Linearantriebe erklärt: Präzises Drücken und Ziehen

Was ist ein Linearantrieb?

Arten von Linearantrieben

1. Kugelumlaufspindelantriebe: Diese Antriebe arbeiten mit einem Kugelumlaufspindelmechanismus, der über Kugelumlauflager und eine Gewindespindel verfügt. Dieses Design bietet verschiedene Vorteile:
   • Hohe Effizienz: Kugellager reduzieren die Reibung zwischen Mutter und Schraube, was zu einem reibungslosen und effizienten Betrieb führt.
   • Präzise Positionierung: Eine genaue und gleichmäßige lineare Bewegung wird durch die exakte Passung zwischen Schraube und Kugellagern ermöglicht.
   • Hohe Tragfähigkeit: Aufgrund ihrer robusten Konstruktion und geringeren Reibung können Kugelumlaufspindelantriebe höhere Lasten bewältigen als andere Arten.
2. Leitspindelantriebe: Im Vergleich zu Kugelumlaufspindelantrieben sind Leitspindelantriebe einfacher und kostengünstiger. Sie verfügen über eine Gewindespindel und eine Mutter, die die Drehung in eine lineare Bewegung umwandelt. Sie können jedoch auf Folgendes stoßen:
   • Höhere Reibung: Durch den Gleitkontakt zwischen Mutter und Schraube entsteht mehr Reibung, was zu Verschleiß der Mutter und verminderter Effizienz führen kann.
   • Weniger präzise Positionierung: Im Vergleich zu Kugelumlaufspindel-Antrieben können sich Leitspindel-Antriebe aufgrund der Gleitreibung mit etwas geringerer Genauigkeit bewegen.
   • Geringere Tragfähigkeit: Im Vergleich zu Kugelumlaufspindeln begrenzen die Reibungskräfte die Tragfähigkeit von Leitspindelantrieben.
3. Hydraulische Antriebe: Antriebe, die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit verwenden, um Kraft zu erzeugen und lineare Bewegung zu erreichen, werden als hydraulische Antriebe bezeichnet. Sie bieten:
   • Hohe Kraftfähigkeiten: Aufgrund ihrer Fähigkeit, unglaublich hohe Kräfte zu erzeugen, eignen sich Hydrauliksysteme gut für Schwerlastanwendungen in der Industrie, darunter das Bewegen von Maschinen und das Antreiben von Baumaschinen.
   • Hohe Geschwindigkeiten: Hydraulische Antriebe eignen sich perfekt für Arbeiten, die eine kraftvolle oder schnelle Platzierung erfordern, da sie schnelle Ausfahr- und Einfahrbewegungen erzeugen können.
   • Hohe Leistungsdichte: In Anbetracht ihrer Größe und ihres Gewichts können hydraulische Systeme eine erhebliche Kraft ausüben.
4. Pneumatische Antriebe: Pneumatische Antriebe werden mit Druckluft betrieben und sind eine hygienische und effektive Wahl für Anwendungen, die Folgendes erfordern:
   • Schnelle Bewegung: Pneumatische Systeme können, genau wie hydraulische Antriebe, hohe Betätigungsgeschwindigkeiten für schnelle Positionierung oder sich wiederholende Bewegungen erreichen.
   • Häufiges Starten und Stoppen: Die Kompressibilität der Luft ermöglicht ein sanftes Starten und Stoppen, was sie für Anwendungen mit häufigen Zyklen geeignet macht.
   • Kosteneffizienz: Pneumatische Antriebe sind bei mittlerem Kraftbedarf eine kostengünstigere Option als hydraulische Antriebe, da sie oft weniger teuer sind.
5. Linearmotoren: Durch die Verwendung elektromagnetischer Prinzipien erzeugen Linearmotoren direkt lineare Kraft, im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen Antrieben, die auf Geräte zur Umwandlung von Dreh- in Linearbewegung angewiesen sind. Sie bieten:
   • Hohe Geschwindigkeiten und Präzision: Hochleistungsanwendungen wie Robotik und Halbleiterproduktion profitieren stark von den bemerkenswerten Geschwindigkeiten und der Positioniergenauigkeit, die Linearmotoren erreichen können.
   • Minimaler Wartungsaufwand: Da es keine beweglichen Teile oder mechanischen Getriebe gibt, gibt es weniger Verschleiß und daher weniger Wartungsaufwand.
   • Sauberer und leiser Betrieb: Linearmotoren sind aufgrund ihres leisen und sauberen Betriebs ideal für den Einsatz in heiklen Situationen.

Warum werden Linearantriebe verwendet?

• Präzise lineare Bewegung: Da sich Linearantriebe kontrolliert und präzise bewegen können, sind sie die beste Wahl für Arbeiten, bei denen eine präzise Positionierung erforderlich ist.
• Vielseitigkeit: Linearantriebe können aufgrund ihrer Verfügbarkeit mit einer Vielzahl von Motortypen, Übertragungsmethoden und Tragfähigkeiten an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden.
• Sauberer und effektiver Betrieb: Die meisten Linearantriebe werden von Elektromotoren angetrieben, die eine effektivere und umweltfreundlichere Option als hydraulische oder pneumatische Systeme darstellen.
• Einfache Installation und Wartung: Linearantriebe sind häufig weniger kompliziert zu installieren und zu warten als komplexere Bewegungssteuerungssysteme.
• Kompaktes Design: Viele Linearantriebe haben ein leichtes, platzsparendes Design, das sie ideal für Anwendungen mit begrenztem Platz macht.

Video zu Linearantrieben

Wie funktioniert ein Linearantrieb?

1. Motorleistung: Der Kern des Antriebs ist ein Elektromotor, der die zum Starten der Bewegung erforderliche Drehkraft erzeugt. Schrittmotoren, Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren sind häufig in Linearantrieben verwendete Motortypen; jeder hat einzigartige Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Steuerungseigenschaften.
2. Kraftübertragung: Als nächstes empfängt ein mechanisches Übertragungssystem die Drehkraft vom Motor. Dieses System kann aus Riemen, Schrauben, Zahnrädern oder einer Mischung dieser Komponenten bestehen. Die Bewegungsstrecke, Geschwindigkeit und Ausgangskraft des Aktuators werden alle durch den jeweiligen Typ des verwendeten Übertragungsmechanismus bestimmt.
3. Lineare Umwandlung: Die letzte Phase beinhaltet die Umwandlung der Drehbewegung des Übertragungssystems in eine lineare Bewegung. Dies wird durch ein Gerät erreicht, das die Drehung in die beabsichtigte lineare Schub- oder Zugbewegung umwandelt. Leitspindeln, Kugelumlaufspindeln, Zahnstangen- und Ritzelsysteme und Riemenantriebe sind Beispiele für gängige Umwandlungsmethoden.

Wie stellt man einen Linearaktuator her?

1. Bereiten Sie den Gleitblock vor: Um den Gleitblock vorzubereiten, bohren Sie in die Mitte ein Loch, in das die Gewindestange passt. Stellen Sie sicher, dass die Gewinde problemlos durch die Lochgröße passen.
2. Befestigen Sie die Mutter am Gleitblock: Befestigen Sie durch das gebohrte Loch eine der Muttern mit einer Schraube oder einem Bolzen am Gleitblock. Diese Mutter wandelt die Drehung der Gewindestange in eine lineare Bewegung um.
3. Motor montieren: Schrauben, Muttern und Halterungen werden verwendet, um den Motor an einer Grundplatte zu montieren. Stellen Sie sicher, dass die Gewindestange und die Motorwelle in einer Linie liegen.
4. Kupplung anbringen: Eine flexible Kupplung wird verwendet, um die Motorwelle mit der Gewindestange zu verbinden. Dies ermöglicht eine leichte Fehlausrichtung der Stange und des Motors.
5. Gewindestange sichern: Binden Sie die andere Mutter an ein Ende der Gewindestange, um sie zu sichern. Die Stange kann mit dieser Mutter an einer anderen Struktur oder der Grundplatte befestigt werden.
6. Stromquelle anschließen: Schließen Sie den Motor gemäß den dem Motor beiliegenden Anweisungen an die Stromquelle an (Gleichstromversorgung oder Akkupack). Bei der Bewertung von Anschlüssen und Spannung kann ein Multimeter hilfreich sein.

Wie berechnet man die Position eines Linearantriebs?

• Motorspezifikationen: Zwei entscheidende Parameter sind die Umdrehungen pro Minute (U/min) und die Rotationsgeschwindigkeit des Motors.
• Übersetzungsverhältnis: Das Verhältnis der Leitspindel oder eines anderen Umwandlungsmechanismus zur Abtriebswelle des Motors legt fest, wie Drehungen in lineare Bewegung umgesetzt werden.
• Gewindespindelsteigung: Hier wird die Distanz angegeben, die das verschiebbare Element oder die Mutter bei jeder vollen Umdrehung entlang der Spindel zurücklegt.

Wo werden Linearaktuatoren verwendet?

• Bauwesen: Baggerarme, Kranausleger und automatisierte Schweißsysteme werden alle durch Linearantriebe betrieben.
• Landwirtschaft: Sie werden in Erntemaschinen, Gewächshausbelüftungssteuerungen und automatisierten Fütterungssystemen verwendet.
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: In Flugzeugen werden diese Aktuatoren zur Antennenpositionierung, zum Ausfahren des Fahrwerks und für Flugsteuerungsflächen eingesetzt. Sie werden auch in militärischen Anwendungen wie Leit- und Stabilisierungssystemen für Waffen verwendet.
• Transport: In modernen Autos werden Linearaktuatoren in Schiebedachmechanismen, Türsteuerungen und Sitzverstellungen verwendet.
• Unterhaltungselektronik: Für eine präzise Disc-Bewegung können optische Laufwerke in CD- und DVD-Playern Linearantriebe verwenden. Darüber hinaus können winzige Linearantriebe in High-End-Smartphone-Kameraobjektiven verwendet werden, um optische Zoomfunktionen bereitzustellen.

Beispiele für Linearantriebe

• Elektrische Fahrzeugsitze: Elektrische Sitzverstellungen werden in modernen Autos durch Linearantriebe ermöglicht, um Komfort und Ergonomie zu verbessern.
• Möbel: Zur einfachen Positionierung werden Linearantriebe häufig in höhenverstellbaren Schreibtischen und ergonomischen Stühlen verwendet.
• Hausautomation: Automatische Steuerung von intelligenten Jalousien und Rollläden mit Linearantrieben im Hausautomationssystem.
• Sicherheitssysteme: Versenkbare Poller, Sicherheitskameras und automatische Tore können alle mit Linearantrieben bedient werden.
• Medizinische Geräte: Medizinische Geräte wie Patiententransfergeräte, Operationsroboter und verstellbare Betten sind auf Linearantriebe angewiesen, um richtig zu funktionieren.

Fazit