Kaufberatung für Präzisions-Positioniertische: So finden Sie das passende Modell für Ihre Lastanforderungen

Date: Jan 07 2026

Der Präzisions-Positioniertisch ist eine Kernkomponente in Bereichen wie Automatisierungstechnik, Präzisionsmesstechnik und Halbleiterfertigung. Seine Leistungsfähigkeit beeinflusst direkt die Positioniergenauigkeit und Stabilität der Anlagen. Die korrekte Lastabstimmung ist die wichtigste Voraussetzung für die Auswahl: Ist die Tragfähigkeit des Positioniertisches unzureichend oder die Redundanz zu hoch, kann dies zu Genauigkeitseinbußen, verkürzter Lebensdauer oder sogar Anlagenausfällen führen. Im Gegenteil, es entstehen unnötige Kosten. Dieser Artikel erläutert systematisch, wie das Modell des Positioniertisches präzise an die Lastanforderungen angepasst wird. Dabei werden vier Aspekte betrachtet: Analyse der Lastcharakteristik, Interpretation der wichtigsten Parameter des Positioniertisches, Auswahlkriterien und zu beachtende Vorsichtsmaßnahmen.

I. Lastcharakteristika klären: Der „Ausgangspunkt“ für die Auswahl

Last ist nicht bloß ein „Gewichtswert“, sondern ein umfassender Parameter, der von statischer und dynamischer Last, Schwerpunktverteilung, Bewegungsrichtung und weiteren Faktoren abhängt. Folgende Schlüsselinformationen müssen zunächst quantifiziert werden:

1. Art und Größe der Ladung

Statische Last: Das Gewicht, das der Schiebetisch im Stillstand trägt (einschließlich Werkstücke, Vorrichtungen usw.), mit Einheiten in N oder kg (1 kg ≈ 9,8 N).

Dynamische Last: Die dynamische Kraft, die der Schiebetisch während der Bewegung (Beschleunigung/Verzögerung) erträgt und die in Kombination mit der Bewegungsgeschwindigkeit und der Beschleunigung berechnet werden muss (Formel: F = ma + mg, wobei m die Gesamtmasse, a die Beschleunigung und g die Erdbeschleunigung ist).

Bei einer Lastmasse von 10 kg und einer Beschleunigung von 0,5 m/s² beträgt die dynamische Last 10 × (0,5 + 9,8) = 10³ N (ca. 10,5 kgf). Im statischen Zustand beträgt sie 98 N (10 kgf).

2. Lage des Lastschwerpunkts

• Zentrale Last: Der Massenschwerpunkt der Last fällt mit der Bewegungsachse des Gleittisches zusammen (Idealzustand). An diesem Punkt ist der Gleittisch einer gleichmäßigen Kraft ausgesetzt und erfährt nur eine minimale Verformung.

• Exzentrische Belastung: Weicht der Massenschwerpunkt von der Bewegungsachse ab (z. B. bei einer einseitig einseitig eingespannten Konstruktion), entsteht ein Kippmoment (M = F × d, wobei F die Lastkraft und d die Exzentrizität ist). Bei einer Last von 10 kg und einer Exzentrizität von 50 mm beträgt das Kippmoment beispielsweise 98 N × 0,05 m = 4,9 N·m. Dieses kann die Biegefestigkeit des Gleittisches überschreiten.

3. Bewegungsrichtung und Lastrichtung

Der Schiebetisch bewegt sich üblicherweise geradlinig (X/Y/Z-Achse). Dabei muss geklärt werden, ob die Last vertikal (hauptsächlich durch die Schwerkraft beeinflusst) oder horizontal (hauptsächlich durch die Trägheitskraft beeinflusst) wirkt. Beispielsweise muss ein vertikal montierter Z-Achsen-Schiebetisch gleichzeitig das Eigengewicht der Last (statische Last) und die während der Bewegung auftretende Trägheitskraft (dynamische Last) tragen und stellt daher höhere Anforderungen an die Steifigkeit.

4. Art der Belastung

• Starre Lasten (z. B. Metallblöcke): Geringe Verformung, die hauptsächlich die Steifigkeit des Schiebetisches beeinflusst;

• Flexible Lasten (z. B. elastische Vorrichtungen): Es können Vibrationen auftreten, daher muss der Schiebetisch über Dämpfungseigenschaften verfügen;

• Stoßbelastung (z. B. schnelles Starten und Stoppen): Die Stoßfestigkeit des Schiebetisches muss berücksichtigt werden (in der Regel gibt der Hersteller die "maximale Momentanbelastung" an).

II. Wichtige Parameter der Gleittabelle: Das "Lineal" der Tragfähigkeit

Die Tragfähigkeit des Schiebetisches wird durch seine Konstruktion und die verwendeten Materialien bestimmt. Folgende Parameter erfordern besondere Beachtung:

Nennlast

• Definition: Die vom Hersteller angegebene „sichere Arbeitslast“ wird unterteilt in statische Nennlast (die maximal zulässige Last im Stillstand) und dynamische Nennlast (die maximal zulässige Last in Bewegung).

Hinweis: Die dynamische Bemessungslast ist in der Regel niedriger als die statische Bemessungslast (aufgrund der Trägheitskräfte bei der Bewegung). Es ist notwendig, zwischen „horizontaler Installation“ und „vertikaler Installation“ zu unterscheiden (bei vertikaler Installation ist die Last auch durch die Schwerkraft bedingt, und der Bemessungswert ist niedriger).

Beispielsweise ist ein bestimmter Schiebetisch mit „statische Nennlast 50 kg, dynamische Nennlast 20 kg (horizontal)“ gekennzeichnet, was bedeutet, dass die maximale Last bei horizontaler Bewegung 20 kg beträgt und er im Stillstand 50 kg tragen kann.

2. Steifigkeit

• Definition: Die Fähigkeit, Verformungen zu widerstehen, typischerweise gemessen in N/µm (die Kraft, die zur Verformung pro Mikrometer erforderlich ist). Je höher die Steifigkeit, desto geringer die Verformung unter Last und desto stabiler die Positioniergenauigkeit.

• Einflussfaktoren: Art der Führungsschiene (Kugelführungsschiene > Gleitführungsschiene > Kreuzrollenführungsschiene?) Dies hängt von der spezifischen Konstruktion, dem Material des Hauptkörpers (Gusseisen > Aluminiumlegierung > technischer Kunststoff) und den Querschnittsabmessungen ab.

• Lastkorrelation: Exzentrische Lasten oder große Lasten können die Systemsteifigkeit erheblich verringern (beispielsweise ist die Steifigkeit an beiden Enden eines Langhubschlittens geringer als in der Mitte), und dies muss anhand der „Last-Steifigkeits-Kurve“ (die von einigen Herstellern bereitgestellt wird) überprüft werden.

3. Kompatibilität des Führungsschienentyps mit der Last

Die Tragfähigkeitseigenschaften und Anwendungsszenarien verschiedener Führungsschienenkonstruktionen variieren erheblich:

Eigenschaften von Führungsschienentypen, Lastanpassungsfähigkeit, typische Anwendungen

Kugelgelenkte Führungsschiene mit geringer Rollreibung, hoher Präzision, mittlerer Steifigkeit, geeignet für mittlere und kleine Lasten (≤ 100 kg), ideal für Hochgeschwindigkeits- und vibrationsarme Anwendungen, z. B. in der 3C-Prüfung und für kleine automatisierte Anlagen.

Die Rollen der Kreuzrollenführungsschiene sind orthogonal angeordnet und zeichnen sich durch hohe Steifigkeit und Präzision aus. Sie besitzt eine hohe Tragfähigkeit für mittlere Lasten (50–500 kg) und widersteht Kippmomenten zuverlässig. Sie eignet sich für die Handhabung von Halbleiterwafern und Präzisionswerkzeugmaschinen.

Die Gleitführungsschiene zeichnet sich durch Gleitreibung, eine einfache Konstruktion, geringe Kosten und hohe Steifigkeit bei großen Lasten (≥ 500 kg) aus, neigt jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten in schweren Maschinen und bei Positioniervorgängen mit niedriger Geschwindigkeit zum Kriechen.

Luft-/magnetisch gelagerte Führungsschienen bieten berührungslose Lagerung, Reibungsfreiheit und höchste Steifigkeit sowie höchste Präzision (Last üblicherweise ≤ 50 kg) für Fotolithografiemaschinen und Positionierplattformen im Nanometerbereich.

4. Der Antriebsmodus ist an die Last angepasst.

Die Antriebsart des Schiebetisches (Gewindespindel, Linearmotor, Synchronriemen usw.) beeinflusst den Wirkungsgrad der Lastübertragung und die dynamische Leistung.

• Kugelgewindetrieb: Die Kraftübertragung erfolgt über die Gewindemutter, die Last wird von der Gewindespindel aufgenommen. Die axiale Belastbarkeit der Gewindespindel (abhängig von Steigung und Drehzahl) muss geprüft werden.

• Linearmotorantrieb: Kein Zwischengetriebe, schiebt und zieht die Last direkt, geeignet für Szenarien mit großen Lasten und hoher Beschleunigung (erfordert jedoch starke, starre Führungsschienen);

• Synchronriemenantrieb: Die Kraftübertragung erfolgt durch Reibung, daher sollte die Last nicht zu hoch sein (Schlupfgefahr). Er eignet sich für leichte Lasten (≤ 20 kg) und hohe Drehzahlen.

III. Auswahllogik: Von den Lastanforderungen zur Modellübereinstimmung

Auf Grundlage der obigen Analyse können zur präzisen Auswahl folgende Schritte befolgt werden:

Schritt 1: Berechnen Sie die Gesamtlast und die dynamische Kraft

• Gesamtmasse m_{total} = m_{load} + m_{gleistable body} + m_{fixture} (die Masse des Gleittischkörpers sollte in der Bedienungsanleitung des Herstellers nachgeschlagen werden);

• Dynamische Last F_{dynamic} = m_{total}×a (a ist die maximale Beschleunigung, üblicherweise 0,3-0,5 m/s², und kann bei hohen Geschwindigkeiten 1-2 m/s² erreichen);

Bei exzentrischen Lasten muss das Kippmoment M = F_{total}×d berechnet werden, um sicherzustellen, dass das auf der Gleittabelle angegebene "maximal zulässige Kippmoment" ≥M ist.

Schritt 2: Bestimmen Sie den Sicherheitsfaktor

Bei Präzisionsanwendungen wird der Sicherheitsfaktor üblicherweise mit 1,5 bis 2 angesetzt (d. h. tatsächliche Last ≤ Nennlast/Sicherheitsfaktor), um plötzliche Überlastungen oder langfristigen Verschleiß zu kompensieren. Beträgt die berechnete dynamische Last beispielsweise 30 kg und wird ein Sicherheitsfaktor von 1,5 gewählt, so sollte die dynamische Nennlast des Gleittisches mindestens 45 kg betragen.

Schritt 3: Starre Anforderungen erfüllen

Bei einer geforderten Positioniergenauigkeit von ±1 μm sollte ein Schiebetisch mit einer Steifigkeit von ≥500 N/μm gewählt werden (unzureichende Steifigkeit führt zu einem Last-Verformungs-Fehler).

Bei exzentrischen Belastungen sind gekreuzte Rollenführungen oder Doppelführungskonstruktionen vorzuziehen (um die Kippsicherheit zu erhöhen).

Schritt 4: Überprüfen Sie die Kompatibilität der Installation mit der Umgebung

• Aufstellfläche: Die Abmessungen (Breite, Höhe) des Schiebetisches müssen mit dem verfügbaren Platz für die Anlage kompatibel sein. Bei Schiebetischen mit großem Hub ist der Kragarmeffekt (zu große Länge kann die Steifigkeit verringern) zu berücksichtigen.

• Umweltschutz: Bei Staub- und Ölverschmutzungen wählen Sie eine Schutzart von IP54 oder höher. Prüfen Sie bei hohen Temperaturen die Temperaturbeständigkeit des Gleittischmaterials (z. B. Aluminiumlegierung ≤ 120 °C, Gusseisen ≤ 200 °C).

• Anforderung an die Nutzungsdauer: Überprüfen Sie anhand der durchschnittlichen täglichen Betriebszeit die "Nennnutzungsdauer" des Gleittisches (üblicherweise als "Betriebsstrecke" angegeben, z. B. L10 Nutzungsdauer = 50 km).

IV. Häufige Missverständnisse und Vorsichtsmaßnahmen

Verwechslung von „statischer Last“ mit „dynamischer Last“: Wird die Trägheitskraft während der Bewegung ignoriert, kann dies zu einer Überlastung, Überhitzung oder Genauigkeitsabweichung des Schiebetisches führen (beispielsweise kann ein Schiebetisch mit einer statischen Tragfähigkeit von 50 kg beschädigt werden, wenn die dynamische Last 20 kg überschreitet).

2. Vernachlässigung der Schwerpunktverlagerung: Eine Last von 10 kg mit einer Exzentrizität von 50 mm entspricht einer Erhöhung der Mittellast auf 15 kg (dies muss in Kombination mit der Biegesteifigkeit des Gleittisches überprüft werden).

3. Überzogenes Streben nach höchster Präzision: Hochsteife Gleitschienen sind teuer und schwer. Wenn die Belastung nur eine Genauigkeit von ±10 μm erfordert, können herkömmliche Kugelführungen verwendet werden (um redundante Leistung zu vermeiden).

4. Ignorieren Sie die Testbedingungen des Herstellers: Einige Hersteller geben an, dass die „Nennlast“ die Daten für niedrige Drehzahlen (≤ 0,1 m/s) und kurze Hübe sind. Bei hohen Drehzahlen muss die Nennlast reduziert werden (siehe „Drehzahl-Last-Kennlinie“).

V. Typische Beispiele für die Szenarioauswahl

Wichtige Parameter des empfohlenen Gleitbahntyps für die Szenenlastcharakteristika

Waferinspektion für Halbleiter (X-Achse): Belastung 5 kg (Wafer + Saugnapf), Exzentrizität ≤ 10 mm, Genauigkeit ± 1 μm. Kreuzrollenführung + Kugelgewindetrieb: Nennlast ≥ 10 kg, Steifigkeit ≥ 800 N/μm, Wiederholgenauigkeit ± 0,5 μm.

3C-Produktmontage (Z-Achse), Belastung 2 kg (Vorrichtung + Teile), vertikale Montage, häufiges Starten und Stoppen, Kugelführung + Servomotorantrieb, vertikale Nennlast ≥ 5 kg, dynamische Nennlast ≥ 3 kg, Schutzart IP54

Positioniervorrichtung für schwere Maschinen (Y-Achse): Last 200 kg, horizontale Montage, langsame (≤ 0,2 m/s) Gleitführung + Zahnstangenantrieb, statische Nennlast ≥ 300 kg, Steifigkeit ≥ 300 N/µm

Zusammenfassung

Die Lastabstimmung des Präzisionspositioniertisches erfordert eine „Quantifizierung der Anforderungen und die Festlegung von Vergleichsparametern“: Zunächst müssen Masse, Schwerpunkt und Bewegungszustand der Last ermittelt werden. Anschließend werden die Kernparameter wie Nennlast, Steifigkeit und Führungsschienentyp des Positioniertisches berücksichtigt und die Eignung anhand von Sicherheitsfaktoren und dynamischen Prüfungen verifiziert. Es ist zu vermeiden, blindlings auf eine „High-End-Konfiguration“ zu setzen. Nur durch die Fokussierung auf „Erfüllung der Präzisionsanforderungen, Gewährleistung der Lebensdauer und Kostenkontrolle“ lässt sich die optimale Ausführung finden.