Im Beitrag „Was ist ein Linearaktuator?“ unserer Artikelreihe „Grundlagenwissen“ haben wir uns zuletzt die verschiedenen Arten von Mechanismen angesehen, mit denen Lasten in einer geraden Linie bewegt werden können. Im heutigen Beitrag beschäftigen wir uns etwas ausführlicher mit den Mechanismen, die in der Antriebstechnik zum Einsatz kommen.
Die Umwandlung der Drehbewegung eines Elektromotors in eine lineare Bewegung ist die Grundaufgabe aller Linearaktuatoren. Für diese Umwandlung gibt es zwei Arten von Mechanismen: Gewindetriebe und Riemenantriebe. Ein Gewindetrieb ist eine Komponente, die eine Drehbewegung über eine Spindel und einer Spindelmutter in eine lineare Bewegung umwandelt. Wenn der Motor die Spindel dreht, schiebt das Gewinde der Spindel die Spindelmutter entlang des Verfahrwegs vor. Die Spindelmutter ist auf einem Lagerstützsystem montiert, damit sie sich nicht dreht und entlang der Spindelachse verfährt. Oft dient das Gehäuse des Aktuators als Führung für die Spindelmutter und die Last, die sie bewegt. Zahlreiche kolbenstangenlose Antriebe und Präzisionstische verwenden jedoch Profillagerschienen, um die Mutter und den Schlitten abzustützen. Die Bezeichnung „Gewindetrieb“ ist ein allgemeiner Begriff, der eine Spindel beschreibt, die eine Spindelmutter entlang eines Verfahrwegs vorschiebt. Generell gibt es Gewindetriebe in zwei Ausführungen: Kugelgewindetriebe und Trapezgewindespindeln (ACME-Gewindespindel).
Kugelgewindetriebe bestehen aus einer Spindel und einer Spindelmutter mit Kugellagern innerhalb der Spindelmutter. Dadurch kann sich die Spindel in der Mutter mit sehr wenig Reibung drehen. Dies ermöglicht einem Linearaktuator, sich mit sehr wenig reibungsbedingtem Kraftverlust zu bewegen sowie höhere Geschwindigkeiten und längere Arbeitszyklen ohne Überhitzung zu erzielen. Kugelgewindetriebe verursachen jedoch aufgrund der Kugellager in der Spindelmutter ein deutlich hörbares, ratterndes Geräusch.
Trapezgewindespindeln sind eine deutlich einfachere Konstruktion. Die Gewindegänge der Spindelmutter fassen direkt auf dem Gewinde der Spindel. Die ACME-Gewindespindel ist eine Gewindespindelausführung mit einer spezifischen Trapezform zum Gewinde, die für maximale Festigkeit sorgt. Da sich in der Mutter keine Lager befinden, sind die Gewindegänge der Spindel und der Spindelmutter direkt miteinander in Kontakt, sodass eine erhebliche Reibung entsteht. Reibung kann sowohl gut als auch schlecht sein. Die Reibung in einer ACME-Gewindespindel kann zum Beispiel ermöglichen, hohe Lasten zu halten, ohne dass sich die Spindel rückwärts dreht (Eigenbewegung ohne Antrieb). Sie wirkt damit wie eine automatische Bremse. Reibung erzeugt jedoch auch Wärme, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit und der Arbeitszyklus begrenzt werden müssen, um Überhitzung zu vermeiden.
Riemenantriebe bestehen aus einem langen Steuerriemen, der jeweils um eine Riemenscheibe an beiden Enden eines kolbenstangenlosen Aktuators verläuft. Die Riemenscheibe an einem Ende wird durch einen Elektromotor und in der Regel über ein Reduktionsgetriebe angetrieben. Die Riemenscheibe an der anderen Seite ist eine reine Umlenkrolle und sorgt normalerweise für die Spannung des Riemens. Dieser Mechanismus bietet Geschwindigkeiten, die deutlich über der Geschwindigkeit von ACME-Gewindespindeln und Kugelgewindetrieben liegen. Er läuft außerdem deutlich leiser. Anwender, die mit dem Geräusch eines Kugelgewindetriebs nicht vertraut sind, denken aufgrund des Ratterns oft, dass etwas nicht in Ordnung ist. Riemenantriebe laufen auch bei höheren Geschwindigkeiten deutlich ruhiger und leiser.
Die Vor- und Nachteile der Mechanismen in Linearaktuatoren zu kennen, ermöglicht des dem Anwender, den richtigen Aktuatortyp für die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Applikation zu wählen. Linearaktuatoren können in zahlreichen Applikationen eingesetzt werden, z. B. Bestückung, Pressen, Formstanzen, Umlenken von Produkten auf Förderbändern, CNC-Fräsen, Laserschneiden, Schweißen, Messen, Bewegen von Türen und sonstige Steuerung mechanischer Verbindungen usw. Jede Applikation hat Anforderungen, für die sich bestimmte Arten von Aktuatoren am besten eignen.
