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#Produkttrends
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Stärken und Beschränkungen: Riemenantrieb vs. Kugelumlaufspindelantriebe
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Riemengetriebene Aktuatoren, kugelspindelgetriebene Aktuatoren und deren Stärken und Grenzen.
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Die Herausforderung für mechanische Automatisierungssysteme bestand in der Vergangenheit in der erfolgreichen Umwandlung der Drehbewegung von elektrischen oder mechanischen Motoren in nützliche Formen der linearen Bewegung. Ein Durchbruch in dieser Hinsicht war das Förderbandsystem, das eine der ersten sinnvollen Umsetzungen von Dreh- in Linearbewegungen für den Einsatz in einer Produktionsumgebung darstellte. Diese Systeme sind in der Lage, eine Vielzahl von Rohstoffen und Werkstücken auf weitaus effizientere Weise zu transportieren, als dies bisher durch den Einsatz roher mechanischer Kräfte möglich war, und sind in Produktionsumgebungen äußerst nützlich.
Heutzutage hat die umfangreiche Entwicklungsarbeit im Bereich der Umwandlung von Drehbewegungen eine vielfältige Klasse von linearen mechanischen Aktuatoren hervorgebracht, die für eine breite Palette von fortschrittlichen Automatisierungsanwendungen nützlich sind. Die Herausforderung besteht darin, einen geeigneten Aktuator für die gewünschte Funktion auszuwählen, sei es für die einfache Bewegung von Rohmaterial in einer Fertigungsumgebung oder für die Konstruktion fortschrittlicherer Bewegungssysteme, mit denen Werkzeuge in präzise Positionen gebracht werden können.
Bei der Auswahl des richtigen linearen mechanischen Aktuators müssen einige wichtige Überlegungen berücksichtigt werden, wie z. B. die gewünschte Tragfähigkeit oder Schubkraft und der erforderliche Hubweg. Dies sind zwar die wichtigsten Überlegungen, doch spielen auch andere Faktoren wie der Wartungsaufwand eine wichtige Rolle.
Zwei weit verbreitete Arten von mechanisierten Linearantrieben werden durch ihre Antriebsmechanismen unterschieden: riemengetriebene und kugelumlaufgetriebene Antriebe. Beide Typen werden in ähnlichen Anwendungsbereichen eingesetzt, unterscheiden sich aber in ihrer Funktion erheblich. Jeder Typ verfügt über einzigartige Stärken und wichtige Einschränkungen, die bei der Auswahl eines Aktuators sorgfältig berücksichtigt werden müssen.
Riemengetriebene Antriebe
Der riemengetriebene Aktuator arbeitet nach denselben Prinzipien wie das Förderbandsystem. Der Riemenantrieb überträgt eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung über einen Zahnriemen, der zwischen zwei kreisförmigen Riemenscheiben angebracht ist. Der Zahnriemen besteht in der Regel aus einem faserverstärkten Elastomer, aber für anspruchsvollere Anwendungen sind auch viele andere Riemenmaterialien erhältlich. Der Riemen ist mit Zähnen versehen, die in die Rotorscheiben eingreifen, um das Drehmoment effizient zu übertragen und Schlupf zu verhindern. Der Riemenantrieb ist in einem Aluminiumgehäuse untergebracht, während der Schlitten obenauf sitzt, und die Schnittstelle zur Antriebswelle befindet sich in der Regel senkrecht zur Seite des Antriebs.
Aktuatoren mit Kugelgewindetrieb
Das Grundprinzip des Kugelgewindetriebs ist im Wesentlichen eine Verbesserung gegenüber einem Spindelantriebssystem. Bei Antrieben mit Kugelgewindespindel treibt die Drehung der Kugelgewindespindel die Kugelmutter/den Schlitten an, da die Schnittstelle zwischen Bolzen und Kugelgewindespindel im Wesentlichen ein Kugellagersystem ist, bei dem gehärtete Stahlkugeln in der Mutter auf der Laufbahn des Bolzens rollen. Ähnlich wie beim riemengetriebenen Aktuator sind die Antriebskomponenten des kugelumlaufgetriebenen Aktuators in einem Aluminiumgehäuse untergebracht, während sich der Schlitten auf diesem bewegt. Im Gegensatz zu riemengetriebenen Aktuatoren befindet sich die Schnittstelle der Antriebswelle in einer Linie mit der Kugelumlaufspindel und nicht am Ende des Aktuators.
Stärken und Beschränkungen der beiden Antriebe
Antriebe mit Riemenantrieb werden im Allgemeinen für Anwendungen bevorzugt, die lange Verfahrwege erfordern, die kostengünstiger erreicht werden können als mit einem Antrieb mit Kugelumlaufspindel gleicher Länge. Darüber hinaus ist der riemengetriebene Aktuator im Allgemeinen effizienter, da er weniger kritische bewegliche Teile besitzt, was eine weniger arbeitsintensive Wartung ermöglicht. Dennoch ist eine ausreichende Spannung des Riemens für die ordnungsgemäße Übertragung des Drehmoments von entscheidender Bedeutung, und eine Nachspannung des Riemens ist in der Regel in regelmäßigen Wartungsintervallen erforderlich.
Alternativ dazu ähnelt der Kugelgewindetrieb einem Wälzlagersystem und ist daher in der Lage, höhere Lasten zu tragen und eine höhere Schubkraft zu erreichen. Aus diesem Grund sind Kugelgewindetriebe ideal für Anwendungen, bei denen die Positionierung großer, schwerer Lasten mit hoher Präzision erforderlich ist. Je nach Konstruktion des Aktuators kann eine regelmäßige Schmierung des Kugelgewindetriebs erforderlich sein.
Ein weiterer Vergleich zwischen den beiden Aktuatorentypen zeigt, dass der riemengetriebene Aktuator trotz seiner Einfachheit und Effizienz weitere Nachteile aufweist. Für höhere Last-/Schubanforderungen sind deutlich dickere Riemen erforderlich. Die Riemen sind auch anfällig für Stoßbelastungen, obwohl dieses Problem bis zu einem gewissen Grad durch die sorgfältige Auswahl der Riemenmaterialien, die die Festigkeit auf Kosten der Elastizität erhöhen können, gemildert werden kann. Darüber hinaus ist die Positioniergenauigkeit von Kugelgewindetrieben aufgrund der Anfälligkeit des Riemens für Dehnungen in der Regel besser als die von riemengetriebenen Antrieben. Aus diesem Grund werden Kugelgewindetriebe bevorzugt für Anwendungen eingesetzt, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit über längere Zeiträume erfordern. Kugelgewindetriebe sind die bevorzugte Wahl bei hohen Beschleunigungs- und Schubanforderungen, da die Riemenscheibe bei solchen wiederholten Anforderungen am Rotor durchrutschen kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass kugelgewindetriebbetriebene Aktuatoren die bessere Wahl für Anwendungen sind, bei denen hohe Belastungs- und/oder Schubkräfte zusammen mit einer hochgenauen Positionierung erforderlich sind. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer Einfachheit sind riemengetriebene Antriebe jedoch nach wie vor die bessere Wahl für Anwendungen mit geringeren Lasten, insbesondere wenn höhere Geschwindigkeiten erforderlich sind. Riemengetriebene Antriebe können auch eine kostengünstige Lösung für Anwendungen mit langen Hüben sein. Die Entscheidung zwischen riemengetriebenen und kugelumlaufgetriebenen mechanischen Antrieben mag entmutigend erscheinen. Auf den ersten Blick bieten die Stärken und Schwächen jeder Konstruktion eine klare Auswahlmöglichkeit für jede einzelne Anwendung.