Online-Tools unterstützen Konstrukteure

Mit der geeigneten Software lassen sich tragfähige Automationslösungen für Mehrachsportale und Pick-and-Place-Aufgaben schnell und komfortabel realisieren. Synchronisierte Lineareinheiten ermöglichen Anwendungen, bei denen parallele Bewegungen von Schlitten oder Auslegern erforderlich sind.

In der Prozessautomation werden unterschiedliche Anforderungen an Lineareinheiten gestellt. Die Aspekte Geschwindigkeit, Nutzlast, Genauigkeit, Hublänge, Zuverlässigkeit und Robustheit sowie weitere Rahmenbedingungen wie Einsatzgebiet und Einschaltdauer bestimmen die Auswahl und Auslegung von Lineareinheiten und -führungen, Antriebselementen, Motoren, Steuerungen sowie passendem Zubehör.

Die geeignete Lineareinheit mit Antriebskomponenten zu ermitteln, ist eine komplexe und zeitaufwändige Aufgabe für Konstrukteure. Dabei erlangt die Digitalisierung eine immer größere Bedeutung: Online-Tools bieten die perfekte Unterstützung bei der Auswahl, Auslegung und Konfiguration von mechanischen Komponenten und Systemen. Konstrukteure erhalten damit in kürzester Zeit eine anwendungsspezifische Lösung für ihre Transportaufgabe.

Einsatz synchronisierter Einheiten

Für manche Anwendungen ist eine parallele Anordnung von Lineareinheiten notwendig, wenn beispielsweise eine synchrone Bewegung beider Einheiten in einer Ebene gefordert ist. Um dies technisch zu realisieren, wäre es möglich, jede Lineareinheit mit einem eigenen Antrieb auszustatten und eine SPS zu installieren, welche die gesamte Synchronisierung regelt. Einfacher und kosteneffizienter ist es jedoch, die Lineareinheiten über eine Welle miteinander zu verbinden und einen einzigen Motor einzusetzen.

Die Auslegung ist dann allerdings komplex, da zu der geeigneten Lineareinheit inklusive Antriebskomponenten auch die passenden Kupplungen und Antriebswellen ausgewählt werden müssen. Darüber hinaus ist es notwendig, die Momentbelastung beim Beschleunigen und Abbremsen zu ermitteln.

„Der MotionDesigner deckt verschiedene Automationsaufgaben ab, abgestimmt auf die individuellen mechanischen und elektrischen Anforderungen“, erklärt Uwe Schmitz, Teamleiter Produktmanagement Item Linear Motion Units. Mechanisch synchronisierte Lineareinheiten lassen sich abgestimmt auf die Transportaufgabe auslegen. Das intelligente Programm ermittelt die perfekte Kombination aus zwei Lineareinheiten und einer Synchronwelle, die den parallelen Lauf von zwei Schlitten beziehungsweise von zwei Lineareinheiten ermöglicht.

„Der Item-Systembaukasten bietet für eine Vielzahl von Lineareinheiten fertige Lösungen an – die Synchronisationssätze“, erläutert Schmitz. „Sie bestehen aus Kupplungen, die zwischen zwei Lineareinheiten montiert und mit einer Synchronwelle verbunden werden.“ Die Kupplungen sind auf die Lineareinheiten abgestimmt. Zwei metallische Klauen umschließen einen Kupplungszahnkranz aus Kunststoff, der axialen und radialen Versatz ausgleicht. Ein weiterer Vorteil dieser Kupplung ist, dass sie rotatorische Bewegungen dämpft. Darüber hinaus hält sie den vorliegenden Drehmomenten stand.

Für Portallösungen

Zur Automatisierung von Produktionsprozessen mit parallelen Lineareinheiten bieten sich unterschiedliche Portallösungen an. Das sind Kombinationen von Lineareinheiten, mit denen sich zahlreiche Aufgaben realisieren lassen, beispielsweise die Ansteuerung verschiedener Punkte in einer Ebene durch ein Werkzeug. Zwei Achsen verlaufen dann parallel und sind durch eine Synchronwelle verbunden.

Eingesetzt werden diese 2D-Flächenportale zum Beispiel in Anlagen zum Bedrucken oder Prüfen von Oberflächen. Dabei bewegen sich Taster, Sensoren oder Druckköpfe präzise über einen großen Bereich hinweg. Auch für 3D-Raumportale stehen Kombinationen von Linearachsen zur Verfügung. Anspruchsvolle Positionieraufgaben sind damit in drei Dimensionen darstellbar. Mit synchronisierten Linearachsen lassen sich beispielsweise zahlreiche Pick-and-Place-Systeme konstruieren, bei denen Greifer und Werkzeuge für die Bearbeitungsaufgaben an Schlitten und Trägerprofilen befestigt sind.

Mit hohem Fehlerpotenzial

Bei der Auslegung synchronisierter Linearachsen müssen Konstrukteure viele Einflussfaktoren berücksichtigen. Die Einbaulage, dynamische Parameter, auftretende Lasten und Kräfte spielen eine große Rolle. Abhängig von der maximal möglichen Drehzahl ist die Länge der Synchronwelle festzulegen. Auf der Basis von Datenblättern lassen sich Drehmomente errechnen und geeignete Kupplungen auswählen.

Um ein optimal funktionierendes System zu erhalten, müssen die ausgewählten Komponenten auch mechanisch kombinierbar sein. Konstrukteure stehen vor einer komplexen Aufgabe, die neben umfangreichem Expertenwissen viel Zeit erfordert. „Häufig wird die Lineareinheit basierend auf entsprechenden Eckpunkten ausgelegt und dabei aus Sicherheitsaspekten eher überdimensioniert“, sagt Schmitz. „Eine großzügige Auslegung erhöht jedoch die Kosten.“

Ist die Anlage dagegen nicht ausreichend dimensioniert, sind Defekte, Ausfallzeiten und ineffiziente Prozesse das Resultat. Stimmen Maße zur Verschraubung oder Passungen nicht und passen die einzelnen Komponenten nicht zusammen, muss im Nachhinein ein erhöhter Aufwand betrieben werden, um die Fehler durch eine maschinelle Nachbearbeitung zu korrigieren.

Unterstützung bei der Auslegung

Mit der Auslegung der Lineareinheiten sind Geschwindigkeit, Präzision und Traglast optimiert und die Anlage kann dauerhaft effizient betrieben werden. Das Online-Tool bietet Hilfe bei der Dimensionierung und Auswahl der Bauteile. „Der Motion Designer errechnet beispielsweise die maximalen Drehmomente und empfiehlt die Lösung mit der passenden Kupplung“, so Schmitz. „Auch kennt das intelligente Programm den Zusammenhang zwischen Länge der Synchronwelle und Maximalgeschwindigkeit der synchronisierten Linearachsen.“

Da die Last zwischen den beiden Schlitten synchronisierter Lineareinheiten ungleichmäßig verteilt sein kann, liefert das Programm eine detaillierte Abbildung der auftretenden Kräfte und berücksichtigt die Momentbelastung beim Beschleunigen sowie Abbremsen. Über die Vergleichsfunktion der Software sind sowohl die technischen Anforderungen sichtbar, die durch die Eingaben definiert wurden, als auch die technische Spezifikation der empfohlenen Anlage.