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antriebstechnik 4/2020

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antriebstechnik 4/2020

LINEARTECHNIK

LINEARTECHNIK ELEKTROZYLINDER BESSER ALS HYDRAULISCHE ANTRIEBE? Bis zu 80 Prozent weniger Energiekosten im Vergleich mit anderen linearen Antriebssystemen lohnt sich. Dass gleichzeitig die Produktivität und Umweltfreundlichkeit gesteigert werden kann, das wollen die Serac Elektrozylinder zeigen. Die Serac-Lineartriebe der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH aus Zell unter Aichelberg in der Region Stuttgart basieren auf der ASCA Servospindel. Sie kombinieren die Vorteile eines Planetengetriebes mit denen einer Linearspindel. Das führt zu weniger Platzbedarf und Gewicht und – beim Einsatz im Serac Elektrozylinder – auch zu mehr Dynamik. Im Vergleich zu hydraulischen Antrieben benötigen sie kein Fluid, sind leiser, schneller in den Taktzeiten und überzeugen außerdem durch genaueste Positionierung unter Last sowie lange Lebensdauer. PATENTIERTE SPINDEL Die ASCA Servospindel basiert auf dem Funktionsprinzip einer Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG), bei der die Drehbewegung eines Motors in eine lineare Bewegung umgewandelt wird. Anstoß Dirk Laubengeiger ist Geschäftsführer der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG in Zell unter Aichelberg für die Entwicklung dieser PWG gab das Deutsche Luft- und Raumfahrt-Zentrum DLR mit der Entwicklung eines ferngesteuerten Roboters für die D2-Mission. Dieser Roboter stellte zwei konträre Aufgaben: Die Einhaltung des Massenlimits für die Luft- und Raumfahrt bei gleichzeitiger sicherer Verfügbarkeit von hohen Kräften. Übliche Spindeln konnten diesen Anforderungen nicht entsprechen. So entwickelte die DLR die PWG und ließ sie weltweit patentieren. Ortlieb erkannte die Vorteile der Technologie, erwarb das Patent, entwickelte die Spindel weiter zur ASCA Servospindel und brachte die PWG zur industriellen Reife. ELEKTROZYLINDER STATT HYDRAULIK Die Kombination aus Gewindespindel und Planetengetriebe ermöglicht eine hohe Flexibilität und die Optimierung der Auslegung von Elektromotoren. Steigungen ab 1 mm – je nach Kundenwunsch etwa an die Anforderungen von Pressen anpassbar – erlauben z. B. hohe Geschwindigkeiten bei gleichzeitig hoher Kraftdichte. Da die Spindelsteigung sehr variabel ist, sind auch geringe Geschwindigkeiten bei geringer Steigung und besonders hohen Kräften möglich. Hier ist eine feine Regulierung bei Wiederholgenauigkeiten von 24 antriebstechnik 2020/04 www.antriebstechnik.de

LINEARTECHNIK ± 5 µm realisierbar, wie sie etwa in Dosieranwendungen oder bei Stanzapplikationen notwendig sind. Das Übersetzungsverhältnis von Dreh- und Hubbewegungen kann also durch die flexible Spindelsteigung konfiguriert werden. Damit sind Bewegungen sowohl mit hoher als auch mit geringer Dynamik präzise regelbar. Die Technologievorteile der ASCA Servospindel werden insbesondere im Serac Elektrozylinder von Ortlieb deutlich. Durch den Direktantrieb der Spindel benötigen Elektroantriebe kein zusätzliches Getriebe. Eine Kombination aus Servomotor und Regelungstechnik in einem Bauteil bietet einen verbesserten Wirkungsgrad und damit Energieeinsparungen gegenüber hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Systemen. Im Gegensatz zur Hydraulik wird zudem keine Hydraulikflüssigkeit – also Öl oder ein anderes Fluid – benötigt. So entfallen Umwelt- und Sicherheitsprobleme. Durch die hohe Steifigkeit des Komplettsystems sind Position und Geschwindigkeit einfacher regelbar als in hy draulischen Antriebssystemen. Darüber hinaus sorgt ein integriertes Wegmesssystem für höchste Positioniergenauigkeit unter Last. Serac Elektrozylinder sind also eine platzsparende, effiziente und umweltfreundliche Alternative zu Hydraulikzylindern. KOMPAKT – LEISE – LANGLEBIG Kompakt sind die Serac Motoren durch die kleinen Spindelsteigungen ab 1 mm. Zugleich bieten sie sehr hohe Kräfte und hohe Hubgeschwindigkeiten bei geringem Bauraum. Durch die flexible Regelbarkeit der Spindel lassen sich sehr kurze Taktzeiten erreichen. Die schlanke Bauform lässt sich in bestehende Konstruktionen problemlos einfügen. Ein Wechsel vom Hydraulik- zum Elektroantrieb ist also mit geringem konstruktivem Aufwand möglich. Dazu trägt auch bei, dass Ortlieb sehr platzsparende lineare Wegmesssysteme verwendet, die sich durch eine äußerst kompakte Sensorik auszeichnen. Dadurch wird die Linearachse zur Plug-&- Play-Einheit – auf Anfrage auch mit komplett voreingestelltem Regler. Die Technologie der Planeten-Wälz-Gewindespindel ist wesentlich leiser als z. B. Kugelrollspindeln, da hier keine Rückführung von Rollen oder Kugeln notwendig ist. Zudem arbeitet das Ortlieb-System mit einer elliptischen Auflagefläche anstatt einer punktuellen, sodass auch hier Geräusche deutlich reduziert werden. Zur Langlebigkeit trägt vor allem der systembedingte Schlupf der Gewindespindel bei. Der Vorteil am Schlupf ist, dass sich die Berührungsflächen von Spindel und Planetenrollen ständig ändern und somit typische Verschleißstellen, wie sie z. B. in Zahngetrieben vorkommen, vermieden werden. Das erhöht die Standzeiten und trägt wesentlich zur Robustheit der Antriebe bei. Dabei beträgt der Schlupf bei maximaler Kraft nur etwa 1 % und ist durch direkte oder indirekte Wegmessung einfach kompensierbar. Dazu misst ein Drehgeber die Winkelposition. Die Steuerung kann so unter Berücksichtigung der konstanten Steigung rotative in translatorische Bewegungen umrechnen. Diese werden mit den Messergebnissen eines linearen Wegmesssystems verglichen. Damit ist beides möglich: Eine Positioniergenauigkeit besser 5 µm bei gleichzeitiger Verschleißminimierung. Ein wesentlicher Vorteil der Elektromotoren mit Servospindel ist die hohe Regelbarkeit beim schnellen Positionieren. So lassen sich sehr kurze Taktzeiten erreichen. Gerade beim Stanzen, Falzen, Biegen, Formen und in zahlreichen anderen Anwendungen bieten sie eine saubere Alternative zu anderen Antriebslösungen. Ein weiterer Vorteil der Elektromotoren ist die Möglichkeit zur Prozessdaten erfassung und damit frühzeitigen Fehlervermeidung. Daten können schon während des Prozesses ausgelesen und durch Regeln der Parameter eingestellt werden. So sind Kraft und Geschwindigkeit über den gesamten Hubweg jederzeit über Effektiv? So geht’s. Drehgeber steigern Effizienz und Prozessqualität Magnetische Präzisionswunder Ungeschlagen in Sachen Präzision sind die magnetischen Absolut-Drehgeber der Serie MAGRES EAM580. Herausragende Messgenauigkeit und Lebensdauer gewährleisten höchste Effi zienzsteigerung und Prozessqualität in der Fabrikautomation. Erfahren Sie mehr: www.baumer.com/EAM580

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