Op et øjeblik:

• Styret drev har kraften til at håndtere løft, presning, trækning, skubning, klemning, stop, fastholdelse, skæring og adskillelse.
• Guidede glidere gør sig godt, når der kræves præcision og gentagelighed.
• Guidede glidere og drev kan anvendes i en lang række pakker-og-placer-applikationer.

Pneumatiske guidede drev og slisker er arbejdshestene i industriel automatisering. De er velafprøvede og kan tilpasses til en voksende række applikationer, hvor tilføjelse af styring forbedrer ydeevnen. De er også omkostningseffektive og har mange varianter og konfigurationsmuligheder, der sikrer stor pålidelighed og lang levetid.

Et styret drev (til venstre) omfatter styrestænger og kræver ingen samling, men mange styringsenheder som f.eks. denne FENG-aktuator og standardcylinder fra Festo (til højre) kræver samling.

Drev og glidere

I modsætning til standarddrev opretholder pneumatisk styrede drev fuldstændig stabilitet, og pneumatisk styrede glidere giver større stabilitet og præcision, hvilket alt sammen er afgørende i mange pick-and-place-funktioner. Med begge typer aktuatorer sikrer tilføjelse af stabilisering for stempelstangen bedre ydeevne og længere levetid end de ikke-stabiliserede alternativer. Markedet for guidede drev og glidere vokser i takt med, at flere ingeniører lærer, at det er nemmere og mere bekvemt at købe et enkelt produkt med lineær bevægelse og styring i stedet for at købe begge funktioner separat.

I et standard pneumatisk drev skaber stempelstangen en lineær bevægelse og kan rotere frit, når den udvides og trækkes ind. I mange industrielle anvendelser er denne rotation uvæsentlig; men den er uønsket, hvis brugeren har brug for stabilitet, f.eks. for at holde et stempelværktøj perfekt parallelt med det emne, der skal stemples. Hvis stempelstangen udøver kraft på en genstand, kan den modstand, den møder, desuden skabe en sidekraft eller et drejningsmoment mod aktuatoren.

Hvis aktuatoren f.eks. positionerer en rundsav, der skærer gennem træ, kan ydre kræfter på aktuatoren, når stempelstangen er trukket ud, skabe afbøjninger, der forårsager et ufuldkomment snit. Dette genererer overdrevent slid på saven og cylinderen.

Guidede drev udfører ofte en af tre enkle opgaver: standsning, løft eller skubning.

Pneumatiske guidede drev har kun ét stempel, hvor stemplens stabilitet garanteres af to styrestænger. Disse styrestænger kører typisk på sæt af bøsninger eller kuglelejer for at sikre stabiliteten. Styrestængerne og stemplet er fastgjort til et åg, der holder værktøjet og forhindrer stemplet i at vride sig eller dreje, hvis der påføres sideværts kraft for at sikre driftsstabilitet. Disse drev anvendes i applikationer, der omfatter løft, presning, trækning, skubning, fastspænding, stop, tilbageholdelse, fastholdelse, skæring og adskillelse. De fås i mange størrelser og varianter, kan holde næsten ethvert værktøj, leverer slaglængder på op til 400 mm og kan påføre stor kraft, hvor det er nødvendigt.

Guidede glidere udmærker sig ved opgaver, hvor et højt niveau af præcision og gentagelighed er afgørende, f.eks. ved samling af elektronik eller små bildele, ved håndtering af fødevarer og drikkevarer og ved dispensering i andre processektorer. Guidede glidere har typisk en enkelt eller dobbelt stempelstang og en føringsskinne, der kører på præcisionskuglelejer i glidehuset for at opnå præcise bevægelser og gentagelig nøjagtighed på trods af sidelast og drejningsmoment.

Gliderne leverer den lineære bevægelse, uanset om de er fastgjort horisontalt eller vertikalt. De er fremragende værktøjer, der er fastgjort til et gantry, f.eks. en dobbeltakset (X, Z) multi-slide-konfiguration, og de kan tilføjes til pick-and-place- og piggyback-konfigurationer, hvor en slæde er monteret oven på en anden for længere slag med stop undervejs, ofte uden adaptere.

I duplex-applikationer leverer en kompakt mini-slide, der er fastgjort til en lille mekanisk griber eller en vakuumsuger, typisk en repeterbar nøjagtighed på 0.01 mm og linearitet og parallelitet inden for 1/100 mm 0,01-mm området over millioner af cyklusser.

Pneumatiske drev findes i en række forskellige konfigurationer, herunder ikke-roterende (venstre), ustyret (midten) og styret (højre).

Guidede slides findes i en række størrelser med forskellige monteringsmuligheder og mange valgmuligheder for dæmpning for at sikre de korteste cyklustider med minimale vibrationer. Ved sammenligning af æbler til æbler mellem guidede slides og drev og ikke-roterende cylindre med identisk stempelboringsstørrelse og slaglængde er guidede slides de største og tungeste af mulighederne med indbygget stempelstyring takket være deres brede, flade føringer, der giver en meget præcis bevægelse.

Hvis man antager den samme boringsdiameter (20 mm) for stempelstangen og den samme slaglængde (50 mm), har den guidede slide den største profil (fodaftryk eller længde, højde og bredde). Guidede drev ligger midt imellem, idet de er mindre end en guidet slæde og større end en ikke-roterende cylinder.

Sammenligner man en ikke-roterende cylinder, et guidet drev og en guidet slæde, alle med samme stempelboringsstørrelse (20 mm), samme slaglængde (50 mm) og en udvidet kraft på 188 N (se graf), er det ikke-roterende drevs kraft/vægt-forhold 65 %, det guidede drevs 16 % og den guidede slæbes 15 %. Så en ikke-roterende cylinder ville være mindre og billigere, men for at opnå højere drejningsmomentbelastning eller præcision er der behov for en styret slæde eller et styret drev, og de ville være større for samme boring/ slaglængde. Tilføjelse af styring tilføjer mere vægt i forhold til det ikke-roterende drev for at give mere stabilitet.

Alternativer til styrede aktuatorer

Non-roterende cylindre og kombinationer af eksterne styringer og standardcylindre betragtes ofte som alternativer til pneumatiske styrede drev og slisker. De har begrænset belastningskapacitet, så de er bedre egnet til applikationer, der kræver opretholdelse af en bestemt orientering, men med små belastninger.

Non-roterende drev og cylindre med ikke-roterende stempelstænger er billigere, men styrede drev og glidere er mere holdbare og præcise og kan klare højere sidelast og drejningsmoment. Når der udføres den samme funktion, f.eks. løft af en last eller flytning af en griber, vil det ikke-roterende drev have den største afbøjning på grund af lejespænd og lateral kraft. Afbøjning er i dette tilfælde den afstand, som stemplet eller frontpladen bevæger sig på grund af spil med lejerne eller eventuelle eksterne kræfter. Øget afbøjning betyder nedsat præcision.

En ekstern styring kan matches med et større udvalg af cylindre til at håndtere en række forskellige opgaver og situationer som f.eks. fastspænding, justerbare luftpuder og arbejde i høje temperaturer, men de to skal være forbundet. Guidede glidere og drev har færre konfigurationsmuligheder og et mere begrænset ydelsesområde, men de er også billigere. I pick-and-place-applikationer kan en kompakt ustyret cylinder med frit roterende stempel overvejes, men den vil ikke sikre en ensartet positionering og orientering af de dele, der flyttes, så godt som en styret miniskinne ville gøre det.

Pneumatisk og elektrisk styring

Pneumatisk og elektrisk styrede drev og slisker kan udføre lignende opgaver, men har forskellige styrker. Med en korrekt skaleret, velholdt trykluftkilde leverer pneumatiske drev højere krafttætheder og hastigheder for lavere installations- og driftsomkostninger samt længere levetid.

Sammenligner man aktuatorer i tilsvarende pneumatiske og elektriske miniskubber, er den pneumatiske version kortere med kortere positioneringstider. Elektriske versioner tilbyder blidere stop og start, en programmerbar drevprofil og konstante, præcise hastigheder. Som hovedregel fylder pneumatiske drev og slisker mindre plads. I dag kan energistyring og trykluftdiagnostik reducere luftforbruget og uplanlagt vedligeholdelse og nedetid, hvilket gør dem til et mere økonomisk valg.

Relativ effektivitet er en vigtig overvejelse, når man skal træffe det rigtige tekniske valg blandt potentielt egnede pneumatiske drev med styring.

Pneumatiske miniguider er nyttige til præcise bevægelser i snævre rum.

Eksemplet (nedenfor) sammenligner priserne på en ikke-roterende cylinder, et styret drev og en guidet slæde ( alle basismodeller med samme 20 mm stempel og 50 mm slaglængde og den procentdel af føringen, der anvendes, når den udsættes for identiske offsetbelastningsforhold. I dette eksempel er den ikke-roterende cylinder ved 100 % brug af føringen. Den er ved sin grænse og et dårligt valg med hensyn til dens evne til at håndtere forskydningsbelastning. Den styrede slæde er den dyreste af de tre, og med kun 12 % styringsanvendelse overpræsterer den i denne anvendelse. Det styrede drev opnår 54 % styringsanvendelse, og selv om det er ca. 2,5 gange så dyrt som den ikke-roterende cylinder, giver det den bedste omkostningseffektivitet af de tre muligheder.

Guidede drev til alle scenarier

Væksten i brugen af pneumatiske styrede drev og slisker afspejler deres anvendelighed til en ekstraordinær række opgaver. Disse aktuatorer fås både som standardmodeller og special- eller specialtilpassede modeller og i metriske og tommeudgaver.

Som standardmodeller udgør halvdelen af markedet og er omkostningseffektive til de fleste anvendelser. De fleste er vedligeholdelsesfrie og kræver kun lidt eller ingen samling. Mange fås med et valg af glidelejerstyringer til høj stivhed eller recirkulerende kuglelejerstyringer til applikationer med momentbelastninger. Basismodellerne er ekstremt alsidige og optager mindre plads i forhold til de kræfter, de leverer, end alternativerne. Disse basisdrev fås i mange størrelser og med mange kombinationer af stempeldiameter og slaglængde. Slaglængder på op til 200 mm betragtes generelt som standardprodukter. Større versioner med slaglængder på op til 400 mm er tilgængelige. Disse større versioner omfatter et udvalg af dæmpnings- og slutdæmpningsmuligheder, herunder manuelt justerbar og i nogle modeller selvjusterende luftdæmpning.

Der findes også specialmodeller og varianter til tørre fødevarer og stænkzoner, renrums- og ATEX-applikationer samt varianter med varmebestandigt design. Hygiejniske drev til fødevare- og farmaceutiske applikationer giver den samme nemme rengøring og korrosionsbestandighed som standard hygiejniske cylindre samt NSF-H1-kompatibel smøring. Hygiejniske, styrede drev har et glat, rent design, som ikke lader vand, snavs eller støv samle sig på dem.

DerfM-basismodelserien fra Festo er et populært pneumatisk, styret drev.

Mange af de samme fordele ved store, styrede drev fås i ministyrede drev, hvor kort slaglængde og mindre kraft er tilstrækkeligt, og hvor pladsen er trang. Særligt kompakte modeller tilbyder slaglængder på kun 5-30 mm.

To Festo DGSL-minislidere er monteret på en elektrisk akse i sideindlæsningsenheden på en pakkemaskine.

Guidede slidere tilbyder en lignende variation med både standard- og specialmodeller og muligheder, der kan justeres til de fleste anvendelser. Sortimentet omfatter basismodeller med slaglængder på op til 200 mm og flere dæmpningsmuligheder, flade og slanke designs samt ultrakompakte modeller så små som 8 mm brede med slaglængder på 1 til 10 mm. Sidstnævnte er ideel til små pick-and-place- og andre applikationer med korte slaglængder. Udviklingen af stadig mere kompakte styrede glidere afspejler branchens tendens, især inden for elektronikmontage, til miniaturisering, som kræver, at styrede mini-slidere og mikro-slidere fungerer med samme præcision, repeterbarhed og lang levetid som større aktuatorer.

Valg af det rigtige drev

Software som Festos pneumatiske dimensioneringsværktøj (findes i virksomhedens online-katalog under den blå “Engineering”-fane) støtter kunderne i udvælgelsen og konfigurationen af pneumatiske produkter. Kunderne kan indtaste deres anvendelsesparametre, faktorer som f.eks. den belastning, der skal flyttes, afstanden og hastigheden samt driftstrykket. De får passende produktanbefalinger samt en idé om, hvilken type dæmpning der opfylder deres behov – fra en simpel støddæmpertype eller støddæmper til manuelt justerbar eller selvjusterende luftdæmpning. Dette dimensioneringsværktøj tager også højde for brugen af lagerstyring og giver en indikation af, om glideleje- eller kuglelagertyper ville være bedre egnet til deres driftskrav.

og for pneumatisk styrede drev og glidere vokser støt, hvilket afspejler den yderligere udvidelse af automatisering og forbedringer i aktuatordesignet. Disse aktuatorer er et fremragende valg overalt, hvor der er adgang til trykluft. De er omkostningskonkurrencevenlige, nemme at konfigurere og installere, ofte vedligeholdelsesfrie og robuste, hvilket sikrer en lang levetid. De er alsidige og fås i et stort udvalg af stempelstørrelser og slaglængder, med basismodeller, der passer til de fleste applikationer og specialvarianter til mange andre. Deres styringsevne er allerede konstrueret og indbygget, så der kræves minimal eller slet ingen montering. Det er ikke nogen overdrivelse, at der findes et styret drev eller en styret slæde til de fleste applikationer, der kræver stabilitet og/eller gentagelig præcision.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker og Julian Beckler er produktchefer, og Thomas Martin er leder af produktstyringen (stempelstangsaktuatorer) hos Festo AG & Co.