Lineares System Zahnstangengetriebe für Positionier- und Handlingsysteme

Autor / Redakteur: Reinhard Janzen / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wie Leantechnik mit Hilfe seiner Zahnstangengetriebe funktionsfertige Komplettanlagen konstruiert, zeigt das Unternehmen hier am Beispiel zweier Portalanlagen.

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Leantranspo-Anlagen fertigt Leantechnik nach den Vorgaben der Kunden aus den Zahnstangengetrieben Lifgo und Lean SL.
Leantranspo-Anlagen fertigt Leantechnik nach den Vorgaben der Kunden aus den Zahnstangengetrieben Lifgo und Lean SL.
(Bild: Leantechnik)

Positionieraufgaben fallen in vielen Branchen an: in der Automobilproduktion ebenso wie in der Lebensmittelindustrie oder im Maschinen- und Anlagenbau. Die Portalsysteme, die dort Bauteile oder Produkte von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportieren, müssen robust und flexibel sein. Zahnstangengetriebe von Leantechnik eignen sich als Komponenten dieser Systeme sehr gut, da sie präzise und belastbar sind und hohe Anforderungen an Synchronität und Geschwindigkeit erfüllen.

Lifgo und Lean SL heißen die Zahnstangengetriebe des Unternehmens. Sie werden in verschiedenen Größen und Ausführungen produziert und sind so konstruiert, dass sich alle Ausführungen innerhalb einer Größe beliebig miteinander kombinieren lassen. Aufgrund dieses Baukastensystems hat der Anwender unendlich viele Möglichkeiten, die Getriebe einzusetzen. Lifgo und Lean SL zeichnen sich durch unterschiedliche Eigenschaften aus, die sich gut ergänzen: Während die robusten Lifgo-Zahnstangengetriebe hohe Querkräfte aufnehmen können, sind die Lean-SL-Getriebe mit rundgeführter Zahnstange ideal für einfache synchrone Hubbewegungen, bei denen keine Führung der Zahnstange erforderlich ist.

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Einsatz in Palettieranlage

Welche Zahnstangengetriebe die Leantechnik-Konstrukteure für das jeweilige Positioniersystem wählen, hängt stark von der individuellen Aufgabenstellung ab.

Im Falle einer Palettieranlage für technische Rohteile entwickelten sie beispielsweise eine Portalanlage auf Basis von Zahnstangengetrieben der Serie Lifgo 5 in den Ausführungen Lifgo linear und Lifgo linear doppel. Die Anlage sollte die Rohteile für die Bearbeitung aus dem Blister in eine entsprechende Station einbringen, indem sie auf einem Förderband platziert werden. Nach der Bearbeitung hatte sie die fertigen Teile an gleicher Stelle vom Laufband zu entnehmen und in den Blister zurückzustellen. In einem weiteren Schritt sollten die Blister schließlich palettiert werden.

„Die besondere Schwierigkeit bestand in den vorgegebenen Taktzeiten“, erinnert sich Lukas Piofczyk, Konstrukteur bei Leantechnik. „In 12 Sekunden sollte der gesamte Prozess bis zum fertigen Produkt abgeschlossen sein“. Dazu gehörte neben dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang auch die Abstapelung der Blister mit den Roh- und Fertigteilen zwischen den einzelnen Arbeitsschritten.

Maßgescheiderte teil- und funktionsfertige Anlagen

Um die komplexe Aufgabenstellung zu lösen, entwickelten die Leantechnik-Ingenieure eine maßgeschneiderte Portalanlage, die einen 2-Achs-Palettierer und einen 3-Achs-Greifarm miteinander kombiniert. Leantranspo nennt Leantechnik diese Produktsparte, die teil- und funktionsfertige Anlagen auf Basis der robusten und kombinierbaren Zahnstangengetriebe Lifgo und Lean SL umfasst, die Horizontal- und Vertikalhübe auf mechanischer Basis miteinander kombinieren.

„Der Vorteil der von uns konstruierten Zuführeinrichtung liegt in dem 3-Achs-Greifarm“, sagt Piofczyk. „Unterstützt durch entsprechende Drehachsen lässt sich damit eine beliebige Bewegung im kubischen Raum ausführen und jede beliebige Position anfahren. In Kombination mit dem 2-Achs-Palettierer konnten wir die geforderten Taktzeiten deshalb problemlos realisieren.“ Der 3-Achs-Greiferarm bewegt sich mittels eines Lifgo-linear-Moduls horizontal entlang der zwei Zahnstangen an der Portalunterseite. Zur Stabilisierung des Systems wurden zwei Führungswagen auf der zweiten Zahnstange eingesetzt. Sie erhöhen die Biegesteifigkeit der Achse erheblich und nehmen die auftretenden Querkräfte auf.

Den 2-Achs-Palettierer für den Blister-Transfer statteten Lukas Piofczyk und seine Kollegen mit zwei Getrieben der Ausführung Lifgo doppel sowie mit zwei Lineareinheiten der Ausführung Lifgo linear aus.

Robuste Getriebe mit Greiferfunktion

Die Lifgo-doppel-Getriebe sind mit zwei Zahnstangen ausgestattet, die von einem Ritzel im Inneren angetrieben werden und sich beide in die jeweils entgegengesetzte Richtung (X-Achse) bewegen. Diese Getriebe zeichnen sich durch eine große Robustheit und eine hohe Querkraftaufnahme aus. Sie werden durch die Montage von Greiferbacken an den Enden der Zahnstangen zu Greifermodulen, die das Greifen der Blister übernehmen.

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Die horizontalen und vertikalen Fahrwege (X- und Y-Achse) für den Blister-Transfer erledigen Lifgo-linear-Getriebe. Über zwei nebeneinander angebrachte Zahnstangen an der Unterseite des Grundportals verfährt der Ausleger in horizontaler Richtung. Der Antrieb erfolgt auf der hinteren Zahnstange über eine Lifgo-linear-Einheit. Zwei hintereinander positionierte Führungswagen auf der vorderen Zahnstange dienen zur Stabilisierung des Systems. Am vertikalen Greiferarm ist ebenfalls eine Zahnstange angebracht. Sie dient der notwendigen Hubbewegung über ein fixes Linearmodul am Ende des horizontalen Auslegers.

Einsatz in Schweißrobotern

Mit ganz anderen Herausforderungen waren Lukas Piofczyk und sein Team bei der Konstruktion eines Portals für Roboter in der Automobilproduktion konfrontiert. An ihm sollte in der Horizontalen ein Schweißroboter mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde verfahren, um Autoteile zu bearbeiten. Die Vorgabe war, dass das Portal bei einem Hub von 1325 mm bis zu 120 Doppelhübe pro Stunde fahren können sollte. „Das Portal musste besonders stabil und in sich steif sein, denn von diesen Eigenschaften hing die Genauigkeit der gesamten Anlage ab“, erinnert sich Piofczyk.

Für diese Bewegung wählten die Leantechnik-Ingenieure deshalb zwei vierfach-rollengeführte Lifgo-linear-5.3-Getriebe, die sich durch eine Hubkraft von bis zu 15.900 N auszeichnen. „Diese Baugröße ist speziell für Anwendungen mit langen Hubwegen konzipiert worden, wie sie bei solchen Portalen auftreten“, erklärt Piofczyk. Die Zahnstangen werden hintereinander angeordnet und mit zusätzlichen Führungswagen als Drehmomentstütze ausgestattet. So ist gewährleistet, dass sich der Roboter selbst bei hohen Geschwindigkeiten und auftretenden Querkräften mit hoher Positioniergenauigkeit verfahren lässt.

„Dank unseres ausgeklügelten Stahlbaus haben wir ein Höchstmaß an Biegesteifigkeit erreicht und konnten die auftretenden Querkräfte in der Anlage effektiv ausgleichen“, sagt Piofczyk. Die Portalanlage von Leantechnik ermöglicht so auf engstem Raum die effiziente Bearbeitung von Automobil-Komponenten – schnell und extrem präzise. (sh)

* Reinhard Janzen ist Geschäftsführer der Leantechnik AG in Oberhausen

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