Translation – translatorische Bewegung einfach erklärt

Die translatorische Bewegung, auch Translation genannt, bezeichnet die Verschiebung eines Körpers, bei der alle Punkte die gleiche Strecke in die gleiche Richtung zurücklegen. Die räumliche Orientierung des Körpers bleibt dabei unverändert.

Ein anschauliches Beispiel ist ein Industrieroboter, der auf einer geraden Linearachse verschoben wird. Während sich seine Position verändert, behalten Roboter, Werkzeug und Greifer ihre jeweilige Ausrichtung bei.

Was ist eine translatorische Bewegung?

Bei einer reinen Translation bewegt sich ein Körper, ohne sich um eine eigene Achse zu drehen. Jede gedachte Verbindungslinie innerhalb des Körpers bleibt während der gesamten Bewegung parallel zu ihrer ursprünglichen Lage.

Für alle Punkte des Körpers gelten zum gleichen Zeitpunkt:

• die gleiche Bewegungsrichtung,
• die gleiche Geschwindigkeit,
• die gleiche Beschleunigung,
• die gleiche zurückgelegte Strecke.

Die Translation unterscheidet sich damit grundlegend von einer rotatorischen Bewegung, bei der sich ein Körper um eine Drehachse bewegt.

Arten der Translation

Geradlinige Translation

Bei einer geradlinigen Translation bewegt sich der Körper entlang einer geraden Bahn. Seine Orientierung bleibt dabei unverändert.

Typische Beispiele sind:

• Linearachsen einer CNC-Maschine,
• Werkzeugschlitten einer Drehmaschine,
• Industrieroboter auf einer Linearachse,
• Kolben in einem Zylinder,
• Maschinentische,
• Linearführungen,
• Förderanlagen.

Kurvenförmige Translation

Eine Translation kann auch entlang einer gekrümmten Bahn erfolgen. Entscheidend ist, dass sich die Orientierung des Körpers während der Bewegung nicht verändert.

Alle Punkte des Körpers bewegen sich dabei auf gleichartigen, gegeneinander versetzten Kurvenbahnen.

Wichtige Größen der translatorischen Bewegung

Weg

Der Weg s beschreibt die Strecke, die ein Körper während der Bewegung zurücklegt. Die übliche Einheit ist Meter oder Millimeter.

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich die Position eines Körpers verändert: v=ΔtΔs​

Dabei steht v für die Geschwindigkeit, Δs für die Wegänderung und Δt für das benötigte Zeitintervall.

Beschleunigung

Die Beschleunigung beschreibt die Veränderung der Geschwindigkeit: a=ΔtΔv​

Ein Körper wird beschleunigt, wenn seine Geschwindigkeit größer oder kleiner wird oder sich seine Bewegungsrichtung verändert.

Kraft

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ergibt sich die erforderliche Kraft aus Masse und Beschleunigung: F=m⋅a

Je größer die bewegte Masse oder die gewünschte Beschleunigung ist, desto höher muss die Antriebskraft sein.

Translation bei CNC-Maschinen

CNC-Maschinen besitzen üblicherweise mehrere translatorische Achsen. Diese werden häufig als X-, Y- und Z-Achse bezeichnet.

• Die X-Achse bewegt Werkzeug oder Werkstück horizontal.
• Die Y-Achse erzeugt eine zweite horizontale Bewegung.
• Die Z-Achse beschreibt normalerweise die vertikale Bewegung.

Durch die koordinierte Bewegung mehrerer Linearachsen kann das Werkzeug einer programmierten Kontur folgen. Bei einer dreiachsigen Fräsmaschine entstehen diese Bewegungen zunächst durch drei voneinander unabhängige Translationen.

Drehachsen wie A, B und C ergänzen das System um rotatorische Bewegungen.

Translation in der Robotik

Industrieroboter erzeugen ihre Bewegungen häufig durch mehrere rotatorische Gelenke. Trotzdem kann der Werkzeugmittelpunkt, der sogenannte Tool Center Point, auf einer geraden Bahn geführt werden.

Die Robotersteuerung berechnet dafür die erforderlichen Winkeländerungen der einzelnen Gelenke. Bleibt die Orientierung des Greifers oder Werkzeuges während der Bahnbewegung konstant, führt der Werkzeugmittelpunkt eine translatorische Bewegung aus.

Zusätzliche Linearachsen können den gesamten Roboter verschieben und seinen Arbeitsbereich vergrößern.

Technische Führungen und Antriebe

Für präzise translatorische Bewegungen werden unterschiedliche Führungssysteme und Antriebe eingesetzt:

• Profilschienenführungen,
• Rundführungen,
• Gleitführungen,
• Kugelgewindetriebe,
• Zahnstangenantriebe,
• Zahnriemenantriebe,
• Linearmotoren,
• pneumatische Zylinder,
• hydraulische Zylinder.

Die Auswahl richtet sich nach Verfahrweg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Belastung, Positioniergenauigkeit und Umgebungsbedingungen.

Translation und Rotation im Vergleich

Merkmal	Translation	Rotation
Bewegungsart	Verschiebung	Drehung
Bezugsgröße	Weg	Drehwinkel
Geschwindigkeit	Lineargeschwindigkeit	Winkelgeschwindigkeit
Beschleunigung	Linearbeschleunigung	Winkelbeschleunigung
Ursache	Kraft	Drehmoment
Orientierung	bleibt unverändert	verändert sich
Beispiel	CNC-Linearachse	Werkzeugspindel

Reibung und Massenträgheit

Bei einer realen Linearbewegung müssen Reibung, Massenträgheit und äußere Belastungen berücksichtigt werden. Führungen und Antriebe müssen ausreichend dimensioniert sein, um die bewegte Masse sicher zu beschleunigen und abzubremsen.

Eine zu geringe Antriebsleistung kann zu Positionsabweichungen oder verlängerten Beschleunigungszeiten führen. Ungeeignete Führungen können Spiel, Schwingungen und erhöhten Verschleiß verursachen.

Bei CNC-Maschinen und Robotern beeinflusst die Qualität der translatorischen Achsen deshalb unmittelbar:

• Positioniergenauigkeit,
• Wiederholgenauigkeit,
• Oberflächenqualität,
• Bearbeitungszeit,
• Prozesssicherheit.

Fazit

Die translatorische Bewegung ist eine grundlegende Bewegungsform in Maschinenbau, CNC-Technik und Robotik. Ein Körper verändert dabei seine Position, ohne seine räumliche Orientierung zu ändern.

Lineare Führungen, Kugelgewindetriebe, Zahnstangen und Linearmotoren setzen diese Bewegungsform in technischen Anlagen um. Gemeinsam mit rotatorischen Bewegungen bildet die Translation die Grundlage nahezu aller modernen Maschinen- und Robotersysteme.