Linearachse und Flächenportal: Definition, Anwendung und Tipps

Sie haben Fragen zu Linearachsen und Flächenportalen? Hier finden Sie Antworten direkt aus der Praxis.        

Lösungen wie Linearachsen und Flächenportale sind für die Automatisierung von zentraler Bedeutung. Doch ihre Vielfalt ist groß. Dieser Beitrag gibt Ihnen einen umfassenden Überblick und geht auf die wichtigsten Aspekte ein: von Definitionen über Anwendungsbereiche bis hin zu zeitsparenden Online Tools und Musterlösungen.

Linearachsen und Flächenportale auf einen Blick:

• Funktion: Linearachse für eindimensionale Bewegungen entlang einer Achse. Flächenportal als X-Y-Z-System für komplexe mehrdimensionale Bewegungen im Raum, beispielsweise für Positionier-, Bearbeitungs- und Handling-Aufgaben.
• Auslegung und Konfiguration: Kostenfreier item MotionDesigner® übernimmt komplexe Berechnungen und liefert in Sekunden eine fertige Lösung aus Lineareinheit, Motor und Steuerung.
• Technologie und Trends: Nachfrage nach kleinen, filigranen Linearachsen steigt. Zahnriemen- und Spindelantriebe dominieren.
• Modularität: Flexibles item Linearsystem ermöglicht individuelle Zusammenstellung und Anpassung.
• Dokumentation und Bestellung: Der item MotionDesigner® generiert automatisch eine vollständige Stückliste und Projektdokumentation. Dank des item Online Shop können Sie Ihre Lösung direkt bestellen.

Was ist eine Linearachse?

Eine Linearachse (auch Linearmodul genannt) ist ein mechanisches System, das in der industriellen Automatisierung für exakte, geradlinige Bewegungen eingesetzt wird. Sie dient dem Transport oder der Positionierung von Werkzeugen und Werkstücken entlang einer Achse.

Rotationsbewegung wird von einer Linearachse in lineare Bewegung umgewandelt. Dabei ist sie häufig angetrieben durch Kugelgewindetriebe, Zahnriementriebe oder Linearmotoren. Üblicherweise setzt sie sich aus einem Führungsprofil und einem beweglichen Schlitten zusammen. Für verschiedene Anforderungen wie Geschwindigkeit, Last und Genauigkeit lassen sich unterschiedliche Antriebe wählen.

Was sind die Anwendungsbereiche für Linearachsen?

Grundsätzlich werden Linearachsen überall dort eingesetzt, wo automatisierte Prozesse stattfinden. Beispielsweise bei der Fertigung oder beim Handling von Bauteilen. Das Anwendungsspektrum von Linearachsen ist sehr umfangreich.

Anwendungsbeispiele für Linearachsen

Die Einsatzmöglichkeiten hängen von der Art der Linearachse ab. Sie lassen sich anhand einiger typischer Anwendungsbeispiele verdeutlichen:

• Heben von Bauteilen
• Teile auf ein Förderband legen oder von diesem herunternehmen
• 3D-Drucker: Bewegung des Druckkopfs
• CNC-Bearbeitung: Bewegung eines Werkzeugkopfes über dem Werkstück
• Positionierung von Sensoren oder Kamerasystemen

Wie wählt man die richtige Linearachse aus?

Bei der Auswahl einer Linearachse sind die wichtigsten Faktoren folgende:

• Last: Wie schwer ist das Objekt, das Sie bewegen möchten?
• Dynamik: Wie schnell soll es wohin bewegt werden?

Außerdem sollten Faktoren wie die notwendige Genauigkeit und die Umgebungsbedingungen (Temperatur, Verschmutzung etc.) berücksichtigt werden. Anhand dieser Angaben wird berechnet, welche Beschleunigungskräfte auftreten: Was müssen Linearführung und -antrieb leisten? Welche Motor-Getriebe-Kombination ist die richtige?

Diese komplexe Auslegungsarbeit müssen Sie nicht selbst erledigen. Dafür haben wir speziell den item MotionDesigner® entwickelt. Das kostenfreie Online Tool findet anhand Ihrer Angaben in wenigen Sekunden die perfekte Kombination aus Lineareinheit, Motor und Steuerung.

Ein Beispiel: Sie möchten 10 kg innerhalb von 5 Sekunden über eine Distanz von 3 Metern bewegen. Der item MotionDesigner® berechnet automatisch:

• welche Kräfte auf die Linearachse wirken,
• welche Führung dafür benötigt wird und
• welcher Antrieb erforderlich ist.

Besonders praktisch: Die bei der Auslegung eingegebenen Daten und das von Ihnen definierte Wegeprogramm werden auf Wunsch von der Inbetriebnahme-Software item MotionSoft® wiederverwendet. Für Schrittmotoren wie dem Integrierten Motor ST NEMA24 ist der item MotionSoftStepper verfügbar.

Zusätzlich berücksichtigt der Prozess in der Regel weitere Rahmenbedingungen. Hier ein Beispiel:

• Umgebung: Steht die Achse in einem Reinraum, einem Stahlwerk oder einem explosionsgeschützten Bereich? Je nach Umgebung gelten andere Anforderungen.

Sind Linearachsen modular erweiterbar?

Ja, Linearachsen sind modular erweiterbar. Wenn sie bereits eingebaut sind, ist eine Erweiterung zwar meist schwierig. Doch in der Auslegung ist vieles möglich. Sie merken, dass die Last höher ist als ursprünglich erwartet? Dann können Sie beispielsweise den Zahnriemen durch eine breitere Variante austauschen.

Die Länge von Linearachsen ist skalierbar. Bei item lässt sich die Länge in Segmenten aufbauen, die man erweitern kann. Die Zahnstangenachse ist sogar theoretisch unendlich lang. Hier können prinzipiell immer weitere Segmente angebaut werden: Beim Zahnstangentrieb befindet sich der Motor auf dem Schlitten. Daher kann die Führung unendlich lang sein.

Hier zahlt sich der Aufbau des item Linearsystems als Lineartechnik-Baukasten aus: Stellen Sie die gewünschten Komponenten zusammen und kombinieren Sie diese individuell. So finden Sie exakt die passende Linearachse für Ihre Aufgabe. Wenn es etwa um eine horizontale Führung geht, auf die eine hohe Last von oben wirkt, benötigen Sie eine entsprechend starke Linearführung. Gleichzeitig ist möglicherweise eine hohe Geschwindigkeit nicht notwendig. Dann reicht ein kleiner Zahnriemen aus.

Wie konfiguriert man eine Linearachse?

Für die Auswahl und Konfiguration einer Linearachse bietet sich der kostenfreie item MotionDesigner® an: In einem geführten Dialog definieren Sie ihre Transportaufgabe und erhalten eine maßgeschneiderte Lösung aus passenden Komponenten.

Das Online Tool geht sehr in die Tiefe. So berechnet es im Hintergrund jedes einzelne Lager in der Lineareinheit:

• Was kann das Lager?
• Welche Trägheit hat es?
• Welche Belastungsfälle sind möglich?

Im item MotionDesigner® laufen tausende Berechnungen innerhalb von Sekunden ab. Diese sind deutlich präziser als manuelle Berechnungen. Sie erhalten nicht nur ein Ergebnis, sondern können auch tiefer in Detailfragen einsteigen:

• Welches Drehmoment braucht der Motor?
• Welche Lebensdauer wird prognostiziert?

Wie findet man die passende Linearachse für eine präzise Positionierungsaufgabe?

Bei item gibt es zwei effiziente Optionen, die passende Linearachse für eine präzise Positionierungsaufgabe zu finden:

1. Sie nutzen den kostenfreien item MotionDesigner®.
2. Sie sehen im item Online Shop die Datenblätter ein.

Die Werte in den Datenblättern gehen immer vom „Worst Case“ aus. Das bedeutet: maximale Belastung, maximale Beschleunigung, schlechtes Umfeld. Damit ist gewährleistet, dass die Linearachse sowohl am ersten Tag als auch einige Jahre später noch die versprochene Präzision aufweist.

Was sind neue Entwicklungen bei Linearachsen?

In Deutschland lässt sich bei Linearachsen ein klarer Markttrend beobachten: Die Nachfrage verschiebt sich weg vom klassischen, schweren Maschinenbau hin zu kleineren, filigraneren Systemen. Dieser Wandel wird vor allem durch hochpräzise Branchen vorangetrieben, zum Beispiel:

• Elektronikfertigung
• Chipproduktion
• Medizintechnik

Zahnriementriebe haben sich deutlich weiterentwickelt. Zudem werden Spindeltriebe präziser und günstiger in der Fertigung. Beide sind aktuell in der Beliebtheit ungefähr gleichauf und verdrängen ältere Antriebselemente. Dazu gehören beispielsweise Kettentriebe.

Wo kann man Linearachsen mit hoher Präzision bestellen?

Bei item können Sie Linearachsen mit hoher Präzision bestellen. Entscheidender Vorteil: Die intuitive Auswahl- und Konfigurationssoftware item MotionDesigner® erstellt automatisch eine Stückliste mit Artikelnummern sowie eine vollständige Projektdokumentation.

So wissen Sie genau, welche item Produkte am besten für Ihre Transportaufgabe geeignet sind. Anhand einer Auswahl der besten Optionen können Sie sich entscheiden und direkt im item Online Shop bestellen.

Was ist ein Flächenportal?

Ein Flächenportal ist ein automatisiertes Handlingsystem für die Industrie. Es bewegt sich über eine große Fläche und hat folgende Aufgaben:

• Präzise Positionierung von Werkstücken
• Bearbeitung von Werkstücken (wie Schneiden oder Gravieren)

Flächenportale bestehen meist aus einer beweglichen Brücke. Sie läuft auf zwei parallelen Lineareinheiten und führt Werkzeuge oder Greifer auf mehreren Achsen (X und Y).

Wie funktioniert ein Flächenportal?

Ein Flächenportal besteht aus mehreren Linearachsen, die zu einem System kombiniert werden. Der Name „Flächenportal“ leitet sich davon ab, dass es eine große Fläche in der X- und Y-Richtung abdeckt und jeden Punkt auf dieser zweidimensionalen Ebene ansteuern kann.

Doch für die eigentliche Aufgabe wie das Heben, Greifen oder Bearbeiten eines Werkstücks wird häufig eine dritte, vertikale Achse (Z-Achse) benötigt. Daher gibt es in der Praxis neben Flächenportalen oft auch Raumportale.

Bei der Auslegung eines Flächenportals ist Folgendes wichtig: Oft wird eine Linearachse auf die andere geschraubt. Bei der zweiten Achse muss man daher zusätzlich berücksichtigen:

• das Gewicht der ersten Achse
• die Kräfte, die entstehen, wenn sich die erste Achse gerade bewegt

Im item Online Shop finden Sie verschiedene vorkonfigurierte Musterlösungen für Flächenportale. Dabei kommen jeweils zwei synchronisierte Linearachsen (KLE5, KLE 6 oder KLE 8) zum Einsatz. Natürlich können Sie ebenfalls Ihr individuelles Flächenportal zusammenstellen.

Was sind typische Anwendungsbereiche für Flächenportale?

Flächenportale sind für Anwendungen konzipiert, die präzise und flexible X-Y-Bewegungen über einen großen Arbeitsbereich erfordern. Ihre Einsatzgebiete sind vielfältig. Dazu gehören die Mess- und Prüfautomation: Hier werden Flächenportale etwa bei der Qualitätskontrolle zur präzisen Vermessung oder zur zerstörungsfreien Prüfung mit Sensoren genutzt. Ein weiterer Bereich ist die exakte Kennzeichnung und Markierung von Bauteilen durch Verfahren wie Lasern oder Prägen.

Darüber hinaus sind Flächenportale ideal für das Materialhandling. Damit sind die Bewegung und Positionierung von großformatigen Werkstücken wie Holz-, Metall- oder Kunststoffplatten gemeint. Für Aufgaben wie Laserschneiden, Gravieren oder Fräsen sind sie ebenfalls geeignet. In der Logistik werden sie beim Stapeln von Materialien eingesetzt. Für die Medizintechnik sind Flächenportale bei präzisen Positionierungsaufgaben in diagnostischen oder therapeutischen Anwendungen wertvoll.

Welches Flächenportal ist das beste für welche Anwendung?

Das kommt ganz auf die individuelle Anwendung an. Hier sind Aspekte wie die benötigte Präzision und die zu bewegende Last entscheidend. Im item Online Shop finden Sie Musterlösungen für Flächenportale. Dabei werden jeweils zwei synchronisierte item Linearachsen kombiniert:  KLE5, KLE 6 und KLE 8. Wenn Sie mehr Gewicht bewegen müssen, empfiehlt sich generell eine höhere Baugröße. Oder stellen Sie dank der Flexibilität des item Linearsystems ein individuelles Flächenportal zusammen.

Kann ich ein Flächenportal als Komplettset mit Motor bestellen?

Bei item können Sie Flächenportale als Komplettset mit Motor bestellen. Es handelt sich um vorkonfigurierte Musterlösungen mit jeweils zwei synchronisierten Linearachsen (KLE5, KLE 6 und KLE 8). Dafür sind jeweils verfügbar:

• 3D-PDF
• CAD-Daten
• 2D-PDF inklusive Stückliste
• Produktdatenblatt mit allen wichtigen technischen Eigenschaften

An der Stückliste können Sie sich gut orientieren und beispielsweise für Ihr Projekt einzelne Produkte austauschen, um die Standardlösung optimal an Ihre individuellen Anforderungen anzupassen. Oder Sie übernehmen die Konfiguration einer Musterlösung und bestellen sie direkt.

Häufige Fragen zu Linearachsen und Flächenportalen

Muss ich Expertin/Experte sein, um eine Linearachse auszulegen?

Nein. Der item MotionDesigner® ist genau dafür entwickelt worden, um auch Nicht-Expertinnen/-Experten sicher durch den Auslegungsprozess zu führen. Sie werden Sie in einem Dialog zur Lösung geführt. Die Software übernimmt die Berechnungen für Sie und verhindert typische Auslegungsfehler. Bei Bedarf können Sie in den Expertenmodus wechseln, um noch detailierter in die Auslegung einzusteigen.

Wie arbeiten item MotionDesigner® und item MotionSoft® zusammen?

Der item MotionDesigner® ist das Online Tool für die Hardware-Auslegung. Er findet die perfekte Kombination aus Lineareinheit, Motor und Steuerung. Daran knüpft item MotionSoft® als Software für die Inbetriebnahme nahtlos an. Sie kann die im MotionDesigner® definierten Angaben direkt übernehmen. Dadurch sparen Sie viel Zeit.

Welche Vorteile bieten die item Musterlösungen für Flächenportale?

Der entscheidende Vorteil der item Musterlösungen für Flächenportale sind Zeitersparnis und Prozesssicherheit. Sie erhalten ein komplett vorkonfiguriertes und geprüftes Komplettpaket. Konstruktions- und Berechnungsaufwände entfallen. Eine andere Möglichkeit: Lassen Sie sich von einer Musterlösung inspirieren und verändern Sie einzelne Details.

Wann reicht eine einzelne Linearachse und wann brauche ich ein Mehrachssystem?

Eine einzelne Linearachse ist ausreichend, wenn eine Bewegung nur in eine Richtung entlang einer geraden Linie stattfinden soll. Typische Beispiele sind einfache Zuführungen oder das Verschieben von Bauteilen zwischen zwei festen Punkten. Ein Mehrachssystem wird notwendig, sobald sich eine Anwendung in mehrere Richtungen bewegen muss. Das betrifft Bewegungen in einer Ebene (XY‑Portal) oder im Raum (XYZ‑Portal). Solche Systeme ermöglichen koordinierte Abläufe wie Pick‑and‑Place, das Anfahren mehrerer Positionen oder komplexere Bearbeitungswege.

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