Linearsysteme

Linearsysteme sind präzise, einbaufertige Führungs- und Antriebssysteme mit hohen Leistungsmerkmalen bei kompakten Abmessungen. Durch die Variantenvielfalt sind sie in vielen Bereichen der Industrie einsetzbar. Mit standardisierten Linearsystemen können viele Maschinen, Einrichtungen und Anlagen schneller, besser und kostengünstiger realisiert werden. Grundsätzlich sind Linearsysteme immer dann einsetzbar, wenn eine lineare Bewegung automatisiert erfolgen soll. Typische Aufgaben für Linearsysteme sind Handling, Montage, Messaufgaben und Bearbeitung.

Aufbau von Linearsystemen

Linearsysteme sind prinzipiell immer ähnlich aufgebaut und bestehen aus folgenden Komponenten: Trägerprofil (Hauptkörper) mit Führung, Tischteil mit Führungswagen, Traverse mit Lagerung bzw. Endkopf Antrieb und Endkopf Spannseite, Antrieb (Kugelgewindetrieb, Zahnriemenantrieb oder Linearmotor), Motor mit Regelungs- und Steuerungseinheit (AC-Servomotor, Drehstrommotor oder Schrittmotor, entweder direkt über einen Flansch mit Kupplung oder über Vorsatzgetriebe angebaut), sowie optionale Komponenten wie Spindelunterstützung, Verbindungsplatten, Spannstücke und Wegmesssysteme.

Linearantriebe_Komplettsystem (Bild: Rexroth)

Die antriebsintegrierte Sicherheitstechnik Safety on Board von Rexroth beschleunigt die Konstruktion und erhöht die Maschinenverfügbarkeit im Betriebsalltag. In Kombination mit standardisierten, konfigurierbaren Linearsystemen zu einbaufertigen Achsen reduziert Rexroth die Komplexität der gesamten Engineeringkette, von der Auslegung über die Konstruktion bis zur Inbetriebnahme. Komplette Achsen mit antriebsintegrierter Sicherheitstechnik Safety on Board sparen im Vergleich zu konventionellen Lösungen zahlreiche Bauteile, zum Beispiel Endschalter sowie Mess- und Auswertegeräte, ein.

Antriebsvarianten und Systemeigenschaften

Entscheidend für die Eigenschaften von Linearsystemen ist die Antriebsvariante. Durch sie wird festgelegt, welche Dynamik (Geschwindigkeit und Beschleunigung) und welche Positionier- und Wiederholgenauigkeiten das System hat. Der Verfahrzyklus wird durch die kinematischen Voraussetzungen beeinflusst. Alle Antriebsvarianten haben aufgrund ihrer Bauweise spezifische Systemeigenschaften. Dadurch ist es möglich, ein breites Spektrum an Kundenapplikationen mit Linearsystemen abzudecken.

Linearantrieb mit Kugelgewindetrieb

Der Vorschubmechanismus Kugelgewindetrieb setzt eine Drehbewegung in eine Linearbewegung um. Bei den Linearsystemen werden Kugelgewindetriebe vorwiegend mit spielfreien Zylindermuttern eingesetzt. Sie eignen sich daher besonders für Zustellaufgaben mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit. Kugelgewindetriebe bestehen aus den Baugruppen Kugelgewindemutter mit endlos umlaufenden Wälzkörpern, Mutterngehäuse, Kugelgewindespindel sowie Endenlagerung. Die meisten Kugelgewindetriebe werden am Spindelzapfen über einen Motor angetrieben. Es gibt aber auch Kugelgewindetriebe mit angetriebenen Muttern; hier wird die Mutter direkt angetrieben, und die Spindel dreht sich nicht. Die Spindel ist der Kern des Kugelgewindetriebs: Über die schraubenförmig in eine Welle eingebrachte Laufbahn (meist in Form eines gotischen Profils) werden die Kugeln bewegt. Im Zusammenspiel mit dem Abwälzen der Kugeln im Mutterngewinde erfolgt die Umsetzung der Drehbewegung in eine Linearbewegung.

Linearantriebe Kugelgewindetrieb (Bild: Rexroth)

Linearantrieb für raue Umgebungen: Die Antriebseinheiten AGK eignen sich für hochdynamische Anwendungen oder für lange Verfahrwege mit den typischen Anforderungen an Gewindetriebe wie Präzision und Belastbarkeit. Sie reduzieren als einbaufertige Funktionseinheiten den Konstruktionsaufwand und sparen die Eigenentwicklung von Spindelunterstützungen. Sie sind komplett ausgestattet mit Spindel, zylindrischer Einzelmutter in Mutternaufnahme und Stehlagereinheiten. Während die angetriebene Spindel rotiert, führt die Mutter die gewünschte Vorschubbewegung aus. Der Präzisions-Kugelgewindetrieb wird je nach Anforderung in verschiedenen Toleranzklassen und Steigungen, auch spielfrei und vorgespannt, ausgelegt.

Linearantrieb elero (Bild: Elero)

Linearantriebe der Baureihe Compakt von Elero sind vielseitige Schubkolbenantriebe in Kompaktbauweise für zum Beispiel Verriegelungen von Rolltüren, Kippvorrichtungen, Betätigen von Drehklappen, Versenkfenster oder Hubtische.

Variante Zahnriementrieb

Zahnriementriebe eignen sich besonders für hochdynamische Anwendungen. Die Zahnriemen für die Linearsysteme bestehen aus abriebfestem Polyurethan (PU) mit integrierten hochfesten Stahlcord-Zugträgern. Der Zahnriemen wird auf beiden Seiten des Tischteils mit einem Klemmstück befestigt. Im Endkopf Antrieb sitzt ein Riemenrad, über welches das Antriebsmoment des Motors eingeleitet und auf den Riemen übertragen wird. Auf der Spannseite wird der Zahnriemen umgelenkt und vorgespannt, um einen einwandfreien Betrieb zu ermöglichen.

Zahnstangenantrieb mit hoher Steifigkeit

Beim Zahnstangenantrieb wird seitlich am Hauptkörper eine schrägverzahnte Zahnstange befestigt. Ritzel, Schneckengetriebe und Motor sind am Tischteil befestigt. Dadurch können mehrere Tischteile unabhängig voneinander verfahren und außerdem lange Verfahrwege und hohe Geschwindigkeiten realisiert werden. Durch das spielarme Schneckengetriebe erhält der Zahnstangenantrieb eine hohe Steifigkeit. Die Schrägverzahnung reduziert zudem die Geräuschentwicklung des Zahnstangenantriebs.

Zahnstangenantrieb (Bild: Leantechnik)

Linearantriebe für synchrone, präzise, schnelle und leistungsstarke Bewegungen kommen auch von Leantechnik. Die neue Generation von Zahnstangenhubgetrieben eröffnet dem Konstrukteur vielfältige Möglichkeiten. In den Hebern der Serien lifgo und lean SL treibt jeweils ein Ritzel die Zahnstange an und setzt so Rotation in eine Linearbewegung um. Die umgekehrte Arbeitsweise ist ebenfalls möglich. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen mehreren Hebern oder den Antriebskomponenten wird mittels Profilwellen hergestellt.

Linearmotor ist ein Direktantrieb

Ein Linearmotor ist ein Elektromotor, bei dem eine Linearbewegung statt einer Drehbewegung erzeugt wird. Die Vorschubkraft wird direkt am bewegten Bauteil (Tischteil) erzeugt. Ein Antriebselement zur Transformation und Übertragung der Vorschubkraft ist nicht erforderlich. Der Antrieb mit Linearmotor wird daher auch als linearer Direktantrieb bezeichnet. Die Schlüsselkomponenten des Linearmotors sind das Tischteil (Primärteil) und das Sekundärteil mit Permanentmagneten; letzteres gibt es in verschiedenen Varianten. Aufgrund der direkten Krafterzeugung wird keine zusätzliche Mechanik zur Umwandlung von einer Dreh- in eine Linearbewegung benötigt. Wie dadurch im Antriebsstrang sowohl Spiel als auch mechanische Nachgiebigkeiten entfallen, ist die Positionier- und Wiederholgenauigkeit über die gesamte Antriebsdauer einzigartig. Da der Linearmotor keine innenliegenden beweglichen Teile wie in rotatorischen Antriebssystemen hat, arbeitet er verschleiß- und wartungsfrei.

Linearsysteme mit Pneumatikantrieb für weniger genaue Anwendungen

Der Pneumatikantrieb funktioniert durch einen Kolben, der in einem geschlossenen Zylinderraum geführt wird. Über interne Luftkanäle an einem oder an beiden Enden des Linearmoduls kann Druckluft eingespeist werden. Die Druckluft bewegt den Kolben. Ein am Kolben befestigtes Band, das in den Endköpfen umgelenkt wird, üb erträgt die Bewegung des Kolbens bzw. die Antriebskraft auf das Tischteil. Beim Pneumatikantrieb kann das Tischteil nur in Endlagen bzw. gegen einen Stoßdämpfer als Anschlag fahren; Zwischenpositionen können im Gegensatz zu allen anderen Antriebsvarianten nicht angefahren werden.

Video zu Linearmotor, Achse parallel, für Vertikalhub (Quelle: Jenny Science)

Video zu Zahnstangenantrieb von der Firma Item

Innovative Antriebstechnik von der item Industrietechnik GmbH: Der Zahnstangenantrieb für Linearführungen integriert in die Aluminium-Profilnut 8. Einzigartig in Leistung, Funktion und Handhabung. Dies ist eine Produktion vom Studio Biallas. www.biallas.de

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