SMC berät und klärt auf Wichtige Aspekte bei der Wahl elektrischer Antriebe

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Wenn ein elektrischer Antrieb als bevorzugte Methode zur Unterstützung einer bestimmten Anwendung identifiziert wurde, tauchen bei der Auswahl der optimalen elektrischen Lösung häufig Fragen zu den verschiedenen Optionen auf: Riemen- oder Spindelantrieb? Hub versus Geschwindigkeit? Schritt- oder Servomotor? Dieser Gastbeitrag bringt Licht ins Dunkel.

Riemen- oder Spindelantrieb?

Eine wichtige Überlegung ist die Wahl zwischen einem elektrischen Riemen- oder Spindelantrieb. Diese Entscheidung hängt in der Regel von der spezifischen Anwendung und den entsprechenden Anforderungen ab. Sofern die Maschine keinen aussergewöhnlich langen Hub benötigt, ist für die meisten Präzisionsanwendungen ein Spindelantrieb von Vorteil. Diese Antriebe erreichen eine Wiederholgenauigkeit von ±0,01 mm, während Riemenantriebe lediglich ±0,08 mm erreichen.

Ein weiteres Argument für Spindelantriebe ist die Sicherheit. Elektrische Spindelantriebe profitieren vom mechanischen Antrieb mit Kugelumlaufspindel. Aus technischer Sicht ist diese Konstruktion wesentlich robuster und damit sicherer, insbesondere bei vertikalen Anwendungen. Riemenantriebe benötigen hingegen eine zusätzliche Sicherheitskomponente, um ein Absacken der vertikalen Last, insbesondere bei einem Riemenschaden, zu verhindern.

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Technisch betrachtet sind Spindelantriebe zwar langsamer, da die Höchstgeschwindigkeit niedriger ist als bei riemengetriebenen Modellen. Allerdings kann ein Riemenantrieb bei Bewegungen, die aus mindestens drei Phasen (Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit, Verzögerung) bestehen, nicht immer die maximale Geschwindigkeit erreichen. Tatsächlich ist die Positionierzeit eines elektrischen Spindelantriebs oft gleich oder sogar kürzer als die eines Riemenantriebs, insbesondere bei kürzeren Hüben bis 800 mm.

Eine weitere Herausforderung stellen Anwendungen mit hoher Belastung dar, bei denen der Riemenverschleiss eine regelmässige Kontrolle und Nachspannung erfordert. Im Laufe der Zeit dehnt sich der Riemen aus, was bei präzisen Positionierungsanwendungen eine erneute Überprüfung und Anpassung der gespeicherten Positionen erforderlich macht. Im Gegensatz dazu ist ein elektrischer Spindelantrieb wartungsfrei.

Hub versus Geschwindigkeit

Eine bekannte Herausforderung bei elektrischen Antrieben ist, dass eine Erweiterung des Hubs die maximale Geschwindigkeit des Spindelantriebs verringert. Dies ist auf konstruktive Einschränkungen zurückzuführen.

Wichtige Einflussfaktoren sind dabei die Drehgeschwindigkeit und die freitragende Länge der Spindel. Wird der Hub über einen bestimmten Wert hinaus vergrössert, muss die Spindeldrehzahl reduziert werden, um Resonanzen zu vermeiden, was zu einer Verringerung der linearen Geschwindigkeit des Antriebs führt.

Um die geforderten Leistungsparameter zu erreichen, sind unterschiedliche Gewindesteigungen für Spindelantriebe notwendig. Wenn eine Erhöhung der Steigung nicht mehr ausreicht, ist ein Antriebsmodell mit Spindelabstützung erforderlich, um Resonanzen durch Verringerung des Abstands zwischen Mutter und Lager zu vermeiden.

Schritt- oder Servomotor?

Ein wichtiger Faktor bei der Motorauswahl ist das Drehmoment, sowohl das Nenndrehmoment als auch das Drehmoment im Verhältnis zur Drehzahl. Während AC-Servomotoren das Nenndrehmoment über den gesamten Drehzahlbereich (z. B. 3000 U/min) konstant halten, bieten Schrittmotoren das maximale Drehmoment nur bei sehr niedrigen Drehzahlen; mit steigender Drehzahl nimmt das Drehmoment deutlich ab.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich ein elektrischer Stellantrieb mit Schrittmotor für Anwendungen bei niedrigen Geschwindigkeiten eignet, bei dynamischeren Anforderungen ist jedoch ein AC-Servomotor die bevorzugte Wahl.

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