Präzise Power

Spezial

Linearantrieb – Höchste Kraftdichte und Regelbarkeit machen Elektrozylinder mit Planeten-Wälz-Gewindespindel zu einer kompakten und wirtschaftlichen Alternative zu hydraulischen Systemen.

13. November 2014

Eine wichtige Quelle für technische Innovationen ist immer wieder die Raumfahrttechnik. Ein interessantes Beispiel dafür ist die Entwicklung des Funktionsprinzips der Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG) zur Umsetzung einer rotativen in eine lineare Bewegung, die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für den Antrieb eines Greifers im ersten ferngesteuerten Roboter der sogenannten D2-Mission im Jahre 1993 entwickelt wurde und die heute als innovative Antriebstechnologie im Maschinenbau zum Einsatz kommt. Der Hintergrund für die Entwicklung war die Forderung nach einer möglichst hohen Kraftdichte aus Gründen der Gewichts- und Raumeinsparung, die sich mit herkömmlichen Spindeln nicht erreichen ließ. Die neue Technologie integriert dazu die Funktionen von Spindel und Planetengetriebe und ermöglicht eine Spindelsteigung von nur 1 Millimeter, sodass sich mit relativ kleinen Motoren hohe Kräfte erzielen lassen. Das Funktionszentrum der Planeten-Wälz-Gewindespindel ist die Spindelmutter, die für Drehzahlübersetzung und Spindelvortrieb nur wenige Bauteile benötigt.

Robust und ausdauernd

Das Funktionsprinzip wurde vom DRL weltweit patentiert, allerdings erwies sich die Hybridkonstruktion nach ihrer Entwicklung zunächst noch nicht als industrietauglich. Erste Langzeittests unter härtesten Bedingungen durch den Patentnehmer, die Wilhelm Narr GmbH & Co. KG mit Sitz in Kirchheim/Teck, bestätigten dennoch, dass die neue Konstruktion nicht nur eine außergewöhnliche Kraftdichte, sondern auch eine ungewöhnlich hohe Robustheit und Standfestigkeit bietet. Durch die vielversprechenden Testreihen von der Praxistauglichkeit überzeugt, entwickelten die Schwaben danach die Planeten-Wälz-Gewindespindel weiter hinsichtlich Fertigungstechnik und Tribologie, um die Technologie zur industriellen Reife zu bringen. Heute ist sie ein Teil des Geschäftsbereichs Antriebssysteme der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG. in Kirchheim/Teck, welche die Planeten-Wälz-Gewindespindel unter der Bezeichnung ASCA-Servospindeln als Katalogware ebenso anbietet wie als individuell entwickelte Lösungen.

Einbau- und anschlussfertig

Antriebstechnische Komplettlösungen auf Basis der PWG-Technologie sind die einbaufertigen Elektrozylinder der Baureihe Serac, die mit vorprogrammierten Servoreglern von LTi Drives geliefert werden, sich jedoch auch an Regler anderer Hersteller anschließen lassen. Die hohe Kraftdichte, das optimale Dynamikverhalten sowie eine sehr hohe Regelgüte prädestinieren diese Antriebseinheiten für überdurchschnittlich schnelle, zielgerichtete Positionierungsaufgaben und machen sie für viele Anwendungen zu einer sinnvollen Alternative zu hydraulischen oder hydropneumatischen Systemen.

Präzise steuerbar

Nicht ohne Grund vermarkten die Schwaben die elektrisch angetriebene Planeten-Wälz-Gewindespindel deshalb unter dem Slogan »Strom statt Öl«. So gewährleistet die präzise Steuerbarkeit von Kraft und Geschwindigkeit zum Beispiel bei Schnitt- oder Stanzvorgängen, dass der Schnittschlag ausbleibt und damit keine Durchbruchdeformationen an den Rändern oder an der Oberflächenbeschichtung entstehen. Andere Anwendungen profitieren davon, dass der Bewegungsablauf bei der Richtungsumkehrung spiel- und ruckfrei erfolgt, sodass sich der Servoregler ohne Einschränkung zeitoptimiert steuern lässt.

Das Produktportfolio umfasst die Versionen Serac LH, Serac XH und Serac KH, die Maximalkräfte von 4,5 bis 100 Kilonewton und Hübe von 45 bis 200 Millimeter erreichen.

Die modular aufgebauten Elektrozylinder Serac LH, die sich optional zum Beispiel mit einer Verdrehsicherung, einer Haltebremse und einem integrierten Wegmesssystem ausstatten lassen, eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern. Die Ausführung mit Hohlwelle und angetriebener Spindelmutter gewährleistet eine stabile Führung von Spindelstangen für Hübe bis 200 Millimeter Länge. Verschiedene Spindelsteigungen ermöglichen unterschiedliche Leistungsprofile. So lassen sich selbst bei Kräften von 100 Kilonewton kleine Spindelsteigungen von 1,5 Millimeter realisieren, die eine Beschleunigung bis 0,5 m/s2 ermöglichen.

Kürzeste Taktzeiten beim Einsatz in Fertigungsanlagen versprechen die Elektrozylinder der Serie Serac XH, bei denen die Motorwelle des integrierten Torque-Motors an der Abtriebsseite als Gewindespindel ausgeführt ist und so die Spindelmutter direkt antreiben kann. Der Vorschub erfolgt deshalb mit niedrigem Trägheitsmoment über die Spindelstange mit einer Beschleunigung bis 26,5 m/s2 bei einer kurzfristig nutzbaren Maximalgeschwindigkeit bis 320 Millimeter pro Sekunde. Die integrierte Verdrehsicherung sowie eine optionale Haltebremse gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb.

Ideal für die Anwendungsgebiete Stanzen und Dünnblechbearbeitung sind die Kurzhuber der Baureihe Serac KH mit einem flachen und vollständig geschlossenen Gehäuse für den Motor und die auf der Motorwelle befindliche Spindelmutter sowie mit einer stabilen Zwei-Säulen-Führung zur Aufnahme hoher Querkräfte.bt

Auf einen Blick

- Die Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG mit Sitz in Kirchheim/Teck ist ein führender Hersteller von Spannsystemen und innovativen Antriebslösungen.

- Eine Spezialität des Unternehmens sind Planeten-Wälz-Gewindespindeln, die die Drehbewegung eines Motors unmittelbar in eine Linearbewegung umsetzen, sowie darauf aufbauende Antriebslösungen mit integriertem Elektromotor.

- Die extrem hohe Kraftdichte sowie die große Dynamik und die hohe Regelgüte machen die Systeme in vielen Fällen zu einer Alternative zu Hydraulik- und Pneumatiklösungen.

Erschienen in Ausgabe: 08/2014