Konstrukteure und Ingenieure versuchen in der Regel, Reibung in linearen Bewegungssystemen zu vermeiden oder zu mildern. Obwohl Reibung nicht immer schlecht ist – in manchen Anwendungen kann sie eine dämpfende Wirkung haben und dabei helfen, die Servoabstimmung zu verbessern –, erhöht sie bei linearen Bewegungssystemen die zum Bewegen einer Last erforderliche Kraft, erzeugt Wärme, erhöht den Verschleiß, und verkürzt die Lebensdauer.
Bei linearen Bewegungssystemen kommt es aus verschiedenen Gründen zu Reibung, von denen einige durch Konstruktion und ordnungsgemäße Wartung gemindert werden können. Hier betrachten wir Faktoren, die zur Reibung in linearen Bewegungssystemen beitragen, und diskutieren Möglichkeiten zur Reduzierung der Reibung durch Komponentenauswahl und Systemdesign.

Gleit- vs. Rollkontakt
Eine der wichtigsten Möglichkeiten, die Reibung in linearen Bewegungssystemen zu reduzieren, besteht darin, Komponenten mit Roll- statt Gleitkontakt zu verwenden. Beispielsweise unterliegen Leitspindeln und Gleitlagerführungen – die auf Gleitbewegungen basieren – aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen den tragenden Oberflächen naturgemäß einer höheren Reibung als Wälzkörper.
Bei Lagern mit Gleitkontakt besteht außerdem ein größerer Unterschied zwischen statischer (Anlauf) und dynamischer (kinetischer) Reibung, was zu einem Effekt führt, der als Stick-Slip oder Haftreibung bezeichnet wird. Stick-Slip kann dazu führen, dass ein System zu Beginn der Bewegung aufgrund des Übergangs von (höherer) Haftreibung zu (niedrigerer) dynamischer Reibung über seine Zielposition hinausschießt.
Laufbahngeometrie

Obwohl Wälzlager eine wesentlich geringere Reibung aufweisen als Gleitlager, sind sie nicht völlig reibungsfrei. Eine Reihe von Faktoren – viele davon sind konstruktionsbedingt – tragen zur Reibung in einem Wälzlager bei. Ein Faktor ist die Laufbahngeometrie bzw. die Art und Fläche des Kontakts zwischen Wälzkörper und Laufbahn.
Wälzlager verwenden typischerweise eine von zwei Laufbahngeometrien: Zweipunkt-Kreisbogengeometrie oder Vierpunkt-Gothic-Bogengeometrie (obwohl es einige Variationen dieser beiden Designs gibt). Für reibungsarme Anwendungen wird in der Regel die Zweipunkt-Kreisbogengeometrie bevorzugt, da sie weniger Differentialschlupf und damit eine geringere Reibung aufweist als die Vierpunkt-Gothic-Bogenkonstruktion.

Umwälzung

Bei Kugelumlauf- und Rollenlagern schwankt die Anzahl der lasttragenden Elemente ständig, wenn die Wälzkörper in die Lastzone hinein und aus dieser heraus übergehen. Dies führt zu Schwankungen der Reibungskraft, die sich nachteilig auf hochsensible Anwendungen wie Mikrobearbeitung und Messtechnik auswirken können. Um diese Reibungsschwankungen zu reduzieren, haben Hersteller von Umlauflinearführungen (und Kugelumlaufspindeln) erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen in die Optimierung der Umlaufkomponenten und des Umlaufprozesses gesteckt. Im Allgemeinen weisen Lager in höheren Genauigkeitsklassen glattere, gleichmäßigere Reibungsprofile auf.

Vorladen

Durch die Vorspannung wird das Spiel zwischen Lager und Führung (oder Mutter und Schraube) eliminiert, indem die Kontaktfläche zwischen den Komponenten vergrößert wird. Dies verleiht dem Lager eine höhere Steifigkeit und verringert die Durchbiegung, führt aber auch zu einer höheren Reibung. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die niedrigste Vorspannungsstufe zu verwenden, die die erforderliche Steifigkeit und Genauigkeit bietet.

Robben

Von allen Konstruktions- und Betriebsmerkmalen von Linearführungen und Spindeln ist die Verwendung von Dichtungen häufig dasjenige, das am meisten zur Reibung beiträgt. In den meisten Anwendungen benötigen Linearlager, die auf Kugeln oder Rollen (ob mit oder ohne Umlauf) basieren, Dichtungen, um die Schmierung im Inneren und das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern. Und in stark verschmutzten Umgebungen sind typischerweise sowohl seitliche (laterale) Dichtungen als auch Enddichtungen erforderlich.
Während die Hersteller eine Vielzahl von Dichtungsmaterialien und -typen anbieten – von Dichtungen mit geringem Spiel bis hin zu solchen mit doppelseitigen Vollkontaktprofilen – sind die effektivsten Dichtungen natürlich diejenigen, die den meisten Kontakt mit der Führungs- oder Schneckenkomponente haben. Aber mehr Kontakt bedeutet mehr Reibung. Wie bei der Vorspannung sollten Sie auch bei der Abdichtung die Optionen verwenden, die für die Anwendung und Umgebung geeignet sind, aber nicht übertreiben.

Schmierung

Eine der Hauptfunktionen der Schmierung besteht darin, die Reibung zwischen rollenden oder gleitenden Elementen zu verringern. Aber zu viel Schmierung oder die Verwendung eines Schmiermittels mit hoher Viskosität kann die Reibung tatsächlich erhöhen. Daher ist es wichtig, die Anweisungen des Herstellers zu befolgen und sowohl die richtige Art als auch die richtige Menge an Schmiermittel zu verwenden.

Radiallager

Radiallager sind in nahezu allen linearen Bewegungssystemen vorhanden und tragen rotierende Komponenten wie Kugel- oder Leitspindelwellen oder Riemenscheiben in Riemenantriebssystemen. Obwohl diese Radiallager im Vergleich zu einer Linearführung oder einer Spindel relativ klein sind, verursachen sie auch Reibung, die bei der Systemkonstruktion und -dimensionierung berücksichtigt werden sollte.