Linearbewegungssysteme sind einer Reihe extremer Industrieumgebungen ausgesetzt. Eine sorgfältige Spezifikation und Auswahl der Komponenten des Bewegungssystems sowie eine sorgfältige technische Prüfung können Risiken unter rauen Industriebedingungen mindern.

Ein entscheidender Schritt beim Entwurf eines mechanischen Linearbewegungssystems besteht darin, die Umgebungsbedingungen zu verstehen, unter denen das System betrieben wird. Zu den wichtigsten Designüberlegungen gehören: Temperaturen, Staub- und Schmutzgehalt, chemische Belastung, Waschprozesse, Vibrations- und Stoßbelastung, Strahlung sowie alle anderen relevanten Umweltfaktoren, denen das Bewegungssystem ausgesetzt sein kann. Stellen Sie sicher, dass Sie diese Schlüsselfaktoren vor der Materialauswahl dokumentieren. Erfassen Sie tatsächliche Daten und studieren Sie Fehlercodes früherer Produkte, um sicherzustellen, dass Sie mit Fakten und nicht mit Meinungen arbeiten.

Nutzen Sie die Anwendungskompetenz Ihrer Lieferkette, um geeignete Linearbewegungskomponenten auszuwählen, indem Sie auf der Grundlage der von Ihnen gesammelten Daten geeignete Materialien, Beschichtungen und Schmierstoffe auswählen. Als nächstes entwickeln Sie einen robusten Testvalidierungsplan, der sowohl Haltbarkeits- als auch Umwelttests umfasst, um sicherzustellen, dass die von Ihnen ausgewählten Materialien die erwartete Lebensdauer und Gebrauchstauglichkeit bieten. Erwägen Sie auch die Verwendung von hochbeschleunigten Lebensdauertests (HALT), die zunehmend härtere Umweltbelastungen mit sich bringen und ein Niveau erreichen, das deutlich über dem liegt, was die Ausrüstung im Betrieb erleben wird. HALT wird normalerweise während der Entwicklungsphase durchgeführt, um Designprobleme und Randkomponenten auszumerzen.

Auswahl der Komponenten unter Berücksichtigung von Umweltaspekten
Eine neue Generation webbasierter Dimensionierungs- und Auswahltools vereinfacht die Auswahl geeigneter Komponentenmaterialien, um Umweltaspekte beim Entwurf linearer Bewegungssysteme zu berücksichtigen. Sie geben wichtige Anwendungsparameter ein, die das Tool in Berechnungen einbezieht, wie z. B. Belastung/Lebensdauer des Linearlagers, Belastung/Lebensdauer der Kugelumlaufspindel und kritische Drehzahl der Kugelumlaufspindel. Sie geben außerdem Umgebungsbedingungen ein, die für die Auswahl des richtigen Materials, der richtigen Abdeckungsstrategie und des richtigen Schmierschemas von entscheidender Bedeutung sind. Sie können beispielsweise Folgendes auswählen:

• Wasser/Chemikalienspray/Nebel
• Schlag/Pressanwendung/Vibration
• Mäßiger bis starker Staubpartikelgehalt
• Hochdruck-/Temperaturreinigung
• Wasser-/Chemikalienspritzer,
• Reinraum

Die Anwendung empfiehlt Linearführungsmerkmale wie Verchromung, Edelstahlkomponenten oder Polymergleitlager, um den Umgebungsbedingungen Rechnung zu tragen.

Komponentenmerkmale
Die Kugelführung oder Lagerschiene, Welle oder Aluminiumoberfläche trägt das Lager und ist typischerweise in Standardstahl, Edelstahl, Armoloy-beschichtet oder verchromt erhältlich. Die Linearlager sorgen für die Last- und Momentenbelastbarkeit des Systems. Beispiele hierfür sind Rundschienen-Linear-Ball-Bushing-Lager, Profilschienen, Radführungen oder Polymerführungen. Die meisten sind als standardmäßige, korrosionsbeständige („CR“) Linearlager oder Polymergleitlager erhältlich. Hardware-Optionen für die Schrauben, Bolzen und Muttern, die die Lineareinheit zusammenhalten, sind normalerweise in Standard- oder Edelstahlausführung erhältlich. Die Dichtungs- oder Schutzabdeckung für eine Lineareinheit bietet Optionen, die von überhaupt keiner Abdeckung bis hin zu Faltenbalg, Abdeckung oder geschlossen (ideale Abdichtung) reichen. Schließlich stehen für die Schmierung innerhalb der Lineareinheit Standardfett oder Reinraumfett zur Verfügung.

1 • Lösungen nach Umwelt: Sauber—Diese Umgebung wird als Maschinenwerkstattumgebung bezeichnet. Es ist davon auszugehen, dass einige Partikel in der Luft und ein gewisses Maß an Luftfeuchtigkeit vorhanden sind. Allerdings arbeitet das Personal in dieser Umgebung normalerweise ohne jegliche Schutzausrüstung (Masken, Atemschutzmasken, örtliche Staub- oder Chemikalienhauben).

Lösung:
• Kugelführung: Standard
• Linearlager: Standard
• Hardware: Standard
• Cover: Kein Cover
• Schmierung: Standardfett

Grund für diesen Lösungssatz:Standardteile aus Aluminium und Stahl sind in diesen Umgebungen akzeptabel, da Partikel oder Korrosion kaum zu befürchten sind.

2 • Mäßige bis starke Staubpartikelanzahl—Diese Umgebung ist durch so viele in der Luft befindliche Partikel gekennzeichnet, dass der Bediener das Tragen eines Atemschutzes erfordern muss. Papierfabriken und Fabriken mit großen industriellen Poliermaschinen sind Beispiele für Umgebungen mit hoher Staubpartikelbelastung.

Lösung:
• Kugelführung: Standard
• Linearlager: Standard
• Hardware: Standard
• Abdeckung: Geschlossen (ideal), Abdeckung oder Faltenbalg können akzeptabel sein
• Schmierung: Standard

Grund für diesen Lösungssatz:Standardstahlkomponenten sind akzeptabel, da keine Bedenken hinsichtlich der Korrosivität bestehen. Vielmehr geht es darum, das Eindringen von Partikeln in das Lager, die Kugelführungsbahnen und den Antriebsmechanismus (bei dem es sich um eine Schraube oder einen Riemen handeln kann) zu verhindern. Für große Partikel kann eine Faltenbalgabdeckung oder eine Aluminiumabdeckung akzeptabel sein. Für feinere Partikel sollte das lineare Bewegungssystem über ein robustes Dichtungssystem verfügen, das die oben genannten Innenteile schützt. Für ein solches Siegel gibt es zwei Möglichkeiten. Bei der ersten handelt es sich um eine Magnetstreifendichtung, die aus magnetischen Edelstahlbändern besteht, die sich von einem Ende des Kanals im strukturellen Stützsystem zum anderen erstrecken. Die Bänder sind an den Endkappen befestigt und federbelastet, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Sie verlaufen durch einen Hohlraum im Schlitten, sodass der Streifen beim Durchlaufen des Systems direkt vor und hinter dem Schlitten von den Magneten abgehoben wird. Die zweite mögliche Dichtungstechnologie, Kunststoff-Abdeckbänder, verwendet nachgiebige Gummistreifen, die wie bei einem Gefrierbeutel mit Reißverschluss oben in das Basisprofil eingreifen. Zusammenpassende Nut-Feder-Profile erzeugen eine Labyrinthdichtung, die Partikel fernhält.

3 • Wasser-/Chemikalienspritzerh – Diese Umgebung stellt einen Zustand dar, in dem das Produkt zeitweiligen Flüssigkeitsspritzern ausgesetzt sein kann. Beispielsweise bei einer großen Druckanwendung, bei der die Tintenbehälter regelmäßig gewechselt werden, was zu gelegentlichem/unbeabsichtigtem Verschütten führen kann. Der Kontakt von Flüssigkeit mit Linearführungen in dieser Umgebung kann auf unsachgemäße Handhabung des Produkts oder auf falsch positionierte Komponenten zurückzuführen sein, ist jedoch normalerweise nicht Teil des normalen Anwendungsprozesses.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig
• Hardware: Edelstahl
• Abdeckung: Geschlossen (ideal) oder Faltenbalg kann akzeptabel sein
• Schmierung: Standard

Grund für diesen Lösungssatz:Für diese Anwendungen müssen die Kugelführungen und Linearlager korrosionsbeständig sein. Bei der Rundschienenlagertechnik wären das entweder verchromte oder 440C-Edelstahlwellen. Linearlager sollten über verchromte Lagerplatten und Edelstahlkugeln verfügen. Die weicheren Kugellager und Wellen aus rostfreiem Stahl führen typischerweise zu einer Lastreduzierung von 30 %, was bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Für Profilschienenlager empfiehlt sich eine dünne, dichte Verchromung, beispielsweise Duralloy. Gleitlager, oft auch Prismenführungen genannt, sind eine Alternative zu Wälzlagern. Die Prismenführungen bestehen aus einem technischen Polymer mit hoher Beständigkeit gegen chemische Korrosion. Zur Abdichtung können je nach Schwere des Chemikalienspritzers Faltenbälge ausreichen, ideal ist jedoch eine vollständig abgedichtete Einheit.

4 • Wasserchemisches Spray/Nebel— Dieser Zustand ist hinsichtlich seines Schweregrads eine Stufe über der zuvor beschriebenen Umgebung. Hier ist ein Sprühnebel oder Nebel Teil des Prozesses und die Linearführungen wären diesem Element direkt ausgesetzt. Dies könnte auch als eine kondensierende Umgebung charakterisiert werden, ähnlich der, die man in einer Kühlanwendung vorfindet. Zu dieser Klasse gehört auch Kühlmittel, das während der Bearbeitung auf Maschinenteile gelangt. In diesem Umgebungsszenario kommen Lager und Führungen mit Flüssigkeit in Kontakt, wenn kein mechanischer Schutz geboten wird.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig
• Hardware: Edelstahl
• Abdeckung: Beiliegend
• Schmierung: Standard

Grund für diesen Lösungssatz:Für diese Anwendungen ist eine vollständig dichte Einheit ein Muss. Aufgrund der starken Wirkung des chemischen Sprühnebels wird außerdem dringend empfohlen, auf Wälzlagertechnologie zu verzichten und, wie bereits erwähnt, prismengeführte Lager zu verwenden. Aus dem gleichen Grund sollte in diesen Umgebungen nach Möglichkeit auf ein Kugelumlaufspindelantriebssystem verzichtet werden. Stattdessen ist ein Polyurethan-Riemenantriebssystem besser für den Umgang mit der korrosiven chemischen Umgebung geeignet.

5 • Hohe Drucktemperatur/Abwaschen— Diese Umgebung beschreibt typischerweise eine Lebensmittelverarbeitungsanwendung. Hier kann es vorkommen, dass die Ausrüstung häufig unter Druck abgewaschen wird. Objektträger kommen nicht nur mit Flüssigkeit in Kontakt, sondern werden durch den Reinigungsprozess auch erheblichen Kräften ausgesetzt.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig
• Hardware: Edelstahl
• Cover: Kein Cover
• Schmierung: Standard- oder möglicherweise Lebensmittel- oder Hochtemperaturfett

Grund für diesen Lösungssatz:Die Waschumgebung führt dazu, dass Standardstahlteile rosten. Es sollten verchromte und korrosionsbeständige Lager und Kugelführungen sowie Edelstahlteile verwendet werden. Prismenführungen können ebenfalls verwendet werden, sollten jedoch bei Hochtemperaturanwendungen aufgrund ihres Polymermaterials vermieden werden, das nicht so temperaturbeständig ist wie Wälzkörper auf Metallbasis. Die Lineareinheit sollte offen sein (keine Dichtung) und über Spülanschlüsse oder Abflusslöcher zum Entfernen von Reinigungsflüssigkeit verfügen. Für Hochtemperaturanwendungen kann spezielles Hochtemperaturfett verwendet werden. In solchen Hochtemperaturfällen sollten alle Dichtungen und andere Kunststoffelemente aus dem System entfernt werden.

6 • Reinraum— Hier beziehen wir uns im Allgemeinen auf eine Reinraumumgebung der ISO-Klasse 3 (manchmal auch als Klasse 1000 bezeichnet), obwohl einige Produktfamilien von Lineareinheiten für eine Reinraumumgebung der Klasse 100 konfiguriert werden können.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig und ohne Dichtungen/Abstreifer
• Hardware: Edelstahl
• Cover: Kein Cover
• Schmierung: Reinraumfett

Grund für diesen Lösungssatz:Für Reinraumumgebungen darf der Linearschlitten bei seiner Bewegung nur minimale Partikel aufweisen. Metallbeschichtungen sind erforderlich, um Rost jeglicher Art zu verhindern. Außerdem müssen alle Gleitelemente aus dem Linearsystem entfernt werden. Das bedeutet keine Dichtungen/Abstreifer in den Lagerführungen und keine Abdeckung an der Lineareinheit. Es sollte ein spezielles Reinraumfett verwendet werden.

7 • Schlag/Pressapp./Vibration—Diese Anwendung ist häufig durch mehrere unterschiedliche Prozesse gekennzeichnet. In diese Kategorie fallen Schüttler und Rütteltische, die üblicherweise mit Sortieranlagen in Zusammenhang stehen. Pressenanwendungen, die aufgrund der anfänglichen Aufpralldynamik höhere als normale Belastungen auf Wagen oder Sättel ausüben würden, werden ebenfalls als Teil dieser Anwendungsklasse betrachtet.

Lösung:
• Kugelführung: Standard
• Linearlager: Polymer-Gleitlager
• Hardware: Standard
• Abdeckung: Optional
• Schmierung: Standard

Grund für diesen Lösungssatz:Durch die Verwendung von Polymerbuchsen, die wie bereits erwähnt auch Prismenführungen genannt werden, können Anwendungen mit hoher Stoßbelastung besser bewältigt werden als mit Wälzkörpern. Unter solchen Bedingungen können Wälzkörper aufgrund ihres Punkt-zu-Punkt-Kontakts mit der Lageroberfläche in zwei Hälften brechen oder die Wälzkörperbahnen des Lagers verklemmen. Prismenführungen ermöglichen jedoch eine gleichmäßige Lastverteilung entlang der ebenen Fläche, was ideal für Vibrationen ist. Der Einsatz von Prismenführungen kann je nach Partikelanzahl bei Bedarf mit einer Abdeckung kombiniert werden.