Die Kugeln werden zwischen gehärtetem Stahl in V-Nut-Führungen zusammengehalten. Zur Beseitigung von Spiel werden die Führungen von außen an die Kugeln gepresst. Selbst unter dieser Vorspannung bleibt die Reibung so gering, dass sich eine leichtgängige, ruckfreie Positionierung durchführen lässt. Kugelführungen sind relativ unempfindlich gegen Verunreinigungen, da sich Kugel und Führung in einem einzigen Punkt berühren; Schmutz wird hierdurch zur Seite geschoben., Kugelführungen mit V-Nut-Führungen besitzen eine geringere Belastbarkeit als Kreuzrollenführungen, da der Kontaktbereich zur Lastübertragung kleiner ist. Bei gleicher Belastung müssten die Kugeln daher größer oder zahlreicher sein., Bei Führungen mit einem gotischen Profil, ist die Form den Radien der Kugeln besser angepasst; dadurch können bei solchen Systemen kleinere Kugeln verwendet werden als bei ebenen Führungen. Die Bogenform kommt einer V-Nut-Führung sehr nahe, die vertikale Belastung teilt sich in zwei Belastungen mit einen 45° -Winkel auf., Getriebe, Getriebe dienen der Übertragung von Drehbewegungen und -momenten. Häufig werden Getriebe zur Untersetzung eingesetzt, um eine höhere Auflösung zu erreichen, die von Standard-Motoren nur schwer oder gar nicht erzeugt werden kann. Bei einem Untersetzungsgetriebe mit einem Verhältnis 10:1 erzeugen 10 Umdrehungen der treibenden Welle eine Umdrehung der getriebenen Welle. Ein 200-Schrittmotor könnte in Kombination mit diesem Getriebe eine effektive Auflösung von 2000 Impulsen pro Umdrehung erreichen., Getriebe mit Über- oder Untersetzung verändern genauso wie die Spindelsteigung auch das Abtriebsmoment und die Abtriebsdrehzahl. In obrigem Beispiel wird das Drehmoment erhöht und die Geschwindigkeit verringert., Gewindespindeln, Zur Bewegung von Lasten wird die axiale Linearbewegung einer Mutter, die auf einer rotierenden Schraube sitzt benutzt. Gewindespindeln zeichnen sich durch ihre Fähigkeit zur Selbsthemmung, geringe Anschaffungskosten, einfache Herstellung und eine große Auswahl an Materialien aus. (siehe auch Kugelgewindetrieb), Gleichstrom- und Schrittmotoren (Funktionsprinzip), Der grundlegende Unterschied zwischen Gleichstrom- und Schrittmotoren liegt in ihrem Funktionsprinzip. Beim Gleichstrommotor wird beim Anlegen einer Spannung ein Drehmoment und eine Rotationsbewegung erzeugt. Beim Schrittmotor wird nur ein Drehmoment erzeugt. Um die Rotationsbewegung des Motors zu erzeugen, muss der Strom kommutiert werden., Kommutierung ist die Umkehrung der Richtung eines Stromflusses der elektromagnetischen Spule während einer Motordrehung. Ein Gleichstrommotor mit Bürsten ist selbstkommutierend, während der Schrittmotor nicht eigenständig kommutieren kann., Es gibt drei Arten von Schrittmotoren: Motoren mit Permanentmagnet, Motoren mit variabler Reluktanz und Hybridmotoren., Gleichstrommotoren mit Bürsten, Ein Gleichstrommotor mit Bürsten besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rotor senkrecht zur Zylinderachse orientierten Spulen. Die durch Anlegen einer Spannung auftretenden Wechselwirkungen zwischen den Spulen und dem Magnetfeld des Stators versetzen den Rotor in Bewegung. Um eine leichtgängige, kontinuierliche Bewegung mit konstantem Drehmoment zu erzeugen, müssen die Stärke und Ausrichtung der Rotor- und Statorfelder konstant gehalten werden. Deshalb werden auf dem Rotor mehrere Spulen angeordnet, deren elektrische Kommutierung über zwei Bürsten erfolgt., Das Hauptmerkmal von Gleichstrommotoren ist ihre Laufruhe bei hohen Drehzahlen. Ein Gleichstrommotor dreht sich, solange Strom durch seine Spulen fließt. Für eine genaue und zuverlässige Positionierung ist Positionsrückmeldung per Encoder erforderlich., Granit, Aufgrund der einzigartigen physikalischen Eigenschaften und den Fortschritten in der Bearbeitungstechnik sind Granitstrukturen für Grundkonstruktionen besonders gut geeignet. Die Ebenheit der Oberfläche hat häufig einen erheblichen Einfluss auf die Führungsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit des gesamten Systems., Die polierten Granitoberflächen dieser Strukturen zählen mit typischerweise +/- 15 µm pro m2 zu den ebensten Oberflächen, die auf dem Markt erhältlich sind. Durch Handläppen der Oberflächen erhält man geometrisch perfekte Oberflächen, die wesentlich ebener sind als das, was man mit Maschinen erreichen kann., Eine wichtige Eigenschaft von Granit ist die extreme Härte, wodurch er sich sehr maßhaltig läppen lässt. Untersuchungen haben bestätigt, dass Granit eine bessere Abrieb- und Stoßfestigkeit besitzt als Stahl. Durch seine besondere Festigkeit ist Granit für große Systeme mit hohen statischen Belastungen gut geeignet. Außerdem ist Granit nicht magnetisch und deshalb gut für Elektronenstrahl-Anwendungen geeignet. Granit reagiert nur mit wenigen Chemikalien., Wegen der außergewöhnlichen Formstabilität wird Granit für Präzisionsstrukturen verwendet. Da er keine inneren Spannungen aufweist, ist sein Verhalten bei Temperaturveränderungen gleichmäßig und berechenbar. Aufgrund der hohen Masse besitzt Granit eine hohe thermische Trägheit, wodurch Experimente und andere Prozesse kaum von kurzfristigen Temperaturänderungen beeinflusst werden., Für Anwendungen, bei denen keine extreme Ebenheit erforderlich ist, bieten Stahlwerkskonstruktionen ein besseres Verhältnis von Masse zur Steifheit und können mit Dämpfern für bestimmte Frequenzen optimiert werden., Hybridschrittmotoren, Hybridschrittmotoren vereinen die Vorteile von Motoren mit variabler Reluktanz mit denen der Motoren mit Permanentmagneten. Sie besitzen vielzahnige Statorpole und einen vielzahnigen Rotor. Sie weisen ein großes Haltemoment und ein hervorragendes dynamisches und statisches Drehmoment auf und können hohe Schrittgeschwindigkeiten erreichen., Bei Hybridschrittmotoren sitzen normalerweise zwei Spulen auf einem Statorpol, so dass der Pol je nach Stromrichtung als magnetischer Nord- oder Südpol fungieren kann. Hybridmotoren stehen für einen weiten Drehmomentbereich zur Verfügung., Instabilität des Materials, Die Instabilität beschreibt die Änderung der physikalischen Abmessungen über die Zeit und wird auch als Kaltschluss oder Kriechen bezeichnet. Aluminium, Messing oder Edelstahl sind sehr unempfindlich gegen derartige Veränderung., Kugelgewindetriebe, Kugelumlaufspindeln sind im Wesentlichen Gewindespindeln mit einer Reihe von Kugellagern mit Kugelrückführung zwischen Spindel und Mutter. Das Profil der Spindel ist zur besseren Anpassung an die rücklaufenden Kugeln abgerundet. Der Hauptvorteil von Kugelumlaufspindeln ist ihr höherer Wirkungsgrad, d. h. das Verhältnis von nutzbarer Energie zu aufgewandter Energie. Weitere Vorteile von Kugelumlaufspindeln sind hohe Lebensdauer und geringer Verschleiß. Da Kugelumlaufspindeln aber nicht selbsthemmend sind, erfordern sie gegebenenfalls zur Vermeidung von Rücklauf eine zusätzliche Bremse., In praktisch jedem Anwendungsfall trägt der Kugelgewindetrieb maßgeblich zum gesamten Leistungsbild bei und bestimmt auch zu einem hohen Prozentsatz die Kosten des Endprodukts, da er in der Regel auch zu den teuersten Zukaufteilen gehört. Steinmeyer hat sich auf diesem Gebiet einen hervorragenden Ruf erworben. Hochentwickelte Fertigungstechnik in Verbindung mit jahrzehntelanger Erfahrung auf diesem Gebiet gibt Steinmeyer die Möglichkeit, technisch und wirtschaftlich immer "am Ball" zu bleiben. Steinmeyer Flexibiltät und die Breite des Fertigungsprogrammes ist einmalig am Markt. Das Produktionsprogramm beinhaltet ein Standardprogramm von Miniatur-Kugelgewindetrieben der Nenndurchmesser 3 bis 16 mm sowie verschiedene standardisierte Mutternausführungen der Nenndurchmesser 16 bis 100 mm. Durch die einmalige innovative Mutterntechnologie wie interne Kugelrückführung und das patentierte Verspannungssystem UNILOCK, ist es Steinmeyer in Sonderfällen möglich, Muttern mit kleinstem Außendurchmesser zu fertigen. Dies ist Anwendern bei konstruktiv bereits dimensionierten Antrieben oft sehr hilfreich. Steinmeyer bietet seinen Kunden individuelle Beratung und optimale Lösungen für Antriebsprobleme aller Art an., Vorspannung von Kugelgewindetrieben, Steinmeyer fertigt Kugelgewindetriebe mit vier verschiedenen Vorspannungsarten und deckt somit alle Einsatzbereiche ab. Grundsätzlich dient die Vorspannung zur Herstellung spielfreier Kugelgewindetriebe sowie zur Steifigkeitserhöhung. Da die Vorspannung das Drehmoment und die jeweilige Lebensdauer sehr stark beeinflusst, sollten diese Werte sehr sorgfältig ausgewählt werden., Doppelmutter, Besonders für Kleinkugelgewindetriebe hat Steinmeyer die federverspannte Doppelmutter entwickelt. Mit dieser Vorspannart können geringste Reibmomente bei gleichzeitig praktisch völlig konstanter Vorspannung erreicht werden. Technische Details der Doppelmuttern-Baureihe 1510/1530 finden Sie im Steinmeyer-Katalog "Miniatur-Kugelgewindetriebe"., Die Steinmeyer Doppelmutter mit UNILOCK-Vorspannsystem stellt eine patentierte Entwicklung im Bereich der Doppelmuttern dar. Hierbei handelt es sich um zwei Muttern, welche durch einen eingeschlossenen Epoxidharzring formschlüssig gegeneinander verspannt werden und somit die stufenlose Einstellung der Vorspannung ohne Zwischenringe ermöglichen., UNILOCK - ermöglicht es, kompakte Doppelmuttern mit erhöhten Steifigkeitswerten und verbesserter Präzision herzustellen. Die Vorspannung ist unkompliziert, genau und dauerhaft einstellbar. Das Steinmeyer -UNILOCK- Vorspannsystem hat sich im Einsatz tausendfach bewährt., Einzelmutter, Einzelmuttern sind mit Axialspiel oder mit Vorspannung durch Kugelübermaß (ohne Axialspiel) lieferbar. Die spielfreie Ausführung mit Einzelmutter ist oftmals dann die optimale Lösung, wenn bei großer Steigung nicht genügend Einbauraum für eine Doppelmutter zur Verfügung steht. Auch bei besonderen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit bei Ultrapräzisions-Anwendungen hat die Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt oft Vorteile zu bieten., Steinmeyer hat die Technik der vorgespannten Einzelmutter perfektioniert. Es können Laufeigenschaften erzielt werden, die mit denen einer Doppelmutter vergleichbar sind., Für gesteigerten Wirkungsgrad und Steifigkeit zeigt die Zweipunktanlage optimale Lösungen. Die Zweipunktanlage wird bei der "Pitch-Shift-Mutter" durch axialen Steigungsversatz (kurzzeitige Vergrößerung der Steigung beim Innengewindeschleifen) erzeugt. Diese Ausführung wird dann eingesetzt, wenn der zur Verfügung stehende Bauraum nicht für eine Doppelmutter ausreicht. Die technischen Daten entsprechend denen der Doppelmutter., Kupplungen, flexible, Kupplungen dienen der Übertragung von Kraft und Bewegung zwischen zwei versetzten Wellen. Flexible Kupplungen erlauben im Allgemeinen geringen Parallelversatz und Winkelfehler. Je nach Konstruktion eignen sie sich für mehr oder weniger starke Fehlausrichtungen, höhere Anforderungen an Steifheit und Belastbarkeit oder für höhere Drehzahlen., Leitfähigkeit, thermisch, Sind die Temperaturänderungen über das Bauteil ungleichmäßig, sollten spezielle Werkstoffe wie Aluminium gewählt werden. Kann die Wärme nicht schnell genug über den Werkstoff abgeführt werden, können aufgrund des Temperaturgradienten merkliche Verformungen auftreten. Die durch ungleichförmige Temperaturänderungen verursachte Verformung ist proportional zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten geteilt durch die thermische Leitfähigkeit., Messing, Messing ist eine Kupferlegierung mit einer höheren Dichte als Stahl. Es lässt sich leicht bearbeiten und ist sehr abriebfest. Es wird oft als Trennmaterial eingesetzt, um das Kaltschweißen zwischen Schrauben und Wellen aus Stahl oder Edelstahl zu verhindern. Messing wird in einigen hochpräzisen Anwendungen eingesetzt, die eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Kaltfluss erfordern. Aus Messing lassen sich besonders glatte Oberflächen fertigen., Spezifikation, Im Vergleich zu Aluminium und Stahl besitzt Messing ein schlechteres Verhältnis von Steifheit zur Dichte. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist ähnlich wie bei Aluminium, die Wärmeleitfähigkeit ist hingegen nur halb so groß., Oberflächencharakteristik, Zum Einsatz im Optiklabor wird Messing häufig schwarz gebeizt. Um die Dauerhaftigkeit zu erhöhen kann es mit Chrom oder Nickel beschichtet werden., Motoreigenschaften, Schrittmotor, Gleichstrommotor, Piezokeramikmotor, Steuerelektronik und Software, einfach - direkte Mikro-prozessorsteuerung im offenen Regelkreis, komplex - Rückmeldung von Encoder/Tachometer erfordert A/D-Wandlung, komplex - Encoder notwendig nichtlineare Steuer-kennlinie, Treiberelektroniken, komplex - erfordert elektronische Kommutierung, einfach - Spulen kommutieren eigenständig, PWM konstant einfach, Wartung, keine Bürsten zu warten, Abnutzung der Bürsten erfordert regelmäßige Wartung nach längerer Betriebsdauer, Verschleiß der Laufkeramik erfordert Wartung, Erwärmung des Motors, wegen des kontinuierlichen Stromflusses in den Spulen höher, gering, da kein Stromfluss in der Zielposition, gering, stromlos selbsthaltend, Drehmoment und Drehzahl, volles Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, Drehmoment nimmt mit steigender Drehzahl schnell ab, flacher Drehmomentenverlauf ergibt höheres Drehmoment bei höheren Drehzahlen, linearer Kraft- und Geschwindigkeitsverlauf, Dynamik (Geschwindigkeit und Beschleunigung), kleiner, größer, extreme Beschleunigung, hohe Geschwindigkeiten, Resonanz, Vibrationen bei bestimmten Frequenzen kann bei Beschleunigung Probleme bereiten. Mini-Schrittbetrieb verringert dieses Problem., leichtgängige, ruhige Bewegung im gesamten Dynamikbereich, in weiten Dynamikbereich ruhige Bewegung, Servo-Abstimmung, nicht erforderlich, bei komplizierter Systemdynamik kann PID-Abstimmung schwierig sein, vollständiger PID-Regler notwendig, Zielposition, erreichen der Zielposition ohne Überschwingen, Stabiles Positionieren aufgrund natürlicher Haltekräfte, Überbelastung und zu hohe Drehzahlen kann Zielposition mit offenen Regelkreis nicht erreicht werden, erreichen der Zielposition mit Fehlerkorrektur im geschlossenen Regelkreis, korrigieren von Positionierfehlern bei falscher PID-Abstimmung, Überschwingungen oder bleibende Regeldifferenz möglich, siehe Servomotor, höhere Geschwindigkeit, kleinere Schrittweiten, kein Umkehrspiel, Motoren mit Permanentmagnet, Motoren mit Permanentmagnet besitzen einen permanentmagnetischen Rotor, dessen Feld orthogonal zur Drehachse ausgerichtet ist. Bei der Erregung vier aufeinanderfolgender Felder wird der Rotor durch das wechselnde Magnetfeld in eine Drehbewegung versetzt. Typischerweise haben Motoren mit Permanentmagnet Schrittwinkel von 45° und 90°. Ihre Schrittgeschwindigkeit ist relativ gering, aber sie besitzen ein hohes Drehmoment und gute Dämpfungseigenschaften., Motoren mit variablen Magnetwiderstand (VR-Motoren), Im Unterschied zu Motoren mit Permanentmagnet besitzen Motoren mit variabler Reluktanz einen Rotor mit mehreren Zähnen, wobei jeder Zahn ein eigenständiger Magnet ist. In Ruhestellung nehmen die Magneten eine natürliche Halteposition ein, wodurch ein größeres Haltemoment erzeugt wird., Piezokeramikmotor, Diese Antriebe verbinden die hervorragende Ortsauflösung konventioneller Piezoantriebe mit großen Stellbereichen bei hoher Verfahrgeschwindigkeit. Die Antriebe sind äußerst kompakt und ermöglichen einen raumsparenden Einbau. Sie wirken direkt ohne mechanische Zwischenelemente wie Getriebe und Spindeln und weisen daher keine Umkehrspanne auf., Der Antrieb besteht aus dem Statorteil (meistens ortsfest), der piezokeramische Schwingstäbe enthält. Diese Schwinger wirken über Kontaktstifte federnd auf eine Läuferleiste, die am bewegten Teil eines Schlittens befestigt ist. Die stabförmigen Piezoelemente schwingen elektrisch angeregt in zwei überlagerten Schwingungsformen, einer Längs- und einer Biegeschwingung. Die Anregung erfolgt in einer bimodalen Resonanzfrequenz von 40 kHz. Dabei bildet sich in den Stäben eine stehende Wellenform aus. Die Überlagerung der Schwingungsformen führt zur Ausbildung von mikroelliptischen Bewegungen an den Stabenden. Da die Stäbe mit einer mechanischen Vorspannung auf der Läuferleiste aufliegen, übertragen sie mittels Reibung einen Antriebsimpuls auf den Läufer, dies erfolgt in der halben Zykluszeit (Zykluszeit T, 25µs). In der weiteren Bewegungsphase kehren die Kontaktstäbe kraftfrei in die Ausgangslage zurück. Auf Grund der hohen Frequenz wirkt auf den Läufer quasi eine konstante Vorschubkraft, die von der Steuerspannung abhängt., Die Steuerspannung am Motortreiber bestimmt die Größe der Schwingamplitude und damit die Kraft bzw. die Geschwindigkeit, während die Frequenz als Systemgröße gleich bleibt. Die Geschwindigkeit ist lastabhängig; sie fällt mit der Kraft nahezu linear ab., Die Motoren erreichen maximale Geschwindigkeiten von über 350 mm/s. Im spannungslosen Zustand wirkt der Antrieb als Bremse. Dabei kann er eine bestimmte maximale Haltekraft aufbringen. Der Kraftbereich ist von der Anzahl der Piezoschwinger abhängig., Zur Kraftsteigerung können auch mehrere Motoren auf einer Achse angeordnet werden. Sie werden dabei synchron von einer Treiberkarte angesteuert. Die Piezoschwinger tragen Gleitschuhe aus Hartkeramik. Als Laufbahn dienen geläppte Keramikleisten. Diese tribologische Paarung ermöglicht einen langen Betrieb von 20.000 Stunden bei einem Lastwechselzyklus von 50 % ED wird angegeben., Rotatorische Antriebe lassen sich entweder durch radiale Anordnungen der Motoren auf dem Umfang eines Zylinders (Laufbahn als Keramikring) oder durch axiale Anordnung an einer Keramikscheibe angreifend, realisieren., Die Motoren zeichnen sich durch das gänzliche Fehlen störender Magnetfelder aus und sind ihrerseits unempfindlich gegenüber externen magnetischen Feldern., Die Motoren der Baureihe HR-1/8 sind Nachfolger der Baureihe SP-1/8. Im Wesentlichen wurde der Mechanismus zur Einstellung der mechanischen Vorspannung geändert. Dadurch wurde die Montage /Justage der Motoren erheblich vereinfacht., Positionsmessung, indirekt und direkt, Der Ort, an dem die Rückmeldeeinheit die Messungen vornimmt, ist von großer Bedeutung. Er hat einen direkten Einfluss auf die Güte der an die Steuerelektronik gemeldeten Daten, Je näher die Rückmeldeeinheit an dem zu kontrollierenden Parameter sitzt, desto genauer sind die Daten und desto exakter kann die gewünschte Position angefahren werden. Wird beispielsweise die lineare Position des Messschlittens direkt gemessen, sind die Daten der Rückmeldung präziser als wenn die Winkelposition der Antriebsspindel gemessen würde und die Position des Messschlittens berechnet würde. Die erste Methode wird als Direktmessung bezeichnet und vermeidet im Antriebsstrang auftretende Ungenauigkeiten wie Umkehrspiel, Hysterese und Verwindung, die bei der indirekten Messmethode auftreten können. Tische der Feinmess Dresden GmbH zeichnen sich durch sehr exakte Antriebsstränge aus., Referenzschalter und Endschalter, Der Referenzschalter definiert einen wiederholbaren Referenzpunkt. Referenzschalter gibt es in mechanischer Ausführung (Ein/Aus-Schalter) oder als optisches Element. Auf Wunsch kann auch Präzisionsendschalter zur Referenzwertbestimmung eingesetzt werden., Endschalter dienen zur Begrenzung des Verfahrbereiches. Sie sind häufig am Ende des Verstellweges, unmittelbar vor dem mechanischen Endanschlag angebracht. Es gibt sie in mechanischer und optischer Ausführung, sie schalten die Stromzufuhr des Antriebes ab, sobald das Ende erreicht wird.