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In vielen Anwendungen kommen rotative Antriebssysteme für Linearbewegungen zum Einsatz: Viele Lineartechnologien wie Pneumatik erfordern bei Maschinenbetrieb einen hohen Wartungsaufwand, was den Durchsatz senkt. Bild: Dunkermotoren
Elektrische Linearsysteme

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Lineartechnik vielseitig integrieren

Text: Matthias Utz, Dunkermotoren
Oft werden rotative Antriebssysteme für Linearbewegungen verwendet, weil Lineartechnologien mit Pneumatik einen hohen Wartungsaufwand mit sich bringen. Diese Alternative stellen elektromechanische Linearsysteme dar; sie sind wartungsfrei und amortisieren sich in kurzer Zeit.

In vielen Anwendungen kommen rotative Antriebssysteme für Linearbewegungen zum Einsatz: Viele Lineartechnologien wie Pneumatik erfordern bei Maschinenbetrieb einen hohen Wartungsaufwand, was den Durchsatz senkt.

Die Herstellungskosten mit pneumatischen Linearkomponenten sind zwar geringer als bei deren elektrischer Alternative, jedoch trägt der Endkunde meist die höheren Betriebskosten. Alternativ können elektrische Linearsysteme als Problemlöser einspringen.

Durch intelligente Antriebstechnik kombiniert mit Linearkomponenten lassen sich Anlagen schnell auf neue Endprodukte umrüsten: Komplette Fahrprofile sind einfach konfigurierbar, was für kurze Inbetriebnahmezeiten sorgt. Es können Messwerte aus elektrischen Lineareinheiten im Millisekunden-Bereich ausgelesen und die Prozesssicherheit sowie die Qualität beim Endprodukt erhöht werden. Aufgrund steigender Anfragen nach elektrischen Linearsystemen aus einer Hand hat Dunkermotoren sein Portfolio erweitert. Aktuell gibt es drei verschiedene Linearbaureihen als Basis für kundenspezifische Gesamtlösungen. Hauptsächlich werden die Systeme mit Spannungen zwischen 10VDC und 50VDC betrieben und lassen sich in herkömmliche Maschinenkonzepte integrieren. Es gibt sie auch mit Regelelektronik.

Drei Linearbaureihen

Die Servotube Baureihe ST wird in Industriemaschinen, Laborgeräten oder Testständen eingesetzt. Im Gegensatz zu klassischen Linearsystemen wie Spindeln, Zahnstange oder Riemen besitzt sie einen ruhigen Lauf, da keine mechanischen Teile ineinander greifen. Hubanwendungen mit Laufleistungen von über 50.000 km sind keine Seltenheit. Auch bei rauen Bedingungen, schnellem und präzisem Positionieren ist der Linearmotor eine gute Wahl. Geschwindigkeiten von bis 10m/s, Beschleunigungen von bis zu 600m/s², Spitzenkräfte bis 1860N und Schutzarten bis IP67 sind die Merkmale.

Innerhalb der Baureihe ST werden drei Bauvarianten unterschieden: Erstens Aktuatoren, eine bewegende Stange mit Hochleistungspolymerlager, welche sich als Ersatz für Pneumatik-Zylinder eignet. Zweitens Komponenten, also Motorgehäuse ohne interne Lagerung und einzelne Magnetstange. Der Kunde konstruiert sich daraus ein Linearmodul, wobei sich das Motorgehäuse bewegt. Drittens Module: Sie entsprechen einer kompletten Linearachse bis zwei Meter Baulänge mit Kabel, Schleppkette, Endschalter oder Faltenbalgabdeckung. Dies ermöglicht eine schnelle Integration in die Maschine. Die Einheiten sind auch mit Servoregler und Busschnittstellen als ein aufeinander abgestimmtes Gesamtpaket erhältlich.

Formatverstellungen oder Hubanwendungen bis 680N Schubkraft können mit der LSM- oder LSG-Baureihe realisiert werden. Die Spindelmotoren LSM sind für Geschwindigkeiten bis 300 mm/s für schnelle Linearbewegungen geeignet. Erfordert die lineare Applikation mehr Kraft, kann auf die LSG-Baureihe - Motor, Getriebe und Spindel - zurückgegriffen werden. Die beschichteten Edelstahlspindeln mit Gleitmuttern finden auch bei rauen Umgebungsbedingungen, etwa bei chemischen Reinigungsmitteln, Einsatz. Für präzise Positionieraufgaben eignet sich die Variante mit spielfreiem Mutternsystem. Im Gegensatz zum Trapezgewinde sind Spindel-Mutterkombinationen, aufgrund des hohen Wirkungsgrades, rücktreibbar. Neben standardmäßigen Hüben bis 150 mm, können auch Sonderlängen und Muttervarianten hergestellt werden.

Im Gegensatz zur LSM- und LSG-Baureihe ist die CASM Produktreihe auf Kräfte >1kN und Dauerbetrieb ausgelegt. Die elektrischen Hubzylinder werden in den Baugrößen 32, 40 und 63 in Kombination mit DC-Servoantrieben angeboten. Auch diese Baureihe ist als eine Eins-zu-Eins-Alternative zum Pneumatik-Zylinder zu sehen. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades von Motor und Kugelumlaufspindel kann ein elektrischer Zylinder der Baugröße 40 einen größeren pneumatischen Zylinder der Baugröße 63 ersetzen. Über eine Inbetriebnahme-Software lassen sich in wenigen Minuten im Aktuator bis zu 14 Positionen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Beschleunigungsrampen hinterlegen.

Die Einführung des zertifizierten Energiemanagements nach DIN EN ISO 50001 sensibilisiert das Bewusstsein für ineffiziente Systeme. In der Regel entsteht in einem produzierenden Unternehmen ein Großteil der Energiekosten durch die Erzeugung von Druckluft. Durch Leckagen im Pneumatik-Netz werden Energiekosten auch bei abgeschalteten Anlagen etwa durch Kompressoren erzeugt. Fakt ist, dass die Anschaffungskosten eines elektromechanischen Linearsystems höher sind, als die eines pneumatisch betriebenen. Doch letztendlich sind die Mehrkosten der Anschaffung durch die geringeren Betriebskosten nach kürzester Zeit kompensiert.

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