Der Weg zu maßgeschneiderten, funktionsfertigen Ein- und Mehrachs-Linearsystemen war für Konstrukteure und insbesondere für den Sondermaschinenbau noch nie so leicht wie heute: Der Markt bietet Software- und Konfigurationstools sowie Linearkomponenten in großer Auswahl an. Warum der Maschinenbau die Achsen des Geschäftsbereichs INA-Lineartechnik von Schaeffler in die engere Wahl ziehen sollte, beschreibt der folgende Beitrag.
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Wellenförmige Unterlegscheiben, Spiraldruckfedern, Tellerfedern... Die Liste erprobter Federn, die für eine Vielzahl von Anwendungen in Frage kommen, ist...
Der Autor: Jürgen Klein, Leiter Marketing & Kommunikation Lineartechnik und Industrial Automation, Schaeffler
Heute spielen bei der Auswahl von Linearsystemen vier Faktoren die Hauptrolle: eine realitätsnahe Auslegung, eine optimal auf die Applikation passend konfigurierte Linearachse, ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und eine kurze Lieferzeit. Um all diese Faktoren bestmöglich zu erfüllen, bietet der Bereich INA-Lineartechnik von Schaeffler aus Homburg
- frei verfügbare und einfach zu bedienende Berechnungs- und Konfigurationstools,
- eine sehr große Auswahl an standardisierten Einzelachsen, ergänzt durch Achsen mit Sonderfunktionen und
- ein großes Netzwerk an Antriebstechnikzulieferern für eine anwenderspezifische Konfektionierung einschließlich frei wählbarer Hersteller bei Elektromotoren, Planetengetrieben, Steuerungen und Sensorik.
- Mit dem Bearinx-online-Modul Easy Linearsystem stellt Schaeffler Anwendern vom Sondermaschinenbau bis zum OEM ein kostenloses Berechnungswerkzeug zur Verfügung, das die reale Beanspruchung der Linearführungen und Module bis zum einzelnen Wälzkontakt bestimmen kann. Trotzdem ist Bearinx-online einfach und intuitiv ohne große Vorkenntnisse zu bedienen. Henning Dombek, Leiter des Fachbereichs Systemlösungen Lineartechnik, ergänzt dazu: „Bearinx Easy Linearsystem ist meines Wissens nach das einzige kostenlose Tool am Markt, das mit den realen Moduldaten eine nichtlineare Berechnung durchführt.“ Unter einem Linearmodul ist hier eine Linearachse bestehend aus einem Aluminium-Trägerprofil, einer Linearführung und einem mechanischen Antrieb zu verstehen. Der Bearinx-Berechnungsalgorithmus berücksichtigt unter anderem
Linearmodule realitätsnah auslegen
- die Anbindung aller Linearmodule für eine geschlossene Linearsystemberechnung und alle beschleunigten Tisch- und Maschinenbettmassen,
- das nichtlineare elastische Federverhalten der Wälzkörper,
- die Elastizität von Tragkörper und Profilschiene bei Umlaufeinheiten,
- belastungsbedingte Druckwinkelverlagerungen bei Linearkugellagern,
- die reale Kontaktpressung unter Berücksichtigung von Schiefstellungen und Profilierungen der Wälzkörper und
berechnet die elastischen Verformungen des Linearsystems beim Setzen von Arbeitspunkten.
Vor allem für den Sondermaschinenbau ist es von großer Bedeutung, ohne großen Zeitaufwand zu einer überdurchschnittlich zuverlässigen Vorhersage bezüglich der Tragsicherheiten und Lebensdauer zu gelangen. Schließlich muss die Berechnung als Basis für die Auswahl der Komponenten genügen – Prüfstandtests sind in dieser Branche mit sehr geringen Losgrößen nicht möglich.
Die Berechnung erfordert nur geringe Vorkenntnisse und ist schnell durchgeführt: Nach der Auswahl der Achsanzahl, Modulanzahl und -anordnung erfolgt die Eingabe der Geometriedaten, Lastzyklen, Wirkrichtungen, Massen, der äußeren Kräfte und der Arbeitspunkte. Bei jeder Eingabe passt sich die grafische Darstellung automatisch an. Die Eingabe der Lastzyklen erfolgt besonders elegant: Beschleunigung, Endgeschwindigkeit, Zeit und Strecke stehen gleichzeitig als Eingabe- und Ausgabefelder zur Verfügung. Jedes Feld kann editiert werden und die Werte in den übrigen Feldern passen sich automatisch an. Außerdem werden die Zyklen in einem Bewegungsdiagramm automatisch dargestellt. In das Programm wurden die für Praxis sinnvollen und häufigsten Anordnungen bei 1-, 2-, und 3-Achssystemen aufgenommen. Bei jeder Auswahl reduzieren sich die folgenden Auswahlmöglichkeiten auf die technisch sinnvollen Varianten.
Fast grenzenlose Auswahl: Linearmodule
In Bearinx-online Easy Linearsystem steht das gesamte INA-Linearmodulprogramm mit Querschnitten von 40 mm x 45 mm bis zu 415 mm x 200 mm zur Verfügung. Die Palette an Linearmodulen erstreckt sich vom präzisen Kompaktmodul mit niedrigem Querschnitt über Module, die Zusatzfunktionen bieten, bis hin zum hoch belastbaren Tandemmodul oder den neuen Teleskopmodulen.
Auch für geräuschsensible Applikationen wie z. B. in der Medizintechnik oder in der Messtechnik können alle Module mit den vierreihigen Kugelumlaufeinheiten Kuve-B ausgestattet werden. Mit den vierreihigen Kugelumlaufeinheiten Kuve-B-HS – in X-life-Qualität – für High-Speed-Anwendungen sind Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s möglich, sodass das Potenzial von Modulen mit Zahnriemen oder auch von Lineardirektantrieben voll ausgenutzt werden kann. Hinsichtlich der erreichbaren Geschwindigkeiten gelten folgende Grenzen: für Linearmodule mit Laufrollenführungen und Zahnriementrieb 8 m/s, für Linearmodule mit Kugelgewindetrieb generell 2,5 m/s, für Linearmodule mit Profilschienenführungen und Zahnriementrieb standardmäßig 5 m/s.
Tandemmodule: mehr Präzision und Sicherheit
INA-Tandemmodule verfügen über einen Laufwagen, der auf zwei parallelen Kugelumlaufeinheiten gelagert ist. Als Antrieb kann man zwischen Zahnriemen (Ausführung MDKUVE…-3ZR) und Kugelgewindetrieb (Ausführung MDKUVE…-KGT) wählen. Mit dem großen Profilquerschnitt und der daraus resultierenden hohen Steifigkeit eignen sich diese Linearmodule besonders als freitragende Querachsen in der Montage- und Handhabungstechnik, als steife Querachsen in Messmaschinen oder auch für Fügeprozesse und Bearbeitungsmaschinen. Sie können besonders hohe Momente um alle drei Achsen aufnehmen. Zur Erhöhung der Gebrauchsdauer sind die Tandemmodule auch mit sechsreihigen Kugelumlaufeinheiten erhältlich. Die Ausführung -3ZR wird stets von drei parallelen Zahnriemen angetrieben. Aufgrund der Redundanz im Antrieb finden diese Tandemmodule auch als Vertikalachse bevorzugt Einsatz.
Teleskopmodul: mehr Freiraum
Teleskopachsen bieten im Vergleich zu Standard-Linearachsen den großen Vorteil, dass ihr Verfahrweg über den Bauraum des eingefahrenen Trägerprofils hinausgeht. Dadurch kann der Arbeitsraum für andere Maschinen und Prozesse freigegeben werden. So ermöglicht die Teleskopfunktion beispielsweise die Übergabe in Bereiche hinter Schutzwänden oder in getrennte Arbeitsräume. Speziell für solche Nebenachsen, wie z. B. Pick-and-place-Anwendungen oder die Werkzeugübergabe entwickelten die Schaeffler-Ingenieure der INA-Lineartechnik das Teleskopmodul MTKUSE. In diesem Teleskopmodul sind drei Präzisionskugelumlaufeinheiten so übereinander angeordnet, dass der mögliche Verfahrweg mehr als doppelt so lang ist wie das Basismodul selbst. Die Basis-Tragschiene ist mindestens 200 mm und maximal 1000 mm lang. Daraus ergibt sich ein Nutzhub von 100 bis maximal 2500 mm. In der Montage- und Handhabungstechnik, in der Medizintechnik oder auch im Werkzeugmaschinenbau als Nebenachsen eröffnen sie ganz neue Möglichkeiten.
Klemmmodul: fixieren, zentrieren, klemmen
Eine weitere interessante Lösung aus dem INA-Standard-Programm stellen die Klemmmodule dar. Zwei Laufwagen werden mechanisch über den integrierten Zahnriemen gegenläufig angetrieben. Mit Klemmmodulen lassen sich auf einfache Weise Funktionen wie Fixieren, Ausrichten, Zentrieren und Klemmen in der Handhabungs- und Montagetechnik sowie in der Verpackungstechnik, z. B. das Palettieren, realisieren.
Lineartische: präzise und besonders flach bauend
Die zweite Hauptproduktgruppe stellen die INA-Lineartische dar. Sie sind mit Wellen- oder mit Profilschienenführung als Linearpräzisionstische (LTE, LTS und LTP) verfügbar. Präzisionslineartische LTP kommen zum Einsatz, wenn Positionieraufgaben mit großer Wiederholgenauigkeit gefordert sind. Der Linearschlitten ist in einer hochgenau gefertigten Aluminiumplatte auf präzisen Kugelumlaufeinheiten gelagert. Angetrieben wird die Einheit über einen Kugelgewindetrieb. Die Linearpräzisionstische LTP sind in drei Baugrößen bis zu einer Maximallänge von 3500 mm und optional auch in einer hochgenauen und schwingungsdämpfenden Graugussvariante LTPG erhältlich. Um je nach Anwenderwunsch Servomotoren verschiedener Hersteller montieren zu können, wurde ein Kupplungsgehäuse KGEH als offene Schnittstelle entwickelt. Das Kupplungsgehäuse KGEH ist für die gesamte Palette an Linearmodulen und Lineartischen einsetzbar.
Angetriebene Einheiten auslegen und konfigurieren
In Bearinx-online Easy Linearsystem kombiniert man Module mit Servomotoren und Planetengetrieben zu angetriebenen Ein- oder Mehrachssystemen und legt diese als System aus. Dem User wird die Auswahl der passenden Motor-Getriebe-Kombination zum jeweiligen Modul mit angezeigten Vorzugsreihen ganz wesentlich erleichtert. So ist sichergestellt, dass die Belastbarkeit von Führung, Zahnriemen- oder Kugelgewindetrieb mit der Motor-Getriebe-Kombination aufeinander abgestimmt ist. Nur in Grenzfällen, z. B. wenn ein kleinerer Motor bei vorgegebenen Zyklen verwendet werden soll, kommt zur Auslegung Servosoft von Controleng zusätzlich zum Einsatz. Das herstellerunabhängige Softwaretool bietet sowohl Schaeffler als auch den Anwendern den großen Vorteil, dass in der Servosoft-Datenbank Motoren und Getriebe aller wichtigen Zulieferer enthalten sind. Servosoft ist außerdem als Branchenstandard weitreichend akzeptiert und weit verbreitet.
So können die INA-Linearsysteme problemlos mit elektrischen Komponenten anderer Hersteller ausgelegt werden. „Wir verfügen mit unseren elektrischen Antrieben bereits über ein sehr breites Angebot. Allerdings sind wir auch darauf spezialisiert, die Motoren- und Steuerungslieferanten unserer Kunden zu berücksichtigen, da es für deren Ersatzteilhaltung und Instandhaltungsprozess deutlich vorteilhafter ist. Um hier eine breite Auswahl anbieten zu können, gibt es kaum einen Hersteller von elektrischer Antriebstechnik den wir nicht anbieten können. Außerdem wird der Einkauf des Kunden entlastet und die Achse komplett aus einer Hand geliefert“, resümiert Dombek. bec
Kontakt
info
Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, Homburg (Saar)
Jürgen Klein, Leiter Marketing & Kommunikation Lineartechnik und Industrial Automation
Tel.: +49 6841 701-2106
Motek: Halle 6, Stand 6110
Detaillierte Informationen zum Bearinx-online-Modul Easy Linearsystem:
t1p.de/yqgh
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