Der Hauptzweck von lineare Bewegung Lineare Bewegungen dienen dazu, Objekte geradlinig und in eine Richtung von einem Ort zum anderen zu bewegen. Üblicherweise wird dies mithilfe von Wälzlagern erreicht. Traditionell handelte es sich dabei um Kugeln oder Rollen, doch heutzutage verzichten einige lineare Lager auf Wälzkörper und werden daher als Gleitlager bezeichnet. Diese Gleitlager bestehen lediglich aus Kunststoff- oder Keramikbuchsen, die zur Reduzierung der Gleitreibung mitunter mit PTFE oder ölgetränktem Kunststoff ausgekleidet sind. Lineare Bewegungen sind zwar auch ohne Lager möglich, erfordern jedoch einen höheren Kraftaufwand. Der Einsatz von Lagern kann die Reibung deutlich verringern. Beispielsweise kann der Reibungskoeffizient einer Kugelumlaufbuchse bis zu 0.001 betragen, während der Reibungskoeffizient von Stahl auf Stahl (mit Schmierung) bei 0.10 liegt. Lineare Lager können auf verschiedene Weise bewegt werden. Sie lassen sich durch Spindeln, Riemen, Ketten, Zahnstangen und kleine Zahnräder antreiben oder einfach von Hand schieben. Lineare Bewegungssysteme können zu multidirektionalen Systemen mit zwei oder drei Achsen kombiniert werden. Zum Beispiel eine XY-Werkbank (2 Achsen) oder eine CNC-Werkzeugmaschine (3 Achsen).

 

 

 

Zur Vereinfachung werden verschiedene Produkte für die Linearbewegung anhand ihrer Typen besprochen.

 

Linearführungen mit Kugellagern bieten die geringste Reibung. Die beiden Hauptprodukte sind Umlaufkugellager und Bewegungsführungssysteme.

 

1. Kugelbuchsen sind traditionelle Linearführungen, die in Verbindung mit gehärteten und geschliffenen Wellen eingesetzt werden. Kugellager weisen eine sehr kleine Kontaktfläche auf und ermöglichen eine sehr geringe Rollreibung. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche üben sie jedoch eine erhebliche Kraft auf die Welle aus, weshalb sie nur bei gehärteten Wellen (z. B. Stahlwellen aus Cf53 oder Edelstahlwellen aus X90CrMoV18) verwendet werden können.

2. Das Bewegungsführungssystem (auch Kugel- oder Linearführung genannt) verwendet ebenfalls Kugeln, läuft jedoch auf unregelmäßigen Führungen. Die Kugelnuten dieser Führungen sind typischerweise gotisch bogenförmig, um die Tragfähigkeit zu maximieren. Auch hier muss die Führungsschiene gehärtet sein, um Verformungen durch die hohen Kugellasten zu verhindern. Diese Systeme sind in der Regel drehmomentbeständiger als herkömmliche Linearführungen.

Die Tragfähigkeit von Wälzlagern ist höher als die von Kugellagern gleicher Größe. Allerdings ist ihre Toleranz gegenüber Querkräften gering. Wälzlager werden hauptsächlich als Rollen eingesetzt, können aber auch für Kreuzrollenführungen verwendet werden.

 

1. Laufrollenlager sind Lager, die entlang der entsprechenden Schiene auf ihrem Außendurchmesser rollen. Üblicherweise enthalten sie Rollen als Wälzkörper, manchmal jedoch Kugeln (insbesondere wenn eine radiale Tragfähigkeit erforderlich ist). Laufrollenlager sind weit verbreitet und in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Die einfachste Variante ist ein hochbelastbares, vollbelastetes Rollenlager (z. B. NUTR), während andere einen geformten Außenring (V-förmig oder konkav) besitzen, der auf eine geformte (manchmal gehärtete) Führungsschiene abgestimmt ist. Die Verbindung erfolgt mittels Muffen, Bolzen oder Schweißnaben. Andere Ausführungen verfügen über eine zusätzliche axiale Rolle zur Aufnahme von Querkräften (z. B. Verbundrollenlager).

2. Rollenführungen ähneln Kugelführungen, bieten aber im Vergleich zu Kugelführungen gleicher Größe eine höhere Tragfähigkeit. Aufgrund ihrer Kompaktheit und Präzision werden sie häufig in der Medizintechnik eingesetzt.

3. Kreuzrollenschlitten bieten hohe Genauigkeit und Tragfähigkeit. Aufgrund ihrer Konstruktionseigenschaften sind sie jedoch anfällig für Verunreinigungen und werden daher hauptsächlich in Reinräumen oder Vakuumanwendungen eingesetzt.

Gleitlager (oder Buchsen) haben sich in den letzten 20 Jahren mit der Entwicklung reibungsarmer Kunststoffe rasant weiterentwickelt. Sie bestehen üblicherweise aus Kunststoff oder Keramik. Obwohl sie die Reibung reduzieren, ist ihr Reibungskoeffizient in der Regel deutlich höher als der von Wälzlagern.

 

2. Keramische Linearführungen bieten ähnliche Eigenschaften wie Kunststoff-Linearführungen. Sie sind leise und laufen leichtgängig, haben in der Regel die gleichen Abmessungen wie herkömmliche runde Linearführungen und benötigen keine Schmierung. Einige ermöglichen zudem die Kombination von Dreh- und Linearbewegung.

 

Bei der Auswahl von Linearantrieben sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen. Die Produktpalette ist breit gefächert und jedes Produkt ist in verschiedenen Formen und Größen erhältlich. Der Preis spielt natürlich immer eine Rolle, doch jedes System hat seine eigenen Vor- und Nachteile, die bei der Konstruktion berücksichtigt werden sollten.

 

Zu berücksichtigende Faktoren sind:

 

Ladekapazität (spielt dabei eine Zeitrolle?)

 

L · Präzision (Mikrometergenauigkeit von Mikrokugelführungen bis hin zu Rollen mit geringerer Präzision)

 

Tragkonstruktion (Vollstützung, Endstützung, Kragarm- oder Teleskopstützung)

 

Umgebung (schmutzig/staubig, Reinraum, Staubsauger, Außenbereich...)

 

Korrosionsbeständigkeit (Medizin-, Pharma- und Lebensmittelindustrie)

 

Größe und Ausführung (kompakt, robust oder dazwischen)

 

Reibung (bezüglich des Antriebssystems)

 

Produktauswahltabelle (Vergleich der Vor- und Nachteile – englische Version)

*Die Reibung variiert je nach Belastung, Oberflächenbeschaffenheit und Ausrichtung. Der Wert dient lediglich Vergleichszwecken.

 

 

Bei der Spezifizierung von Linearführungsprodukten ist es wichtig, alle Vor- und Nachteile der einzelnen Produkte zu berücksichtigen. Besonderes Augenmerk sollte auf die Reibung gelegt werden, da der Gleitreibungskoeffizient (Gleitlager) deutlich höher ist als der Rollreibungskoeffizient (Kugel-Rollen-Gelenk). Der niedrigste Reibungswert in der obigen Tabelle beträgt 0.001, der höchste 0.4, was einem Faktor von 400 entspricht. Offensichtlich ist die Kraft, die für den Antrieb von Systemen mit herkömmlichen Buchsen (insbesondere Kunststoffbuchsen) erforderlich ist, wesentlich höher. Dennoch können diese in Leichtbauanwendungen eingesetzt werden.

 

Für hochpräzise Anwendungen sind Kugelumlaufbuchsen und Kugelführungen weiterhin führend. Kugelumlaufbuchsen finden vielfältige Anwendung und können sowohl zur vollflächigen (offenen) als auch zur endseitigen (geschlossenen) Lagerung eingesetzt werden. Lineare Kugel- und Rollenführungen müssen hingegen vollständig von oben oder unten abgestützt werden. Obwohl Rollenführungen eine höhere Tragfähigkeit aufweisen, hat die jüngste Produktentwicklung bei Kugelführungen den Unterschied in der Tragfähigkeit verringert. Kugelführungen sind verbreiteter als Rollenführungen und daher oft günstiger.

 

Wenn Verschmutzung ein Problem darstellt, sind Kettenlager eindeutig die beste Lösung. Sie bieten niedrige Reibungskoeffizienten und verfügen über verschiedene Systeme zur Anpassung an unterschiedliche Belastungen (wie z. B. Kurvenrollenlager, V-förmige Lager und kombinierte Wälzlager).

 

Der Mikromarkt wird häufig mit Kugelumlaufbuchsen und Mikrokugelführungen bedient. Aufgrund ihrer extrem präzisen Eigenschaften sind sie teuer und sollten nur dann eingesetzt werden, wenn es unbedingt erforderlich ist.

 

Edelstahlprodukte und professionelle Beschichtungen können Korrosionsbeständigkeit erzielen. Die Produktpalette ist jedoch begrenzt, und die Kosten können deutlich höher sein als bei Standardprodukten. Daher sollte Korrosionsbeständigkeit nur dann spezifiziert werden, wenn sie unbedingt erforderlich ist (z. B. in der Lebensmittel-, Pharma- und Offshore-Industrie).

 

Die richtige Auswahl von Linearführungsprodukten ist entscheidend für deren Lebensdauer. Vor der Auswahl des Wälzkörpertyps (Kugel, Rolle oder ebene Fläche) und der Spezifikation des Endprodukts müssen alle oben genannten Aspekte berücksichtigt werden. Obwohl die Kosten stets eine wichtige Rolle spielen, ist die Eignung des Produkts von entscheidender Bedeutung.