Zu den Antriebskomponenten eines Linearsystems gehören Motoren, Frequenzumrichter und Steuerungseinheiten. Sie verwandeln elektrische in mechanische Energie und sorgen für die Positionierung der Last. Die mechanische Energie kann entweder rotatorisch-linear oder direkt-linear eine Bewegung erzeugen. Bei der ersten Variante wird das Drehmoment eines Motors über eine Getriebemotor- oder Aktuatorverbindung in eine axiale Verstellbewegung gewandelt. Elektrische Linearmotoren erzeugen hingegen eine direkte Linearbewegung ohne rotatorische Bauteile. Um die gewünschte Verstellgeschwindigkeit, -kraft, Beschleunigung und Positionierung für eine hohe Leistungsfähigkeit des Systems zu erreichen, wird der Antriebsmotor angesteuert.
Antriebskomponenten im Überblick
Zu den Antriebsoptionen zählen Servomotoren, mit denen sich mehrere Positionen auf mehreren Achsen am genauesten anfahren lassen. Schrittmotoren bieten ebenfalls eine exakte Positionierung, aber nur bei einer begrenzten Anzahl von Positionen, während drehzahlgeregelte Antriebe lediglich die Geschwindigkeit steuern können. Die Positioniergenauigkeit wird durch die Einbindung von Steuerungen, Schaltern, Sensoren und optischen Drehgebern erreicht. Ein Servomotor hat z.B. so viele Pole, dass es zur Ermittlung der Stellung an einem bestimmten Punkt einen Encoder erfordert, der die exakte Position der Motorwelle zurückgibt. Steuerungen nutzen die Information, um Abweichungen zwischen aktueller und gewünschter Position zu errechnen. Steuerungssysteme wie SPSen können anschließend programmiert werden, um bei erkannten Abweichungen korrigierend einzugreifen oder komplexe Verfahrsequenzen wie Mehrachsbewegungen auszuführen. Durch die zunehmende Digitalisierung auch im Antriebsbereich können die Rückmeldefunktionen, die bislang externe Geräte erforderten, heute direkt integriert werden. So reduzieren sich sowohl die Komplexität als auch die Einbaugröße.
Bewegen der Last
Angetrieben von Motoren und Frequenzumrichtern und unter der Kontrolle einer SPS oder anderer Steuerungen stellen die linearen Verstellmechanismen die mechanische Verbindung dar, mit denen die Last von einer Position zur anderen bewegt wird. Sie werden gemeinhin als Stellglieder oder Aktuatoren bezeichnet. Aber Verstellmechanismen können auch Kugelgewindetriebe, Hubspindeln, Zylinder, Hubmagnete, Riemenantriebe oder sonstige Vorrichtungen sein, die eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung auf einer oder mehreren Achsen umwandelt.
Führung und Abstützung
Die Führungskomponenten eines Linearsystems bestimmen die Bewegungsrichtung des Verstellmechanismus und stützen ihn gleichzeitig ab. Zu diesen gehören Rundschienen – auch Wellen genannt – oder Profilschienen mit eckigem Querschnitt. Beide Varianten können in geschmierten, in einem Metallblock verpressten Lager laufen, oder man verwendet z.B. eine Ausführung mit doppelter Kugelführung, die auf gehärteten Wellen läuft, wie Thomson sie anbietet. Die Alternativen und die darauf laufenden Lagerblöcke dienen gleichermaßen zur Abstützung des Systems und zur Richtungsvorgabe.
