antriebstechnik 9/2017

LINEARTECHNIK
Bei der Wahl geeigneter Zahnriemen müssen
natürlich die spezifischen Anforderungen
an Zahnriemen-Linearmodule gebührend
berücksichtigt werden. Häufig werden
diese nämlich in Verbindung mit elektrischen
Servoantrieben als lagegeregelte
Antriebsachsen eingesetzt. Maximale Bewegungsgeschwindigkeit,
hohe Beschleunigungen,
hohe Belastbarkeit und hohe
Genauigkeit bei möglichst hoher Steifigkeit
bestimmen daher im Wesentlichen insbesondere
das optimale Zahnprofil, den
Zahnriemen-Werkstoff sowie die Ausführung
der Zugstränge. In der Regel kommen
daher ausschließlich sog. Hochleistungs-
Zahnriemen zur Anwendung, welche sich
z. B. von den üblichen Normprofilen vor
allem durch deutlich höhere Zähne mit entsprechend
größeren belastbaren Kontaktflächen
unterscheiden [7].
01 Zahnriemen-Linearachse
02 Ausführung von Zahnriemen-Linearachsen
Die Eigenschaften
Die Zahnriemen-Linearmodule sind vielseitig
und universell einsetzbar. Darüber
hinaus weisen sie für den Anwender Vorteile
auf: Als einbaufertige Antriebsmodule
führen sie zu einer deutlichen Reduzierung
des anwenderseitigen Konstruktionsaufwandes,
zumal der Markt eine große Auswahl
an Ausführungen für die verschiedensten
Anforderungen zur Verfügung
stellt. Die äußeren Gestaltungsmerkmale
erlauben zudem eine modulare Kombinierbarkeit
zu Mehrachssystemen. Sie sind insbesondere
auch für längere Verfahrwege
geeignet (bis ca. 10 m) und weisen darüber
hinaus durchaus beachtliche dynamische
Kennwerte auf, d. h. hohe Bewegungsgeschwindigkeiten
(bis ca. 5 m/s) sowie hohe
Beschleunigungen (bis ca. 50 m/s 2 ). Die
erreichbaren Wiederholgenauigkeiten mit
< 0,1 mm/m Verfahrweg können mit Zahnstange-/Ritzel-Systemen
durchaus konkurrieren,
weshalb solche Linearmodule vorwiegend
auch in lagegeregelten Achsen
Verwendung finden.
Die Zahnriemen als Bindeglied zwischen
Antriebsmotor und bewegter Last weisen
zwar einerseits nur eine begrenzte Steifigkeit
auf, was sich andererseits auf ein geringes
Bewegungsgeräusch auswirkt und
zudem eine gewisse dämpfende Wirkung
entfaltet, insbesondere bei Lastwechseln.
Den genannten Vorteilen stehen natürlich
auch, allerdings vergleichsweise wenige,
systembedingte Nachteile gegenüber. Die
begrenzte Steifigkeit z. B., welche oben
bereits mit ihren positiven Auswirkungen
erwähnt wurde, kann andererseits aber
auch dazu führen, dass der Zahnriemen
sich während der Betriebszeit – je nach
Werkstoff der Zugstränge – geringfügig dehnen
kann und dadurch die Vorspannung
reduziert wird. Erschwerend kommt noch
hinzu, dass sich die Trumlängen – und damit
auch der Belastungsausgleich für den
Zahnriemen zwischen Lasttrum und Leertrum
– bei Bewegung permanent ändern.
Außerdem besteht bei extremen Lastwechseln
bzw. im Reversierbetrieb auch eine
Neigung zu Schwingungen des Zahnriemens.
Allgemein ist die richtige Vorspannung
des Zahnriemens insgesamt von hoher
Bedeutung und erfordert entsprechend
große Sorgfalt.
Die Eigenschaften zeigen, dass die Vorteile
von Zahnriemen-Linearmodulen im
Vergleich zu alternativen mechanischen
Linearachsen eindeutig überwiegen. Neben
den zahlreichen technischen Vorteilen führen
insbesondere auch die geringen Kosten
dazu, dass solche Zahnriemen-Linearmodule
aus dem Maschinenbau und der
Automatisierungstechnik nicht mehr wegzudenken
sind.
Die Einsatzgrenzen
Die Einsatzgrenzen von Zahnriemen-Linearmodulen
ergeben
sich im Wesentlichen aus
n der max. Belastbarkeit
des
verwendeten
Zahnriemens
n dem Verschleißverhalten des Zahnriemens
n der max. zulässigen Bewegungsgeschwindigkeit
der Führungselemente
n der mechanischen Steifigkeit des Gesamtsystems.
Dabei wird die Grenze der Belastbarkeit des
Zahnriemens i. a. dann erreicht, wenn das
von der eingestellten Vorspannung und der
zusätzlich auftretenden Umfangskraft abhängige
Teilungsmaß der Riemenzähne
und die Teilung der Riemenscheiben so erheblich
voneinander abweichen, dass eine
elastische Verformung der Riemenzähne
dies nicht mehr ausgleichen kann. Die daraus
entstehenden Eingriffstörungen füh-
03 Zahnriemen-Linearmodul
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