Gängige Anwendungsbereiche für Linearführungen

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

Die Gründe für den Einsatz von Linearführungen sind vielfältig, ihre größten Vorteile gegenüber anderen Führungssystemen liegen jedoch in ihrer Tragfähigkeit, Verfahrgenauigkeit und Steifigkeit. Rundwellenführungen beispielsweise können nur nach unten gerichtete oder abhebende Lasten aufnehmen, während Linearführungen sowohl nach unten gerichtete/abhebende Lasten als auch Momentenbelastungen standhalten. Im Gegensatz zu Kreuzrollenführungen, deren Verfahrweg oft auf einen Meter oder weniger begrenzt ist, ermöglichen Linearführungen sehr große Verfahrwege. Verglichen mit Gleitlagern weisen Linearführungen eine höhere Steifigkeit und Stabilität auf und haben oft ein besseres Verhältnis von Belastung zu Lebensdauer.

Linearführungen bieten dank präziser Bearbeitung einer oder beider Schienenkanten, die als Referenzflächen dienen, eine hohe Verfahrgenauigkeit. Mit zwei, vier oder sechs Reihen von Wälzkörpern – entweder Kugeln oder Zylinderrollen – ist die Steifigkeit hoch und die Durchbiegung des Lagerblocks minimal. All diese Eigenschaften zusammen ergeben ein Linearführungssystem, das sich ideal für Anwendungen eignet, die hohe Präzision, hohe Steifigkeit und lange Lebensdauer erfordern.

【Einschienenanwendungen】

Da Linearführungen beidseitig mit lasttragenden Kugeln (oder Rollen) ausgestattet sind, können sie auch bei Verwendung nur einer einzigen Schiene überhängende Lasten aufnehmen. (Im Gegensatz dazu müssen Linearführungen mit runder Welle bei überhängenden Lasten paarweise eingesetzt werden.) Aufgrund dieser Eigenschaft wird in zahlreichen Anwendungen eine einzelne Linearführung verwendet, um Platz zu sparen oder Fehlausrichtungen anderer Systemkomponenten zu vermeiden. Hier einige Anwendungsbeispiele für einzelne Linearführungen…

Linearantriebe – Linearführungen sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Momentbelastungen standzuhalten, oft der bevorzugte Führungsmechanismus für Aktuatoren, die mit Riemen, Spindeln oder Pneumatikzylindern angetrieben werden. Sie ermöglichen zudem Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 5 m/s, was insbesondere bei riemen- oder pneumatisch angetriebenen Systemen wichtig ist.

Oberleitungssysteme – Wenn die Lasten, wie häufig bei Oberleitungssystemen, mittig unterhalb der Schiene und des Lagerblocks angeordnet sind, eignen sich Linearführungen hervorragend zur Lastführung. Ihre hohe Tragfähigkeit ermöglicht den Transport schwerer Lasten, und die Steifigkeit der Linearführung trägt zur Stabilität des gesamten Systems bei.

Portalroboter – Das charakteristische Merkmal eines Portalroboters ist sein Betrieb mit zwei X-Achsen (und manchmal zwei Y- und zwei Z-Achsen). Die einzelnen Achsen verfügen typischerweise über eine Linearführung und werden mittels Spindel oder Riemenantrieb angetrieben. Durch den parallelen Betrieb zweier Achsen (z. B. X und X') werden sehr hohe Drehmomentkapazitäten erreicht, obwohl jede Achse nur eine Linearführung besitzt.

【Anwendungen mit zwei Schienen】

Bei hohen Momentenbelastungen können Linearführungen paarweise eingesetzt werden, wodurch die Momentenbelastung in Kräfte auf den Lagerblöcken umgewandelt wird. In dieser Konfiguration lässt sich der Antriebsmechanismus zwischen den Linearführungen montieren, was das Gesamtsystem sehr kompakt macht. Anwendungsbeispiele für Doppellinearführungen sind:

Lineartische – Lineartische sind typischerweise hochpräzise Systeme, bei denen hohe Verfahrgenauigkeit und minimale Durchbiegung von größter Bedeutung sind. Selbst wenn die Last mittig auf dem Tisch sitzt und nur geringe oder gar keine Momentbelastung auftritt, werden häufig doppelte Linearführungen eingesetzt, um maximale Steifigkeit und Lagerlebensdauer zu gewährleisten.

Werkzeugmaschinen – Ähnlich wie Tische erfordern Werkzeugmaschinen eine sehr hohe Verfahrgenauigkeit und Steifigkeit, um die Fertigung hochwertiger Teile zu gewährleisten. Der Einsatz zweier paralleler Schienen – typischerweise mit zwei Lagerblöcken pro Schiene – minimiert die Durchbiegung. Da Werkzeugmaschinen zudem sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind, trägt die Lastverteilung auf vier Lagerblöcke 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. Aus diesem Grund bestehen die meisten Achsen kartesischer Roboter aus Linearantrieben mit zwei parallel geschalteten Linearführungen.

Robotertransporteinheiten – Sechsachsige Roboter ermöglichen flexible Bewegungen für Anwendungen, die Reichweite und Rotation 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 Linearführungen in diesen Anwendungen ist die Möglichkeit, mehrere Schienen für sehr lange Verfahrwege – oft über 15 Meter – zu verbinden.

Linearführungen sind natürlich nicht für jede Anwendung die optimale Lösung. Beispielsweise eignen sie sich aufgrund der Kosten in der Regel nicht für Anwendungen im Konsumgüterbereich – wie Türführungen und Schubladenschienen. Zudem benötigen Linearführungen sehr präzise Montageflächen, um nicht nur die Vorteile ihrer hohen Verfahrgenauigkeit zu nutzen, sondern auch ein Blockieren des Lagerblocks zu vermeiden, was die Lebensdauer verkürzen kann. Im Gegensatz zu Linearwellensystemen, die nur endseitig gelagert werden können, müssen sie außerdem vollständig abgestützt sein. Das bedeutet, dass nicht nur die Anschaffungskosten einer Linearführung in der Regel höher sind als die einer Rundwelle oder eines Gleitlagersystems, sondern auch die Kosten für Vorbereitung und Montage.

Linearführungen können im Vergleich zu anderen Lagertypen als weniger gleichmäßig oder „ruckartig“ wahrgenommen werden. Dies liegt am Kontakt zwischen den lasttragenden Kugeln (oder Rollen) und den Laufbahnen. Eine Vorspannung des Linearführungssystems, die häufig zur Erhöhung der Steifigkeit erfolgt, kann das Gefühl der „Ruckartigkeit“ beim Verschieben des Lagerblocks entlang der Schiene verstärken. (Dieser Effekt verschwindet zwar unter Last, die Wahrnehmung bleibt jedoch oft bestehen.)

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