Standardisierung und Freiheit

Linearmodule – Eine lineare Antriebslösung lässt sich auf zahlreiche Weisen realisieren. Der Einsatz kompletter Module erspart dabei viel Zeit und Ressourcen bei Auslegung, Montage und Inbetriebnahme im Vergleich zur Eigenkonstruktion aus Einzelkomponenten.

20. Juni 2008

Eine Schlüsselanforderung im Maschinenbau und der Automation ist die Standardisierung. Dies gilt auch für Handhabungs- und Automationsaufgaben mit linearen Bewegungen, die oft durch Eigenkonstruktion sehr individuell gelöst werden. Zahlreiche Vorteile verspricht hier jedoch meist die Verwendung kompletter Linearmodule. Solche Module kombinieren als kompakte Baugruppe Antriebssysteme, Linearführungen und Grundkörper mit umfangreichem Zubehör und flexiblen Anschlussmöglichkeiten für Motoren und Sensoren. Zu deutlichen Kosteneinsparungen führen dabei die einfache Auswahl und Beschaffung sowie die schnelle Montage und Inbetriebnahme.

Zudem sind die aufeinander abgestimmten Komponenten als Baugruppe meist kompakter und leichter als Eigenkonstruktionen. Ein besonderer Vorteil von modular aufgebauten Baureihen sind die einheitlichen Außenmaße der Hauptkörperprofi le innerhalb der jeweiligen Baugrößen, unabhängig von der gewählten Antriebsvariante. Konstrukteure können sich so ganz auf die Kombination der jeweiligen Stärken der verschiedenen Antriebskonzepte konzentrieren und sie mit geringstem Aufwand miteinander verbinden.

Trotz aller Standardisierung bieten Linearmodule dennoch eine hohe Konstruktionsfreiheit: Der Antriebstechnikspezialist Bosch Rexroth zum Beispiel liefert seine Linearmodule millimetergenau in der bestellten Länge und mit den passenden Motoranschlüssen und Tischteilen. Die Hauptkörperprofile aus eloxiertem Aluminium eignen sich dabei auch für den Einsatz in rauen Produktionsumgebungen. Die Frage, welche Antriebsart gewählt werden soll, erfordert eine Gesamtbetrachtung der technischen Anforderung sowie der Beschaffungs- und Betriebskosten für den jeweiligen Einsatzfall.

Genau und steif

Sehr ausgeglichene Eigenschaften bietet häufig ein Kugelgewindetrieb mit angetriebener Spindel. Diese technisch leistungsfähige und gleichzeitig wirtschaftliche Antriebsvariante positioniert große Lasten mit hohen Vorschubkräften sehr genau und kommt deshalb immer dann zum Einsatz, wenn hohe Präzision gefragt ist. Bei den Linearmodulen MKK von Rexroth beispielsweise liegt die Wiederholgenauigkeit bei 0,005 Millimeter.

Diese Linearmodule bestehen aus einem Kugelgewindetrieb mit spielfreier Einzelmutter, einem Aluminiumprofi l mit integrierter Kugelschienenführung sowie einem Tischteil mit Zentralschmierung. Bei langen Verfahrwegen besitzen die Kugelgewindetriebe zudem optional eine Spindelunterstützung. Zum einfachen Anbau eines Motors besitzen alle Rexroth-Antriebssysteme mit Kugelgewindetrieb entweder einen Flansch mit Kupplung oder eine Zentrierung und Befestigungsgewinde. Über Riemenvorgelege lässt sich die Baulänge der kompletten Einheit verkürzen und der Motor auch an einer beliebigen Seite montieren.

Schneller Zahnriemen

Für Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten auf langen Verfahrwegen, bei denen geringere Genauigkeiten ausreichen, bieten Zahnriemenantriebe ein ideales Preis-Leistungs- Verhältnis. Zudem sind sie annähernd wartungsfrei. Bei Rexroth umfassen die Linearmodule der Baureihe MKR mit vorgespanntem Riemen Längen bis 12.000 Meter und erreichen Geschwindigkeiten bis 5 Meter pro Sekunde. Die Motoren lassen sich über Vorsatzgetriebe an das Modul anschließen. Für höhere Geschwindigkeiten bis 10 Meter pro Sekunde bieten die Antriebstechnikspezialisten aus Lohr am Main zudem eine Kombination von Zahnriemen und integriertem Laufrollenführungssystem mit innen liegenden Laufrollen. Eine Ölzentralschmierung versorgt die spielfrei eingestellten Laufrollen mit Schmiermittel.

Für schwere Lasten

Für den Transport besonders schwerer Lasten auf langen Strecken empfehlen sich Zahnstangenantriebe. Hier bietet Rexroth das Linearmodul MKZ mit zwei Kugelschienenführungen. Die gehärteten und geschliffenen Zahnstangen und Ritzel sowie die Schrägverzahnung gewährleisten einen geräuscharmen Lauf. Ein integriertes, spielarmes Schneckengetriebe mit Flansch und Kupplung vereinfacht den Motoranbau. Zwei Kugelschienenführungen mit je zwei langen Führungswagen gewährleisten eine dynamische Tragfähigkeit von 98.000 Newton. Diese Variante verfährt die schweren Lasten mit hoher Geschwindigkeit auf Verfahrwegen bis 6.000 Millimeter.

Kostengünstige Pneumatik

Die geringsten Anschaffungskosten bieten Module mit integriertem Pneumatikantrieb. Die feste End-zu-End-Positionierung beschränkt jedoch die Funktionalität und Wiederverwendbarkeit. Das leichte Linearmodul MKP mit Pneumatikantrieb erreicht über einen integrierten Bandzylinder Geschwindigkeiten bis 2 m/s und verzögert ruckfrei über Stoßdämpfer. Der kompakte pneumatische Antrieb eignet sich auch für elektromagnetisch belastete oder empfindliche Umgebungen. Eine optimale Kombination von höchster Präzision und Dynamik bei wartungsfreiem Betrieb über die gesamte Maschinenlebensdauer bieten lineare Direktantriebe, die allerdings oft zusätzliche Kühlsysteme erfordern.

Dynamik mit Linearmotoren

Die Linearmodule CKL von Rexroth mit einem eisenlosen Primärteil und permanentmagnetischem U-förmigen Sekundärteil erreichen dynamische Tragzahlen bis 13.646 Newton bei Beschleunigungen bis 250 m/s² und Geschwindigkeiten bis 5 m/s. Das integrierte optische Wegemesssystem mit einer Auflösung von 1 Mikrometer gewährleistet höchste Positioniergenauigkeit. Lieferbar sind die Module in beliebigen Längen bis maximal 2.800 Millimeter. Zu einem Komplettsystem speziell für das Handling von leichten und mittelschweren Werkstücken werden die Linearmodule durch aufeinander abgestimmte Motor-Regler- Kombinationen, dezentrale Steuerungstechnik sowie eine breite Palette von Pneumatikaktoren und einfache mechanische Verbindungen.

Handling komplett

Die entsprechenden Rexroth-Lösungen basieren auf den Modulen der Baureihe Compact, die besonders kleine Baumaße mit hoher Steifigkeit kombinieren. Hier bietet das Unternehmen die Antriebsvarianten Kugelgewindetrieb, Zahnriemen und Linearmotor. Die Module bestehen aus einem kompakten Präzisions-Aluminiumprofi l mit Abdeckung zum Schutz der Einbauelemente sowie zwei integrierten Kugelschienenführungen. Dazu kommt eine breite Palette an Servo- und Schrittmotoren sowie darauf abgestimmte Antriebsregler. Das vorparametrierte Laufzeitsystem Indra- Motion for CMS mit handlingspezifischen Motion-Funktionen macht das System zur einschaltfertigen SPS-Lösung und ersetzt die sonst häufig notwendigen CNC- oder Robotersteuerungen. Dabei kommuniziert die Steuerung über Profi bus mit den Antrieben und über Ethernet mit den Bediengeräten.

Herbert Bretscher, Bosch Rexroth AG

Fakten

- Linearachsen können mit unterschiedlichen Antriebsarten ausgestattet werden, die für unterschiedliche Einsatzgebiete geeignet sind. - Lösungen aus einer Hand erleichtern vor allem die Abstimmung von Motor, Regler und Steuerung. - Einsparpotenzial bringt zudem die Verbindungstechnik durch Zentrierhülsen und ein einheitliches Rastermaß.

Erschienen in Ausgabe: 04/2008