In één oogopslag:

• Geleide aandrijvingen zijn geschikt voor heffen, persen, trekken, duwen, klemmen, stoppen, vasthouden, snijden en scheiden.
• Geleide geleiders doen het goed wanneer precisie en herhaalbaarheid vereist zijn.
• Geleide geleiders en aandrijvingen kunnen worden gebruikt in een breed scala van pack-and-place toepassingen.

Pneumatisch geleide aandrijvingen en geleiders zijn de werkpaarden van de industriële automatisering. Zij zijn beproefd en kunnen worden aangepast aan een groeiend aantal toepassingen waarin het toevoegen van geleiding de prestaties verbetert. Ze zijn ook kosteneffectief, met vele varianten en configuratieopties die een grote betrouwbaarheid en een lange levensduur garanderen.

Een geleide aandrijving (links) bevat geleidingsstangen en hoeft niet te worden geassembleerd, maar veel geleide-eenheden, zoals deze FENG-actuator en standaardcilinder van Festo (rechts), moeten wel worden geassembleerd.

Aandrijvingen en geleiders

In tegenstelling tot standaardaandrijvingen behouden pneumatisch geleide aandrijvingen hun volledige stabiliteit en bieden pneumatisch geleide geleiders een grotere stabiliteit en precisie, wat van cruciaal belang is bij veel pick-and-place-functies. Bij beide typen aandrijvingen zorgt het toevoegen van stabilisatie voor de zuigerstang voor betere prestaties en een langere levensduur dan de niet-gestabiliseerde alternatieven. De markt voor geleide aandrijvingen en geleiders groeit naarmate meer ingenieurs leren dat het gemakkelijker en handiger is om een enkel product met lineaire beweging en geleiding te kopen in plaats van beide functies afzonderlijk te kopen.

In een standaard pneumatische aandrijving creëert de zuigerstang een lineaire beweging en kan vrij roteren als hij uit- en intrekt. In veel industriële toepassingen is die rotatie onbelangrijk; maar het is ongewenst als de gebruiker stabiliteit nodig heeft, zoals het perfect parallel houden van een stempelgereedschap aan het te stempelen voorwerp. Bovendien, als de zuigerstang kracht uitoefent op een voorwerp, kan de weerstand die het ontmoet een zijwaartse kracht of koppel tegen de actuatorassemblage creëren.

Bij voorbeeld, als de actuator een cirkelzaag positioneert die door hout zaagt, kunnen externe krachten op de actuator wanneer de zuigerstang is uitgeschoven, doorbuigingen creëren die een onvolmaakte snede veroorzaken. Dit veroorzaakt overmatige slijtage aan de zaag en cilinder.

Geleide aandrijvingen voeren vaak een van de drie eenvoudige taken uit: stoppen, heffen of duwen.

Pneumatisch geleide aandrijvingen hebben slechts één zuiger, waarbij de stabiliteit van de zuiger wordt gewaarborgd door twee geleidestangen. Deze geleidingsstangen lopen meestal op sets bussen of kogellagers voor stabiliteit. De geleidingsstangen en de zuiger zijn bevestigd aan een juk dat het gereedschap vasthoudt en voorkomt dat de zuiger verdraait of draait als er zijdelingse kracht wordt uitgeoefend voor operationele stabiliteit. Deze aandrijvingen worden gebruikt voor heffen, persen, trekken, duwen, klemmen, stoppen, tegenhouden, vasthouden, snijden en scheiden. Ze zijn er in vele maten en varianten, kunnen vrijwel elk gereedschap bevatten, leveren slaglengtes tot 400 mm en kunnen grote kracht uitoefenen waar dat nodig is.

Geleide geleiders blinken uit in taken waar hoge niveaus van precisie en herhaalbaarheid essentieel zijn, zoals bij de assemblage van elektronica of kleine auto-onderdelen, bij de hantering van voedsel en dranken, en bij doseertoepassingen in andere processectoren. Geleide geleiders hebben meestal enkele of dubbele zuigerstangen en een geleiderail op precisiekogellagers in de geleiderbehuizing voor precieze bewegingen en herhaalbare nauwkeurigheid, ondanks zijwaartse belastingen en momenten.

De geleiders zorgen voor de lineaire beweging, horizontaal of verticaal bevestigd. Zij zijn uitstekend geschikt voor montage op een portaal, zoals een twee-assige (X, Z) multi-slede-configuratie en kunnen worden toegevoegd aan pick-and-place en piggyback-configuraties, waarbij de ene slede boven op de andere is gemonteerd voor langere bewegingen met stops onderweg, vaak zonder adapters.

In duplex-toepassingen levert een compacte mini-slede, bevestigd aan een kleine mechanische grijper of een vacuüm cup, gewoonlijk een herhaalbare nauwkeurigheid van 0..01 mm en lineariteit en parallelliteit binnen het bereik van 1/100 mm 0,01 mm over miljoenen cycli.

Pneumatische aandrijvingen zijn er in diverse configuraties, waaronder niet-roterend (links), ongeleid (midden) en geleid (rechts).

Geleide geleiders zijn er in een reeks maten met verschillende montageopties en vele dempingskeuzes om de kortste cyclustijden met minimale trillingen te garanderen. Bij een vergelijking van geleide geleiders en aandrijvingen met niet-roterende cilinders met identieke zuigerboring en slaglengte, zijn geleide geleiders de grootste en zwaarste van de opties met ingebouwde zuigergeleiding, dankzij hun brede, vlakke geleiders die voor een uiterst nauwkeurige beweging zorgen.

Aannemende dezelfde boringdiameter (20 mm) voor de zuigerstang en dezelfde slaglengte (50 mm), heeft de geleide geleider het grootste profiel (voetafdruk of lengte, hoogte en breedte). Geleide aandrijvingen zitten er tussenin en zijn kleiner dan een geleide geleide plaat en groter dan een niet-roterende cilinder.

Vergelijking van een niet-roterende cilinder, een geleide aandrijving en een geleide geleide plaat, alle met dezelfde zuigerboring (20 mm), slaglengte (50 mm) en een uitgeschoven kracht van 188 N (zie grafiek), is de kracht/gewichtsverhouding van de niet-roterende aandrijving 65%, die van de geleide aandrijving 16% en die van de geleide geleide plaat 15%. Een niet-roterende cilinder zou dus kleiner en minder duur zijn, maar voor hogere koppelbelastingen of precisie is een geleide slede of aandrijving nodig en die zouden groter zijn voor dezelfde boring/slag. Het toevoegen van geleiding voegt meer gewicht toe ten opzichte van de niet-roterende aandrijving om meer stabiliteit te bieden.

Alternatieven voor geleide aandrijvingen

Niet-roterende cilinders en combinaties van externe geleiders en standaardcilinders worden vaak beschouwd als alternatieven voor pneumatisch geleide aandrijvingen en geleide schuiven. Ze hebben een beperkt draagvermogen, dus zijn ze beter geschikt voor toepassingen waarbij een specifieke oriëntatie moet worden gehandhaafd, maar met kleine belastingen.

Niet-roterende aandrijvingen en cilinders met niet-roterende zuigerstangen zijn minder duur, maar geleide aandrijvingen en geleiders zijn duurzamer en nauwkeuriger en kunnen hogere zijdelingse belastingen en torsie aan. Bij het uitvoeren van dezelfde functie, zoals het heffen van een last of het verplaatsen van een grijper, zal de niet-roterende aandrijving de grootste mate van doorbuiging hebben ten gevolge van lagerspeling en zijdelingse kracht. De doorbuiging is in dit geval de afstand die de zuiger of voorplaat aflegt als gevolg van speling met de lagers of externe krachten. Een grotere doorbuiging betekent minder precisie.

Een externe geleider kan worden gekoppeld aan een groter aantal cilinders voor uiteenlopende taken en situaties, zoals klemmen, instelbare luchtkussens en werken bij hoge temperaturen, maar de twee moeten wel met elkaar worden verbonden. Geleide sledes en aandrijvingen hebben minder configuratiemogelijkheden en een beperkter prestatiebereik, maar ze zijn ook minder duur. Bij pick-and-place toepassingen kan een compacte ongeleide cilinder met vrij roterende zuiger worden overwogen, maar deze zal niet zo goed zorgen voor een consistente positionering en oriëntatie van de te verplaatsen onderdelen als een geleide minislede zou doen.

Pneumatische en elektrische geleiding

Pneumatische en elektrische geleide aandrijvingen en geleiders kunnen vergelijkbare missies uitvoeren, maar hebben verschillende sterke punten. Met een juist geschaalde, goed onderhouden persluchtbron, leveren pneumatische aandrijvingen hogere krachtdichtheden en snelheden voor lagere installatie- en bedrijfskosten, samen met een langere levensduur.

Vergelijking van aandrijvingen in vergelijkbare pneumatische en elektrische minisledes, de pneumatische versie is korter met kortere positioneringstijden. Elektrische versies bieden een zachter stoppen en starten, een programmeerbaar aandrijfprofiel en constante, nauwkeurige snelheden. In de regel nemen pneumatische aandrijvingen en geleiders minder ruimte in beslag. Tegenwoordig kunnen energiebeheer en persluchtdiagnose het luchtverbruik en ongepland onderhoud en stilstandtijd verminderen, waardoor ze een economischere keuze zijn.

Relatief rendement is een eerste overweging bij het maken van de juiste technische keuze tussen potentieel geschikte pneumatische aandrijvingen met geleiding.

Pneumatische minisledegeleiders zijn nuttig voor nauwkeurige bewegingen in krappe ruimten.

Het voorbeeld (hieronder) vergelijkt de prijzen van een niet-roterende cilinder, geleide aandrijving en een geleide slede ( alle basismodellen met dezelfde 20 mm zuiger en 50 mm slag, en het percentage van de geleiding dat wordt gebruikt bij identieke offset-belastingscondities. In dit voorbeeld wordt de niet-roterende cilinder voor 100% door de geleider gebruikt. Hij zit aan zijn limiet en is een slechte keuze wat betreft zijn vermogen om de offset-belasting op te vangen. De geleide slede is de duurste van de drie, en met slechts 12% geleidergebruik presteert hij voor deze toepassing beter. De geleide aandrijving bereikt 54% geleidergebruik en hoewel deze ongeveer 2,5× zo duur is als de niet-roterende cilinder, levert deze de beste kostenprestatie van de drie opties.

Geleide aandrijvingen voor alle scenario’s

De groei in het gebruik van pneumatisch geleide aandrijvingen en geleiders weerspiegelt hun bruikbaarheid voor een buitengewoon scala van taken. Deze aandrijvingen zijn verkrijgbaar in zowel standaard- als speciale uitvoeringen, en in metrische en inch-versies.

De standaardmodellen maken de helft van de markt uit en zijn kosteneffectief voor de meeste toepassingen. De meeste zijn onderhoudsvrij en vereisen weinig of geen montage. Vele zijn leverbaar met een keuze uit glijlagergeleidingen voor hoge stijfheid of recirculatie kogellagergeleidingen voor toepassingen met torsiebelasting. Basismodellen zijn uiterst veelzijdig en nemen voor de krachten die ze leveren minder ruimte in dan de alternatieven. Deze basisaandrijvingen zijn er in vele maten, met vele combinaties van zuigerdiameter en slaglengte. Slaglengtes tot 200 mm worden over het algemeen als standaardproducten beschouwd. Grotere versies met slaglengtes tot 400 mm zijn verkrijgbaar. Deze grotere versies hebben een keuze aan dempings- en einddempingsopties, waaronder handmatig instelbare en, in sommige modellen, zelfinstellende luchtdemping.

Er zijn ook speciale modellen en varianten voor droge levensmiddelen en spatwaterzones, cleanroom- en ATEX-toepassingen, en varianten met hittebestendige ontwerpen. Hygiënische aandrijvingen voor levensmiddelen- en farmaceutische toepassingen bieden dezelfde gemakkelijke reiniging en corrosiebestendigheid als standaard hygiënische cilinders, evenals smering die voldoet aan de NSF-H1-norm. Hygiënische geleide aandrijvingen hebben een glad en schoon ontwerp, zodat er geen water, vuil of stof op kan blijven liggen.

De DFM-basismodelreeks van Festo is een populaire pneumatisch geleide aandrijving.

Veel van dezelfde voordelen van grote, geleide aandrijvingen zijn beschikbaar in minigeleide aandrijvingen, waar een korte slaglengte en minder kracht voldoende zijn en waar ruimte schaars is. Bijzonder compacte modellen bieden slaglengtes van slechts 5-30 mm.

Twee Festo DGSL minigeleiders zijn gemonteerd op een elektrische as in de zijlaadeenheid van een verpakkingsmachine.

Geleide geleide geleiders bieden een vergelijkbare variëteit met zowel standaard- als speciale modellen en opties die kunnen worden aangepast voor de meeste toepassingen. Het assortiment omvat basismodellen met slaglengtes tot 200 mm en meerdere dempingsopties, vlakke en slanke ontwerpen, en ultra-compacte modellen zo klein als 8 mm breed met slaglengtes van 1 tot 10 mm. Deze laatste zijn ideaal voor kleine pick-and-place-toepassingen en andere toepassingen met een korte slaglengte. De ontwikkeling van steeds compactere geleide geleiders weerspiegelt de trend in de industrie, met name in de elektronica-assemblage, naar miniaturisatie die vereist dat geleide minisledes en microsledes presteren met dezelfde precisie, herhaalbaarheid en lange levensduur als grotere actuatoren.

Kiezen van de juiste aandrijving

Software zoals het pneumatische selectiehulpmiddel van Festo (te vinden in de online catalogus van het bedrijf onder het blauwe tabblad “Engineering”) ondersteunt klanten bij de selectie en configuratie van pneumatische producten. Klanten kunnen hun toepassingsparameters invoeren, factoren zoals de te verplaatsen last, de afstand en snelheid, en de werkdruk. Zij krijgen passende productaanbevelingen, evenals een idee van het type demping dat aan hun behoeften voldoet – van een eenvoudig stootkussentype of schokdemper tot handmatig instelbare of zelfregelende luchtdemping. Dat maattool gaat ook in op het gebruik van lagergeleiders, en geeft een indicatie of glijlager- of kogellagerstijlen beter geschikt zouden zijn voor hun operationele eisen.

en voor pneumatisch geleide aandrijvingen en geleiders groeit gestaag, als gevolg van de verdere uitbreiding van automatisering en verbeteringen in actuatorontwerp. Deze actuatoren zijn een uitstekende keuze overal waar perslucht-energie beschikbaar is. Ze zijn kostenconcurrerend, eenvoudig te configureren en te installeren, vaak onderhoudsvrij en robuust, waardoor ze een lange levensduur hebben. Ze zijn veelzijdig en verkrijgbaar in een groot aantal zuigermaten en slaglengtes, met basismodellen voor de meeste toepassingen en speciale varianten voor vele andere. Hun geleiding is reeds ontworpen en ingebouwd, zodat minimale of geen assemblage vereist is. Het is niet overdreven dat er een geleide aandrijving of geleide slede bestaat voor de meeste toepassingen die stabiliteit en/of herhaalbare precisie vereisen.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker en Julian Beckler zijn product managers, en Thomas Martin leidt het product management (zuigerstang actuators), bij Festo AG & Co.