3.7.3.1 Konstruktionsmerkmale eines Z-Achsen- Präzisionsmanipulators

Der Einsatz von Kugelumlaufsystemen bei Spindelantrieb und Führung hat mehrere entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Trapez- und metrischen Gewindetrieben oder Gleitführungen. Aufgrund ihrer geringen Reibung besitzen Kugelumlaufsysteme einen hohen Wirkungsgrad, der sich insbesondere bei großen Nennweiten positiv auswirkt. Trotz hoher externer Lasten (etwa durch den Druckunterschied im evakuierten Zustand) ermöglichen sie eine komfortable Wegverstellung mit moderater Betätigungskraft. Der bereits beschriebene Stick-Slip-Effekt ist nicht vorhanden, sodass zum einen eine sehr feine Auflösung bereitsteht und zum anderen kein Losbrechmoment auftritt, das eine Bedienung erschwert und insbesondere Motorantriebe stark belastet. Untersetzungsgetriebe zur Unterstützung von Motoren sind hier nicht nötig. Ein weiterer Vorteil ist der sehr geringe Verschleiß. In einer sauberen Umgebung, die zu keiner Verschmutzung des Fettes führt, hält die Originalschmierung aus hochwertigem Langzeit-Hochtemperaturfett praktisch unbegrenzt und eine Wartung entfällt.

Ein verbiegungssteifer Führungskörper wirkt sich wesentlich auf die Präzision aus. Die Wahl einer stabilen U-Form aus Edelstahl führt zu großer Steifheit bei geringem Materialeinsatz und damit verbundenem Gewicht. Innerhalb der U-Form ist die Führungsschiene an die stabile Rückwand verschraubt. Gegenüber freilaufenden Wellenführungen, die nicht unterstützt werden können, erhält man mit Profilschienenführungen ein besonders verformungsarmes Gerüst, das auch unter hohen Lasten eine präzise Verstellung unter Einhaltung aller Raum-achsen über den gesamten Verfahrweg realisiert.

Die Balgeinheit ist üblicherweise auf 10.000 Zyklen bei vollständiger Nutzung des Verfahrwegs ausgelegt. Durch eine Austauschbarkeit des Balges wird gewährleistet, dass Manipulatoren mit hochwertigen Führungs- und Antriebskörpern weiterhin genutzt werden können.

Abbildung 3.28: Z-Achsen-Präzisionsmanipulator