IEF-Werner hat die präzise Lineareinheit profiLINE 140 mit Spindelantrieb weiterentwickelt und mit einer Abstützung ausgestattet, die bei großen Hüben zuverlässig ein Aufschwingen der Spindel verhindert und eine deutlich höhere Verfahrgeschwindigkeiten ermöglicht. Entstanden ist diese Innovation im Rahmen einer Bachelorarbeit.
IEF-Werner hat die Positioniereinheiten mit Spindelantrieb der Serie profiLINE entwickelt, um die positiven Eigenschaften einer Linearachse und eines Präzisionsschlittens zu verbinden. Bei diesen Lineareinheiten wandelt die Spindelmutter die Drehbewegung in eine lineare Bewegung um. Linearachsen mit Spindelantrieb ermöglichen hohe Vorschubkräfte und können damit auch schwere Lasten über Verfahrwege bis 1,5 Meter bei geringer bis mittlerer Geschwindigkeit bewegen.
Dazu kommen hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeiten. Im Vergleich zu Achsen mit Zahnriemen- oder Direktantrieb sind Spindelachsen bis zu einer gewissen Länge damit im Vorteil. Kombiniert mit einer Vielzahl standardisierter Montageelemente sowie in Verbindung mit anderen Lineareinheiten von IEF-Werner lassen sich damit auch komplexe, mehrachsige Positioniersysteme aufbauen. Thomas Hettich, Leitung Produktbereich Linearachsen bei IEF-Werner: „Zum Einsatz kommen die Spindelantriebe etwa in der Handhabungstechnik, der Fabrikautomation, beim Anlagenbau, in Palettierern und generell im Maschinenbau.“
Aufschwingen vermeiden
Bei allen spindelgetriebenen Lineareinheiten kommt es ab einem bestimmten Hub - bei gleichzeitig hohen Drehzahlen - zum unerwünschten Aufschwingen der Spindel. Dies verkürzt die Lebensdauer der Einheit. „Damit können unsere Kunden die Achsen nur mit einer begrenzten Geschwindigkeit oder einem limitierten Hub betreiben“, erläutert Hettich. Durch eine Spindelabstützung lassen sich die Vorteile einer Spindelachse dagegen auch bei größeren Hüben nutzen.
„Durch die Elimination störender Vibrationen kann die Spindeldrehzahl erhöht werden und der Kunde profitiert letztendlich von kürzeren Taktzeiten “, ergänzt Roland Wertz, der die Forschung & Entwicklung bei IEF-Werner leitet. Die konstruktive Umsetzung sollte im Rahmen einer Bachelorarbeit erfolgen.
Untersuchen und bewerten
Für Anton Dold, der sich in den letzten Zügen seines Mechatronikstudiums an der DHBW Karlsruhe befand, eine spannende Aufgabe. Es galt, mögliche Lagerungstechnologien und die Kinematik der Abstützung zu untersuchen und zu bewerten. Anton Dold: „In der Konzeptphase betrachteten und bewerteten wir verschiedene Möglichkeiten, wie die Spindelabstützung technisch umgesetzt werden kann. Zu den Kriterien gehörten unter anderem: Kosten, Wartungsfreundlichkeit und Integrierbarkeit in die bestehenden Linearachsen.“
Nach Abschluss der Konzeptphase machte sich der Student daran, gemeinsam mit den Experten von IEF, die eingesetzten Bauteile auszuwählen und zu dimensionieren. Abschließend galt es, die Lösung konstruktiv in die bestehende Positioniereinheit profiLINE 140 zu integrieren. Dabei sind beide Versionen – mit und ohne Abstützung – absolut kompatibel: Schlittenlänge, Bohrbild sowie Höhe und Breite sind identisch. Lediglich die Baulänge erhöht sich bei einer profiLINE 140 mit Spindelabstützung geringfügig.
Vorteile überzeugen
„Der Anwender profitiert mit unserer Neuentwicklung auf ganzer Linie“, verspricht Produktmanager Hettich. „Das fängt schon bei der Wartungsfreundlichkeit der Spindelabstützung an.“ Um sie zu schmieren, müssen Betreiber keine Bauteile demontieren. Das Gleitlager, das die Spindel unterstützt, lässt sich bei Bedarf wechseln - ohne Aufbau, Spindellagerung oder Lineareinheit ausbauen zu müssen. Beim Austausch entsteht somit kein Positionsverlust, Spezialwerkzeuge sind nicht erforderlich.
Das Wichtigste an dieser Entwicklung ist jedoch: Der mögliche Hub der Lineareinheit profiLINE 140 erhöht sich auf bis zu 2.500 Millimeter. Zusätzlich vergrößert sich der Hubbereich in welchem mit maximaler Verfahrgeschwindigkeit positioniert werden kann. „Mit der Spindelabstützung erreicht die Lineareinheit im Vergleich zu einer Einheit ohne Spindelabstützung etwa den doppelten Hub bei gleicher Geschwindigkeit - oder die dreifache Geschwindigkeit bei gleichem Hub“, resümiert Wertz.
Für Studierende attraktiv
Anton Dold konnte sein Studium mit dieser Bachelorarbeit erfolgreich abschließen und arbeitet heute als Konstrukteur bei IEF-Werner. Die Arbeit war - von den Grundlagen bis zur Ausarbeitung und Konstruktion der Spindelabstützung - in mehrere Phasen unterteilt. „Um mir eine gute Basis zu erarbeiten, stellte mir IEF-Werner die bereits vorhandenen Informationen über die bestehenden Linearachsen und sehr viele Erfahrungswerte zur Verfügung“, erinnert sich Dold. Als Mitarbeiter der F&E Abteilung stand er in ständigem Austausch mit den unterschiedlichen Experten. Offene Fragen und aktuelle Erkenntnisse konnten so umgehend besprochen und die Entwicklung zielgerichtet vorangetrieben werden.
Diese Bachelorarbeit war eine Win-Win-Situation für beide Seiten. Hettich erläutert: „Anton Dold konnte eine spannende und herausfordernde Aufgabe lösen, die ihn auf sein Berufsleben als Konstrukteur vorbereitet, und wir profitieren von einer innovativen Lösung, die wir nun in weitere Baugrößen unserer profiLINE-Reihe überführen werden.“
IEF-Werner bietet immer wieder interessante Themen für Abschlussarbeiten an. Das Besondere daran: Die Ergebnisse der Studierenden verschwinden nach Abschluss der Arbeit nicht in der Schublade. Der Automatisierungsspezialist nutzt sie aktiv, um den Kundennutzen zu erhöhen. Dabei legen die Experten sehr viel Wert darauf, die Nachwuchskräfte während ihrer Zeit bei IEF-Werner umfangreich zu unterstützen.
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