Entwickelt wurde die Technologie der Planeten-Wälz-Gewindespindel vom DLR für eine Weltraummission. (Bild: Bernhard Richter/ke NEXT)
Die Linearantriebe von Ortlieb, basierend auf der ASCA Servospindel, kombinieren die Vorteile eines Planetengetriebes mit denen einer Linearspindel. Beim Einsatz im Serac Elektrozylinder von Ortlieb erreichen sie so bei geringem Platzbedarf und Gewicht gleichzeitig mehr Dynamik. Im Gegensatz zu hydraulischen Antrieben benötigen sie kein Fluid, sind damit umweltfreundlicher, leiser, erreichen schnellere Taktzeiten und genaueste Positionierung unter Last und sind langlebiger.
Ortlieb bietet mit der Serac Baureihe ein komplettes Standardportfolio von 4,5 kN – 600 kN. Durch die Kombination mehrerer Antriebe sind bis zu 1000 kN und mehr erreichbar. Ortlieb bietet eine große Vielfalt an Komplettpaketen. Dabei sind Elektroservozylinder, Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG) und Zubehör wie Sensoren, Regler oder BUS-Systeme jeweils anwendungsspezifisch austauschbar.
Die verschiedenen Baureihen werden auch als Komplettlösungen angeboten. Alle Serac Elektrozylinder können mit Servoreglern verschiedenster Hersteller betrieben werden. Ortlieb bietet aber auch in Zusammenarbeit mit Keba Industrial Automation Komplettlösungen aus einer Hand.
„Das Vorgehen ist bei Ortlieb immer dasselbe: Zunächst das Lastprofil der Anwendung bestimmen, die Spindel auslegen, mit dem Ziel die richtig dimensionierte PWG zu finden, um eine möglichst optimale und lange Lebensdauer zu erreichen“, erklärt Dirk Laubengeiger, Geschäftsführer der Ortlieb Präzisionssysteme GmbH & Co. KG aus Zell unter Aichelberg.
Das Video zeigt die Funktionsweise der Planeten-Wälz-Gewindespindel anschaulich - einfach, wie genial!
ASCA Servospindel
Basierend auf dem Funktionsprinzip einer Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG) wandelt die ASCA Servospindel die Drehbewegung eines Motors in eine lineare Bewegungen um. Ausschlaggebend für die Entwicklung dieser PWG war das Deutsche Luft- und Raumfahrt-Zentrum DLR. Für die Entwicklung eines ferngesteuerten Roboters für die D2-Mision waren zwei gegensätzliche Funktionen zu erfüllen: Die Einhaltung des Massenlimits für die Luft- und Raumfahrt bei gleichzeitiger sicherer Verfügbarkeit von hohen Kräften.
Bisherige Spindeln konnten diesen Anforderungen nicht erfüllen. So entwickelte die DLR die PWG und ließ sie weltweit patentieren. Ortlieb, erwarb das Patent, entwickelte die Spindel weiter zur ASCA Servospindel und brachte sie zur industriellen Reife.
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SERAC Elektrozylinder
Mit Hilfe der Gewindespindel kombiniert mit einem Planetengetriebe ist die Optimierung der Auslegung von Elektromotoren mit hoher Flexibilität möglich. Variable Steigungen ab 0,5 mm können auf Kundenwunsch etwa an die Vorgaben von Pressen angepasst werden und erlauben so schnelle Geschwindigkeiten bei gleichzeitig hoher Kraftdichte. Es sind je nach Spindelsteigung ebenso geringe Geschwindigkeiten bei geringer Steigung und besonders hohen Kräften erreichbar. Hier lassen sich durch feine Regelung Wiederholgenauigkeiten von +/- 5 µm realisieren. Dies ist beispielsweise in Dosieranwendungen oder bei Stanzapplikationen wichtig. Durch die flexible Spindelsteigung lässt sich das Übersetzungsverhältnis von Dreh- und Hubbewegungen also einfach konfigurieren. Bewegungen sind so hochdynamisch oder auch mit geringer Dynamik besonders präzise regelbar. Im SERAC Elektrozylinder von Ortlieb werden die Technologievorteile der ASCA Servospindel besonders sichtbar.
Direkt angetrieben mit der ASCA Servospindel benötigt der Elektroantrieb kein zusätzliches Getriebe. Durch die Kombination aus Servomotor und Regelungstechnik wird der Wirkungsgrad und damit die Energieeinsparungen gegenüber hydraulisch oder pneumatischen Antriebssystemen verbessert. Die Verwendung von Hydraulikflüssigkeit entfällt und somit auch Umwelt- und Sicherheitsprobleme. Position und Geschwindigkeit lassen sich durch die hohe Steifigkeit des Komplettsystems einfacher regeln als in hydraulischen Antriebssystemen. Mit einem integrierten Wegmesssystem ist höchste Positioniergenauigkeit unter Last garantiert. Es baut sehr klein, da es eine äußerst kompakte Sensorik verwendet und kann auch mit komplett voreingestelltem Regler als Plug-and-Play-Einheit eingesetzt werden.
Damit sind SERAC Elektrozylinder eine effiziente und umweltfreundliche Alternative zu Hydraulikzylindern und zudem noch platzsparend. Denn durch die schlanke Bauform können sie in bestehende Konstruktionen problemlos eingefügt werden. Ein Systemwechsel vom Hydraulik- zum Elektroantrieb ist mit sehr geringem konstruktivem Aufwand möglich. Die Technologie der Planeten-Wälz-Gewindespindel ist wesentlich leiser.
Für die Langlebigkeit des Systems sorgt unter anderem der systembedingte und gewollte Schlupf der Gewindespindel. Die Berührungsflächen von Spindel und Planetenrollen ändern sich hierbei ständig und verhindern dadurch typische Verschleißstellen, wie beispielsweise in anderen Systemen mit Verzahnung oder Zwangssynchronisation.
Langlebigkeit durch hohe Genauigkeit in Schliff und Geometrie
Die Ortlieb-Antriebe sind also robuster und haben höhere Standzeiten . Dabei beträgt der Schlupf bei maximaler Kraft nur etwa ein Prozent und ist durch direkte oder indirekte Wegmessung kompensierbar, bei einer Positioniergenauigkeit besser 5 µm.
Ein Vorteil der Elektromotoren mit Servospindel ist zudem die hohe Regelbarkeit beim schnellen Positionieren. Gerade beim Stanzen, Falzen, Biegen, Formen sind sehr kurze Taktzeiten erreichbar. Ein weiteres Plus der Elektromotoren ist die Prozessdatenerfassung. Daten wie Kraft und Geschwindigkeit können schon während des Prozesses ausgelesen und durch Regeln der Parameter eingestellt werden.
Regelung und Überwachung durch Datenrückspeisung sowie eine detaillierte Überwachung und Dokumentation und damit eine 100-prozentige Qualitätskontrolle sind möglich und tragen dem Anspruch an Digitalisierung in der Produktion Rechnung. So lassen sich Fehler frühzeitig erkennen und vermeiden.