Gängige Anwendungen für Linearschienenführungen

Linearschienen bilden das Rückgrat vieler industrieller Anwendungen. Sie bieten reibungsarme Führung und hohe Steifigkeit für Lasten von wenigen Gramm bis zu mehreren tausend Kilogramm. Dank ihrer vielfältigen Größen, Genauigkeitsklassen und Vorspannungen eignen sich Linearschienen für nahezu jede Leistungsanforderung.

Die Gründe für den Einsatz von Linearschienen sind vielfältig, doch ihre offensichtlichsten Vorteile gegenüber anderen Führungsarten liegen in der Tragfähigkeit, der Verfahrgenauigkeit und der Steifigkeit. Beispielsweise halten Rundwellenführungen nur Abwärts- oder Abhebelasten stand, während Linearschienenführungen sowohl Abwärts-/Abhebelasten als auch Momentbelastungen standhalten. Im Gegensatz zu Kreuzrollenführungen, deren Verfahrweg oft auf höchstens einen Meter begrenzt ist, ermöglichen Linearschienen sehr große Verfahrwege. Im Vergleich zu Gleitlagerführungen weisen Linearschienen eine höhere Steifigkeit und Festigkeit sowie oft bessere Tragfähigkeits-/Lebensdauereigenschaften auf.

Linearführungen bieten zudem eine hohe Laufgenauigkeit dank der präzisen Bearbeitung einer oder beider Schienenkanten, die als Referenzflächen dienen. Dank zwei, vier oder sechs Wälzkörperreihen – entweder Kugeln oder Zylinderrollen – ist die Steifigkeit hoch und die Durchbiegung des Lagerblocks minimal. All diese Eigenschaften ergeben ein Linearführungssystem, das sich perfekt für Anwendungen eignet, die hohe Präzision, Steifigkeit und lange Lebensdauer erfordern.

【Einzelschienenanwendungen】

Da Linearschienen beidseitig mit lasttragenden Kugeln (oder Rollen) ausgestattet sind, können sie selbst bei Verwendung nur einer Schiene Querlasten standhalten. (Im Gegensatz dazu müssen Linearführungen mit Rundwellen bei Querlasten paarweise eingesetzt werden.) Aus diesem Grund wird in vielen Anwendungen eine einzelne Linearschiene verwendet, um Platz zu sparen oder Fehlausrichtungen anderer Systemkomponenten zu vermeiden. Hier sind einige Anwendungsbeispiele mit einer einzelnen Linearschiene…

Linearantriebe – Linearschienen sind aufgrund ihrer hohen Momentenfestigkeit häufig die bevorzugte Führungsschiene für Antriebe mit Riemen-, Spindel- oder Pneumatikzylinderantrieb. Sie ermöglichen zudem Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s, was bei riemen- oder pneumatisch angetriebenen Systemen wichtig ist.

Überkopf-Transportsysteme – Wenn Lasten mittig unter der Schiene und dem Lagerblock positioniert sind, wie dies bei Überkopf-Transportsystemen häufig der Fall ist, eignen sich Linearschienen als Führung gut. Ihre hohe Tragfähigkeit ermöglicht den Transport schwerer Lasten, und die Steifigkeit der Linearschiene trägt zur Versteifung des gesamten Systems bei.

Portalroboter – Das charakteristische Merkmal eines Portals sind zwei X-Achsen (und manchmal zwei Y- und zwei Z-Achsen). Die einzelnen Achsen bestehen typischerweise aus einer einzigen Linearschiene und werden über eine Spindel oder ein Riemen- und Riemenscheibensystem angetrieben. Mit zwei parallel arbeitenden Achsen (z. B. X und X') werden sehr gute Momentenkapazitäten erreicht, obwohl jede Achse nur über eine Linearschiene verfügt.

【Dual-Rail-Anwendungen】

Bei hohen Momentbelastungen können Linearschienen paarweise eingesetzt werden. Dadurch wird die Momentbelastung in Kräfte auf die Lagerblöcke aufgelöst. In dieser Konfiguration kann der Antriebsmechanismus zwischen den Linearschienen montiert werden, was das Gesamtsystem sehr kompakt macht. Zu den Anwendungen mit doppelten Linearschienen gehören:

Lineartische – Tische sind typischerweise hochpräzise Systeme, was bedeutet, dass hohe Verfahrgenauigkeit und minimale Auslenkung von größter Bedeutung sind. Selbst wenn die Last mittig auf dem Tisch liegt und nur eine geringe oder keine Momentenbelastung aufweist, werden häufig doppelte Linearschienen verwendet, um maximale Steifigkeit und Lagerlebensdauer zu gewährleisten.

Werkzeugmaschinen – Wie Tische erfordern auch Werkzeugmaschinen eine sehr hohe Laufgenauigkeit und Steifigkeit, um die Produktion hochwertiger Teile zu gewährleisten. Der Einsatz von zwei parallelen Schienen – typischerweise mit zwei Lagerblöcken pro Schiene – minimiert die Durchbiegung. Werkzeugmaschinen sind zudem sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Die Verteilung der Belastung auf vier Lagerblöcke trägt daher zur Maximierung der Lagerlebensdauer bei.

Kartesische Roboter – Da kartesische Roboter typischerweise nur ein Linearsystem pro Achse verwenden, ist es wichtig, dass jede Achse hohen Momentbelastungen standhält. Deshalb bestehen die meisten kartesischen Roboterachsen aus Linearantrieben mit zwei parallelen Linearführungen.

Robotertransporteinheiten – Sechsachsige Roboter ermöglichen flexible Bewegungen für Anwendungen, die Reichweite und Drehung in viele Richtungen erfordern. Muss der Roboter jedoch zu einer anderen Station oder einem anderen Arbeitsbereich bewegt werden, können Doppelschienensysteme als „siebte Achse“ fungieren und den gesamten Roboter an einen neuen Standort transportieren. Ein wesentlicher Vorteil von Linearschienen in diesen Anwendungen ist die Möglichkeit, mehrere Schienen für sehr lange Verfahrwege – oft über 15 Meter – zu verbinden.

Natürlich sind Linearschienen nicht für jede Anwendung die perfekte Lösung. Beispielsweise sind Linearschienen für Anwendungen im Consumer-Bereich – wie Türführungen und Schubladenführungen – oft aus Kostengründen generell nicht geeignet. Linearschienen benötigen zudem sehr präzise Montageflächen, nicht nur um die Vorteile ihrer hohen Verfahrgenauigkeit zu nutzen, sondern auch um ein Festfressen des Lagerblocks zu vermeiden, was zu einer verkürzten Lebensdauer führen kann. Im Gegensatz zu Linearwellensystemen, die nur endseitig gelagert werden können, müssen sie zudem vollflächig gelagert sein. Das bedeutet, dass nicht nur die Anschaffungskosten einer Linearschiene typischerweise höher sind als die eines Rundwellen- oder Gleitlagersystems, sondern auch die Kosten für Vorbereitung und Montage.

Linearschienen können im Vergleich zu anderen Lagertypen auch als weniger glatt oder „keilig“ wahrgenommen werden. Dies liegt am Kontakt zwischen den tragenden Kugeln (oder Rollen) und den Laufbahnen. Das Vorspannen eines Linearschienensystems, oft zur Erhöhung der Steifigkeit, kann das Gefühl des „Klemmgefühls“ beim Bewegen des Lagerblocks entlang der Schiene verstärken. (Dieser Effekt verschwindet zwar, wenn das Lager belastet wird, die Wahrnehmung bleibt jedoch oft bestehen.)

Für Anwendungen, die nicht die Tragfähigkeit, Steifigkeit oder Laufgenauigkeit einer Linearschiene erfordern, können andere Linearführungen – wie Rundwellensysteme, Gleitlagerführungen oder sogar Kreuzrollenführungen – geeignet und kostengünstiger sein.