Lineartechnik

Gerade mit Rollen

Linearmotor mit guter Führung
Die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten ist und bleibt eine Gerade. So verwundert es nicht, dass ein hoher Prozentsatz aller in der industriellen Produktion stattfindenden Bewegungen linear ist. Mit entsprechenden Systemen können Konstrukteure komplette Lösungen für diverse Aufgaben entwerfen.

Die Einsatzgebiete von Linearmotoren sind weit gefächert - Medizintechnik, Optik, Elektronik, Textilindustrie, Maschinenbau, Handling oder die Verpackungsindustrie zählen dazu. Greifen wir mal den Prozess rund um die Herstellung und Verarbeitung von elektronischen Bauelementen heraus. Hier zeigen sich hohe Anforderungen. Systeme positionieren Bauteile mit Abmessungen von ein mal 0,5 Millimeter mit höchster Präzision und Bestücksicherheit. Die entsprechenden Automaten in der Elektronikindustrie weisen oftmals Zykluszeiten von weniger als einer halben Sekunde auf. Hier müssen die Antriebe neben außergewöhnlich hoher Positioniergenauigkeit von teilweise bis zu fünf Mikrometer auch eine hohe Beschleunigung erreichen.

Diese Beschleunigungen stellen wiederum enorme Anforderungen an die mechanische Struktur der Linearführung. Im Betrieb des Linearmotors entstehen große permanente Axialkräfte. Infolge des Magneten treten Kräfte von 3.000 Newton auf, die die Führung aufnimmt. Die hochdynamischen Pick & PlaceAnwendungen verlangen somit leichte, hochsteife und robuste mechanische Führungen.

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Weiterhin ist die geforderte Lebensdauer sehr lang. Bei dem Linearmotor des Unternehmens Etel liegt sie bei mehr als 20.000 Kilometer. Das Führungssystem muss wartungsarm oder noch besser wartungsfrei und sauber über die gesamte Lebensdauer laufen. Während des Betriebs darf es durch die Kombination aus hohen Temperaturen und Dynamik zu keinem Austritt von Schmiermitteln und Verunreinigungen kommen.

Der mechanische Wirkungsgrad eines direkt angetriebenen Linearsystems ist höher als der eines rotatorisch betriebenen Systems. Die einzigen notwendigen mechanischen Komponenten im Linearmotorsystem sind die Linearführungen. Die zu bewegenden Massen der Führung sollten die Konstrukteure daher so gering wie möglich halten.

Stabiles Leichtgewicht

Franke aus Aalen hat als Lösung dieser Anforderungen eine kundenspezifische AluminiumAusführung entwickelt. Als Grundbaustein nahmen die Entwickler eine Rollenführung der Serie FEH. Es kommen Sonderprofile und -rollenschuhe zum Einsatz, die ein auf die Anwendung individuell abgestimmtes Führungsprofil haben. Die Magnetbahn und das Messsystem des Linearmotors sind direkt in das Aluminiumprofil der Linearführung integriert.

Die für hohe Tragzahlen ausgelegten Laufrollen sind in den Rollenschuhen um 90 Grad versetzt angeordnet und stützen sich in einer Vier-Punkt-Geometrie ab. Dadurch lassen sich aus allen Richtungen gleich große Kräfte aufnehmen, also auch die hohen Axialkräfte des Linearmotors. Durch ihre große Dimensionierung sprechen die Laufrollen schnell an und für Pick & PlaceAnwendungen hat die Sonderführung die benötigte Wiederholgenauigkeit durch den definierten, präzisen Lauf. Wartungsfreiheit gibt es durch eine Lebensdauerschmierung und durch die gekapselten Laufrollen kann es zu keinen Verschmutzungen durch Schmierstoffe kommen. Durch die Führungsabstände wird eine breite Schienenbasis erreicht, die hohe Momentbelastungen aufnehmen kann. Profilierte und gehärtete Laufbahnen der Linearführung sorgen für exakten Lauf und lange Lebensdauer.

Zu einer Gewichtseinsparung für den Linearmotor trägt die Rollenführung durch einen besonders leichten Grundkörper bei. Schienenkörper und Rollenschuhe bestehen aus Aluminium. Die bewegten Massen lassen sich dadurch im Vergleich zu anderen Materialien reduzieren. Für die Laufrollen der Sonderausführung verwendeten die Planer an Stelle der Nadellager zweireihige Schrägkugellager, die das Ansprechverhalten der Führung für den hochdynamischen Einsatz optimieren. Die Linearführungen realisieren Geschwindigkeiten von zehn Meter in der Sekunde und erreichen Beschleunigungen von 40 Meter je Quadratsekunde.

Gemeinsam stark

Durch die gemeinsame Entwicklungsarbeit ist ein Linearmotorsystem mit hohen technischen Leistungsdaten entstanden. Jede Umsetzung von Bewegungsaufgaben mit Linearführungen hat unterschiedliche Herausforderungen und viele technische Anforderungen verlangen nach einer speziellen Lösung. Der Markt für Linearmotoren mit den dazugehörigen Technologien ist ein noch relativ junges und außerordentlich dynamisches Segment der Antriebstechnik mit Wachstumspotential – Stückzahlentwicklungen in allen Branchen sprechen dafür. Die beiden Unternehmen arbeitet kontinuierlich an Weiterentwicklungen der Motion ControlTechnologie, um entsprechend den Marktanforderungen und Erwartungen zu reagieren und einen Schritt weiter zu sein. (ma)

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