Lineare Bewegungssysteme sind einer Reihe extremer industrieller Umgebungen ausgesetzt. Eine sorgfältige Spezifikation und Auswahl der Bewegungssystemkomponenten sowie eine sorgfältige technische Prüfung können die Risiken unter rauen Industriebedingungen minimieren.

Ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung mechanischer Linearbewegungssysteme ist die Kenntnis der Umgebungsbedingungen, unter denen das System betrieben wird. Wichtige Designaspekte umfassen: Temperaturen, Staub- und Schmutzbelastung, chemische Belastung, Waschvorgänge, Vibrations- und Stoßbelastung, Strahlung sowie alle weiteren relevanten Umweltfaktoren, denen das Bewegungssystem ausgesetzt sein kann. Dokumentieren Sie diese Schlüsselfaktoren vor der Materialauswahl. Erfassen Sie aktuelle Daten und analysieren Sie Fehlercodes früherer Produkte, um sicherzustellen, dass Sie mit Fakten statt mit Meinungen arbeiten.

Nutzen Sie die Anwendungskompetenz Ihrer Lieferkette, um geeignete Linearbewegungskomponenten auszuwählen. Wählen Sie dazu geeignete Materialien, Beschichtungen und Schmierstoffe auf Grundlage der gesammelten Daten. Entwickeln Sie anschließend einen robusten Testvalidierungsplan, der sowohl Haltbarkeits- als auch Umwelttests umfasst, um sicherzustellen, dass die ausgewählten Materialien die erwartete Lebensdauer und Einsatzfähigkeit bieten. Erwägen Sie auch die Durchführung beschleunigter Lebensdauertests (HALT), die zunehmend höhere Umweltbelastungen erfordern und deutlich über die im Betrieb auftretenden Belastungen hinausgehen. HALT wird üblicherweise während der Entwicklungsphase durchgeführt, um Konstruktionsprobleme und ungeeignete Komponenten auszuschließen.

Auswahl der Komponenten nach Umweltaspekten
Eine neue Generation webbasierter Dimensionierungs- und Auswahltools vereinfacht die Auswahl geeigneter Komponentenmaterialien unter Berücksichtigung umweltrelevanter Aspekte bei der Konstruktion linearer Bewegungssysteme. Sie geben wichtige Anwendungsparameter ein, die das Tool in Berechnungen einbezieht, wie z. B. Belastung/Lebensdauer des Linearlagers, Belastung/Lebensdauer des Kugelgewindetriebs und kritische Drehzahl des Kugelgewindetriebs. Sie geben außerdem Umgebungsbedingungen an, die für die Wahl des richtigen Materials, der richtigen Abdeckungsstrategie und des richtigen Schmierschemas entscheidend sind. Sie können beispielsweise Folgendes auswählen:

• Wasser-/Chemikalienspray/Nebel
• Schlag-/Druckanwendung/Vibration
• Mittlere bis hohe Staubpartikelbelastung
• Hochdruck-/Temperaturreinigung
• Wasser-/Chemikalienspritzer,
• Reinraum

Die Anwendung empfiehlt lineare Gleitfunktionen, beispielsweise Verchromung, Edelstahlkomponenten oder Polymer-Gleitlager, um den Umgebungsbedingungen gerecht zu werden.

Komponentenfunktionen
Die Kugelführung oder Lagerschiene, Welle oder Aluminiumoberfläche trägt das Lager und ist normalerweise aus Standardstahl, Edelstahl, Armoloy-beschichtet oder verchromt erhältlich. Die Linearlager sorgen für die Last- und Momentbelastbarkeit des Systems. Beispiele hierfür sind Rundschienen-Linearkugelbuchsenlager, Profilschienen, Radführungen oder Polymerführungen. Die meisten sind als standardmäßige, korrosionsbeständige („CR“) Linearlager oder Polymer-Gleitlager erhältlich. Die Schrauben, Bolzen und Muttern, die die Lineareinheit zusammenhalten, sind normalerweise in Standard- oder Edelstahlausführung erhältlich. Die Dichtungs- oder Schutzabdeckung einer Lineareinheit ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich, von ganz ohne Abdeckung bis hin zu Faltenbalg, Abdeckung oder geschlossener Ausführung (ideale Abdichtung). Zur Schmierung der Lineareinheit stehen Standardfett oder Reinraumfett zur Verfügung.

1 • Lösungen nach Umwelt: SauberDiese Umgebung ist typisch für eine Maschinenwerkstatt. Es ist mit luftgetragenen Partikeln und einer gewissen Luftfeuchtigkeit zu rechnen. Das Personal arbeitet jedoch in dieser Umgebung üblicherweise ohne jegliche Schutzausrüstung (Masken, Atemschutzmasken, Staub- oder Chemikalienabzüge).

Lösung:
• Kugelführung: Standard
• Linearlager: Standard
• Hardware: Standard
• Abdeckung: Keine Abdeckung
• Schmierung: Standardfett

Grund für diesen Lösungssatz:Standardmäßige Aluminium- und Stahlteile sind in diesen Umgebungen akzeptabel, da kaum Bedenken hinsichtlich Partikeln oder Korrosion bestehen.

2 • Mittlere bis hohe StaubpartikelanzahlIn dieser Umgebung ist die Partikelkonzentration in der Luft so hoch, dass der Bediener einen Atemschutz tragen 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 Balg können akzeptabel sein
• Schmierung: Standard

Grund für diesen Lösungssatz:Standardstahlkomponenten sind zulässig, da keine Korrosionsgefahr besteht. Vielmehr geht es darum, das Eindringen von Partikeln in Lager, Kugelführungen und Antriebsmechanismus (z. B. Schnecke oder Riemen) zu verhindern. Für größere Partikel kann eine Faltenbalg- oder Aluminiumabdeckung geeignet sein. Für feinere Partikel sollte das Linearsystem über ein robustes Dichtungssystem verfügen, das die oben genannten Innenteile schützt. Für eine solche Dichtung gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste ist eine Magnetstreifendichtung aus Edelstahl-Magnetbändern, die von einem Ende des Kanals im Strukturträgersystem zum anderen verlaufen. Die Bänder sind an den Endkappen befestigt und federbelastet, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Sie verlaufen durch einen Hohlraum im Schlitten, sodass sich die Bänder beim Durchlauf des Schlittens kurz vor und hinter dem Schlitten von den Magneten abheben. Die zweite mögliche Dichtungstechnologie, Kunststoff-Abdeckbänder, besteht aus nachgiebigen Gummistreifen, die sich wie ein Gefrierbeutel mit Reißverschluss mit dem Basisprofil verbinden. Durch das Zusammenfügen von Nut- und Federprofilen entsteht eine Labyrinthdichtung, die Partikel fernhält.

3 • Wasser-/Chemikalienspritzerh — In dieser Umgebung kann das Produkt gelegentlich Flüssigkeitsspritzern ausgesetzt sein. Beispielsweise bei großen Druckanwendungen, bei denen Tintenbehälter regelmäßig gewechselt werden, was gelegentliches/unbeabsichtigtes Verschütten zur Folge haben kann. Der Kontakt von Flüssigkeit mit Linearführungen kann in dieser Umgebung auf unsachgemäße Handhabung des Produkts oder falsch positionierte Komponenten zurückzuführen sein, gehört aber in der Regel nicht zum normalen Anwendungsprozess.

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

Grund für diesen Lösungssatz:Für diese Anwendungen müssen Kugelführungen und Linearlager korrosionsbeständig sein. Bei Rundschienenlagern bedeutet dies entweder verchromte oder 440C-Edelstahlwellen. Linearlager sollten verchromte Lagerplatten und Edelstahlkugeln haben. Die weicheren Edelstahlkugellager und -wellen führen typischerweise zu einer Lastreduzierung von 30 %, die bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Für Profilschienenlager wird eine dünne, dichte Verchromung, beispielsweise aus Duralloy, empfohlen. Gleitlager, oft auch Prismenführungen genannt, sind eine Alternative zu Wälzlagern. Prismenführungen bestehen aus einem technischen Polymer mit hoher Beständigkeit gegen chemische Korrosion. Zur Abdichtung können je nach Schwere des Chemikalienspritzers Faltenbälge ausreichend sein, ideal ist jedoch eine vollständig abgedichtete Einheit.

4 • Wasser, chemisches Spray/NebelDiese Bedingung ist hinsichtlich ihres Schweregrads eine Stufe höher als die zuvor beschriebene Umgebung. Hier ist Sprühnebel oder Nebel Teil des Prozesses, und die Linearführungen sind diesem direkt ausgesetzt. Man könnte dies auch als kondensierende Umgebung bezeichnen, ähnlich wie in einer Kälteanlage. Auch Kühlmittelnebel, der während der Bearbeitung auf Maschinenteile gelangt, fällt in diese Kategorie. In diesem Umgebungsszenario kommen Lager und Führungen mit Flüssigkeit in Kontakt, sofern kein mechanischer Schutz vorhanden ist.

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

Grund für diesen Lösungssatz:Für diese Anwendungen ist eine vollständig abgedichtete Einheit unerlässlich. Aufgrund der aggressiven Wirkung des Chemikaliensprühnebels wird außerdem dringend empfohlen, auf Wälzlagertechnologie zu verzichten und stattdessen, wie bereits erwähnt, prismengeführte Lager zu verwenden. Aus demselben Grund sollte in diesen Umgebungen nach Möglichkeit auf Kugelumlaufspindeln verzichtet werden. Stattdessen ist ein Polyurethan-Riemenantriebssystem für die korrosive chemische Umgebung besser geeignet.

5 • Hochdrucktemperatur/Abwaschen— Diese Umgebung beschreibt typischerweise eine Lebensmittelverarbeitungsanwendung. Hier werden die Geräte häufig unter Druck abgewaschen. Die Objektträger kommen nicht nur mit Flüssigkeit in Kontakt, sondern sind durch den Reinigungsprozess auch erheblichen Kräften ausgesetzt.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig
• Hardware: Edelstahl
• Abdeckung: Keine Abdeckung
• Schmierung: Standard- oder ggf. lebensmittelechtes oder Hochtemperaturfett

Grund für diesen Lösungssatz:Durch die Reinigung rosten Standardstahlteile. Daher sollten verchromte und korrosionsbeständige Lager und Kugelführungen zusammen mit Edelstahlbeschlägen verwendet werden. Prismenführungen können ebenfalls verwendet werden, sollten jedoch bei Hochtemperaturanwendungen aufgrund ihres Polymermaterials, das weniger temperaturbeständig ist als metallische Wälzkörper, vermieden werden. Die Lineareinheit sollte offen (ohne Dichtung) sein und über Spülanschlüsse oder Ablassöffnungen zum Ablassen der Reinigungsflüssigkeit verfügen. Für Hochtemperaturanwendungen kann spezielles Hochtemperaturfett verwendet werden. In solchen Hochtemperaturfällen sollten alle Dichtungen und anderen 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 linearer Einheiten für eine Reinraumumgebung der Klasse 100 konfiguriert werden können.

Lösung:
• Kugelführung: Verchromt
• Linearlager: Korrosionsbeständig plus Entfernung von Dichtungen/Abstreifern
• Hardware: Edelstahl
• Abdeckung: Keine Abdeckung
• Schmierung: Reinraumfett

Grund für diesen Lösungssatz:Für Reinraumumgebungen darf die Bewegung des Linearschlittens nur minimale Partikel aufweisen. Metallbeschichtungen verhindern Rostbildung. Außerdem müssen alle Gleitelemente aus dem Linearsystem entfernt werden. Das bedeutet, dass keine Dichtungen/Abstreifer in den Lagerführungen und keine Abdeckung der Lineareinheit verwendet werden dürfen. Es sollte spezielles Reinraumfett verwendet werden.

7 • Aufprall/Druckanschlag/VibrationDiese Anwendung ist oft durch mehrere verschiedene Prozesse gekennzeichnet. Schüttelmaschinen und Rütteltische, die typischerweise in Sortieranlagen eingesetzt werden, fallen in diese Kategorie. Auch Pressanwendungen, die aufgrund der anfänglichen Aufpralldynamik höhere Belastungen auf Schlitten oder Sättel als üblich ausüben, werden dieser Anwendungsklasse zugeordnet.

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

Grund für diesen Lösungssatz:Polymerbuchsen, auch Prismenführungen genannt, eignen sich besser für Anwendungen mit hohen Stoßbelastungen als Wälzkörper. Unter solchen Bedingungen können Wälzkörper aufgrund ihrer Punkt-zu-Punkt-Kontakte mit der Lageroberfläche zerbrechen oder die Laufbahnen blockieren. Prismenführungen hingegen ermöglichen eine gleichmäßige Lastverteilung entlang der Oberfläche, was ideal bei Vibrationen ist. Je nach Partikelbelastung können Prismenführungen bei Bedarf mit einer Abdeckung kombiniert werden.