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Manuelle Positioniereinheiten - Präzision auf kleinem Raum
Positioniereinheiten spielen eine zentrale Rolle in der Mechanik und sind für Konstrukteure in vielen verschiedenen Anwendungen unerlässlich. In diesem Artikel werden wir uns mit der Funktionsweise von Positioniereinheiten, ihren verschiedenen Arten und deren Anwendungen beschäftigen.
Was sind manuelle Positioniereinheiten?
Eine Positioniereinheit, Positioniertisch oder Stelltisch ist ein Bauteil, das dazu dient, ein Werkstück oder ein Werkzeug in eine bestimmte Position zu bringen. Der Positioniertisch kann dabei horizontal oder vertikal ausgerichtet sein und ist in der Regel mit seinem Korpus auf einer stabilen Grundplatte montiert. Die Position des beweglichen Tisches kann durch Drehen einer Kurbel oder einer Einstellschraube verändert werden. Alternativ kann die Position über eine Gewindestange oder einen Spindelantrieb eingestellt werden.
Die Hauptfunktion von Positioniereinheiten besteht darin, eine präzise Bewegung von Werkstücken oder Werkzeugen in einer bestimmten Richtung oder um eine Achse auszuführen. Dabei werden verschiedene Führungssysteme verwendet, über die lineare Bewegung in einer bestimmten Richtung oder präzise Drehbewegung um eine Achse umgesetzt werden.
Mehrachsige Systeme kombinieren mehrere Arten von Bewegungen, um komplexere Bewegungsabläufe auszuführen. Je nach Ausführung der Positioniereinheit können hohe Präzision, niedrige Bauhöhe oder große Hublängen im Fokus der Bauart stehen.
Arten von Positioniereinheiten
Es gibt viele verschiedene Arten von Positioniereinheiten, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Nachfolgend sind die gängigsten Arten mit ihren jeweiligen Eigenschaften aufgeführt. Positioniereinheiten sind mechanische Einheiten mit Führungen, Vorschubmechanismen und Klammern.
Stelltische bestehen aus einem Grundkörper, der an einer Fläche innerhalb des mechanischen Systems befestigt ist, und einem beweglichen Tisch, auf dem Werkstücke oder Werkzeuge befestigt werden können. Durch einen Stellmechanismus wird der bewegliche Tisch gegen den Grundkörper entweder linear oder rotierend verschoben. Durch die Kombination von Positioniertischen mit unterschiedlichen Linear- und Rotationsachsen können dreidimensionale Positionier- und Justiervorgänge entlang der X-, Y- und Z-Achse sowie Rotationsbewegungen mit einem hohen Maß an Präzision vorgenommen werden.
Lineartische
Linear-Tische stellen die einfachste und am häufigsten verwendete Art bei der Positionierung dar. Der bewegliche Tisch wird bei der linearen Bewegung entlang einer festgelegten Achse verfahren. Die Position des Tisches wird mithilfe Einstellschraube festgelegt.
Rotationstische
Bei Rotations-Tischen wird der bewegliche Teil des Positioniertisches gegen den Grundkörper rotiert, um eine Drehung des darauf angebrachten Werkstücks oder Werkzeugs zu ermöglichen. Dabei können Winkeleinstellung bis auf 0,5° genau vorgenommen werden.
Goniometertische
Goniometer-Tische verfügen über eine bogenförmige Auflagefläche zwischen dem Korpus und dem beweglichen Teil des Positioniertisches. Dadurch wird die Drehung des auf dem Stelltisch angebrachten Werkstücks um eine Achse ermöglicht, die oberhalb der Positioniereinheit liegt. Durch die Verlagerung der Drehachse deckt der Bewegungsradius des Goniometertische zwar nur einen kleinen Winkelbereich ab, jedoch sind dadurch sehr präzise Justiervorgänge bis auf Winkelunterschiede von 0,1° realisierbar.
Wie wird die Stellung von Positioniereinheiten eingestellt und fixiert?
Bei der Auswahl des passenden Führungssystems müssen die Anforderungen, die sich aus der geplanten Anwendung ergeben eingehend betrachtet werden. Dabei sollten neben Traglast und Toleranzen bezüglich Geradheit, Neigung und Parallelität vor allem die Charakteristiken der Führungs-, Stell- und Klemmsysteme einer genaueren Prüfung unterzogen werden.
Führungssysteme
Je nach Anforderungen an Laufruhe, Präzision, Traglast und Geschwindigkeit bei der Führung der beweglichen Tische können unterschiedliche Linearführungsprofile eingesetzt werden. Zu den gängigsten Linearführungsprofilen zählen Schwalbenschwanzführungen, Kreuzrollenführungen und Kugelführungen.
| Schwalbenschwanz-Schienenführung | Kreuzrollenführung | Kugelführung | |
|---|---|---|---|
| Aufbau | Eine gleitende Trapezprofilnut bzw. -profil erleichtert die Führung. | Eingeschlossene Zylinderrollen stehen abwechselnd über Kreuz und liegen zwischen zwei Nutschienen. Die Rollenbewegung wirkt sich in guten Führungseigenschaften aus. | Stahlkugeln laufen in gotischen Bogenformnuten, die in die Tischprofile eingearbeitet sind. Die Rollbewegung wirkt sich in guten Führungseigenschaften aus. |
| Geradheit | Standard: 50 µ Hohe Präzision: 30 µ |
Standard: 50 µ Hohe Präzision: 3 µ |
Hohe Präzision: 1 µ Motorgetrieben |
Stellmechanismen
Zum Einstellen der Position stehen für die jeweiligen Arten von Führungssystemen bei Stelltischen verschiedene Stellmechanismen zur Auswahl. Die Auswahl des Stellmechanismus hat direkte Auswirkungen auf die Präzision und und den Verfahrweg, der durch eine Umdrehung der Stellschraube erreicht werden kann.
| mit Ritzeltrieb | Einstellschraube | Einstellschraube | Mikrometerschraube | Mikrometerschraube (Grob- / Feineinstellung) | Digitial-Mikrometerschraube | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Führungsmechanismus | Schwalbenschwanzführung | Schwalbenschwanzführung | Kreuzrolle / lineare Kugelführung | Kreuzrolle / lineare Kugelführung | Kreuzrolle / lineare Kugelführung | Kreuzrolle / lineare Kugelführung |
| Verfahrweg pro Umdrehung | 17 - 20 mm | 0.5 - 10 mm | 0.5 - 1 mm | 0.5 mm | 0.025 - 0.5 mm | 0.5 mm |
| Geeignet für Schnellvorschub | ✓ | ❌ | ❌ | ❌ | ❌ | ❌ |
| Geeignet für Feinvorschub | ❌ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ ✓ | ✓ ✓ |
| Geeignet für präzises Positionieren | ❌ | ❌ | ✓ | ✓ | ✓ ✓ | ✓ ✓ |
| Besonderheiten | Schraubensteigung frei wählbar | Günstiger als Mikrometerschraube | Präzisionspositionierung in Schritten von 0.01 mm | Präzisionspositionierung in Schritten von 0.5 µ Ermöglicht einen feineren Vorschub als konventionelle Mikrometerschrauben |
Präzisionspositionierung in Schritten von 0.1 µ Mit Digitaler Anzeige Ermöglicht einen feineren Vorschub als konventionelle Mikrometerschrauben |
Feststellmechanismen
Das Feststellen der Positioniereinheiten erfolgt entweder über durch Schrauben, Arretierungen oder Hebelklemmen. Während Schrauben und Arretierungen das Verfahren des Tisches durch eine Verbindung zwischen Korpus und beweglichem Tisch verhindern, fixieren Hebelklemmen den Stellmechanismus selbst.
| Standardklemmvorrichtung | Schreibenfeststeller | Klemme gegenüber | Schlitzklemme | Hebeklemme | |
|---|---|---|---|---|---|
| Eigenschaften | Die Klemmplatte wird von einer Klemmschraube seitlich gegen den Tisch gedrückt. Dies ist die kostengünstige Standardlösung. | Der Tisch wird durch Arretieren einer Scheibe unbeweglich gemacht. Die Tischoberfläche bleibt dabei unbelastet. Positionänderungen werden verhindert. | Auf der anderen Seite der Mikrometerschraube wird der Schlitten mit einer Schraube festgestellt. Für mehr Schwingungsresistenz und noch mehr Haltekraft wird die Schraibe mit einer Mutter gesichert. | Die Welle des Einstellgriffs ewird direkt festgeklemmt. Gegenüber der herkömmlichen Ausführung erreicht diese Lösung eine größere Haltekraft. | Die endgültige Spannwirkung der Klemmschraube wird mittels eines leicht zu betätigenden Hebels erzielt. |
Anwendungen von Positioniereinheiten
Die Einsatzmöglichkeiten von Positioniereinheiten sind vielfältig und bestehen überall dort, wo Werkstücke oder Werkzeuge präzise ausgerichtet werden müssen. Einige Beispiele für die Anwendung von Positioniereinheiten sind:
- Positionierung von Sensoren zur Erkennung von Fehlern beim Etikettieren
- Positionierung von Instrumenten zur Leckageprüfung bei Flaschen oder anderen Behältern
- Positionierung von Temperatursensoren
- Positionierung von Rollen zum Auftragen von Klebstoff auf ein Werkstück
Faktoren bei der Auswahl und Integration von Positioniereinheiten
Bei der Auswahl und Integration von Positioniereinheiten müssen einige Faktoren berücksichtigt werden. Dazu zählen:
- Genauigkeit: Die Genauigkeit einer Positioniereinheit ist ein entscheidender Faktor bei der Auswahl. Je nach Anwendung können Positioniereinheiten mit niedriger, mittlerer und hoher Präzision.
- Verfahrweg: Der Verfahrweg einer Positioniereinheit beschreibt den Bewegungsbereich, der mit der Positioniereinheit abgedeckt werden kann.
- Traglast: Die Traglast gibt an, wieviel Last (gemessen in Newton) die Positioniereinheit tragen kann. Je nach Anwendung können auch Positioniereinheiten mit hoher Steifigkeit eingesetzt werden, die besonders bei Lasten geeignet sind, deren Schwerpunkt sich nicht in der Mitte des Tisches befindet.
- Kompatibilität: Die Kompatibilität einer Positioniereinheit mit anderen Komponenten ist ein wichtiger Faktor. Dabei sollte auf Bohrmuster, Größe, Gewicht sowie die verwendeten Werkstoffe geachtet werden.
- Umgebung: Die Einsatzumgebung bestimmt beispielsweise Anforderungen hinsichtlich der Schutzart oder der Temperaturbeständigkeit, die an die Positioniereinheit gestellt werden.
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