eines anderen Getriebes oder Antriebs ein und erzeugen so Drehkraft. Zahnräder sind in der Regel kreisförmig und haben einen gezahnten Umfang. Es ist jedoch auch möglich, Zähne am Innendurchmesser eines Zahnrads anzubringen. Solche Konstruktionen werden üblicherweise in platz- und gewichtskritischen Anwendungen eingesetzt und bieten ein hohes Maß an Drehmoment- und Drehzahlkontrolle. Zwei oder mehr ineinandergreifende Zahnräder können auch nacheinander als Getriebe arbeiten, um Drehbewegungen zu übertragen, typischerweise angetrieben von einem Motor.

2. Riemenantriebebestehen in der Regel aus einem flexiblen, kreisförmigen Band oder Riemen, der zwei Riemenscheiben verbindet. Sie werden von einem Motor angetrieben und übertragen durch ihre zyklische Bewegung die Drehkraft von einem Ort zum anderen. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen lange Strecken zurückgelegt werden müssen, da sie leichter, leiser, günstiger und effizienter zu bedienen sind als Zahnräder. Riemenantriebe werden am häufigsten in Fördersystemen und Nockenriemen für Motoren eingesetzt.

3. Wie eine Kugelumlaufspindel,Leitspindeln oder Kraftspindeln wandeln die Drehbewegung einer Schraube oder Mutter in eine lineare Bewegung um. Leitspindeln und Muttern verwenden ein spiralförmiges Gewinde zur Übersetzung der Bewegung, weshalb sie auch oft als Translationsspindeln bezeichnet werden. Sie sind in vielen verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich, sodass Sie bestimmen können, wie viel Bewegung pro Umdrehung der Spindel möglich ist. Dadurch eignen sie sich sowohl für Laufwerke, die hohe Präzision und Geschwindigkeit erfordern, wie z. B. ein CD-Lesekopf, als auch für Laufwerke, die niedrige Geschwindigkeit und hohes Drehmoment erfordern, wie z. B. ein Schraubstock. Leitspindeln eignen sich auch für Anwendungen, die eine hohe Lastübertragung oder präzise Bewegung erfordern, und werden häufig in Hobbymaschinen und der Robotik eingesetzt.

Welche Bewegungsart sollten Sie wählen?

Welche Art von Bewegungssystem Sie verwenden, hängt maßgeblich von Ihrer Anwendung und der Arbeitsumgebung ab. Wie viel Platz steht Ihnen zur Verfügung oder welche Distanz müssen Sie überwinden? Weitere Faktoren sind die benötigte Präzision und Geschwindigkeit sowie der Kraftaufwand für die Ausführung einer Aufgabe. Die Wahl linearer, rotierender oder kombinierter Bewegungssysteme kann komplexe Berechnungen erfordern. Bei Fragen oder Unterstützung wenden Sie sich gerne an unsere Experten von FUYU Motion.