Wie wählt man eine Linearführung aus? Die 7 wichtigsten Parameter.

Wie wählt man eine Linearführung richtig aus? Die folgenden 7 wichtigsten Parameter helfen Ihnen bei der Entscheidung. Die richtige Auswahl beeinflusst nicht nur die Arbeitsgenauigkeit der Maschine, sondern auch die Lebensdauer der Komponenten, den Geräuschpegel und die Häufigkeit der Wartungsarbeiten.

JORDAN matcon bietet eine breite Palette an Lösungen im Bereich der Lineartechnik, darunter Profilschienenführungen der Baureihen HG/QH, EG/QE, RG/QR, MG und WE. Die einzelnen Baureihen unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich ihrer Konstruktion, Abmessungen, Führung der Wälzkörper, Tragfähigkeit, Steifigkeit und ihres Verwendungszwecks.

Wie wählt man also die passende Linearführung aus? Vor der Entscheidung sollten sieben grundlegende Parameter analysiert werden.

1. Belastung: Welche Masse und welche Kräfte wirken auf die Linearführung?

Der erste Schritt besteht darin, alle auf das System wirkenden Kräfte zu bestimmen. Dabei ist nicht nur die Masse des bewegten Elements zu berücksichtigen, sondern auch:

• das Gewicht des Tisches, der Halterung oder des Werkzeugs,
• das Gewicht des transportierten Produkts,
• die Richtung der wirkenden Kräfte,
• der Angriffspunkt der Belastung,
• die beim Bremsen und Beschleunigen entstehenden Kräfte,
• die auf die Führungswagen wirkenden Kippmomente,
• eventuelle Stoßbelastungen.

Dies ist wichtig, da zwei Systeme, die dieselbe Masse tragen, völlig unterschiedliche Linearführungen erfordern können. Eine mittig angeordnete Last wirkt anders auf das System als dasselbe Gewicht, das weit über den Führungswagen hinausragt. Befindet sich der Schwerpunkt hoch über der Linearführung oder ist die Last gegenüber der Führungsachse versetzt, wirken zusätzliche Momente auf die Führungswagen. In diesem Fall reicht die Masse des Elements allein nicht aus, um die erforderliche Tragfähigkeit des Systems korrekt zu bestimmen.

In der technischen Dokumentation sollten unter anderem die statische und dynamische Tragzahl der Linearführung geprüft werden. Darüber hinaus sollten Stoßbelastungen, die Anzahl der Zyklen und die vorgesehene Lebensdauer des Systems berücksichtigt werden.

2. Geschwindigkeit und Bewegungsdynamik:
Wie hoch sind die maximale Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Einsatzhäufigkeit?

Die maximale Verfahrgeschwindigkeit ist nur einer der Parameter, welche die Dynamik einer Maschine beschreiben. Bei der Auswahl einer Linearführung sind außerdem folgende Faktoren zu berücksichtigen:

• die maximale Beschleunigung,
• die Bremsintensität,
• die Länge des Arbeitshubs,
• die Häufigkeit der Bewegungsrichtungswechsel,
• die Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitraums ausgeführten Zyklen,
• die gesamte Betriebsdauer des Geräts,
• der erforderliche Geräuschpegel.

Hohe Geschwindigkeiten und dynamische Richtungswechsel können Schwingungen, kurzzeitige Belastungsspitzen und die Betriebstemperatur des Systems erhöhen. Diese Parameter haben direkten Einfluss auf die Lebensdauer der Linearführung, die Bewegungsqualität, die Schmierintervalle und die Anforderungen an den Antrieb.

3. Genauigkeit:
Welche Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit sind erforderlich?

Die Genauigkeit gibt an, wie nah die tatsächliche Position eines Elements an der vorgegebenen Sollposition liegt. Die Wiederholgenauigkeit beschreibt hingegen, ob die Maschine wiederholt dieselbe Position anfahren kann.

Ein einfacher Förderer oder ein Transportsystem stellt andere Anforderungen an die Führungsklasse als eine Messmaschine, eine CNC-Werkzeugmaschine oder eine Präzisionsmontagestation. Die Anforderungen an die Genauigkeit sollten daher von der Funktion des Geräts und den zulässigen Abweichungen im gesamten Prozess abhängen.

Im Angebot von JORDAN matcon stehen Linearführungen mit unterschiedlichen Parametern und Genauigkeitsklassen zur Verfügung. Bei austauschbaren Ausführungen können Führungswagen und Schienen separat bestellt und anschließend entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung miteinander kombiniert werden. Nicht austauschbare Ausführungen werden dagegen als entsprechend abgestimmte und montierte Einheit geliefert.

4. Schienenlänge und Arbeitshub:
Welche Strecke soll das bewegliche Element zurücklegen?

Weitere wichtige Parameter sind die Länge der Linearführung und der erforderliche Bewegungsbereich. Die Schienenlänge entspricht nicht immer dem Arbeitshub der Achse. Zusätzlich müssen die Länge der Führungswagen, ihr Abstand, die Endpositionen und die erforderlichen Sicherheitsbereiche berücksichtigt werden.

JORDAN matcon bietet Führungsschienen mit einer Länge von bis zu 6 Metern an.

5. Steifigkeit des Systems:
Welche Widerstandsfähigkeit gegenüber Durchbiegungen, Schwingungen und Momenten ist erforderlich?

Die Steifigkeit des Systems beeinflusst die Bewegungsstabilität, die Positioniergenauigkeit und die Widerstandsfähigkeit des Systems gegenüber Schwingungen und Verformungen. Sie ist besonders wichtig bei Werkzeugmaschinen, Messgeräten und Achsen, die hohen oder wechselnden Belastungen ausgesetzt sind.

Die Steifigkeit des Führungssystems wird unter anderem durch folgende Faktoren beeinflusst:

• die Art der Wälzkörper,
• die Baugröße der Linearführung,
• die Anzahl und den Abstand der Führungswagen,
• die Anzahl und den Abstand der parallel angeordneten Schienen,
• die Geometrie des gesamten Systems,
• die Vorspannung,
• die Tragkonstruktion.

Rollenführungen können beispielsweise eine geeignete Lösung für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Steifigkeit sein. Die von JORDAN matcon angebotene Baureihe RG/QR verwendet Rollen als Wälzkörper.

6. Arbeitsumgebung:
Wie können die Umgebungsbedingungen die Funktion des Systems beeinflussen?

Staub, Späne, Feuchtigkeit, chemische Stoffe und erhöhte Temperaturen können die Lebensdauer einer Linearführung erheblich verkürzen. Verunreinigungen, die in den Bereich der Wälzkörper gelangen, können den Bewegungswiderstand erhöhen, Verschleiß an den Laufbahnen verursachen und die Führungsgenauigkeit beeinträchtigen.

Unter schwierigen Betriebsbedingungen ist auf folgende Faktoren zu achten:

• die Art der Dichtungen des Führungswagens,
• die Möglichkeit, Abdeckungen für die Schiene einzusetzen,
• den Korrosionsschutz der Komponenten,
• die Art des Schmierstoffs,
• den Zugang zu den Schmierstellen,
• die Wartungsintervalle,
• die Verträglichkeit der Materialien mit den eingesetzten Chemikalien,
• den Betriebstemperaturbereich.

JORDAN matcon bietet verschiedene Ausführungen von Linearführungen und Dichtungen an. Für die Baureihen HG/QH, EG/QE und RG/QR stehen Lösungen zur Verfügung, die an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst sind. Die Konstruktion der Führungswagen ermöglicht den Einsatz geeigneter Schmieranschlüsse.

Die Umgebungsbedingungen sollten daher bereits bei der Konstruktion der Maschine berücksichtigt werden und nicht erst, nachdem die ersten Betriebsprobleme aufgetreten sind.

7. Montage:
Wie viel Platz steht für die Schiene und den Führungswagen zur Verfügung und wie werden die Komponenten befestigt?

Selbst die beste Linearführung kann die erwartete Genauigkeit nicht gewährleisten, wenn sie auf einer nicht ordnungsgemäß vorbereiteten Fläche montiert wird. Die Art der Montage beeinflusst die Lastverteilung, den Bewegungswiderstand, die Genauigkeit und die Lebensdauer des gesamten Systems.

• die Ebenheit der Bezugsflächen,
• die Geradheit der Montageflächen,
• die Parallelität der Schienen,
• die Montagereihenfolge der Schienen und Führungswagen,
• der Zugang zu den Schmierstellen,
• die Möglichkeit einer späteren Wartung und eines Austauschs der Komponenten.

Der verfügbare Einbauraum kann für die Wahl einer bestimmten Baureihe entscheidend sein. Ein Beispiel hierfür sind die Linearführungen der Baureihen EG/QE, die sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe für Anwendungen mit begrenztem Einbauraum eignen.

Die Baureihe WE wurde hingegen als breite Linearführung mit hoher Momententragfähigkeit bei gleichzeitig geringer Bauhöhe entwickelt. Sie kann eine geeignete Lösung für Systeme sein, bei denen eine kompakte Bauweise, eine stabile Führung und die Aufnahme hoher Momente entscheidend sind.

Vor der Auswahl einer Baureihe sollten daher nicht nur die Schienenlänge, sondern auch die Breite und Höhe des Führungswagens, die Position der Montagebohrungen, die Befestigungsart des beweglichen Elements sowie der für Schmierung und Wartung erforderliche Platz geprüft werden.

Welche Informationen sollten vor der Auswahl einer Linearführung vorbereitet werden?

Die Antworten auf die sieben oben beschriebenen Fragen ermöglichen eine fundierte Auswahl der Linearführung. Zunächst müssen die tatsächlichen Betriebsbedingungen bestimmt werden:

• Belastung – Masse, Kräfte, Momente und Richtung der Belastung,
• Dynamik – maximale Geschwindigkeit, Beschleunigung und Anzahl der Zyklen,
• Genauigkeit – erforderliche Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit,
• Hub – erforderlicher Bewegungsbereich und Achslänge,
• Steifigkeit – Anforderungen hinsichtlich Durchbiegungen, Schwingungen und Momenten,
• Arbeitsumgebung – Staub, Feuchtigkeit, Späne, Temperatur und chemische Stoffe,
• Montage – verfügbarer Einbauraum, Befestigungsart und Einbaugeometrie.

Beim Austausch einer vorhandenen Linearführung oder bei der Suche nach einer Ersatzführung sind außerdem die Herstellerbezeichnung, der Name der Baureihe, die Baugröße, die Schienenlänge, der Führungswagentyp, die Anzahl der Führungswagen, der Abstand der Montagebohrungen sowie Fotos des bisherigen Systems hilfreich.

Erst nach der Bestimmung dieser Parameter kann eine konkrete Lösung ausgewählt werden. Das bedeutet in der Praxis, dass eine Linearführung nicht ausschließlich anhand ihrer Abmessungen oder ihrer maximalen Tragfähigkeit ausgewählt werden sollte. Zunächst müssen die Anforderungen der Anwendung bestimmt und anschließend die passende Baureihe und Baugröße ausgewählt werden.

Zusammenfassung: Wie wählt man eine Linearführung richtig aus?

Jeder dieser Parameter beeinflusst die anderen. Eine höhere Vorspannung kann die Steifigkeit verbessern, gleichzeitig jedoch den Bewegungswiderstand erhöhen. Eine größere Linearführung kann höhere Belastungen aufnehmen, erhöht aber möglicherweise auch die Masse und das Trägheitsmoment der Achse. Eine höhere Genauigkeitsklasse kann die Systemeigenschaften verbessern, setzt jedoch entsprechend vorbereitete Montageflächen voraus.

Die Linearführung sollte daher auf Grundlage der gesamten Anwendung und nicht nur anhand eines einzelnen Parameters ausgewählt werden.