antriebstechnik 7/2015

LINEARTECHNIK Eine

LINEARTECHNIK Eine Nasenlänge voraus Herausforderungen und Lösungen langhubiger Linearbewegungen Niklas Sjöström In den unterschiedlichsten industriellen Anwendungen werden Linearbewegungen benötigt und in der Mehrzahl der Fälle werden sie über ein herkömmliches System mit Riemen oder Spindelantrieb realisiert. Beide Techniken haben Vor- und Nachteile, erfüllen aber die Anforderungen der meisten Einsatzbereiche zufriedenstellend. Problematisch wird es erst, wenn größere Entfernungen überwunden werden müssen. Für Linearbewegungen von mehr als 5 m sind Riemenantriebssysteme die naheliegende Lösung. Diese Systeme verwenden Riemenscheiben, um die Kraft auf den Antriebsriemen zu übertragen und lassen sich schnell auf hohe Geschwindigkeiten von etwa 10 m/s bringen. Wenngleich sie dank ihrer größeren Länge für Verstellwege von bis zu 12 m konstruiert werden können, beginnen hier die Probleme in Form durchhängender Riemen, da sich die Spannung schlichtweg nicht über die gesamte Länge des Systems aufrecht erhalten lässt. Hinzu kommt ein konstruktionsbedingt hohes Spiel in solchen Systemen, das aus den Gummioder Kunststoffriemen selbst herrührt. Diese Flexibilität über die Länge des Systems gesehen, kann zu einem un erwünschten Vibrieren oder Federn führen, das sich wiederum als Peitscheneffekt auf den Schlitten auswirkt und die Präzision des gesamten Systems beeinträchtigt. Kann keine Sondervorrichtung dieses Phänomen ausgleichen, bietet ein System mit Antriebsspindel die geeignetere Lösung. Hier garantiert ein starres mechanisches Bauteil vollständige Kontrolle – einschließlich einer präzisen Verzögerung und Positionierung des Schlittens. Die Sicherheit könnte bei der Auswahl eines Antriebssystems ebenfalls eine zentrale Rolle spielen, bedenkt man die Gefahr eines gerissenen Riemens. Ein solcher Defekt würde eine unkontrollierte Bewegung verursachen. In vertikalen Systemen könnte die Last herunterfallen und so eine große Gefahr für Mensch und Gerät darstellen. Ein System mit Spindelantrieb dagegen würde selbst bei einem Ausfall das Herunterfallen der Last verhindern. Verzicht auf Verbindungssystem von Blöcken Die Problematik eines Spindelantriebssystems liegt traditionell in der Schwierigkeit, größere Hublängen zu realisieren. In der Regel sind die Systeme in Längen bis 5,5 oder 6 m verfügbar, wobei paarweise eingesetzte Lagerblöcke die Spindel abstützen und bei Drehgeschwindigkeiten oberhalb von ca. 3000 min -1 ein Schlagen verhindern. Aber selbst bei niedrigen Drehzahlen müssen lange Spindeln abgestützt werden, um ein Durchbiegen aufgrund des Eigengewichts auszuschließen. Der Umfang der Abstützung hängt hierbei von der Größe der Einheit, der aufgebrachten Last sowie der Drehzahl und Gewindesteigung der Spindel ab. Eine solche Lagerblock-Abstützung besteht herkömmlich aus zwei Blöcken, üblicherweise in 100 bis 500 mm Abstand, die mit einem Stahlstab verbunden sind und sich gemeinsam mit dem Schlitten entlang der Spindel bewegen. Erfordert ein System einen längeren Hubweg, können weitere Lagerblock-Paare hinzugefügt werden, um die Spindel auf ihrer gesamten Länge in regelmäßigen Abständen abzustützen. Eine Kombination aus drei oder sogar vier Paaren ist noch praktikabel. Bei einer größeren Zahl wird es jedoch schwierig, die Blöcke mit einem Stahlstab zu verbinden, ohne andere Komponenten zu behindern. Daher besteht die erste Herausforderung zur Realisierung eines längeren Hubwegs darin, ein System mit mehr Abstützungspunkten für die Spindel zu finden. Eine Lösungsmöglichkeit ist, auf das Verbindungssystem der Blöcke zu verzichten. Stattdessen wird ein System eingesetzt, in dem sich die Blöcke ineinander schieben und bei Bedarf wieder auseinander fahren können. In einem solchen System lassen sich zehn, zwölf oder sogar 13 Abstützungspunkte mit Lagerblöcken realisieren, um Kugelgewindetriebe-Einheiten mit bis zu 11 m Hublänge zu erreichen. Der Abstand zwischen den Spindelabstützungen variiert entsprechend der Größe der Einheit, bewegt sich aber in der Regel zwischen 0,5 und 1 m. Abstützungssystem für Kugelumlauf- oder Leitspindel Die Spindelabstützungen bestehen aus Kunststoff, sind integraler Bestandteil des Produkts und ineinander „verschachtelt“ konstruiert. Sie sitzen in gefrästen Aussparungen innerhalb des Strangpressprofils und rasten (mit Ausnahme der Abstützung am Spindel-Ende) ein, sobald sie ineinander vertrackt sind. Bewegt sich der Schlitten, Niklas Sjöström ist Product Line Manager Systems Group bei Thomson Industries, Inc. in Kristianstad, Schweden 01 Berührt der Schlitten die Kante einer Spindelabstütze, schiebt er sie mit und verschiebt die gesamte Baugruppe, da die Abstützungen per Stab verbunden sind 22 antriebstechnik 7/2015

LINEARTECHNIK nimmt er die Spindelabstützung auf und rückt sie in Richtung der Verstellbewegung. Mithilfe integrierter Federn wird sie wieder abgesetzt, wenn sie am anderen Schlitten-Ende die verschachtelte Position erreicht. Sobald eine Abstützung in der Aussparung abgesetzt wird, gibt dies eine weitere Abstützung frei, die an der nächsten Aussparung anhält. Dieses Abstützungssystem für die Kugelumlauf- oder Leitspindel erlaubt große Entfernungen ohne Durchbiegen oder Schlagen und ohne, dass die Drehzahl reduziert werden muss. Für Längen über 6 m besteht die nächste Herausforderung darin, eine längere Spindel herzustellen. Aufgrund der Einschränkungen beim erhältlichen Rohmaterial werden Spindeln im Normalfall in Längen bis zu 6 m hergestellt. Wie lässt sich also eine Hublänge von über 10 m erreichen? Die Antwort liegt in der Koppelung von zwei Spindeln und der Nutzung präziser Produktionsverfahren. Leit- und Kugelumlaufspindeln werden auf einer Walzanlage gefertigt. Zwischen den einzelnen Stücken können geringe Abweichungen in der Gewindesteigung auftreten. Um zwei Stücke zusammenzu fügen, muss das Problem der Steigungsabweichungen überwunden werden, d. h. es können ausschließlich präzisionsgefertigte Spindeln verwendet werden, deren Abweichungen gegen Null gehen. Die Spindel- Endbearbeitung muss mit höchster Genauigkeit erfolgen, wobei sicherzustellen ist, dass keine Hitze in das Werkstück gelangen kann, die den Durchmesser und die Gewindegeometrie verändert. Bereits eine Abwei- 02 Sobald die Blöcke ihre Position erreichen, bleiben sie dort, um die Spindel zu führen und abzustützen DIE LOGISCHE KONSEQUENZ 6 Technologien – ein starkes Team Handhabungstechnik Dämpfungstechnik Lineartechnik Verfahrenstechnik Werkzeugtechnik Maschinentechnik THE KNOW-HOW FACTORY Halle 3 Stand 3201 www.zimmer-group.de