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#Produkttrends
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Teil 1 - Was sind Regale in Portalsystemen?
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Und wie kann sie vermieden werden?
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Gantries unterscheiden sich von anderen Arten von Mehrachssystemen (wie kartesischen Robotern und XY-Tischen) durch die Verwendung von zwei parallelen Basisachsen (X), die durch eine senkrechte Achse (Y) verbunden sind. Diese doppelte X-Achsen-Anordnung bietet zwar eine breite, stabile Stellfläche und ermöglicht Portalsystemen eine hohe Tragfähigkeit, lange Verfahrwege und eine gute Steifigkeit, kann aber auch zu einem Phänomen führen, das gemeinhin als "Racking" bezeichnet wird.
Immer wenn zwei Linearachsen parallel montiert und verbunden sind, besteht die Gefahr, dass sich die Achsen nicht perfekt synchron bewegen. Mit anderen Worten: Während der Bewegung kann eine der X-Achsen der anderen "hinterherhinken", und die führende Achse versucht, ihren hinterherhinkenden Partner mitzuziehen. In diesem Fall kann die Verbindungsachse (Y-Achse) schief stehen, d. h. sie steht nicht mehr senkrecht zu den beiden X-Achsen. Der Zustand, in dem die X- und die Y-Achse ihre Rechtwinkligkeit verlieren, wird als Verzahnung bezeichnet und kann bei der Bewegung des Systems in X-Richtung zu einer Blockierung sowie zu potenziell schädlichen Kräften auf die X- und die Y-Achse führen.
Die Ursache für das "Racking" in Portalsystemen kann eine Vielzahl von Konstruktions- und Montagefaktoren sein, aber einer der einflussreichsten Faktoren ist die Art des Antriebs der X-Achsen. Bei zwei parallelen X-Achsen haben Konstrukteure die Wahl, jede X-Achse unabhängig anzutreiben oder eine Achse anzutreiben und die andere als "Slave"- oder Folgeachse zu behandeln.
Bei Anwendungen mit niedrigen Geschwindigkeiten und einem relativ geringen Abstand zwischen den beiden X-Achsen (kurzer Hub der Y-Achse) kann es akzeptabel sein, nur eine X-Achse anzutreiben und die zweite X-Achse als Folgeachse ohne Antriebsmechanismus zu verwenden. Bei dieser Konstruktion kommt es vor allem auf die Steifigkeit der Verbindung zwischen den Achsen an, also auf die Steifigkeit der Y-Achse.
Da die angetriebene Achse die nicht angetriebene Achse quasi "mitzieht", kann jeder Unterschied in der Reibung oder Belastung zwischen den beiden X-Achsen sofort zu Verzahnungen und Verklemmungen führen, wenn sich die Verbindung zwischen den beiden Achsen verbiegt, verdreht oder auf andere Weise nicht steif ist. Und je länger die Y-Achse ist, desto weniger steif ist sie. Aus diesem Grund wird die "angetriebene Mitnehmer"-Anordnung im Allgemeinen für Anwendungen empfohlen, bei denen der Abstand zwischen den X-Achsen weniger als einen Meter beträgt.
Die anspruchsvollere Antriebslösung besteht darin, für jede Achse einen eigenen Motor zu verwenden, wobei die Motoren über die Steuerung in einer Master-Slave-Anordnung synchronisiert werden. Bei dieser Anordnung müssen jedoch die Verfahrfehler der mechanischen Antriebe perfekt (oder nahezu perfekt) aufeinander abgestimmt sein - andernfalls kann es durch geringfügige Abweichungen in der Strecke, die jede Achse pro Motorumdrehung zurücklegt, zu Einspannungen und Blockierungen kommen.
Für Hochgeschwindigkeits- und Präzisions-Portalanwendungen sind Kugelumlaufspindeln und Zahnstangenantriebe typischerweise die Antriebsmechanismen der Wahl. Beide Technologien können selektiv aufeinander abgestimmt werden, um einen ähnlichen linearen Fehler auf jeder Achse zu erzielen, wodurch ein Teil der Fehlerhäufung vermieden wird, die bei nicht abgestimmten Antriebsbaugruppen auftreten kann. Da Riemen- und Kettenantriebe Steigungsfehler aufweisen, die sich nur schwer anpassen und kompensieren lassen, werden sie im Allgemeinen nicht für Portalsysteme empfohlen, wenn die X-Achsen unabhängig voneinander angetrieben werden. Andererseits sind Linearmotoren eine ausgezeichnete Wahl für parallele Achsen in Portalsystemen, da sie keine mechanischen Fehler aufweisen und große Verfahrwege und hohe Geschwindigkeiten ermöglichen.
Eine andere Lösung - gewissermaßen ein Kompromiss zwischen den beiden oben beschriebenen Möglichkeiten - ist die Verwendung eines Motors für den Antrieb beider X-Achsen. Dazu wird der Ausgang der motorgetriebenen Achse über eine Distanzkupplung (auch als Verbindungswelle bezeichnet) mit dem Eingang der zweiten Achse verbunden. Bei dieser Konfiguration entfällt der zweite Motor (und die damit verbundene Synchronisation).
Allerdings ist die Torsionssteifigkeit der Distanzkupplung wichtig. Wenn das zwischen den Achsen übertragene Drehmoment dazu führt, dass die Kupplung "überdreht" wird, kann es trotzdem zu Verzahnungen und Blockierungen kommen. Diese Konfiguration ist oft eine gute Option, wenn der Abstand zwischen den X-Achsen zwischen einem und drei Metern liegt und die Anforderungen an Last und Geschwindigkeit moderat sind.