Automatische Übersetzung anzeigen
Dies ist eine automatisch generierte Übersetzung. Wenn Sie auf den englischen Originaltext zugreifen möchten, klicken Sie hier
#Produkttrends
{{{sourceTextContent.title}}}
Lineare Antriebssysteme: Produktion von Präzisionsteilen in der Luft- und Raumfahrt für den Werkzeugmaschinenbau
{{{sourceTextContent.subTitle}}}
Es gibt eine Vielzahl von Unterschieden zwischen traditionellen Zahnstangen- und Ritzel-Doppelantrieben, Split-Pinion-Konstruktionen und Rollen-Ritzel-Systemen.
{{{sourceTextContent.description}}}
Ob in der Luft- und Raumfahrt, im Werkzeugmaschinenbau, beim Glasschneiden, in der Medizintechnik oder in anderen Bereichen - Fertigungsprozesse sind auf eine zuverlässige Bewegungssteuerung angewiesen. Die für diese Anwendungen erforderliche Geschwindigkeit und Präzision wird durch verschiedene servogesteuerte Linearantriebssysteme erreicht.
Ein gängiger Aufbau kombiniert Servosteuerungen mit einer herkömmlichen Evolventen-Zahnstange und einem Ritzel. Bei letzterem kann ein Spiel zwischen Zahnstange und Zahnrad erforderlich sein, um Verklemmungen und übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, oder aber Umgebungsänderungen (z. B. eine Temperaturveränderung von 10°) können das System blockieren, da sich die Zahnräder ausdehnen. Andererseits führt Spiel zu Spiel, das mit einem Fehler gleichzusetzen ist.
Spielprobleme bei Doppel- und geteilten Ritzeln
Bei Präzisionsanwendungen besteht eine typische Lösung für das Spielproblem darin, ein zweites Ritzel hinzuzufügen, das in die andere Richtung zieht - gegen das erste System, um als Kontrolle zu dienen.
Eine Variante dieser Idee ist die Verwendung eines geteilten Ritzels. Dabei wird ein Ritzel in der Mitte durchgeschnitten und eine Feder zwischen den beiden Hälften angebracht. Wenn sich das geteilte Ritzel entlang einer Zahnstange bewegt, drückt die erste Hälfte des Ritzels auf eine Seite eines Zahnstangenzahns und die andere Hälfte auf den nächsten Zahn der Zahnstange. Auf diese Weise eliminiert ein geteiltes Ritzel Spiel und Fehler.
Da in diesem Fall nur die Hälfte des Ritzels die Arbeit verrichtet, während die andere Hälfte als Steuerung fungiert, ist die Drehmomentkapazität begrenzt. Da die Antriebsdynamik die Federkraft überwinden muss, kommt es außerdem zu Bewegungsverlusten, die den Gesamtwirkungsgrad verringern. Während der Bewegung unter Beschleunigung kann die Feder auch leicht nachgeben, was die Bewegungsgenauigkeit beeinträchtigt. Und schließlich kann sich das Federsystem im Ritzel leicht verbiegen, wenn das Ritzel angehalten wird, um einen Vorgang wie z. B. das Bohren durchzuführen, anstatt starr zu bleiben.
Eine andere Lösung besteht in einem Doppelritzel-System. Bei dieser Anordnung bewegen sich zwei separate Ritzel entlang derselben Zahnstange. Die Ritzel arbeiten als Master/Slave, wobei das führende (Master-)Ritzel die Positionierung vornimmt und das zweite (Slave-)Ritzel das Spiel ausgleicht. In der Regel werden die Ritzel elektronisch gesteuert, so dass die Genauigkeit erhalten bleibt und die Steuerungseinstellungen angepasst werden können, um den Systemverschleiß zu kompensieren.
Wo ist der Haken? Systeme mit zwei Ritzeln können kostspielig sein, da die Konstrukteure in der Regel einen zweiten Motor, ein zweites Ritzel und ein zweites Getriebe kaufen müssen. Auch der Platzbedarf für die Konstruktion muss erhöht werden: Ein zweiter Motor erfordert mehr Länge, um den Antrieb auszuführen. Wenn das Bewegungssteuerungssystem beispielsweise einen Meter hin- und herfahren soll, ist eine Zahnstangenlänge von 1,2 oder 1,3 m erforderlich, um das zweite Ritzel unterzubringen, das 200 bis 300 mm hinter dem ersten Ritzel angeordnet ist. Schließlich sind die Kosten für den Betrieb von zwei Motoren über einen typischen Lebenszyklus von fünf bis 10 Jahren erheblich.
Der spielfreie Betrieb von Rollen-Ritzel-Antrieben eignet sich für Anwendungen mit langen Hüben, wie z. B. diese Oberfräse.
Eine weitere Option: Rollenritzel
Bei der Rollenritzeltechnologie besteht das Ritzel aus gelagerten Rollen, die in eine Zahnstange mit einem maßgeschneiderten Zahnprofil eingreifen. Zwei oder mehr Rollen greifen stets gegenläufig in die Zähne der Zahnstange ein, um eine höhere Genauigkeit als bei geteilten Ritzeln und Ritzelantrieben zu erzielen: Kurz gesagt, jede Rolle nähert sich jeder Zahnfläche auf einem tangentialen Weg und rollt dann an der Fläche ab, um einen reibungsarmen Betrieb mit einem Wirkungsgrad von mehr als 99 % bei der Umwandlung von Dreh- in Linearbewegungen zu gewährleisten.
Das Rollenritzel besteht aus lagergestützten Rollen, die in ein kundenspezifisches Zahnprofil eingreifen.
Bei dieser Konstruktion gibt es keine Feder, die zusammenbrechen und die Genauigkeit beeinträchtigen könnte, und es geht auch kein Wirkungsgrad verloren, wenn eine Federkraft überwunden wird. Darüber hinaus erfordert die Rollenbewegung kein Spiel, so dass Spiel und Fehler ausgeschlossen sind. Im Gegensatz dazu muss bei einem herkömmlichen Zahnstangensystem ein Ritzelzahn von einer Seite eines Zahnstangenzahns abstoßen und sich sofort auf die nächste Seite des Zahns bewegen.
Ein Rollenritzel flankiert verschiedene Zähne gleichzeitig, indem es eine Seite des einen Zahns überspannt und mit einem anderen Zahn Spiel hat. Es wird kein zweites Ritzel benötigt, um dem ersten entgegenzuwirken; ein Ritzel überträgt genau die erforderliche Drehmomentkapazität.
Konstruktionen auf der Basis von Rollenritzeln verlängern außerdem die Lebensdauer und verringern den Wartungsaufwand. Bei langsameren Anwendungen kann das System ohne Schmierung laufen. Herkömmliche Zahnstangen verschleißen mit der Zeit und erfordern einen Ausgleich der Positionsgenauigkeit und des Drehmoments, während Rollenritzel die Genauigkeit beibehalten. Die Ritzel beider Konstruktionen müssen regelmäßig ausgetauscht werden, aber zumindest im Vergleich zu Doppelritzeln sind die Gesamtkosten für den Austausch eines Rollenritzels geringer.
Beispiele für Anwendungen
Nehmen wir die Produktion von großen Flugzeugrumpfplatten. Diese Anwendung kann eine große Verfahrlänge und hohe Präzision über Portalmaschinen erfordern. Antriebe mit Rollenritzeln ermöglichen eine genaue lineare Positionierung über diese langen Strecken.
Im Gegensatz dazu kann die Positioniergenauigkeit herkömmlicher Zahnstangen und Ritzel aufgrund des erforderlichen Spiels unzureichend sein; ein minimales Spiel gewährleistet die Genauigkeit bei kurzen Verfahrwegen, aber die Konstruktion kann bei langen Strecken teuer in der Herstellung und Installation sein. Ein Doppelritzel-System (mit zwei gegeneinander vorgespannten Ritzeln) kann ebenfalls implementiert werden, ist jedoch kostspielig und berücksichtigt in der Regel auch nicht das unterschiedliche Spiel, das bei langen Strecken auftritt.
Eine weitere häufige Anwendung eines Doppelritzel-Systems ist die Positionierung eines Schneidkopfes in einer Glasfaserfräsmaschine. Während der Doppelritzelantrieb in dieser Anwendung zunächst gut funktioniert, kann die Kombination aus Glasfaserstaub und ständiger Gleitreibung durch das gegenüberliegende Ritzel zu vorzeitigem Verschleiß führen. Durch den Einsatz eines Rollen-Ritzel-Systems, bei dem das Rollen im Gegensatz zum Gleiten genutzt wird, kann die Lebenserwartung um 300 % oder mehr erhöht werden.
Eine rotierende Version des Rollen-Ritzel-Systems kann auch für die Positionierung in mehreren Achsen verwendet werden. Hier werden mehrere Ritzel (die sich alle unabhängig voneinander bewegen) an einem Getriebe montiert. Die Konstruktion benötigt weniger Platz als die manchmal in diesen Anwendungen verwendeten Doppelritzelantriebe.