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Sieben Schlüsselparameter für die Konstruktion eines optimalen, kostengünstigen Linearbewegungssystems

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Last, Orientierung, Geschwindigkeit, Verfahrweg, Präzision, Umwelt und Arbeitszyklus.

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Eine sorgfältige Analyse der Anwendung, einschließlich Orientierung, Moment und Beschleunigung, zeigt die Last, die getragen werden muss. Manchmal weicht die tatsächliche Last von der berechneten Last ab, so dass die Ingenieure den Verwendungszweck und den möglichen Missbrauch berücksichtigen müssen.

Bei der Dimensionierung und Auswahl von Linearbewegungssystemen für Montagemaschinen übersehen die Ingenieure oft kritische Anwendungsanforderungen. Dies kann zu kostspieligen Umbauten und Nacharbeiten führen. Schlimmer noch, es kann zu einem übertriebenen System führen, das teurer und weniger effektiv ist als gewünscht.

Bei so vielen Technologieoptionen ist es leicht, sich bei der Entwicklung von ein-, zwei- und dreiachsigen Linearbewegungssystemen zu überfordern. Wie viel Last muss das System bewältigen? Wie schnell muss es sich bewegen? Was ist das kostengünstigste Design?

All diese Fragen wurden bei der Entwicklung von "LOSTPED" berücksichtigt - einem einfachen Akronym, das Ingenieuren hilft, Informationen zur Spezifikation von linearen Bewegungskomponenten oder Modulen in jeder Anwendung zu sammeln. LOSTPED steht für Last, Orientierung, Geschwindigkeit, Fahrt, Präzision, Umwelt und Einschaltdauer. Jeder Buchstabe stellt einen Faktor dar, der bei der Dimensionierung und Auswahl eines Linearbewegungssystems berücksichtigt werden muss.

Jeder Faktor muss einzeln und als Gruppe betrachtet werden, um eine optimale Systemleistung zu gewährleisten. So stellt die Belastung beim Beschleunigen und Abbremsen andere Anforderungen an die Lager als bei konstanten Geschwindigkeiten. Mit der Entwicklung der Lineartechnik von einzelnen Komponenten zu kompletten Systemen werden die Wechselwirkungen zwischen Komponenten - wie Linearführungen und einem Kugelgewindetrieb - komplexer und die Auslegung des richtigen Systems wird schwieriger. LOSTPED kann Designern helfen, Fehler zu vermeiden, indem es sie daran erinnert, diese zusammenhängenden Faktoren bei der Systementwicklung und -spezifikation zu berücksichtigen.

【Load】

Die Last bezieht sich auf das Gewicht oder die Kraft, die auf das System ausgeübt wird. Alle Linearbewegungssysteme stoßen auf eine bestimmte Art von Last, wie z.B. Abwärtskräfte bei Materialtransportanwendungen oder Schublasten bei Bohr-, Press- oder Schraubanwendungen. Andere Anwendungen stoßen auf eine konstante Belastung. So wird beispielsweise in einer Halbleiter-Wafer-Handling-Anwendung ein einheitlicher Pod mit Frontöffnung von Bucht zu Bucht getragen, um ihn abzusetzen und aufzunehmen. Andere Anwendungen haben unterschiedliche Belastungen. So wird beispielsweise in einer medizinischen Dosieranwendung ein Reagenz nacheinander in einer Reihe von Pipetten abgeschieden, was zu einer geringeren Belastung bei jedem Schritt führt.

Bei der Berechnung der Last lohnt es sich, die Art des Werkzeugs zu berücksichtigen, das sich am Ende des Arms befindet, um die Last aufzunehmen oder zu tragen. Obwohl nicht speziell auf die Last bezogen, können Fehler hier kostspielig sein. So kann beispielsweise bei einer Pick-and-Place-Anwendung ein hochsensibles Werkstück durch den Einsatz eines falschen Greifers beschädigt werden. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Ingenieure vergessen würden, die allgemeinen Lastanforderungen für ein System zu berücksichtigen, können sie bestimmte Aspekte dieser Anforderungen tatsächlich übersehen. LOSTPED ist eine Möglichkeit, die Vollständigkeit zu gewährleisten.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Was ist die Quelle der Last und wie ist sie ausgerichtet?

* Gibt es besondere Handhabungshinweise?

* Wie viel Gewicht oder Kraft muss bewältigt werden?

* Ist die Kraft eine Abwärtskraft, eine Abhebekraft oder eine Seitenkraft?

【Orientation】

Die Orientierung, die relative Position oder die Richtung, in der die Kraft aufgebracht wird, ist ebenfalls wichtig, wird aber oft übersehen. Einige Linearmodule oder Stellglieder können aufgrund ihrer Linearführungen eine höhere Abwärts- oder Aufwärtsbelastung als eine Seitenbelastung bewältigen. Andere Module, die unterschiedliche Linearführungen verwenden, können die gleichen Lasten in alle Richtungen aufnehmen. So kann beispielsweise ein mit Doppelkugelschienen-Linearführungen ausgestattetes Modul axiale Lasten besser aufnehmen als Module mit Standardführungen.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Wie ist das Linearmodul oder der Antrieb ausgerichtet? Ist es horizontal, vertikal oder auf dem Kopf stehend?

* Wo ist die Last in Bezug auf das Linearmodul ausgerichtet?

* Verursacht die Last ein Roll- oder Nickmoment auf dem Linearmodul?

【Speed】

Geschwindigkeit und Beschleunigung beeinflussen auch die Auswahl eines Linearsystems. Eine aufgebrachte Last erzeugt beim Beschleunigen und Abbremsen weitaus andere Kräfte auf das System als bei konstanter Geschwindigkeit. Auch die Art der Bewegung des Profils - trapezförmig oder dreieckig - muss berücksichtigt werden, da die Beschleunigung, die zur Erreichung der gewünschten Geschwindigkeit oder Zykluszeit erforderlich ist, durch die Art der Bewegung bestimmt wird. Ein trapezförmiges Bewegungsprofil bedeutet, dass die Last schnell beschleunigt, sich über einen längeren Zeitraum mit relativ konstanter Geschwindigkeit bewegt und dann verlangsamt wird. Ein dreieckiges Bewegungsprofil bedeutet, dass die Last schnell beschleunigt und verzögert wird, wie bei Punkt-zu-Punkt-Aufnahme- und Abwurfanwendungen.

Geschwindigkeit und Beschleunigung sind kritische Faktoren bei der Bestimmung des geeigneten Kugelgewindetriebs, Riemens oder Linearmotors.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Welche Geschwindigkeit oder Zykluszeit muss erreicht werden?

* Ist die Drehzahl konstant oder variabel?

* Wie wirkt sich die Last auf die Beschleunigung und Verzögerung aus?

* Ist das Bewegungsprofil trapezförmig oder dreieckig?

* Welcher Linearantrieb ist am besten für die Anforderungen an Geschwindigkeit und Beschleunigung geeignet?

【Travel】

Die Verfahrwege beziehen sich auf die Entfernung oder den Bewegungsradius. Dabei muss nicht nur die Verfahrstrecke, sondern auch der Nachlauf berücksichtigt werden. Wenn am Ende des Hubs ein gewisses Maß an "Sicherheitsweg" oder zusätzlichem Platz zur Verfügung steht, ist die Sicherheit des Systems im Falle eines Notstopps gewährleistet.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Wie groß ist der Abstand oder die Reichweite der Bewegung?

* Wie viel Nachlauf kann bei einem Not-Aus erforderlich sein?

【Precision】

Präzision ist ein weit gefasster Begriff, der oft verwendet wird, um entweder die Verfahrgenauigkeit (wie sich das System beim Bewegen von Punkt A nach Punkt B verhält) oder die Positioniergenauigkeit (wie nah das System die Zielposition erreicht) zu definieren. Es kann sich auch auf die Wiederholbarkeit beziehen, oder wie gut sich das System am Ende jedes Hubs in die gleiche Position zurückbewegt.

Das Verständnis des Unterschieds zwischen diesen drei Begriffen - Verfahrgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit - ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das System den Leistungsanforderungen entspricht und nicht überarbeitet wurde, um eine möglicherweise unnötige Genauigkeit zu erreichen. Der Hauptgrund, die Präzisionsanforderungen zu durchdenken, ist die Auswahl des Antriebsmechanismus. Linearbewegungssysteme können über einen Riemen, eine Kugelgewindespindel oder einen Linearmotor angetrieben werden. Jeder Typ bietet Kompromisse zwischen Präzision, Geschwindigkeit und Belastbarkeit. Die beste Wahl wird von der Anwendung bestimmt.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Wie wichtig sind Verfahrgenauigkeit, Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in der Anwendung?

* Ist Präzision wichtiger als Geschwindigkeit oder andere verlorene Faktoren?

【Environment】

Die Umgebung bezieht sich auf die Bedingungen, unter denen das System betrieben wird. Extreme Temperaturen können die Leistung von Kunststoffkomponenten und die Schmierung innerhalb des Systems beeinträchtigen. Schmutz, Flüssigkeiten und andere Verunreinigungen können die Laufbahnen und tragenden Elemente der Lager beschädigen. Die Betriebsumgebung kann die Lebensdauer eines Linearbewegungssystems stark beeinflussen. Optionen wie Dichtstreifen und spezielle Beschichtungen können Schäden durch diese Umwelteinflüsse verhindern.

Umgekehrt müssen Ingenieure darüber nachdenken, wie sich das Linearsystem auf die Umwelt auswirkt. Gummi und Kunststoff können Partikel abgeben. Schmierstoffe können aerosoliert werden. Bewegliche Teile können statische Elektrizität erzeugen. Kann Ihr Produkt solche Verunreinigungen akzeptieren? Optionen wie Spezialschmierung und Überdruck können das Modul oder den Antrieb für den Einsatz in einem Reinraum geeignet machen.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Welche Gefahren oder Verunreinigungen sind vorhanden - extreme Temperaturen, Schmutz, Staub oder Flüssigkeiten?

* Ist das Linearsystem selbst eine potenzielle Quelle von Schadstoffen für die Umwelt?

【Duty Cycle】

Die Einschaltdauer ist die Zeit, die benötigt wird, um einen Betriebszyklus abzuschließen. Bei allen Linearantrieben bestimmen die internen Komponenten im Allgemeinen die Lebensdauer des Gesamtsystems. Die Lebensdauer der Lager in einem Modul wird beispielsweise direkt von der aufgebrachten Last beeinflusst, aber auch von der Einschaltdauer, die das Lager durchläuft. Ein Linearsystem kann in der Lage sein, die sechs vorhergehenden Faktoren zu erfüllen, aber wenn es kontinuierlich 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche läuft, wird es das Ende seines Lebens viel früher erreichen, als wenn es nur 8 Stunden am Tag, 5 Tage die Woche läuft. Darüber hinaus beeinflusst die Höhe der Nutzungszeit im Vergleich zur Ruhezeit die Wärmeentwicklung im Linearsystem und wirkt sich direkt auf die Lebensdauer und die Betriebskosten des Systems aus. Die frühzeitige Klärung dieser Fragen kann später Zeit und Ärger sparen.

Wichtige Fragen zu stellen:

* Wie oft wird das System verwendet, einschließlich der Verweildauer zwischen den Hüben oder Bewegungen?

* Wie lange muss das System halten?