There are many factors to consider when selecting the correct linear motion system for your specific application. P.O.S.T.L.U.D.E.S. is an acronym which will quickly guide you to asking the right questions to determine the best product for the job.
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Vielleicht kennen Sie die Kürzel LOSTPED und LOPSTED, die Buchstaben für Last, Orientierung, Geschwindigkeit, Verfahrweg, Präzision, Umgebung und Arbeitszyklus. Dies sind sieben der grundlegenden Schlüsselelemente, die bei der Auswahl und Dimensionierung eines Roboter- oder Antriebssystems zu berücksichtigen sind. Jedes dieser Elemente sollte sowohl unabhängig als auch gemeinsam betrachtet werden, da die Kombination der Anforderungen manchmal zur Qualifizierung oder Disqualifizierung einer potenziellen Lösung führt. Diese Akronyme werden schon seit einiger Zeit verwendet, wenn auch mit zwei Auslassungen: ein "U" für Unbekannt und ein "S" für Sicherheit.
Um dieses Fehlen zu beheben, können wir ein "U" und ein "S" an das Ende der beiden bestehenden Akronyme anfügen, um LOSTPEDUS und LOPSTEDUS zu bilden, oder wir können ein neues Akronym schaffen: POSTLUDES. Viele von uns sind mit dem Wort Auftakt vertraut und meinen damit eine einleitende Vorstellung, Handlung oder Veranstaltung. Postlude ist einfach das Gegenteil und bedeutet eine abschließende Aufführung, Handlung oder ein Ereignis. Jedes dieser drei Akronyme ist geeignet, also wählen Sie dasjenige, das Sie sich am leichtesten merken können.
P — Präzision
- Was ist wichtiger Präzision oder Zuverlässigkeit?
- Wie hoch ist die Anforderung an die Präzision / Zuverlässigkeit?
- Sind diese Werte realistisch, basierend auf dem gewünschten Bewegungsablauf?
Präzision ist ein oft missverstandenes und falsch angewandtes Kriterium. Anstelle des Wortes "Präzision" sollten wir die Begriffe "Genauigkeit" und "Wiederholbarkeit" verwenden, obwohl diese beiden Begriffe oft verwechselt werden. Im Allgemeinen ist die Wiederholbarkeit wichtiger als die Genauigkeit. Dennoch verlangen die Kunden oft ein genaues System. Genauigkeit kann definiert werden als die Differenz zwischen der Position, an der sich ein System tatsächlich befindet, und der Position, an der es nach Meinung der Steuerung liegt. Die Wiederholgenauigkeit ist definiert als der Unterschied in der Position, wenn ein System unter denselben Umständen (d. h. dieselbe Richtung und dasselbe Bewegungsprofil) zu einer bestimmten Stelle zurückkehrt. Aufgrund von Spiel und Spielraum in der Mechanik besteht oft ein großer Unterschied zwischen der Wiederholbarkeit in eine Richtung und der bidirektionalen Wiederholbarkeit. Bei den meisten Systemen ist die bidirektionale Wiederholgenauigkeit wesentlich schlechter als die eindirektionale Wiederholgenauigkeit.
In Kombination mit dem Element Geschwindigkeit kann es kompliziert werden. Die meisten Systeme mit hohem dynamischem Leistungsniveau (hohe Geschwindigkeit und Beschleunigung) haben Schwierigkeiten mit hohen Genauigkeitsanforderungen. Diese Systeme neigen oft dazu, über ihren Zielort hinauszuschießen und dann die Richtung umzukehren, um die beabsichtigte Position wieder zu erreichen. Dies kann für manche Anwendungen problematisch sein. Hinweis: Linearmotor-basierte Systeme haben in der Regel nicht so extreme Probleme wie rotierende Servomotoren, da sie in der Regel eine größere Kraft auf das System ausüben; sie sind jedoch viel teurer als andere vergleichbare Systeme, und wenn die Kraftanforderung der Anwendung in der Nähe der Spitzenkraft des Linearmotors liegt, dauert es länger, bis sie sich einstellt.
O - Orientierung (Ausrichtung)
- Wie soll das System montiert werden? ("normal", auf der Seite liegend, umgedreht, vertikal, schräg, usw.)
- Wie wirkt sich dies auf die Lastanforderungen aus?
Die Ausrichtung eines Systems wird oft als selbstverständlich vorausgesetzt, wobei man davon ausgeht, dass die normale (horizontale) Ausrichtung verwendet wird. Dies ist eine falsche Annahme, denn ein System, das in horizontaler Ausrichtung funktioniert, funktioniert möglicherweise nicht, wenn es umgedreht wird, und es funktioniert wahrscheinlich nicht wie vorgesehen, wenn das System vertikal ausgerichtet ist. Wenn die Ausrichtung mit der Last kombiniert wird, kann dies dramatische Auswirkungen auf die Leistung eines Systems haben. Beispielsweise können nicht alle Systeme die gleiche Nutzlast in normaler (horizontaler) Ausrichtung tragen, wie wenn die Nutzlast umgedreht oder auf der Seite montiert ist. Ein System, das in horizontaler Ausrichtung gut funktioniert, funktioniert möglicherweise nicht richtig, wenn es in eine vertikale Ausrichtung gebracht wird, da der Motor nun direkt die Schwerkraft überwinden muss.
S — Speed (Geschwindigkeit)
- Welche maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung ist erforderlich?
- Wie hoch ist der maximal zulässige Ruck?
- Welches Bewegungsprofil (Form) ist gewünscht?
Die Geschwindigkeit eines Systems ist viel mehr als nur die Höchstgeschwindigkeit. Wenn man einen Kunden bittet, die maximale Geschwindigkeit, die maximale Beschleunigung oder das gewünschte Bewegungsprofil zu definieren, könnte es ihm schwer fallen, aber er könnte leicht erklären, dass seine Anlage X Teile pro Stunde produzieren oder sich in so vielen Sekunden von A nach B bewegen muss. Sobald diese Anforderung feststeht, lassen sich durch einfache mathematische Berechnungen die maximale Geschwindigkeit, die maximale Beschleunigung und das maximale Bewegungsprofil ermitteln. Wenn ein Kunde eine Strecke von zwei Metern zurücklegen muss, ist es ein großer Unterschied, ob er dies in zehn Sekunden oder in einer einzigen Sekunde schafft.
Ein oft übersehener Faktor ist der "Ruck", d. h. die Änderungsrate der Beschleunigung. Wird beispielsweise das Gaspedal eines Fahrzeugs langsam durchgedrückt, ergibt sich ein niedriger Ruckwert, wird das Gaspedal schnell durchgedrückt, ergibt sich ein mittlerer Ruckwert, und ein Aufprall auf eine Mauer würde einen sehr hohen Ruckwert ergeben.
Bewegungsprofil ist ein Begriff, der von Steuerungs- und Regelungsingenieuren verwendet wird, um die Bewegung eines Systems durch die Definition von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung (manchmal Ruck) in Abhängigkeit von der Zeit zu beschreiben. Die beiden gängigsten Bewegungsprofile sind dreieckig und trapezförmig.
T — Travel (Verfahrweg)
- Wie groß ist der erforderliche Verfahrweg?
- Wie hoch ist der zulässige Gesamtumfang?
- How much over-travel (safety zone) is required?
Der Verfahrweg ist eines der am einfachsten zu definierenden Elemente; allerdings werden bei dieser Variable oft einige Elemente übersehen. Die drei Elemente, die definiert werden müssen, sind Weg, Nachlauf und Gesamthüllkurve. Der Weg ist die Strecke, die das System zurücklegen muss. Der Nachlauf ist der zusätzliche Weg, der zum Ausgleich von Fehlern bei der Installation (z. B. Fehlausrichtung) und zum zusätzlichen Weg bei einem Notstopp verwendet wird. Der Gesamtraum ist der gesamte für das Bewegungssystem verfügbare Platz. Bei einigen Systemen steht nur sehr wenig zusätzlicher Platz um das Bewegungssystem herum zur Verfügung, was die Auswahl der Komponenten erschweren kann.
L — Last
- Was ist End of Arm Tooling (EOAT) und wo befindet es sich?
- Welche zusätzlichen Kräfte wirken während der Benutzung auf das System ein (z. B. Schneid- oder Druckkräfte)?
- Wie sehen die statischen und dynamischen Diagramme des Freikörpers aus? Wurden alle Lasten berücksichtigt?
- Was wird von dem System nach einem Aufprall erwartet?
Die Last bezieht sich auf die auf ein System wirkenden Kräfte. Die Last beginnt mit dem End of Arm Tooling (EOAT) und der Nutzlast. Das EOAT ist oft fest mit dem Roboter oder dem Bewegungssystem verbunden und führt eine Art von Arbeit aus. Typische Beispiele für EOAT sind: Schleifmaschinen, Schweißgeräte, Saugnäpfe, Greifer, Spender, Staubsauger und Spindeln. Der EOAT wird in der Regel mit einer zusätzlichen Last beaufschlagt. Diese Last kann in Form eines Gewichts auftreten, das vom System transportiert wird, oder in Form von Kräften, die auf das System einwirken, wenn der EOAT ein Schneidwerkzeug oder ein Schieber ist.
Es gibt drei Komponenten der "Belastung": statisch, dynamisch und Aufprall. Wichtig: Oft wird der dynamische Zustand vergessen, und fast jeder vergisst den Stoßzustand. Dynamische und Stoßbelastungen werden oft vergessen, weil sie auf einer Zeichnung nicht zu sehen sind.
Ein statischer Lastzustand liegt vor, wenn das System voll belastet ist und sich in Ruhe befindet. Dies ist der am einfachsten zu beschreibende Zustand. Zusätzliche Kräfte wie Beschleunigung und Abbremsung wirken auf das System ein, während es in Bewegung ist. Es gibt auch den Zustand der Stoßbelastung zu berücksichtigen. Was wird passieren, wenn das System abstürzt? Wird es voraussichtlich überleben? Wie viele Zusammenstöße wird das System voraussichtlich überleben? Sollte ein "schwaches Glied" als Schwachstelle eingeplant werden?
U — Unbekannt
- Was sind die bekannten Unbekannten? Was ist ein angemessener Wert für diese Unbekannten?
- Wie kann jemand dieses System falsch anwenden?
- Was kann schon schiefgehen?
- Was könnte sonst noch schiefgehen? (Wiederholen Sie diese Frage, bis Ihnen nichts mehr einfällt!)
Unabhängig davon, wie viel Planung in ein System fließt, wird es immer unerwartete Variablen geben, die die Leistung beeinträchtigen können. Die häufigsten Faktoren treten bei den meisten Systemen auf! Zwei der häufigsten sind zusätzliche Belastungen durch falsch ausgerichtete parallele Linearführungen und zusätzlicher Widerstand durch Kabel und Energieführungen. Beide Faktoren lassen sich überwinden, indem bei der Dimensionierung der Systemkomponenten ein angemessener Sicherheitsfaktor berücksichtigt wird. Diese Faktoren werden oft als "bekannte Unbekannte" bezeichnet, weil man weiß, dass sie existieren und das System beeinflussen werden, aber man weiß nicht, in welchem Umfang.
Darüber hinaus müssen die Konstrukteure berücksichtigen, wie ihr System missbraucht werden könnte. Ist es wahrscheinlich, dass der Endbenutzer das System schneller laufen lässt oder eine schwerere Last trägt? Wird sich ein Wartungstechniker auf ein wichtiges Gerät stellen, um an etwas anderes heranzukommen? Diese Dinge passieren, und es ist wichtig, sie einzuplanen.
D — Duty Cycle (Arbeitszyklus)
- Wie hoch ist die tatsächliche Nutzungsdauer des Systems?
- Wie hoch ist die erwartete Lebensdauer?
Die Betriebszeit ist ein häufig falsch berechneter Wert. Ein Beispiel: In einer Fabrik läuft ein Roboter acht Stunden am Tag. Während dieser acht Stunden befindet sich der Roboter fast ständig in Bewegung. Der häufigste Fehler, der gemacht wird, ist die fälschliche Annahme, dass die Einschaltdauer 33 Prozent (8/24 Stunden) beträgt. In Wirklichkeit beträgt die Einschaltdauer 100 Prozent, denn wenn das System im Einsatz ist, ist es ständig in Bewegung. Am einfachsten lässt sich die Einschaltdauer berechnen, wenn man eine einzelne Bewegung betrachtet. Wie lange dauert die einzelne Bewegung, und wie lange ruht das System zwischen den einzelnen Bewegungen? Viele Hersteller von Bewegungssteuerungskomponenten geben eine bestimmte maximal zulässige Einschaltdauer an, und einige reduzieren sogar die Nennlast, wenn ihre Komponente in einer Anwendung mit hoher Einschaltdauer eingesetzt wird.
Der zweite zu berücksichtigende Aspekt der Einschaltdauer ist die vom Kunden erwartete Betriebsdauer seines Systems. In der Regel wird eine bestimmte Zeitspanne angegeben, und es ist notwendig, rückwärts zu arbeiten, um die in dieser Zeit zurückgelegte Gesamtstrecke und die Gesamtbetriebsstunden zu ermitteln. Die Lebensdauer von Bewegungskomponenten wird in Metern oder Zoll angegeben, die Lebensdauer von elektrischen Komponenten in Stunden.
E — Environment (Umgebung)
- In welcher Umgebung soll das System installiert werden?
- Gibt es irgendwelche Gefährdungen in der Umgebung?
- Wie sieht der Wartungsplan aus, und ist das System für die Wartung/ Schmierung verfügbar?
- Gibt es in der Umgebung Schadstoffe, die das Bewegungssystem beschädigen können?
- Gibt das System Schadstoffe an die Umgebung ab, die andere Geräte oder Produkte beschädigen könnten?
There are two ways to consider the environmental effects for a motion system. First, you must consider how the environment will affect the system; and second, you have to consider how the system will affect the environment. Is the environment at a temperature extreme (i.e., hot or cold)? Are there contaminants in the area, such as dirt, chips, or liquids? Is a vacuum applied? Are there vibrations or other shock loads that could be applied directly to the system or to the area around the system? Will the system be installed in a clean environment where particulate generation could be an issue?
Und schließlich: Wo und wie wird das System installiert? Was umgibt das System? Kann ein Techniker leicht Zugang erhalten, um eine vorbeugende Wartung durchzuführen? Muss das System geschmiert werden, weil es keine Wartung gibt?
S - Sicherheit
- Gibt es Sicherheitsnormen, denen das System entsprechen muss?
- Was könnte passieren, wenn das System ausfällt?
- Gibt es Sicherheitsvorkehrungen, die für einen Systemausfall installiert werden müssen?
- Könnten Menschen durch dieses System verletzt werden? Wenn ja, wie wird das System geschützt?
In der heutigen "prozessfreudigen" Welt ist die Behandlung von Sicherheitsfragen wichtiger denn je. Nichts kann ein Unternehmen schneller zu Fall bringen als ein Gerichtsverfahren, und viele Versicherungsgesellschaften weigern sich, einen Unfall zu versichern, wenn ein Unternehmen es absichtlich versäumt hat, die erforderliche Sicherheitsausrüstung zu installieren. Die staatlichen Regulierungs- und Schutzbehörden (z. B. OSHA, CCOHS, EU-OSHA) und Industrienormen (z. B. ANSI Z##, ISO13849, IEC61508, EN61508, EN954, UL, CE) haben der Industrie strengere Standards auferlegt. Um zu bestimmen, welche Schutzmaßnahmen einzubeziehen sind, ist es sehr wichtig, einen Kunden zu fragen, ob es besondere Anforderungen gibt, denen sein System entsprechen muss, insbesondere wenn Menschen auf irgendeiner Ebene interagieren.
Überlegen Sie auch, was bei ungewöhnlichen und/oder unerwarteten Ereignissen passieren könnte. Was geschieht mit dem System und der Nutzlast bei einem Stromausfall oder einer Naturkatastrophe? Wird die Nutzlast sicher sein? Werden die Menschen in der Umgebung des Systems sicher sein? Was muss getan werden, um das System sicher zu machen, und wie viel wird das kosten?