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Linear-, Montage- und Handhabungstechnik

Magnetischer Aktuator mit linearem Kraftverlauf

| Redakteur: Gudrun Zehrer

Die Magspring ist mit passenden Adaptern an einem HighDynamic Linearmotormodul HM01 angebaut: Die 5 kg Masse schwebt.
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Die Magspring ist mit passenden Adaptern an einem HighDynamic Linearmotormodul HM01 angebaut: Die 5 kg Masse schwebt. (Bild: W. Jung)

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Die Kompensation von Gewichtskräften und die Erzeugung von hubunabhängigen Konstantkräften sind die primären Einsatzfelder der Magnetfeder Magspring im Lineartechnik-Programm von Dynamikspezialist Jung (JA2 GmbH).

Da ihre Funktion allein auf der Wirkung von Permanentmagneten beruht, erfordert ihre Anwendung keine externe Energiezufuhr. Wer eine Alternative zur pneumatischen oder mechanischen Kompensation von Druck- und Zugkräften sucht, kann das Konstruktionselement auf der diesjährigen Motek in Augenschein nehmen. In Halle 3 demonstriert Jung auch dessen Einsatz in Linearmotor-Modulen.

Magnetische Konstantkraft-Feder lässt Massen schweben

Wenn Massen schweben, ist clever angewendete Physik im Spiel. Das ist der Fall bei der Magspring, die in diesem Jahr mit zum Motek-Ausstellungsprogramm der Wettenberger JA2 GmbH gehört. Bei diesem passiven zweiteiligen Konstruktionselement handelt es sich um eine magnetische Feder, deren Funktionsweise auf einem uralten Arbeitsprinzip beruht: Die Magspring gibt über einen bestimmten Hub eine konstante Kraft ab und erzeugt, basierend auf rein magnetischer Anziehungskraft, über ihren gesamten Nutzhub eine definierte Konstantkraft. Ein ähnlicher Effekt ließe sich zwar auch mit einem Pneumatikzylinder inkl. Druckspeicher und Reduzierventil oder auch mit einer Spiralfeder erreichen. Die erste Variante wäre aber nicht verschleißfrei und nicht frei von Stick-Slip-Effekten. Eine Spiralfeder ist zwar ein kostengünstiges und einfaches Konstruktionselement, genügt aber dem Hookeschen Gesetz, gibt somit keine Konstantkraft ab und eignet sich damit nur zur Gewichtskraftkompensation bei kleineren Hüben.

Einfaches Prinzip mit erstaunlicher Wirkung

Die Magspring besteht im einfachsten Fall aus einem Rohr aus Weicheisen – es bildet den Stator – mit innenliegender Polymer-Gleitführung sowie einem Läufer aus Edelstahl, in dem sich speziell aufmagnetisierte Eisen-Neodym-Magnete befinden. Das Zusammenspiel der beiden Komponenten Stator und Läufer begründet die innere Wirkungsweise der Magspring, also ihre Fähigkeit, über den rein konstruktiv begrenzten Hub eine konstante Kraft zu erzeugen und bereitzustellen. „Die Größe dieser Konstantkraft hängt alleine von der Magnetfeldstärke der verbauten Magnete ab“, erläutert Wilhelm Jung, der Gründer und Geschäftsführer der JA2 GmbH. Er betont außerdem: „Das bei dynamischen Anwendungen wichtige Feature der möglichst geringen bewegten Massen wird auch hierbei konsequent umgesetzt, da der bewegte Läufer einen kleinen Durchmesser besitzt.“ Darüber hinaus bewegt sich der Edelstahlläufer in einer auf lange Lebensdauer ausgelegten Polymerbuchse, weshalb die Magspring praktisch wartungsfrei ist.

Anwendungsgebiet Automatisierungstechnik

Das Haupteinsatzgebiet der Magspring von Jung sind Linearmotor-Ausrüstungen, die bei Anwendungen mit vertikaler Bewegungsrichtung eingesetzt werden und eine Kompensation der Gewichtskraft erfordern. Hierfür gibt es in der Automatisierungstechnik einen großen Bedarf, weshalb JA² seit der Serieneinführung der Magspring eine Reihe verschiedener Optionen entwickelt hat, mit denen sich die mechanische Adaption der Magnetfeder an bestehende Aktuatorfamilien einfach realisieren lässt.

Einsatz in Linearmotor-Modulen

Als Paradebeispiel dafür wird die Kombination der Magspring mit den hochdynamischen Linearmotor-Modulen HM01 der HighDynamic-Baureihe genannt. Bei einer solchen lineartechnischen Hubanwendung kompensiert die Magspring die gesamte vertikal bewegte Masse – bestehend aus der Nutzlast und der Eigenmasse von Motor und Linearmodul – und verhindert sicher, dass der Aktuator bei einem Stromausfall oder einer sicherheitsrelevanten Leistungsabschaltung abstürzt. Darüber hinaus bietet die Magnetfeder von Jung dem Anlagenplaner Vorteile bei der Auslegung des Linearmotors: Durch die Gewichtskraftkompensation der Magspring kann der Linearmotor im Aktuator erheblich kleiner ausgelegt werden, weil er nicht ständig gegen die Erdanziehungskraft, die die Nutzlast und die Eigenmasse verursachen, „ankämpfen“ muss.

Magnetfeder in Aktuatoren der Robotertechnik verwendbar

Laut Wilhelm Jung sind darüber hinaus viele weitere, mitunter ganz anders gelagerte Anwendungen für die Magspring denkbar: „Unsere Magnetfeder lässt sich beispielsweise in den Aktuatoren der Robotertechnik immer dann sinnvoll verwenden, wo mit einer bestimmten Kraft über einen bestimmten Hub und sozusagen „mit viel Gefühl“ auf ein nachgiebiges Werkstück gedrückt werden soll. Ein weiteres großes Einsatzgebiet ist die zuverlässige Vermeidung des Herunterfallens von Vorrichtungen, Werkstücken, Prüflingen, Klappen, Abdeckungen, Schiebern und ähnlichen Komponenten.“

Anwendungen für magnetische Konstantkraft-Federn wachsen

Aktuell gibt es die Magspring in zwei Grundausführungen mit Außendurchmessern von 20 und 37 mm. Das 20-mm-Modell deckt Kräfte von 11 bis 22 N sowie Hübe von 50 bis 290 mm ab; die etwas größere 37-mm-Ausführung ist mit einem Kraftbereich von 40 bis 60 N deutlich stärker und eignet sich für Hübe von 50 bis 350 mm. Auf der Motek zeigt JA² ein Abdichtungsset für den Einsatz der Magspring in staubigen und abrasiven Umgebungen.

Jung Antriebstechnik und Automation auf der Motek 2018: Halle 3, Stand 221

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