Stellen Sie sich vor, Sie haben soeben einen elektrischen Antrieb als die von Ihnen bevorzugte Methode zur Unterstützung einer bestimmten Applikation identifiziert. Grossartig, oder? Allerdings werden Sie dann vielleicht mit vielen Fragen und Optionen konfrontiert, um die optimale elektrische Lösung zu finden. Thomas Greif von SMC erläutert die wichtigsten Schritte für die Bestimmung Ihres Antriebs.
Riemen- oder Spindelantrieb
Eine wichtige Überlegung ist die Wahl zwischen einem elektrischen Antrieb mit Riemen- oder mit Spindelausführung. Die Wahl hängt meist von der spezifischen Anwendung ab. Sofern die Maschine keinen aussergewöhnlich langen Hub benötigt, ist für die meisten Präzisionsanwendungen ein Antrieb mit Spindelantrieb von Vorteil. Diese Antriebe erreichen eine Wiederholgenauigkeit von ±0,01 mm, während Riemenausführungen um ±0,08 mm erreichen.
Ein weiterer Grund ist die Sicherheit. Elektrische Antriebe mit Spindelantrieb profitieren von der mechanischen Verbindung einer Kugelumlaufspindel. Aus technischer Sicht stellt diese Konstruktion ein wesentlich robusteres und damit sichereres Konzept dar, insbesondere bei vertikalen Anwendungen. Riemenantriebe benötigen eine zusätzliche Sicherheitskomponente, die ein Absacken der vertikalen Lasten verhindert, insbesondere im Falle eines Riemenschadens.
Sind Spindelantriebe nicht langsamer? Technisch gesehen ja, die Höchstgeschwindigkeit ist in der Tat langsamer als bei riemengetriebenen Modellen. Aber bei einer Bewegung, die aus mindestens drei Phasen besteht (Beschleunigung, Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und Verzögerung), kann ein Riemenantrieb nicht immer seine Höchstgeschwindigkeit erreichen. Es mag überraschen, dass die Positionierzeit eines elektrischen Spindelantriebs oft gleich oder manchmal sogar kürzer als die eines Riemenantriebs ist, insbesondere bei kurzen Hüben bis 800 mm.
Eine weitere Herausforderung sind Anwendungen mit hoher Belastung, bei denen der Riemenverschleiss eine regelmässige Überprüfung und Nachspannung erfordert. Während dieses Vorgangs wird sich der Riemen wahrscheinlich ausdehnen, und bei Anwendungen mit präziser Positionierung müssen die gespeicherten Positionen erneut überprüft und möglicherweise angepasst werden. Im Gegensatz dazu ist ein elektrischer Spindelantrieb wartungsfrei.
Hub versus Geschwindigkeit
Ein weiteres Phänomen, ist die Tatsache, dass eine Erweiterung des Hubs eines elektrischen Spindelantriebs dessen maximale Geschwindigkeit verringert, eine Folge der baulichen Einschränkungen. Hier sind zwei Hauptfaktoren von Bedeutung: die Drehgeschwindigkeit und die freitragende Länge der Spindel. Wenn wir den Hub über einen bestimmten Wert hinaus erhöhen, müssen wir die Drehgeschwindigkeit der Spindel verringern, um nicht in Resonanz zu geraten, und damit die lineare Geschwindigkeit des Antriebs reduzieren.
Um die Leistungsanforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, verschiedene Gewindesteigungen für Spindelantriebe zu verwenden. Und wenn eine Vergrösserung der Gewinde nicht mehr ausreicht, benötigen Sie ein Antriebsmodell mit Spindelabstützung, die den Abstand zwischen Mutter und Lager verringern, um Resonanzen zu vermeiden.
Schritt- oder Servomotor?
Das Drehmoment ist ein häufiges Unterscheidungsmerkmal, wenn es um die Dimensionierung von Motoren geht. Nicht nur das Nenndrehmoment, sondern auch das Drehmoment in Relation zur Motordrehzahl. Während AC-Servomotoren in der Lage sind, das Nenndrehmoment über den gesamten Nenndrehzahlbereich, beispielsweise 3000 U/min, aufrecht zu erhalten, liefern Schrittmotoren das maximale Drehmoment nur bei sehr geringer Drehzahl. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt das Drehmoment deutlich ab.
Kurz gefasst, ein elektrischer Antrieb mit Schrittmotor ist in der Lage, Anwendungen bei niedrigen Geschwindigkeiten zuverlässig zu realisieren. Wenn jedoch eine dynamischere Funktion erforderlich ist, ist ein AC-Servomotor vorzuziehen.
Elektrische Aktoren von SMC. (Video: SMC)
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