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Linearführung

Linearführung

Einkaufsführer: Linearführungen

hakenGleiten oder Rollen? Was ist die beste Wahl?

Um den geeigneten Typ einer Linearführung auszuwählen, müssen neben den Anwendungsbedingungen noch weitere Parameter beachtet werden. Die möglichst reibungsfreie Translation einer oder mehrerer beweglicher Baugruppen bedingt einige Vorbetrachtungen.

Lange Zeit galten Kugelumlaufführungen als das Nonplusultra für lineare Antriebslösungen und sind auch bis heute die erste Wahl, wo die Präzision der Bewegung das Hauptkriterium darstellt oder vergleichsweise hohe Lasten auf die Anwendung wirken. Lineargleitlager konnten jedoch in den letzten Jahren durch technische Weiterentwicklungen eine Vielzahl neuer Anwendungsfelder erschließen. Vor allem Gleitführungen, die auf tribologisch optimierte Kunststoff-Compounds setzen, ersetzen heute Kugelumlaufführungen, da sie günstiger, leichter und trockenlaufend sind. So kommt es bei der Suche nach der optimalen Linearführung stets auf die individuellen Parameter an, die zuvor feststehen müssen.

Was für eine Belastung wirkt auf die Linearführung bei meiner Anwendung? Mit welcher Geschwindigkeit und Beschleunigung soll der Schlitten bewegt werden? Wie hoch sind die Anforderungen an die Lebensdauer, sprich: Wie viele Zyklen muss die Linear­achse absolvieren? Dies sind die ersten zu bestimmenden Variablen, ebenso wichtig ist aber die Frage nach der Umgebung der Anwendung: Gibt es besondere Hygieneanforderungen? Welche Temperaturen herrschen vor Ort? Können eventuell ungeplante Stöße und Schläge auf die Achse einwirken? Sind alle diese Fragen beantwortet, sollten die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten beleuchtet werden.

Wälz- oder Gleitführung?

Linearführungen

Leichte Linearführung, die Schiene besteht komplett aus Carbon (Foto: igus GmbH).

Bei Linearführungen unterscheidet man grundsätzlich nach zwei Prinzipien – den Wälzlagern und den Gleitlagern. Bei Wälzlagern werden Wälzkörper – in der Regel kleine Kugeln aus Stahl – in einer Kugelreihe in einem axialen Umlauf bewegt. Die Lastaufnahme erfolgt beim linearen Umlauf immer über die innere Kugelführungsreihe, während die äußere entgegen der Bewegung entlastet zurückgeführt wird. Es gilt die Regel, dass, je mehr Kugeln eingesetzt werden, sich die Belastbarkeit der Linearführung erhöht, damit aber auch Reibung und Verschleiß. Durch den Einsatz von Wälzkörpern herrscht – verglichen mit Gleitführungen – eine geringere Wärmeentwicklung. Der gegenseitige Kontakt der Wälzkörper erfordert jedoch eine permanente Schmierung, was die Konstruktion wartungsanfällig und empfindlich gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit macht. Stöße, Schwingungen und andere äußere Einflüsse kann das System ebenso wenig vertragen. Zudem ist die Laufgeschwindigkeit einer Kugelumlaufführung durch die Massenträgheit seiner Wälzkörper eher gering.

Demgegenüber stehen Lineargleitführungen. Ohne zusätzliche bewegliche Komponenten zwischen Welle und Führungsschlitten sorgen Gleitelemente für verringerte Reib- und Verschleißwerte. Hier gibt es metallische Lösungen oder Kunststoffe, die als Reibpartner agieren. Letztere kommen komplett ohne externe Schmiermittel aus, was in der besonderen Zusammensetzung der Polymere liegt: Verschiedene Kunststoffe, die je nach Anforderung an die Anwendung angepasst werden können, werden je nach Bedarf mit Verstärkungsfasern zur Erhöhung der Druckfestigkeit kombiniert. Darin sind Festschmierstoffe eingebettet, die sich millionenfach in winzigen Kammern befinden. Sie schmieren jeweils ihre unmittelbare Umgebung auf der Oberfläche, sobald sich die Linearführung bewegt. Der homogene Materialaufbau macht einen großen Vorteil gegenüber klassischen Verbundlagern aus Metall aus. Denn fehlt die schmierende Schicht, bedeutet das beispielweise für ein Bronzelager rasch das Ende. Gleitelemente aus Kunststoffen, die auf Reibung und Verschleiß optimiert und im Vergleich besonders günstig sind, weisen hingegen über ihre gesamte Lebensdauer optimale und gleichbleibende Werte auf. Durch ihren Trockenlauf ist ihr Einsatz im Kontakt mit Lebensmitteln – beispielsweise in der Verpackungsindustrie – uneingeschränkt möglich.

Geringe Flächenpressung

Lineargleitführungen bieten gegenüber Wälzlagern eine größere Kontaktfläche, was zu einer geringeren Flächenpressung führt. Daher können weichere Wellen und Achsenwerkstoffe wie etwa Aluminium oder Kohlefaser als Gegenlaufpartner eingesetzt werden. Dies ist vor allem wichtig, wenn in der Anwendung jedes Gramm zählt, beispielsweise im Flugzeug- oder Automobilbau. Um größere Hublängen zu erreichen, können Führungsschienen aneinandergereiht werden, was mit Lineargleitlagern weitaus einfacher ist. Denn die entstehenden Nuten können von Gleitelementen besser überfahren werden als von Kugeln. Aber auch bei besonders kleinen Hüben spielen Gleitführungen gegenüber Wälzlagern ihre Vorteile aus. Denn bei diesen ist es problematisch, dass auf kurzen Wegen stets dieselben Wälzkörper im Kontakt zur Welle sind. Diese werden daher einseitig beansprucht, was zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer kommt. Bei Gleitführungen spielt dies jedoch keine Rolle. Da hier außerdem kein mechanisches Abrollen harter Reibungspartner und keine Kollision von Wälzkörpern erfolgt, erzeugt das Gleiten auch weit weniger Geräusche oder Vibrationen. Durch den ruhigeren Lauf und die geringere Massenträgheit können höhere Geschwindigkeiten und dadurch größere Taktzahlen erreicht werden.

Linearführungen

Der Trockenlauf ermöglicht den Betrieb im Kontakt mit Sand, Staub oder Schmutz, da keine Schmiermittel eingesetzt werden (Foto: igus GmbH).

Wartungs- und schmiermittelfreie Lineargleitlager wie aus dem drylin-Programm von igus aus Köln finden aufgrund ihres Leistungsspektrums Anwendung in zahlreichen Branchen. In Produktionsprozessen, die besondere Anforderungen an Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse wie Feuchtigkeit, Chemikalien oder Schmutz stellen, können Systeme mit polymeren Linear­gleitlagern als ideale Problemlösungen angeboten werden – von der Profilschiene bis zur kompletten Linearachse.

Baukastensystem für die Planung

Einer ihrer ersten Verwendungen fand die selbstschmierende und neuartige Gleitlager-Kunststoff-Technik in der Holz- und Möbelindustrie. Der Holzstaub verursachte durch die ungewollte Verbindung mit den traditionellen Schmiermitteln kostspielige Produktionsausfälle. Führungen verklebten beziehungsweise die Gleitpartner verschweißten und rissen sich wieder los infolge mangelhafter Schmierung (das sogenannte „Fressen“). igus stellte sich diesen Herausforderungen und entwickelte Lineargleitlager, die sich durch einen reibungsarmen Trockenlauf auszeichnen. Inzwischen sind vier unterschiedliche Baureihen in der Lineartechnik entstanden. In der Antriebstechnik wird vor allem die flexible drylin W-Baureihe eingesetzt: Sie umfasst schmierfreie Linearachsen, die ebenfalls entweder mit Trapezgewinde, Steilgewinde oder Zahnriemen angetrieben werden. Dabei stehen 14 unterschiedliche Schienenprofile und über 50 Schlittenvarianten zur Verfügung. Der Antrieb ist über Handrad oder Motor realisierbar.

Insgesamt stehen fünf verschiedene iglidur-Werkstoffe zur Auswahl. Beispielsweise der FDA-konforme Werkstoff iglidur A180 oder der Dauerläufer auf Stahl- und Edelstahlwellen iglidur E7. Bei Anwendungen, bei denen extreme Temperaturen von -100 bis +250 °C herrschen, kommt der Werkstoff iglidur X zum Einsatz. Sämtliche Werkstoffe sind als Gleitfolien erhältlich, die per Hand in die Gehäuselager eingeclipst werden können. Weitere Innovationen, wie beispielsweise Handklemmungen oder kundenindividuelle Rasterungen, runden den Baukasten von drylin W ab. Konstrukteuren sind bei der Planung von Anlagen mit dem System somit kaum noch Grenzen gesetzt und die Berechnung der Lebensdauer sowie das Konfigurieren des gewünschten Systems kostenlos und ohne Registrierung auf der Internetseite von igus möglich. Die Angaben zu Lebensdauer und Reibwerten verschiedener Materialien beruhen dabei auf unzähligen Tests, die igus im eigenen Testlabor betreibt, um so planbare Sicherheit zu bieten.

Autoren: Michael Hornung, Produktmanager, igus GmbH, und Kathrin Irmer

 


Checkliste für den Einkauf von Linearführungen

 

haken1

Welche Lasten, Beschleunigungen und Geschwindigkeiten wirken auf die Linearführung?

haken2

Welche Umgebungseinflüsse (Temperatur, Schmutz, Feuchtigkeit) sind zu berücksichtigen?

haken3

Welchen branchenspezifischen Regularien (Zertifizierungen) müssen die Linearführungen genügen?

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Sind die Linearführungen ab Lager erhältlich?

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Bietet der Hersteller eine technische Beratung (telefonisch/vor Ort) an?

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Stehen Online-Auswahlhilfen zur Verfügung?

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Können gewünschte Sonderlösungen umgesetzt werden?


Drei Fragen an Dirk Marschner, Rink GmbH & Co. KG

Für welche Produkte kaufen Sie Linearführungen ein?

Unter anderem setzen wir als Maschinenbauer für die Getränkeindustrie Linearführungen bei unserem „Vollautomatischen Halshülsen Entferner VEM“ ein, um die an der Glasflasche verbleibende Halshülse der heute üblichen Schraubverschlüsse für Weinflaschen zu entfernen.

Wie gehen Sie bei der Auswahl der passenden Führung vor?

Die Auswahl der einzusetzenden Linearführungen unterliegt im Hause Rink der Technischen Konstruktion. Hier stehen ganz klar die technischen Kriterien im Vordergrund, welche zur Auswahl des Produktes führen und in Verbindung mit dem Einkauf festgelegt werden. Für unser Unternehmen ist es wichtig, ein Produkt einzusetzen, was im Bereich Preis/Leistung, Wartungsfreiheit, Korrosionsbeständigkeit und Teileverfügbarkeit optimiert und ausgelegt ist.

Nutzen Sie Konfigurationshilfen im Internet?

Die Konfigurationshilfen im Internet werden generell, wenn diese vernünftig aufgebaut sind, natürlich genutzt, sowohl hauptsächlich durch die Konstruktion, wie auch durch den Einkauf. Jedoch legen wir bei der Auswahl komplexer Anforderungen und Sonderwünschen unserer Kunden als Sondermaschinenbauer einen großen Wert auf die persönliche Betreuung und Beratung des „Außendienstes/Kundendienstes“ unserer Lieferanten und besprechen die Anforderungssituation hier im Hause vor Ort.


Einkaufsführer in Zusammenarbeit mit igus GmbH:

Die igus GmbH ist ein weltweit führender Hersteller von Energiekettensystemen und Polymer-Gleitlagern. Das familiengeführte Unternehmen mit Sitz in Köln ist in 36 Ländern vertreten und beschäftigt weltweit über 2 700 Mitarbeiter. 2014 erwirtschaftete igus mit motion plastics, Kunststoffkomponenten für bewegte Anwendungen, einen Umsatz von 469 Mio Euro. igus betreibt die größten Testlabore und Fabriken in seiner Branche, um dem Kunden innovative auf ihn zugeschnittene Produkte und Lösungen in kürzester Zeit anzubieten.

Autor: Dörte Neitzel

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