In diesem Beitrag werden die Linearachsen nach ihren Antriebsvarianten unterteilt behandelt, dabei handelt es sich mit den Zahnriemenantrieben, Spindelantrieben, Zahnstangenantrieben und Linearmotorantrieben um vier relevante Arten. Ihr solltet jedoch beachten, dass die Differenzierung variieren kann, was bedeutet, dass sie sich nicht nur hinsichtlich ihrer Antriebsvarianten einteilen lassen, sondern auch anhand der in der Tabelle aufgelisteten weiteren Unterscheidungsmerkmale.
Unterscheidung von Linearachsen nach:
- Arten der Führungssysteme
- innen- oder außenliegenden Führungssystemen
- Antriebsvarianten
- Basismaterial
- Herstellung von kundenspezifischen Längen oder Standardlängen
Die Differenzierung nach Arten der Antriebssysteme ist nur eine von fünf Unterscheidungsmöglichkeiten bei Linearachsen.
Da wenig allgemeingültige Aussagen hinsichtlich der Linearachsen getroffen werden können, wird im Folgenden schwerpunktmäßig auf NTN-Linearachsen der Marke SNR eingegangen.
Zahnriemenantriebe
Linearachsen mit Zahnriemenantrieb eignen sich zum Erfüllen schneller Handlings- und Positionieraufgaben. Alle Achsen sind mit einem AT- oder STD-Zahnriemen ausgerüstet, dabei ermöglicht die Zahnriemenklemmung über das Zahnsegment in Zahnriemenbreite eine ungeschwächte Klemmung. Dank einer radial verschiebbaren Lagerung der Umlenkscheibe kann zudem die Zahnriemenspannung exakt mittels der SNR-Zahnriemenspannvorrichtung, die aus einem Kraftmessgerät und Adaptervorrichtungen für die jeweilige Achstype besteht, eingestellt werden.
Die Vorteile dieser Methode zur Spannung des Zahnriemens sind:
- keine Gefahr der Überlastung des Zahnriemens bei Montage
- kein vorzeitiger Ausfall der Riemenscheibenlagerung durch zu hohe Riemenspannung
- optimale Laufeigenschaften durch zentrierte Ausrichtung des Zahnriemens bei der Montage
- geringer Verschleiß
Spindelantriebe
Charakteristisch für Linearachsen mit Spindelantrieb ist, dass sie mit Kugelgewindetrieben oder Trapezgewindespindeln ausgerüstet sein können. Besondere Eignung haben sie, wenn hohe Anforderungen an die Positionier- und Wiederholungsgenauigkeiten in Kombination mit hoher Steifigkeit des Antriebselements bestehen. Darüber hinaus ist eine direkte Antriebsadaption über Kupplung und Kupplungsglocke oder mithilfe eines Umlenkriementriebs möglich. Außerdem kann mit Spindelantrieben eine hohe Positioniergenauigkeit über große Verfahrwege erzielt werden. In Anwendungen, die größere Verfahrwege und höhere Geschwindigkeiten erfordern, können Spindelantriebe mit Spindelabstützungen ausgerüstet werden. Neben der Tatsache, dass damit relativ hohe Geschwindigkeiten möglich sind, dienen diese Spindelabstützungen darüber hinaus dazu, die freie Länge der Spindeln – das heißt, den Abstand der Mutter zum Loslager – um beispielsweise die Hälfte oder zwei Drittel zu verkürzen und somit die kritische Drehzahl zu erhöhen.
Zahnstangenantriebe
Eine weitere Antriebsvariante von Linearachsen sind Zahnstangenantriebe. Diese stehen für eine hohe Betriebssicherheit und sind demzufolge für vertikale Anwendungen geeignet. Da die Zahnstange aus Zahnstangensegmenten besteht, sind theoretisch unbegrenzte Verfahrwege möglich, was bedeutet, dass beliebig lange Linearachsen gebaut werden können. Aus diesem Grund bietet sich ein Einsatz der Zahnstangenantriebe beispielsweise in großen Flächenportalen an. Die induktiv gehärteten Zahnstangen und Zahnräder dieser Antriebsvariante gewährleisten eine hohe Lebensdauer; nicht unerwähnt sein sollte außerdem, dass Zahnstangenantriebe – selbst bei großen Lasten – höchste Steifigkeiten im Antriebssystem besitzen.
Linearmotorantriebe
Der Einsatz von Linearmotorantrieben bietet sich insbesondere bei Anwendungen an, bei denen höchste Anforderungen an die Positionier- und Wiederholgenauigkeiten gestellt werden. Ein großer Vorteil ist ihre Flexibilität, denn sie sind für extrem langsame (zum Beispiel 1 cm pro Stunde) ebenso wie sehr schnelle Bewegungen geeignet. Linearmotorantriebe sind wartungsfreie Antriebselemente und können theoretisch bei unbegrenzten Verfahrwegen Gebrauch finden. Ein Nachteil der Linearmotorantriebe ist, dass sie im stromlosen Zustand keinerlei Bremswirkung haben, was bei vertikalen Anwendungen kritisch sein kann.
Überblick zu den Vor- und Nachteilen der Antriebssysteme
In der folgenden Übersicht sind die wichtigsten Vor- und Nachteile der zuvor erwähnten Antriebssysteme im direkten Vergleich dargelegt.
| Vorteile | Nachteile | |
| Zahnriemenantrieb | • hohe Dynamik • große Längen • kostengünstig • wartungsfrei |
• geringere dynamische Betriebslast • geringere Antriebssteifigkeit • normalerweise ein Getriebe notwendig • geringere Wiederholgenauigkeit |
| Spindelantrieb | • hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeiten • große Vorschubkräfte • hohe Antriebssteifigkeit • meistens kein Getriebe notwendig |
• Geschwindigkeiten durch kritische Drehzahl und DN-Wert begrenzt • geringere Maximallängen • Nachschmierung notwendig |
| Zahnstangenantrieb | • theoretisch unbegrenzte Längen möglich • mehrere unabhängig verfahrende Antriebseinheiten möglich • große Vorschubkräfte • höchste Antriebssteifigkeit |
• Nachschmierung notwendig • geringere Positionier- und Wiederholgenauigkeiten |
| Linearmotorantrieb | • sehr hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeiten • sehr hohe Dynamik • verschleiß- und wartungsfreier Antrieb • theoretisch unbegrenzte Längen möglich |
• keine Bremsung des Systems im stromlosen Zustand (vertikaler Einsatz kritisch) • relativ hohe Kosten |
Es sollte stets von der jeweiligen Anwendung abhängig gemacht werden, auf welche Antriebsvariante zurückgegriffen wird.
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