Welche geschwindigkeit erreicht eine elektrische linearführung?

Wie schnell sich eine elektrische Linearführung bewegt, lässt sich nicht mit einem einzigen Wert beantworten. Je nach Antrieb, Bauform, bewegter Masse und Einsatzgebiet können zwischen wenigen Millimetern pro Sekunde und mehreren Metern pro Sekunde liegen. Entscheidend ist nicht allein die Leistungsfähigkeit des Motors. Auch Spindelsteigung, Zahnriemen, Führungssystem und Steuerung bestimmen, welche Geschwindigkeit im praktischen Betrieb tatsächlich erreicht werden kann.

Bei einer Linearführung mit Kugelgewindetrieb wird die Geschwindigkeit unmittelbar von der Drehzahl der Spindel und ihrer Steigung beeinflusst. Eine Spindel mit großer Steigung kann bei gleicher Motordrehzahl einen deutlich größeren Verfahrweg erzeugen als eine feinere Spindel. Allerdings steigt mit zunehmender Steigung nicht automatisch die nutzbare Leistung. Die verfügbare Kraft nimmt bei gleicher Antriebsleistung tendenziell ab. Für Anwendungen mit hohen Lasten ist deshalb häufig ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Vorschubkraft erforderlich.

Anders sieht es bei Zahnriemenachsen aus. Hier können relativ hohe Verfahrgeschwindigkeiten erreicht werden, weil der Antrieb mit einer vergleichsweise geringen rotierenden Masse arbeitet. Solche Systeme eignen sich beispielsweise für Pick-and-Place-Anlagen, Verpackungsmaschinen oder leichte Positionieraufgaben. Bei sehr schnellen Bewegungen wird jedoch die Beschleunigung zu einem wichtigen Faktor. Eine Achse kann theoretisch 2 m/s erreichen, benötigt dafür aber ausreichend Strecke, um diese Geschwindigkeit überhaupt aufzubauen.

Auch die bewegte Masse beeinflusst das Ergebnis erheblich. Ein leichter Schlitten lässt sich wesentlich schneller beschleunigen als eine schwere Plattform mit Werkzeug, Werkstück oder zusätzlicher Mechanik. Gleichzeitig können hohe Geschwindigkeiten Schwingungen verursachen. Eine steife Führung und eine präzise abgestimmte Regelung sind daher besonders wichtig, wenn kurze Positionierzeiten gefordert werden.

Der Motortyp spielt ebenfalls eine Rolle. Servomotoren können ihre Drehzahl sehr schnell verändern und liefern bei geeigneter Auslegung ein hohes Beschleunigungsvermögen. Schrittmotoren sind dagegen stärker von Last, Drehzahl und Resonanzverhalten abhängig. Bei zu hoher Geschwindigkeit kann das verfügbare Drehmoment deutlich sinken, wodurch Schrittverluste möglich werden.

In der Praxis sollte deshalb nicht nur die maximale Geschwindigkeit des Herstellers betrachtet werden. Interessanter ist, welche Geschwindigkeit unter realer Last, mit der gewünschten Positioniergenauigkeit und über die vorgesehene Lebensdauer zuverlässig funktioniert. Eine etwas langsamere Linearachse, die sauber und reproduzierbar arbeitet, kann für eine Maschine wesentlich wertvoller sein als eine theoretisch extrem schnelle, aber schlecht beherrschbare Konstruktion.

Für die Auslegung sind daher mehrere Werte gemeinsam zu betrachten: maximale Drehzahl, Übersetzung, Spindelsteigung beziehungsweise Riemenübersetzung, bewegte Masse, Beschleunigung, Last und gewünschte Genauigkeit. Erst aus diesem Zusammenspiel ergibt sich die Geschwindigkeit, die eine elektrische Linearführung in der jeweiligen Anwendung sinnvoll erreichen kann.

link