Implementierung von Anti

Jul 10, 2023

Die Integration von Leitspindeln mit Schrittmotoren ist eine einfache und kostengünstige Methode zur Erzielung präziser linearer Bewegungen. Um diese Präzision zu erreichen, ist jedoch eine Verdrehsicherung erforderlich, die entweder vom Benutzer extern hinzugefügt oder vom Hersteller eingebaut werden muss. Um herauszufinden, welche Option für Sie sinnvoll ist, müssen Sie Ihren Bedarf an einem Leitsystem analysieren und die Vor- und Nachteile jedes Ansatzes abwägen.

Die Hauptkomponenten einer herkömmlichen motorisierten Leitspindel (MLS) sind ein Schrittmotor, eine Leitspindel und eine Mutter, die auf verschiedene Weise mit der Last verbunden ist. Wenn der Motor die Leitspindel dreht, sollten sich die Mutter und die angeschlossene Last vorwärts oder rückwärts bewegen, um die für die Anwendung erforderliche Positionierung zu erreichen. Wenn diese Mutter jedoch nicht gesichert ist, dreht sie sich mit der Schraube und es wird keine Bewegung über die Achse übertragen.

Es gibt zwei Hauptansätze zur Stabilisierung der Mutter, um diesem Problem vorzubeugen. Eine besteht darin, selbst ein externes Leitsystem aufzubauen; Die andere besteht darin, ein System zu kaufen, bei dem die Mutter bereits durch die Konstruktion des Aktuatorherstellers gesichert ist.

Wenn Sie bereits einen motorisierten Linearantrieb (MLA) verwenden und über das technische Wissen und die Ressourcen verfügen, können Sie selbst eine Antirotationsbaugruppe entwerfen und hinzufügen. Wenn Ihre Anwendung Hublängen von mehr als 2,5 Zoll, Lasten über 200 lbf und Geschwindigkeiten über 20 Zoll/s aufweist, ist ein externes System möglicherweise die beste Wahl. Der Aufbau eines eigenen Leitsystems kann ein zeitaufwändiger und etwas riskanter Prozess sein.

Der wohl kritischste Faktor bei der Wahl einer externen vs. internen Führungsstrategie ist der verfügbare Platz für externe Strukturen. Gängige Ansätze für einen externen Ansatz umfassen eine Kombination aus Profilschienen, Linearschienen oder anderen verankerten Baugruppen, die an der Mutter befestigt werden, um deren Bewegungen präzise zu steuern (Abbildung 1). Abhängig von Ihrem Entwurf umfasst die Stückliste dann Verbindungselemente, Kupplungen und andere Komponenten. Auch die Art und Weise, wie Sie das System montieren, die Last befestigen und die Ausrichtung sicherstellen, sind entscheidende Erfolgsfaktoren.

Wenn Sie die oben genannten Probleme richtig angehen, könnte Ihnen der Aufbau eines eigenen Leitsystems etwas mehr Flexibilität bei der Zuordnung eines Systems zu Ihrer Anwendung verschaffen und zu etwas niedrigeren Komponentenkosten führen – insbesondere, wenn Zeit und langfristige Wartung nicht berücksichtigt werden. Bei kleineren Anwendungen ist es jedoch fast immer besser, wenn der Hersteller eine Verdrehsicherung einbaut, da die Gesamtkosten für die Installation, einschließlich Konstruktionszeit und anderen Posten, oft geringer sind.

Abbildung 2 zeigt ein Pipettiersystem mit einem Aktuator und integriertem Führungssystem. Durch die Integration der gesamten Führungstechnologie in den Aktuator wird das System wesentlich einfacher. Die meisten Hersteller erreichen die erforderliche Führung, indem sie die Spindelwelle mit einem Schutzrohr umgeben, das verhindert, dass sich die Mutter dreht, und gleichzeitig eine reibungslose Hin- und Herbewegung ermöglicht.

Bei einigen Schrittmotor-Linearaktuatoren besteht das Abdeckrohr aus Aluminium und wird am Motor befestigt, der fest auf einer stabilen Oberfläche montiert ist (Abbildung 3). Im Rohr eingeformte Keilwellen fangen die Mutter ein, um sie am Drehen zu hindern, und ermöglichen so eine lineare Bewegungsübertragung über die Leitspindel. Die Mutter ist an einem Verlängerungsrohr aus Edelstahl befestigt, das mit der Last verbunden ist und diese ähnlich wie ein herkömmlicher Aktuator vorwärts oder rückwärts bewegt.

Durch den Kauf von Schrittmotor-Linearaktuatoren mit eingebauter Verdrehsicherung entfallen der Zeit-, Kosten- und Wartungsaufwand für den Eigenbau. Es reduziert auch die Stückliste, mit der Sie umgehen müssen, und die längerfristigen Kosten für den Besitz und Betrieb Ihrer Aktuatoren. Außerdem wird es im Werk ausgerichtet, was zu einer dauerhaft zuverlässigen Leistung beiträgt.

Viele hochpräzise Anwendungen mit relativ kurzen Hüben können von diesem Ansatz profitieren. Neben Anwendungen, bei denen es um die Probennahme aus vertikalen Positionen zur Abgabe von Chemikalien geht – wie bei den abgebildeten Pipettieranwendungen –, umfassen weitere Beispiele die präzise Steuerung von Proportionalventilen, die Einstellung des Mikroskopobjektträgers und die Neigung des Computermonitors.

Im Allgemeinen sind Schrittmotor-Linearaktuatoren für Standard-Schrittmotorgrößen (Motorrahmengrößen NEMA 8, 11, 14, 17 und 23), einfach oder doppelt gestapelt, mit einer Vielzahl von Motorwicklungsoptionen und linearen Auflösungsoptionen im Bereich von 0,063 bis erhältlich 7,5 μin linearer Weg pro Schritt. Die verfügbaren Angebote unterscheiden sich möglicherweise hinsichtlich der Fähigkeit, Radial- und Momentlasten zu bewältigen, der Fähigkeit zur Integration anderer Geräte, der Sichtbarkeit rotierender Teile, den Montageoptionen und der Anpassungsfähigkeit. Daher ist es ratsam, vor dem Kauf Ihre Anforderungen in diesen Bereichen zu berücksichtigen.

Handhabung von Radial- und Momentlasten. Obwohl es bei den meisten verwandten Anwendungen um Axiallasten geht, sollte ein richtig angepasstes System in der Lage sein, Radial- oder Momentlasten von fünf bis zehn Prozent der Axiallast zu erreichen. Wenn Ihre Anwendung die Handhabung von Radial- und Momentlasten erfordert, suchen Sie nach Aktuatoren mit integrierten Buchsen oder anderen Merkmalen, die diese Fähigkeit für „Seitenlasten“ bieten.

Externe Geräte einbinden. Es besteht durchaus ein Trend zur Integration mehrerer Geräte, um die Steuerung zu verbessern und die Wartungskosten zu senken. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, lineare Encoder an der Rückseite des Schrittmotors anzubringen. Um diese Option offen zu halten, vermeiden Sie Baugruppen, bei denen die Schraube an der Rückseite des Motors herausragt.

Montage. Wenn Sie vorhandene Motoren ersetzen, können Sie sich einiges an Ärger ersparen, indem Sie einen Motor mit Bolzenlochmustern nach NEMA-Standard kaufen. Die Lochpositionen können jederzeit individuell angepasst werden, aber wenn Sie mit dem NEMA-Standard beginnen, ersparen Sie sich beim Erstkauf und in der Zukunft Ärger.

Anpassung.Zu den Anpassungsoptionen gehören neben der Anpassung der Lochmuster auch die Endenbearbeitung, die Verkabelung, die Verkabelung und die Anschlüsse.

Wenn Sie in Ihrem Unternehmen über qualifizierte Ressourcen verfügen, kann der Aufbau einer eigenen Verdrehsicherung für Ihren integrierten motorisierten Spindelantrieb kurzfristige Kostenvorteile mit sich bringen. Durch den Kauf eines integrierten Schrittmotor-Linearaktuators können Sie jedoch schneller mit der Produktion beginnen und präzisere und zuverlässigere Bewegungen erzielen, während gleichzeitig die längerfristige Wartung und die Gesamtbetriebskosten reduziert werden.

Dieser Artikel wurde von Julian Anton, Designingenieur bei Thomson Industries, Wood Dale, IL, verfasst. Für weitere Informationen klicken Sie hier.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Februarausgabe 2019 des Motion Design Magazine.

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