Variable Modul-Lineareinheiten: Zahnriemen- statt Spindelantriebe

Im Dreierpack getrennt fahren

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Um auf die immer höheren Anforderungen des Marktes in Punkto höhere Belastungen, höhere Geschwindigkeiten und auch höhere Sicherheitsanforderungen zu reagieren, hat ein Linearführungs-Hersteller eine neue angetriebene Tandem-Einheit entwickelt. Der Schwerpunkt bei der Entwicklung galt dabei der Aufgabenstellung, wie hohe dynamische Kräfte sicher und kostengünstig zu beherrschen sind.

Der Autor Dipl-Ing (FH) Roland Ruffing ist Marktleiter Systemtechnik bei INA Lineartechnik oHG, Homburg/Saar

Einheiten mit drei Zahnriemen
Die Antwort dazu waren Moduleinheiten mit drei Zahnriemen, die Betriebskräfte von 4500 N und 5700 N übertragen können.
In der Vergangenheit zeigte sich ganz klar, daß die auf dem Markt befindlichen Einheiten schnell an die Anwendungsgrenzen stoßen, wenn die folgenden Merkmale vorlagen :
n Hohe dynamische Belastungen, hervorgerufen durch große Masse in Zusammenhang mit hohen Beschleunigungen
n Die Einbaulage dann auch noch vertikal war
n Hohe Momentenbelastungen durch außermittige Lage des Massenschwerpunktes
n Der Sicherheitsaspekt bei vertikaler Einbaulage
n Das Profil nach Möglichkeit selbsttragend sein soll.
All diese Merkmale konnten in den Tandemeinheiten MDKUE 25 – 3ZR und 15 – 3ZR von INA Lineartechnik konstruktiv verwirklicht werden.
Der Schwerpunkt lag dabei in der konstruktiven Aufgabenstellung wie ein Antriebselement aussehen muß, das hohe dynamische Kräfte kostengünstig übertragen kann.
Bisher waren hohe Kräfte nur mit einem Spindelantrieb zu verwirklichen. Dieser hat jedoch den Nachteil, daß die Verfahrgeschwindigkeiten doch nicht allzu hoch sein können, da die kritische Drehzahl der Spindel – auch wenn eine Spindelunterstützung verwendet wird – die maximale Verfahrgeschwindigkeit bestimmt. INA hat sich deshalb für ein Zahnriemenelement entschieden und dies gleich dreifach in jedem Modul. Durch die Verwendung von drei Zahnriemen, die über ein gemeinsames Zahnriemenritzel angetrieben werden, werden folgende Zahnriemenbetriebskräfte erreicht:
MDKUE 15 – 3ZR mit 4500 N
MDKUE 25 – 3ZR mit 5700 N
Kraft ohne Abstriche
Um bei diesen Kräften noch vernünftige Gebrauchsdauerwerte in der Ritzellagerung zu erhalten, mussten die sonst üblichen Radialrillenkugellager durch spezielle Lager mit wesentlich höheren Dynamischen Tragzahlen ersetzt werden. Dadurch wurde erreicht, daß die selbstgestellte Forderung von 20000 h auch hier wieder ohne Abstriche erreicht werden. Von sehr großer Bedeutung bei der Verwendung von drei Zahnriemen ist außerdem der Sicherheitsaspekt beim Einsatz in vertikaler Einbaulage. In dieser Einbaulage besteht die Notwendigkeit, daß mehr als nur ein Zahnriemen als Antriebselement verwendet wird.
Die in der Praxis verlangten Genauigkeiten mit d60,1 mm, die in fast allen Fällen als Positionsstreubreite (Wiederholgenauigkeit) und nicht als Posi-tionsunsicherheit verlangt werden, können heute mit diesen Zahnriemen ohne Probleme erreicht werden.
Horizontaler oder vertikaler Einsatz
Der Einsatz von solchen Modulen in senkrechter Einbaulage konnte somit in den verschiedensten Anwendungen relativ schnell Fuß fassen. Die Anwendungen liegen dabei z.B. bei
n Werkzeugmagazinen mit hohen Genauigkeitsanforderungen und der Forderung eines selbsttragenden Profils
n Handlingsgeräten für LKW-Reifen mit Massen von ~250 kg. Aber auch im horizontalen Einsatz werden Anwendungen verwirklicht bei
n Pressenzuführungen von Karosserieteilen mit zu bewegenden Massen von bis zu 800 kg (Bei 800 kg werden zwei Module mechanisch und elektrisch synchron angetrieben)
n Verpackungsmaschinen mit sehr hohen dynamischen Kräften
In all diesen Einbaufällen wäre es außerdem unmöglich ein Modul mit nur einer einzigen Schienenführung einzusetzen, auch wenn diese theoretisch die auftretenden Kräfte aufnehmen könnte. In der Praxis zeigt sich immer wieder, daß durch die Dynamik Kräfte hervorgerufen werden, die einfach nicht beachtet oder auch unterschätzt werden. Schwerpunktmäßig gilt dies für Kräfte, die ein MX quer zur Verfahrrichtung hervorrufen. Bei der Verwendung eines Moduls mit nur einem Schienenführungssystem ist somit in vielen Fällen nicht die erforderliche Steifigkeit vorhanden. In der Vergangenheit mußten demnach sehr oft zwei Module parallel eingebaut werden, wobei in vielen Fällen es ausreichend war, daß nur ein Modul angetrieben werden mußte sofern der Abstand der beiden Modulen nicht zu groß war.
Vier Systemlaufwagen im Tandem
Die INA-Tandemeinheiten haben deshalb – wie auch der Name schon sagt- zwei parallel angeordnete Profilschienenführungen, die je mit zwei Führungswagen bestückt sind. Dies bedeutet, daß die Kräfte im Modul von insgesamt vier Systemlaufwagen aufgenommen werden. Auch hierbei bietet INA den Vorteil, daß je nach Anwendung auch noch die Führungssysteme variiert werden können: Dies gilt genauso für das hochtragfähige sechsreihige Kugelsystem Kuse, der vierreihigen Kuve-Einheit, aber auch für die preisgünstige zweireihige Kue-Einheit.
Um aber auch höhere Momente in My und Mz besser aufnehmen zu können, werden alle Einheiten auch in einer Version mit langen Modulwagen angeboten und somit verlängertem Abstand der System-Laufwagen. Als Führungselemente werden aber nicht nur die bekannten Kuse, Kuve, Kue eingesetzt, sondern auch Ausführungen als Laufrollenführungen.
Diese sind zwar weniger hoch belastbar, haben aber eindeutig den Vorteil in folgenden Merkmalen:
n Wartungsarm
n Hohe Verfahrgeschwindigkeiten (bis ca. 8 m/s)
n Leichter, ruhiger Lauf
Die Laufrollen mit profiliertem Außenring laufen auf gehärteten, geschliffenen Wellen wie dies bereits bei anderen Laufrollenmodulen aus dem bisherigen INA-Programm bereits im Einsatz ist. Da die Laufrollen und Wellen im Profilinnern untergebracht sind und durch die Zahnriemen zusätzlich noch abgedeckt werden, ist ein weitestgehender Schutz vor Schmutz gewährleistet. Dies gilt genauso für die Ausführungen mit Profilschienenführungen.
Variationen in einem Profil
Die Aluminium-Strangpress-profile sind so ausgelegt, daß beide Führungsarten – also Laufrollen oder Profilschienenführung- in einem einzigen Profil alternativ eingesetzt werden können. Desweiteren sind die Profile nicht nur für das Antriebselement Zahnriemen ausgelegt, sondern auch für Ausführungen mit Spindelantrieb, wie z.B. Trapez-,Kugelgewinde-, oder auch Rollengewindetrieb. Die Forderung nach weitgehends selbsttragendem Profil wurde in der Art verwirklicht, daß in einer Richtung das Flächenträgheitsmoment so groß wie möglich gewählt wurde, während in der anderen Ebene darauf geachtet wurde, daß das Modul nicht höher baut als unbedingt notwendig. Durch die Wahl der Einbaulage wurde somit dem Konstrukteur die Möglichkeit gegeben, Konstruktionen ohne zusätzlichen Unterbau zu verwirklichen.
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