Mehr zur Geometrie von Doppelführungsschienen.

Linearführungssysteme bestehen aus Führungsschienen, Gleitschienen und Führungsbahnen. In der Industrie werden sie in einige Grundtypen unterteilt – darunter Profilschienen, Schubladenschienen, Linearführungen, Führungsrollen und Gleitlager. Eine typische Anordnung umfasst eine Schiene oder Welle sowie Schlitten und Laufrollen. Sie lassen sich auch nach der Art des Kontakts unterscheiden: Gleit- oder Rollbewegung.

Eine Hauptfunktion von Wälzführungen besteht darin, die Reibung in Maschinen zu reduzieren. Sie werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von fortschrittlichen Halbleiterfertigungsanlagen bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen.

Anlagen zur Halbleiterfertigung oder Prüfgeräte, die eine hochpräzise Positionierung erfordern, eignen sich gut für Linearführungen. Bei Werkzeugmaschinen zur Zerspanung werden Linearführungen anstelle von Gleitlagern eingesetzt, um Temperaturanstiege und Probleme mit der Haltbarkeit aufgrund der stetig steigenden Vorschubgeschwindigkeiten zu bewältigen.

Profilschienen werden klassischerweise im Werkzeugmaschinenbau eingesetzt, wo Belastbarkeit, Steifigkeit und Genauigkeit von größter Bedeutung sind. In Medizingeräten wie Computertomographen, Magnetresonanztomographen und Röntgengeräten sind Vierkantschienen hingegen üblicher.

Andererseits bieten runde Schienen mehrere Vorteile, einer davon ist die Fähigkeit, reibungslos zu laufen, wenn sie auf nicht perfekten Oberflächen montiert werden - definiert als mit einem Ebenheitsfehler von über 150 μm/m.

Für Reinraum- und Lebensmittelverarbeitungsanwendungen, bei denen Verunreinigungen nicht toleriert werden können, sind Linearführungen mit Wälzkörpern (sowie Gleitlagersysteme) aufgrund ihres Schmierbedarfs ungeeignet.

Für Anwendungen, die höchste Präzision und Genauigkeit erfordern, werden flüssigkeitsgelagerte Lager eingesetzt. Diese hydrostatischen oder aerostatischen Lager nutzen eine Hochdruckflüssigkeit zwischen Schiene und Schlitten. Sie sind zwar teurer und aufwendiger in der Herstellung als andere Linearführungssysteme, bieten aber höchste Präzision und Genauigkeit.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung (statisch und dynamisch), der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit und die erforderliche Lebensdauer. Je nach Anwendungsanforderungen kann auch eine Vorspannung notwendig sein. Die Schmierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt, ebenso wie jegliche Methode zur Minimierung der Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen mithilfe von Faltenbälgen oder Spezialdichtungen.

Linearführungen und -lager zeichnen sich durch hohe Steifigkeit und präzise Verfahrwege aus. Sie können nicht nur nach unten, oben und zur Seite gerichtete Lasten aufnehmen, sondern auch überhängende Lasten bzw. Biegemomente. Je größer das Linearführungssystem mit Lager ist, desto höher ist seine Biegemomentkapazität. Die Anordnung der Lagerlaufbahnen – flächig oder rückenseitig – beeinflusst jedoch ebenfalls die Höhe der überhängenden Lasten, die aufgenommen werden können.

Die Anordnung mit den gegenüberliegenden Lasten (auch X-Anordnung genannt) ermöglicht zwar eine gleichmäßige Tragfähigkeit in alle Richtungen, führt aber zu einem kürzeren Hebelarm, entlang dessen die überhängenden Lasten wirken, was die Momententragfähigkeit verringert. Die Anordnung mit den gegenüberliegenden Lasten (auch O-Anordnung genannt) bietet hingegen einen größeren Hebelarm und ermöglicht somit eine höhere Momententragfähigkeit.

Selbst bei der Anordnung Rücken an Rücken ist der Abstand zwischen den Laufbahnen von Linearführungen relativ gering (im Wesentlichen gleich der Schienenbreite), was ihre Fähigkeit zur Aufnahme von Rollmomenten, die durch in Y-Richtung überhängende Lasten verursacht werden, einschränkt. Um diese Einschränkung zu überwinden, ermöglicht die Verwendung zweier paralleler Schienen – mit jeweils einem oder zwei Lagern – die Umwandlung des Rollmoments in Kräfte auf die einzelnen Lagerblöcke. Da Linearführungen eine deutlich höhere Kraftkapazität als Momentenkapazität (insbesondere für Rollmomente) aufweisen, kann die Lagerlebensdauer erheblich verlängert werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von zwei Führungsschienen und der Umwandlung von Momenten in Kräfte besteht darin, dass sich Linearführungen unter reinen Kräften im Allgemeinen weniger durchbiegen als unter Momentenbelastungen.

Viele Linearantriebe verfügen über zwei parallele Führungsschienen, zwischen denen der Antriebsmechanismus – Riemen, Spindel oder Linearmotor – integriert ist. Eine zentrierte Anordnung des Antriebs zwischen den Führungsschienen ist zwar nicht zwingend erforderlich, trägt aber zu einer gleichmäßigen Belastung aller Lager bei und reduziert Rastmomente bzw. ungleichmäßige Antriebskräfte auf die einzelnen Schienen und Lager. Diese Anordnung verringert zudem die Bauhöhe des Aktuators und macht ihn angesichts der hohen Tragfähigkeit und des hohen Drehmoments der beiden Führungsschienen relativ kompakt.