Aus eigenem Antrieb zur richtigen Achse

[Spruchreif Kommunikations-Konzepte GmbH - 10.03.2013] Bei der Frage nach einer geeigneten Linearachse für automatisierte Prozesse kommen technische Innovationen wie Lineareinheiten mit Direktantrieb häufig zu kurz. Nach Aussage von Matthias Di Mauro, Geschäftsführer von DiMotion in Mönchengladbach, sind grundsätzliche Fragestellungen für die Entscheidungs-findung hilfreich:

Sollen große Massen bewegt werden?
Sofern Sie diese Frage mit "Ja" beantworten, sind klassische Modelle der Zahnriemen- oder spindelgetriebenen Achsen Linearmotoren generell vorzuziehen. Handelt es sich jedoch um leichte Lasten, die dynamischen Bewegungen unterzogen werden, sind Linearmotoren als kompakte Einheiten erste Wahl. Der grundsätzliche Vorteil von Lineareinheiten mit Direktantrieb besteht darin, dass der Antrieb von vornherein in der Achse verbaut ist. Bei Zahnriemenachsen mit angeflanschtem Antriebssystem muss man durch die Abmessungen und die erforderliche Mechanik weitaus mehr Aufwand betreiben. Dieser besteht vor allem darin, eine Dreh- in eine Linearbewegung umzuwandeln. Der Linearmotor operiert hingegen als integrativer Bestandteil des Systems. Damit qualifiziert er sich von vornherein als kompaktere Einheit für Anwendungen oder Anlagenkonfigurationen, in denen Raum nur beschränkt zur Verfügung steht.

Sind die Platzverhältnissen für den Einbau beschränkt?
Im Falle eines "Ja" rücken Linearmotoren vorurteilsfrei in den Fokus des Betrachters. Die erforderliche Vorschubkraft hängt dabei eng mit der Baugröße der Achse zusammen. Jeder Anlagenbetreiber ist daran interessiert, ein Maximum an Vorschubkraft für seine Anwendung zu erzielen und dabei den Platzbedarf für die Bewegungsabläufe auf ein Minimum zu beschränken. Die maximal mögliche Vorschubkraft ist abhängig von Magnetbreite und Wicklungslänge. In den meisten Fällen haben Lineareinheiten mit Direktantrieben in beengten Raumverhältnissen gegenüber konventionellen Achsen die Nase vorn. Stellt sich die Frage nach besonders hohen Vorschubkräften, fallen Linearmotoren allein durch ihre Baugröße automatisch aus dem Raster.
Um spezifische Massen zu bewegen, ist der Linearmotor so großzügig dimensioniert, dass in Bezug auf die vorgegebenen geometrischen Abmessungen möglichst große Kräfte mobilisiert. Der angeflanschte Motor einer Zahnriemenachse kann jedoch mit Hilfe eines Getriebes und geeigneter Untersetzung bei gleicher Baugröße höhere Kräfte freisetzen.
Generell macht es Sinn, Linearmotoren dort einzusetzen, wo kurze Hübe für die Anwendung erforderlich sind. Dies ergibt sich alleine schon aus der technischen Notwendigkeit heraus, dass bei dieser Achse über die gesamte Strecke Magnete angeordnet werden müssen. Lange Hübe schlagen hier preislich besonders stark zu Buche, wenn Längen von 1.000 mm überschritten werden. Bei Magnetbahnen von bspw. 3 Metern erkennt man auf Anhieb, dass die Kosten gegenüber klassischen Zahnriemenachsen buchstäblich explodieren. Bei kurzen Hüben indes kann der Linearmotor seinen Wettbewerbsvorteil hinsichtlich der Kompaktheit und der geringen Zahl der beteiligten Komponenten wirtschaftlich ausspielen.
Sowohl Masse als auch Hublänge sind demnach die entscheidenden Kriterien bei der Auslegung der für die Anwendung geeigneten Achse.

Spielt die Positioniergenauigkeit eine große Rolle?
Für eine sehr gleichförmige Bewegung, eine hohe Positioniergenauigkeit und zur Phasenkommutierung ist der Linearmotor mit einem inkrementellen oder absoluten Linearmaßstab ausgestattet. Dagegen sind konventionelle Zahnriemenachsen zur Erzielung einer hohen Positioniergenauigkeit werksseitig nicht mit einem Messsystem ausgestattet. Die Nachrüstung eines geeigneten Längenmesssystems für Zahnriemenachsen ist nur mit erhöhtem Kostenaufwand zu realisieren.
Wer Wert auf hohe Präzision legt, ist mit einem Linearmotor und integriertem Längenmesssystem von vornherein besser aufgestellt.
Lineareinheiten mit Direktantrieb finden zunehmend in Applikationen wie der Mikroelektronik Verwendung, wo geringe Massen in hohen Geschwindigkeiten und mit höchster Präzision bewegt werden. Auch in Bereichen von Verpackungsmaschinen, wo häufig Platzprobleme auftreten, kommen Linearmotoren zunehmend zum Einsatz.
Insgesamt sind Lineareinheiten mit Direktantrieb weitaus verschleißresistenter als die mechaniklastigen Zahnriemenachsen. Hier sind einzig die Linearführungen dauerhaftem Verschleiß ausgesetzt. Der Linearmotor selbst arbeitet berührungslos und kann - wie andere Motoren auch - schlimmstenfalls überhitzen. Sind allerdings alle Steuerungsparameter richtig konfiguriert, erfolgt eine motorseitig ausgelöste Impulsgebung bei Aktivierung des Überhitzungs- bzw. Wärmeschalters.
DiMotion führt jetzt neben seinem umfangreichen Repertoire an Zahnriemen- und spindelgetriebenen Achsen auch eine breite Variantenvielfalt an Lineareinheiten mit Direktantrieb. Darunter fallen insgesamt zwei Produktserien:
Die erste besteht aus zwei Baugrößen für unterschiedliche Längen - Deren Achsen sind flach, mit rechteckigem Profil, verfügen über zwei parallele Führungen und lassen sich für unterschiedliche Vorschubkräfte auslegen.
Eine weitere besteht aus einer Größe für unterschiedliche Längen - Sie zeichnet sich durch zwei parallel verlaufende Magnetleisten aus, zwischen denen sich die Führung befindet. Der Vorteil besteht darin, dass keine Anziehungskräfte zwischen dem beweglichen Element und dem Magneten wirken. Die Achse eignet sich deshalb besonders als vertikale Achse.