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Ein nicht-geführter Schrittmotor wirkt auf dem Datenblatt kompakt. Die Gewindespindel bewegt sich durch das Motorgehäuse, anstatt aus einem festen Gehäuse herauszuragen, wodurch das Motorgehäuse relativ kurz bleibt. In Mechanismen, die große Hubwege auf engstem Raum erfordern, verspricht diese umgekehrte Bauweise einen großen Hub bei einer kleinen Antriebskomponente.
Ein nicht fest montierter Aktor reduziert die Größe des Antriebsgehäuses, indem er die Anforderungen an Führung, Verdrehsicherung und Ausrichtung auf die umgebende Maschine verlagert. Dieser Ansatz eignet sich am besten, wenn die umgebende Struktur diese Anforderungen bereits erfüllt.
Um festzustellen, ob ein nicht-gekapselter Aktor tatsächlich Platz spart, muss das gesamte installierte Bewegungssystem bewertet werden, anstatt nur die Motorkörperlängen zu vergleichen.
Funktionsweise eines nicht-geführten Linearantriebs
Standardmäßige Stangenaktuatoren halten die Leitspindel Im Inneren des Gehäuses dreht der Motor die Schraube, welche eine an der Abtriebswelle befestigte Innenmutter bewegt. Diese Mutter schiebt oder zieht eine Abtriebswelle entlang einer einzigen Achse.
Ein nicht-geführter Aktor kehrt diese mechanische Anordnung um. Der Motor dreht eine im Rotor fixierte Innenmutter, während die Gewindespindel vollständig durch die Mitte der Motorwelle verläuft. Durch die Drehung der Innenmutter bewegt sich die Gewindespindel axial durch das Motorgehäuse.
Da die Gewindespindel durch den Motor hindurchführt, ist ihr Verfahrweg nicht durch die Tiefe des Motorgehäuses begrenzt. Der Verfahrweg kann deutlich über die Tiefe des Motorgehäuses hinausgehen.
Stangenantrieb: Die Gewindespindel und die Laufmutter sind in der Antriebseinheit enthalten.
Nicht-geführter Aktor: Die Gewindespindel bewegt sich durch das Motorgehäuse, während sich die innere Mutter dreht.
Diese kompakte Bauweise bringt eine Voraussetzung mit sich: Die Gewindespindel muss während ihrer Bewegung durch den Motor gegen Verdrehen gesichert und ausgerichtet bleiben. Fehlt eine entsprechende äußere Verdrehsicherung an der Maschine, kann sich die Spindel mit der inneren Mutter drehen, anstatt sich geradlinig zu bewegen.
Warum nicht-gebundene Aktoren externe Beratung benötigen
Um die Drehung der Mutter in eine lineare Bewegung umzuwandeln, muss verhindert werden, dass sich die Gewindespindel dreht, und sie muss mit der Motorachse ausgerichtet bleiben.
- Verdrehsicherung: Die Gewindespindel bzw. die daran befestigte Last muss so fixiert sein, dass sie sich nicht mit der inneren Mutter mitdrehen kann.
- Linearführung: Die Gewindespindel muss zur Motorachse ausgerichtet bleiben, um das Risiko von Gewindeverschleiß oder Verbiegung unter Last zu verringern.
Wenn die angehängte Last oder die umgebende Maschine die Bewegung bereits führt und eine Drehung verhindert, ist möglicherweise keine separate Führungsschiene erforderlich. Sind diese Funktionen nicht bereits in die Maschine integriert, werden zusätzliche Führungs- oder Verdrehsicherungen benötigt, wodurch sich der Platz- und Materialaufwand für die Installation erhöht.
Wie sich Ausrichtung und Knicken der Leitspindel auf die Installation auswirken
Nicht-eingespannte Gewindespindeln reagieren zudem empfindlich auf die Wellenausrichtung und Druckbelastung.
Die Gewindespindeln müssen weiterhin präzise mit dem angeschlossenen Mechanismus ausgerichtet bleiben. Bei manchen nicht fest integrierten Konstruktionen ist ein gewisser Grad an Fehlausrichtung möglich, da das Spiel in der Mutter es der Spindel ermöglicht, der Position der angeschlossenen Last zu folgen.
Das Ausmaß der zulässigen Fehlausrichtung hängt von der Konstruktion des Aktuators ab, daher sollte die Montagevorrichtung die Schraube und den daran befestigten Mechanismus weiterhin korrekt ausrichten.
Die Druckbelastung erfordert einen weiteren Aspekt. Eine lange, dünne Gewindespindel kann sich unter Druckkräften mit zunehmender freier Länge verbiegen. Je nach Anwendung kann die Konstruktion einen größeren Spindeldurchmesser, eine kürzere freie Länge oder zusätzliche Abstützungen erfordern.
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Alternativen für Aktuatoren: Stangen- und Schienenaktuatoren für beengte Bauweisen
Sind Linearführung und Verdrehsicherung nicht in die umgebende Maschine integriert, übernimmt ein eigenständiger Aktor diese mechanischen Funktionen innerhalb der Antriebseinheit selbst. Welcher Aktortyp am praktischsten ist, hängt jedoch vom verfügbaren Platz ab.
Mikrolinearaktuatoren in Stangenform
Im Gegensatz zu einem nicht feststehenden Stellantrieb ist bei einem Stangenstellantrieb der Antriebsmechanismus im Stellantriebsgehäuse integriert. Da die Abtriebsstange über das Gehäuse hinausragt, muss die Konstruktion vor dem Stellantrieb ausreichend Platz für den erforderlichen Hub vorsehen.
Gleisantriebe: Bei beengten Platzverhältnissen für eine Ausfahrstange
Wenn eine in sich geschlossene Einheit bevorzugt wird, aber nicht genügend Platz für eine ausfahrbare Stange vorhanden ist, kann auch ein Schienenantrieb verwendet werden.
Anstatt eine Abtriebsstange über den Körper hinaus zu verlängern, wird ein Kettenaktuator wie der Actuonix T16 Die Aktuatorreihe bewegt einen Gleitblock entlang eines direkt in den Aktuatorrahmen integrierten Kanals.
- Kein ausziehbarer Ausgangsstab: Der Aktuatorkörper behält während des gesamten Hubs eine konstante Gesamtlänge.
- Reduzierter Vorwärtsabstand: Da keine Stange über den Rahmen hinausragt, passt der Aktor auch in beengte Gehäuse, in denen der Freiraum nach vorne eingeschränkt ist.
- Integrierte Leitlinien: Das Schienengehäuse führt den beweglichen Block entlang einer festen Bahn, wodurch die Notwendigkeit externer Führungsschienen entfällt, die ausschließlich die Bewegung des Aktuators unterstützen.
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Auswahl eines Aktuators basierend auf dem gesamten Installationsraum
Bei der Auswahl zwischen nicht-geführten, Stangen- und Schienenantrieben sollte man die gesamte Anlage berücksichtigen und nicht nur die Motorabmessungen vergleichen.
1. Verhindert die Maschine bereits, dass sich das bewegliche Teil dreht?
Ja: Ein nicht geführter Aktor kann eine praktische Lösung sein. Sobald die Gewindespindel an einer nicht rotierenden beweglichen Baugruppe befestigt ist, kann die Innenmutter die Spindel hin und her bewegen, ohne dass sich die Spindel selbst dreht.
no: Es muss eine Verdrehsicherung hinzugefügt werden, oder ein eigenständiger Aktor lässt sich möglicherweise einfacher integrieren.
2. Ist genügend Platz für eine Verlängerungsstange vorhanden?
Ja: A Stangenbetätigung Kann funktionieren, wenn genügend Platz vorhanden ist, damit sich die Stange über den erforderlichen Hub ausdehnen kann.
no: A Spurantrieb Die Bewegung wird entlang des Aktuatorkörpers beibehalten, eine ausfahrbare Ausgangsstange ist nicht erforderlich.
3. Wie lang ist der Hub und welche Druckbelastung muss die Schraube aufnehmen?
- Nicht-geführte Aktuatoren werden häufig für längere Hübe verwendet, da die Gewindespindel durch den Motor hindurchgeführt werden kann, anstatt im Aktuatorgehäuse eingeschlossen zu sein.
- Bei Druckbelastungen müssen die freie Schraubenlänge und die Druckkraft weiterhin auf Knickgefahr geprüft werden. Größere freie Schraubenlängen verringern im Allgemeinen die zulässige Druckbelastung.
Ein nicht fest montierter Stellantrieb kann den verfügbaren Platz optimal nutzen, wenn die Maschine bereits die notwendige Arretierung bietet, um die Drehung der Gewindespindel zu verhindern. Ist diese Arretierung nicht bereits Teil der Konstruktion, können Stangen- oder Schienenantriebe den Bedarf an zusätzlichen Bauteilen reduzieren.
Häufig gestellte Fragen
Wann sollte ich einen Schienenaktuator anstelle eines Stangenaktuators wählen?
Wählen Sie einen Schienenantrieb, wenn Sie eine in sich geschlossene Einheit mit integrierter Führung und Verdrehsicherung benötigen, Ihr Gehäuse aber nicht den erforderlichen Freiraum für eine Auszugsstange bietet. Der bewegliche Schieber des Schienenantriebs bleibt innerhalb der Grundfläche des Hauptgehäuses.
Kann ein nicht-geführter Linearantrieb seine Position halten, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird?
Ob ein nicht geführter Linearantrieb rückwärtslaufen kann, hängt unter anderem von der Steigung der Gewindespindel ab. Gewindespindeln mit feiner Steigung sind rückwärtslaufbeständiger, während Gewindespindeln mit gröberer Steigung unter äußerer Last eher zum Rückwärtslaufen neigen.
Die Anforderungen an die Haltekraft sollten daher unabhängig von der Wahl zwischen nicht-geführten, stangen- und schienengeführten Aktuatorarchitekturen bewertet werden. Auch die Lagerart spielt eine Rolle. Nylonlager halten ihre Position eher, während Kugelgewindetriebe sich unter ihrem Eigengewicht zurückziehen können.
Wie kann ich ein Knicken der Gewindespindel bei nicht geführten Aktuatoren mit langem Hub verhindern?
Um ein Ausknicken von Säulen unter Druckbelastung zu verhindern, muss die kritische Lastgrenze anhand des Schraubendurchmessers, der freien Länge und des Materials berechnet werden. Überschreitet die Drucklast die kritische Grenze, bieten sich folgende Optionen an: Vergrößerung des Schraubendurchmessers, Verringerung des Hubs oder Einbau externer Linearführungen.
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