Lineartechnik Linearsysteme Teil 2: Einachs- und Mehrachs-Systeme in der Anwendung

Autor / Redakteur: Stefanie Michel * / Stefanie Michel

Dieser zweite Teil der Serie zu Linearsystemen zeigt, wie komplette Handhabungssysteme in der Industrie zum Einsatz kommen. So lassen sich Komponenten der Lineartechnik, der Pneumatik sowie der Antriebs- und Steuerungstechnik von Rexroth kombinieren, formschlüssig verbinden und passgenau montieren.

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Mit dem camoLINE-Baukasten lassen sich Mehrachsbewegungs-Systeme mit elektrischen und pneumatischen Achsen realisieren. Bilder: Bosch Rexroth
Mit dem camoLINE-Baukasten lassen sich Mehrachsbewegungs-Systeme mit elektrischen und pneumatischen Achsen realisieren. Bilder: Bosch Rexroth
( Archiv: Vogel Business Media )

Aus vielen Branchen sind Linearsysteme heute nicht mehr wegzudenken. Eine besonders große Bedeutung haben sie in der Fabrikautomation, der Elektronik- und Halbleiterfertigung, der Medizin- und Pharmaindustrie sowie der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie. Hierfür sind individuelle Lösungen zum Greifen, Heben, Drehen, Positionieren und Ablegen nötig. Nur selten lassen sich Komplettsysteme einsetzen, da jede Anwendung eine eigene Lösung verlangt.

Zur kundenspezifischen Auslegung sind für die gesamte Applikation grundlegende Berechnungen durchzuführen. Die Lebensdauerberechnung spielt bei Linearsystemen, im Vergleich zur Motorenauslegung, eine nicht so große Rolle und lässt sich analog der Berechnung bei Profilschienenführungen durchführen (siehe Auswahl der geeigneten Profilschienenführung). Was die Belastung betrifft ist es sinnvoll, nur bis etwa 20 Prozent der dynamischen Kennwerte (dynamische Tragzahl C, Torsionstragmoment Mt und Längsmoment ML) zu gehen – bei hochdynamischen Anwendungen meist weniger, bei statischen Anwendungen etwas mehr.

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Kundenapplikation bestimmt die Antriebsart

Zuletzt ist für das ausgewählte Linearsystem eine Motorberechnung nötig. Wie genau soll die Positionierung sein? Welche Zykluszeiten sind gewünscht? Welche Lasten werden transportiert? Diese und andere Fragen müssen nun beantwortet werden, da der Motor direkt die Leistungsdaten eines Linearsystems beeinflusst.

Dem Kunden stehen Servo-, Schritt- und Drehstrommotoren für Linearsysteme mit Kugelgewindetrieb, Zahnriementrieb oder Zahnstangenantrieb zur Verfügung. Für Linearmodule, Compact-Module und Schienenführungstische bietet Rexroth zudem Linearmotoren an. Servomotoren, zu denen als Sonderform auch die Linearmotoren gehören, werden aufgrund ihrer geringen Rotorträgheit besonders bei hochdynamischen und exakten Positionieranwendungen eingesetzt. Für einfache Positionieraufgaben ohne Genauigkeitsanforderungen eignen sich die robusten Drehstrommotoren (bei Rexroth: Drehstrom-Asynchronmotoren). Sie sind durch ihre hohe Rotorträgheit zwar weniger dynamisch, doch zeichnen sie sich durch ihre Wartungsfreiheit, Zuverlässigkeit und einen geräuscharmen Lauf aus. Mit den Schrittmotoren stehen preisgünstige Antriebe für Transport- und Positionieraufgaben mit geringer Geschwindigkeit zur Verfügung. Bei höheren Drehzahlen muss hier allerdings ein Drehmomentabfall berücksichtigt werden.

Systeme zu Mehrachsanwendungen kombinieren

Einheiten mit zwei Führungsschienen (Compact-Module) lassen sich, wenn die Elemente aus einer Gruppe stammen, mit standardisierten Verbindungselementen verbauen, die bei der Zusammenstellung einer Anlage mitgeliefert werden. Dank der „Easy-2-Combine-Schnittstelle“ von Rexroth ist Kraft- und Formschluss einfach realisierbar: Abbohren und Verstiften gehören längst der Vergangenheit an, denn die Module können über standardisierte Befestigungsschnittstellen miteinander verbunden werden. Eine kosten- und zeitsparende Hilfe, weil sich die Einheit wieder abbauen und neu aufbauen lässt. Zudem ist sie sofort ausgerichtet.

Kombiniert man die Standard-Linearsysteme mit Motor, Regler, Verbindungselementen und Kabeln, kann sich der Kunde komplett aufeinander abgestimmt elektromechanische Mehrachs-Bewegungssysteme CMS (= Cartesian Motion Systems) mit bis zu drei Achsen zusammenstellen.

Lineartechnik mit pneumatischen Modulen und elektrischen Bauteilen kombinieren

Mit Hilfe des camoLINE-Baukastens von Rexroth lassen sich aus Lineartechnik mit pneumatischen Modulen und elektrischen Bauteilen komplette Handlingsysteme zusammenstellen. Der Unterbau besteht aus Strebenprofil mit angesetzten Fußwinkeln, die formschlüssig mit den Linearachsen verbunden werden. Der Baukasten beinhaltet eine breite Auswahl: unter anderem stehen verschiedene Compact-Module, Elektromotoren, Servoumrichter oder Greifer zur Verfügung. Zur formschlüssigen Verbindung nutzt Rexroth Zentrierringe, die eine gute Reproduzierbarkeit gewährleisten. Steuerungen und Kabelführungen sowie die Verbindungselemente werden bei der Zusammenstellung mitgeliefert.

Computergestützt ist das Zusammenstellen eines kompletten Systems einfacher und spart Zeit: über eine Online-Anwendung, den camoLINE CAD-Konfigurator, kann der Kunde seine Applikation selbst zusammenbauen ohne vorher die CAD-Daten herunterzuladen.

Doch auch die Standardisierung spart Zeit und Geld – sei es durch die einfache Kombination der Komponenten aufgrund standardisierter Schnittstellen oder durch dien minimierten Konstruktions- und Montageaufwand.

Allgemeine Konstruktionshinweise für Linearsysteme

Um bereits im Vorfeld mögliche Probleme im Betrieb zu vermeiden, sollten einige Hinweise bei der Konstruktion mit Linearsystemen berücksichtigt werden.

  • Das maximale Drehmoment und die maximale Drehzahl des Motors dürfen die Grenzwerte des Linearsystems und der Komponenten nicht überschreiten.
  • Da beim Anbau eines Motors der Motor in den Arbeitsbereich benachbarter Systeme ragen kann, sollte das Linearsystem und seine Umgebung auf mögliche Störkanten geprüft werden.
  • Die Nachschmiereinheiten und Hinweise in den Anleitungen für Montage, Inbetriebnahme und Wartung müssen beachtet werden.
  • Bei Kurzhub sollte ein Schmierhub eingeplant werden.
  • Werden Linearsysteme mit Kugelgewindetriebe vertikal betrieben, muss das Festlager der Spindel oben angeordnet sein, um die Knickgefahr der Spindel zu vermeiden
  • Vertikal eingebaute Linearsysteme benötigen eine Bremsvorrichtung oder Ausgleichsgewichte. Dies vermeidet einen Absturz, wenn der Motor keine integrierte Bremse hat.
  • Linearsysteme mit Linearmotor sollten vor allem in horizontaler Einbaulage eingesetzt werden.
  • Lässt es die Konstruktion zu, wird die Überkopfmontage (Achse um 180° drehen) empfohlen, um die Mechanik des Linearsystems vor Staub zu schützen.
  • Besonders lange und somit auch schwere Linearsysteme nur mit geeignetem Hebezeug beim Transport bewegen, so dass die Durchbiegung minimiert werden kann
  • Hochgenaue Linearsysteme können ihre geforderte Genauigkeit nur erreichen, wenn ebenso das Fundament oder der Unterbau dieser Genauigkeit entsprechen.
  • Linearsysteme dürfen nicht am Endkopf oder an der Endplatte unterstützt werden; tragendes Teil ist der Hauptkörper.
  • Linearsysteme lassen sich am einfachsten über standardisierte Spannstücke, Nutensteine, Gewindeleisten, Verbindungsplatten und -winkel an den Unterbau oder, bei Mehrachseinheiten, an die einzelnen Komponenten befestigen. Die jeweils angegebene Anzahl der Spannstücke je Lineareinheit ist verbindlich.
  • Bei manchen Modulen erleichtern Anschlagkanten am Trägerprofil das Ausrichten.

Den ersten Teil der Serie (Grundlagen zum Konstruieren mit Linearsystemen) können Sie hier nachlesen. Außerdem steht der Beitrag als e-paper-Heftausgabe zur Verfügung.

Zum Weiterlesen:

Profilschienenführungen Teil 1: Grundlagen zum Konstruieren

Profilschienenführungen Teil 2: Auswahl der geeigneten Führung

Baukastensystem camoLINE erleichtert Konstruktion und Montage

Fachwissen: Handbuch Lineartechnik

* Stefanie Michel ist Redakteurin der konstruktionspraxis

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