Mehr Wirtschaftlichkeit durch langlebige modulare Antriebselemente

Lineareinheiten allgemein

1. Wodurch unterscheiden sich isel Lineareinheiten von den Linearachsen anderer Anbieter?

Alle Linearmodule werden von isel in Deutschland gefertigt und sind perfekt aufeinander und auf die Linearführungen von isel abgestimmt. isel Kunden erhalten aus einer Hand ein komplettes Linearsystem mit Steuerung und Motor, auch Sonderanfertigungen sind möglich. Schnelle Ersatzteilbeschaffung und ein Ansprechpartner für alle technischen Aspekte des Linearsystems machen die Lineartechnik von isel zu einem Rundum-Sorglos-Paket für Industrie und Maschinenbau.

2. Wie ist eine Lineareinheit grundsätzlich aufgebaut?

Die Antriebselemente von CNC Maschinen unterscheiden sich nach der Anwendungsart. Je nach Anforderung werden sie entweder durch Schrittmotoren oder wartungsfreie Servo-Motoren angetrieben, wobei Schrittmotoren in der Regel bei einfachen Anwendungen und Servo-Motoren bei anspruchsvollen Prozessen zum Einsatz kommen. Neuste CNC Maschinen werden teilweile auch mit Linearmotoren angetrieben.

3. Wie funktionieren Linearachsen?

Eingesetzt in Industrie, Automation, Maschinenbau, Automobilindustrie, Medizintechnik, Ausbildungsstätten und Halbleiterindustrie wandeln Lineareinheiten eine drehende Bewegung in eine lineare Bewegung um. Lineareinheiten werden häufig in Bereichen eingesetzt, die sehr präzises Arbeiten erfordern, beispielsweise beim Fräsen, Dosieren und Lasern und 3D-Drucken.

4. Wie wird eine Lineareinheit ausgelegt?

Spindelsteigung, Spindellänge und Spindeldurchmesser gehören zu den wichtigsten Kriterien für die Konzipierung eines Linearsystems. Ferner spielen die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit, die Masse der zu bewegenden Teile und die vertikale oder lineare Anordnung, d. h. die Lage der Achsen, eine große Rolle. Außerdem muss die Gesamtlänge der Einheit für den gewünschten Verfahrweg verlängert werden, weil die verwendeten Schlitten den Verfahrweg beeinflussen. Berechnungsgrundlagen finden Sie hier.

5. Wodurch zeichnet sich eine gute Lineareinheit aus?

Gute Linearachsen arbeiten auch unter großer Geschwindigkeit und Belastung äußerst präzise mit hoher Wiederholgenauigkeit und Positioniergenauigkeit. Sie sind wartungsarm, robust und um weitere Achsen erweiterbar. Für einen hohen Maschinendurchsatz spielen auch die Lieferzeiten, die Schnelligkeit der Ersatzteilbeschaffung und eine einfache Systemeinbindung und Montage eine große Rolle. Steckerfertige Linearmodule, wie isel sie anbietet, besitzen den Vorteil, dass sie ohne großen Zeitaufwand in die bestehende Systemtechnik integriert werden können. Wird die Linearachse außerhalb von Werkzeugmaschinen implementiert, sollte man auch auf die Geschlossenheit und Kompaktheit der Lineareinheit achten.

6. Wie schnell ist Lineartechnik?

Die Geschwindigkeit von Lineareinheiten hängt von der Antriebstechnik ab. Während Kugelgewindetriebe 250 mm pro Sekunde zurücklegen, beträgt die Geschwindigkeit von Zahnriemenvorschüben immerhin bereits 1 m pro Sekunde. Mit der höchsten Schnelligkeit arbeiten Linearmotoren, die bis zu 4 m pro Sekunde zurücklegen können.

7. Wie hoch sind die Kosten einer Lineareinheit für den zurückgelegten Meter?

Ähnlich wie die Geschwindigkeit hängt auch der Meterpreis einer Lineareinheit von der Art der Antriebstechnik ab. Der Linearmotor als Hightech-Antrieb ist mit einem Meterpreis von 2000 € am teuersten. Der Preis pro Meter bei Kugelgewindetrieben liegt zwischen 600 € und 800 €, der Zahnriemenantrieb ist mit einem Betrag von 300 € bis 400 € am günstigsten.

8. Welches Zubehör gibt es für Linearachsen?

Wellenkupplungen, Verbindungswinkel, Schlitten- und Kreuztischplatten, Kupplungsgehäuse und Wellenschlitten: Das Zubehör für Linearsysteme ist vielfältig und hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Im isel-Shop ist die notwendige Modultechnik für Lineareinheiten einzeln erhältlich. So auch außenliegende Endschalter, Spindelunterstützung, Gasdruckfedern und Motoren mit Bremse.

9. Wie werden Linearachsen befestigt?

Bei den Aluprofilen sind in der Regel die rückseitigen T-Nuten für die Befestigung über fertige Gleitmuttern, T-Nutensteine oder Gewindeschienen vorbereitet.

10. Welche Rollen nutzt man für Linearachsen?

Die für Lineareinheiten genutzten Rollen sind sogenannte Linearlager, die im Schlitten eingebaut sind und direkt auf der Führung liegen. Die Kugeln der Lager bewegen sich dicht nebeneinander und geben auf diese Weise der Linearbewegung die notwendige Stabilität.

11. Kann man eine Lineareinheit selbst bauen?

Dies hängt vom Umfang und der Art der Lineartechnik ab. Im Hobby- und Modellbereich werden durchaus Linearachsen selbst konstruiert. Das passende Linear-Zubehör gibt es im isel-Shop. Bei größeren Anwendungen im Maschinenbau, der Industrietechnik und der Automatisierungstechnik ist es sinnvoller, mit fertig zusammengebauten Linearmodulen zu arbeiten.

Antriebstechnik bei Linearachsen

12. Wie werden Lineareinheiten angetrieben?

Man unterscheidet zwischen Lineareinheiten mit Spindelantrieb, Zahnriemenantrieb und Direktantrieb. Spindelantrieb und Zahnriemenantrieb werden je nach Bedarf und Anwendung durch Schrittmotoren oder Servomotoren mit oder ohne Positionsrückmeldung angetrieben. Diese werden direkt an die Lineareinheiten montiert. Bei den isel Linearsystemen LES 4 und LES 6 sind auch seitliche und bei LES 5 integrierte Montagen möglich. Dies gewährleistet eine möglichst platzsparende Integration des Motors in die Werkzeugmaschine. Ebenfalls denkbar ist eine Installation mit Bremse, einerseits im Motormodul, andererseits in der Verlängerung der Spindel. Beim Direktantrieb handelt es sich um Linearsysteme mit integrierten Linearmotoren. Hier befindet sich der Motor direkt im Schlitten, daher auch der Name Direktantrieb. Die Magnete sind auf der Linearführung befestigt. Auch bei den Linearmotoren sind Bremsen lieferbar.

13. Was ist eine Lineareinheit mit Spindelantrieb?

Eine Linearachse mit Spindelantrieb besteht aus einem biegesteifen Aluminiumprofil, einer Linearführungsschiene, einer Kugelgewindespindel, einer Kugelgewindemutter und einem Wellenschlitten mit Kugelumlauf. Bei isel werden die Rollen der Spindel und die Schleifen der Mutter selbst hergestellt, die Enden der Spindel bearbeitet und die Führungen geschnitten. Eine innen montierte Spindel besitzt einen Durchmesser von 16 mm in den Steigungen 2,5 mm, 4 mm, 5 mm, 10 mm und 20 mm. Die Längen im 100 mm Raster betragen 290 mm – 3490 mm. Die Motormontage erfolgt direkt, seitlich oder integriert.

14. Was ist ein Zahnriemenantrieb?

Der Aufbau des Zahnriemenantriebs erfolgt bei isel über ein biegesteifes Profil aus Aluminium, eine Linearführungsschiene, einen Zahnriemen mit Umlenkung und eine Wellenführung mit Kugelumlauf. Durch den Zahnriemen wird eine hohe Übersetzung pro Motorumdrehung und dadurch eine hohe Geschwindigkeit erreicht. Eine zahnriemenbetriebene Lineareinheit wird zum schnellen und punktgenauen Positionieren verwendet und kann in der Handhabungstechnik und Montageautomation sehr gut eingesetzt werden. Lineareinheiten mit Zahnriemenantrieb von isel sind in verschiedenen Breiten bzw. Stärken lieferbar. Die Standard-Profillängen betragen 3 m und 6 m, die Standardlängen der Führung liegen zwischen 298 und 2998 mm bzw. 5998 mm im 100 mm Raster und können verlängert werden.

15. Was ist eine Lineareinheit mit Linearmotor?

Auch hier geschieht der Aufbau über ein biegesteifes Profil aus Aluminium, eine 16 mm-Linearführungsschiene oder eine Stahlschienenführung, ein Spulenpaket mit 3, 6, 9 oder 12 Spulen für unterschiedliche Vorschubskräfte, eine Magnetschiene und einen Wellenschlitten mit Kugelumlauf. Die Führungen können verlängert bzw. aneinandergereiht werden. Somit sind Führungslängen bis 15m problemlos herstellbar. Rückseitig befinden sich T-Nuteneinzüge, ebenfalls im 100 mm Raster. Dadurch können die Lineareinheiten von isel - je nach Kundenanwendung - beliebig als Achssystem angeordnet und montiert werden. Die Führungen sind lebensdauergeschmiert, die Wartungsintervalle höher und die Lebensdauer länger als beim Spindelantrieb oder Zahnrahmenantrieb. isel Lineartechnik ist mit oder ohne Motormodul, mit Controller und Software erhältlich und erreicht hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeiten. Die Weginformationen werden per parallelem Messsystem oder direkt von den Magnetleisten bezogen.

16. Um wieviel Prozent kann der Maschinendurchsatz durch isel Linearmotor-Technologie erhöht werden?

Die ausgefeilte Lineartechnik, die sich hinter den Linearmotoren von isel verbirgt, zeigt sich besonders gut am Beispiel des Prozessanlagenherstellers AP&S International GmbH, der unter Reinraumbedingungen Wafer reinigt, ätzt, abbeizt und entwickelt. Hier wurden durch das isel Direct Drive System deutlich höhere Geschwindigkeiten und Positioniergenauigkeiten und eine gute Dynamik erreicht. Die Lebensdauer des Linearsystems verlängerte sich, gleichzeitig wurde der Wartungsaufwand minimiert. Das auf dem Führungsschlitten vormontierte magnetische Längenmesssystem isel-iMS gewährleistet den Empfang der Weginformationen über die Magnetschienen des Motors. Die Motormagnetleiste wird zum Bestandteil des Antriebs und ermöglicht auf diese Weise eine beliebige Verlängerung der Lineareinheit. Ein Feature, das bei anderen Anbietern im Allgemeinen nicht möglich ist. Die AP&S International GmbH konnte dank zukunftsweisender Lineartechnik von isel den Maschinendurchsatz um rund 15% steigern.

17. Was ist eine Linearachse mit Schrittmotor?

Ein Schrittmotor ist die einfachste Antriebstechnik und kann sowohl beim Spindelantrieb als auch bei Zahnriemenantrieb eingesetzt werden. Mit seiner offenen Steuerstrecke wird ein Schrittmotor vorrangig zur exakten Positionierung unter geringen Systemkosten eingesetzt. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von einer einfachen Punkt zu Punkt-Bewegung bis hin zu Präzisions - und Gleichlaufbewegungen. Zu den Hauptvorteilen des Schrittmotors zählt die Steuerung ohne geschlossenen Regelkreis. Der Motor gibt die von der Steuerung kommenden Weg- oder Geschwindigkeitsinformationen direkt und ohne Rückmeldung an das Antriebselement weiter. In den letzten Jahren hat sich der Schrittmotor als robustes, preisgünstiges und zuverlässiges Antriebselement bewährt und wird daher in nahezu allen Industriebereichen in den verschiedensten Bauformen und Baugrößen verwendet.

18. Was ist eine Lineareinheit mit Servomotor?

Beim Servomotor wird die Winkelposition der Motorwelle über einen Inkremantal- oder Absolutencoder überwacht. Dabei wird die Position der Motorwelle an den Controller übermittelt und der Regelkreis somit geschlossen. Dieser vergleicht das Signal mit einem vorgegebenen Sollwert und führt bei Abweichungen eine Formatverstellung des Motors bis zur Toleranz des Sollwertes durch. Durch den geschlossenen Regelkreis und die Motorüberwachung kann ein Bahnpuffer erzeugt werden. Im Vergleich zur Schrittmotortechnik können so höhere Geschwindigkeiten und harmonische Achsbewegungen mit hoher Laufruhe erreicht werden.

19. Was ist ein Linearsystem mit Direktantrieb?

Linearmotoren sind die hochwertigsten und schnellsten Motoren für Lineareinheiten. Die Positioniergenauigkeit und Wiederholgenauigkeit liegt dabei im µ-Bereich. Ein Linearmotor ist verschleißfrei, hat eine hohe Lebensdauer und kommt zunehmend in Werkzeugmaschinen, bei Positioniersystemen und Handlingsystemen in der Lineartechnik zum Einsatz.

20. Was ist ein Handrad in der Lineartechnik?

Ein manuelles Handrad ersetzt ein montiertes Motormodul. Es dient der manuellen Verstellung der Lineareinheit, beispielsweise der Veränderung einer Grundposition oder der exakten Einstellung einer Position, für die kein Motor benötigt wird. In der Industrietechnik kommen Handräder mittlerweile nur noch äußerst selten zum Einsatz.

Spezifische Linearachsen

21. Was sind Portal-Lineareinheiten?

Portal-Lineareinheiten bestehen aus 2 nebeneinanderliegenden Lineareinheiten, auf denen jeweils ein Winkel montiert ist. Zwischen den beiden Winkeln befindet sich eine weitere Linearachse, die von den beiden unteren vor- und zurückgefahren wird. Dabei bewegt sich die Querachse von rechts nach links, die anderen beiden Achsen von oben nach unten. Es entsteht eine Kreisbewegung in der flachen Ebene. Eine Portaleinheit zählt zu den XYZ-Linearachsen.

22. Was ist eine XYZ-Lineareinheit?

Eine XYZ-Lineareinheit wie die FlatCom Serie XL CNC Fräsmaschine von isel besteht aus mehreren zusammengestellten Achsen. Sie führt Bewegungen in unterschiedliche Richtungen durch und lässt sich auf diese Weise für vielfältige Prozesse und Anwendungen einsetzen.

23. Was ist eine XY-Lineareinheit?

Zu den XY-Linearachsen zählen hauptsächlich Kreuztische und H-Anordnungen. Innerhalb einer Ebene ermöglichen Lineartische eine Objektbewegung in zweifacher Richtung. Lineartische von isel enthalten zwei einachsige Linearführungen und können eins-zu-eins in eine Werkzeugmaschine eingebaut oder auch als spezielles Zubehör montiert werden.

24. Was sind vertikale Lineareinheiten?

Vertikale Linearachsen bewegen sich von oben nach unten. Man spricht auch von Z-Achsen

25. Was ist Lineartechnik mit Wegmesssystem?

Bei Lineareinheiten mit Wegmesssystem handelt es sich in der Regel um Linearmotoren oder Servomotoren mit direktem zusätzlichen Maßband auf der Führung, bei denen der Motor dem Controller seine aktuelle Position übermittelt. Bei isel ist das magnetische Längenmesssystem IMS bereits im Führungsschlitten (Messkopf) eingebaut und erhält die Weginformation über das Magnetband, welches auf der Linearführung verbaut ist.

26. Was ist eine Präzisions-Lineareinheit?

Je feiner das Messsystem, desto höher ist die Positioniergenauigkeit. Der wichtigste Aspekt für die Genauigkeit ist die gemessene Impulsanzahl pro Umdrehung. Unangefochtener Spitzenreiter in Sachen Positionier- und Wiederholgenauigkeit ist der Linearmotor.

27. Welche Lineartechnik ist für den Reinraum geeignet?

Die beste Eignung haben Linearmotoren. Diese erhalten aufgrund der wenigen Bauteile, die Partikel generieren können, die höchste Reinraumklasse. In Verbindung mit einem Reinraumfett sind bei isel grundsätzlich alle Linearachsen mit Spindelantrieb und Direktantrieb für den Reinraum geeignet.

28. Welche Linearsysteme können mit Greifern versehen werden?

Grundsätzlich kann ein Greifer an jede Linearachse montiert werden und erhält über die Steuerung den Öffnungs- bzw. Schließungsbefehl.