Ihr seid neu im Gebiet der Lineartechnik und wollt euch erstmal einen Überblick verschaffen, was man unter „Lineartechnik“ versteht und wodurch sich Linearsysteme charakterisieren? Dann ist dieser Beitrag perfekt für euch.
Was ist ein Linearsystem?
Ein Linearsystem ist ein Maschinenbauelement, das eine translatorische Bewegung ausführt. Um eine sichere Anwendung zu gewährleisten und Staubeintritt zu verhindern, muss das gesamte Linearsystem durch eine Abdeckung und geeignete Abstreifer geschützt sein. Ein Linearführungssystem ist – ähnlich wie ein Wälzlager – mit Wälzkörpern in Kugel- oder Rollenform ausgestattet.
Die Lineartechnik umfasst verschiedene Produkte, dazu gehören Linearführungen, Linearachsen, Kugelgewindetriebe, Kugelbuchsen sowie Nutwellen. Heutige Linearsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sie reibungsarm, energiesparend und geräuscharm genutzt werden können.
Aufbau und Funktionsweise
Die Theorien der Lineartechnik sind mit denen der rotativen Technik vergleichbar. Man muss sich nur vorstellen, dass eine Linearführung im Vergleich zum Wälzlager aufgeklappt ist. Es gibt – wie im Rotativbereich – Wälzkörper, Laufbahnen in der Führungsschiene, Führungswagen und optional Kugel- oder Rollenketten, wobei letztere funktional mit Käfigen im Rotativbereich vergleichbar sind. Dazu bestehen Linearführungssysteme in Kugel- oder Rollenumlaufführung aus Führungswagen, die sich entlang von Führungsschienen bewegen. Neben diesen elementaren Bestandteilen lassen sich als weitere Komponenten stirnseitige Dichtungen, Abdichtungen an der Unter- und Innenseite sowie Zubehörteile wie zum Beispiel Abdeckbänder, Verschlussstopfen und Schmiernippel anführen.
Die Wälzkörper einer Kugel- bzw. Rollenumlaufführung wälzen auf den Laufbahnen der Profilschienen und des Führungswagens ab und werden im Führungswagen umgelenkt. Die Führungswagen laufen auf der Schiene sehr reibungsarm. Durch Linearführungen lassen sich sehr hohe Lasten mit wenig Kraftaufwand und nahezu ohne Stick-Slip-Effekt bewegen. Das beruht auf dem sehr geringen Reibungskoeffizienten µ von ca. 0,003. Wenn ein Wälzkörper die Endkappe eines Wagens erreicht, wird dieser dort umgelenkt und in Rückführungsbohrungen innerhalb des Führungswagens zurückgeführt. Somit kann ein Wälzkörper in diesem Rhythmus unendliche Male abrollen – ein einziger Kreislauf! Auf einer Führungsschiene lassen sich mehrere (und theoretisch unbegrenzt viele) Laufwagen montieren. Die Wälzkörper können durch die Kugelketten auf Abstand zueinander gehalten werden.
Im Übrigen besteht der Wälzkörperumlauf des Führungswagens aus Vorlauf und Rücklauf. Die Wälzkörper im Vorlauf sind belastet, während auf jene im Rücklauf keine Belastung einwirkt. Aus diesem Grund nennt man den Vorlauf auch „Lastzone“.
Einsatzgebiete von Linearsystemen
Die Anwendungsfelder der Lineartechnik sind ebenso vielfältig wie im Rotativbereich. Heute werden Linearführungssysteme in unzähligen Industrieanwendungen verwendet, hierbei lassen sich die Elektronik- und Halbleiterindustrie, Werkzeugmaschinenbau, Automatisierungstechnik, Verpackungsmaschinen und Holzbearbeitungsmaschinen aufzählen. Weitere Einsatzgebiete sind Fertigungsmaschinen, die Robotik sowie die Flugzeug- und Automobilherstellung. Dabei begünstigen Linearführungssysteme eine hohe Geschwindigkeit und Präzision in den genannten Anwendungen. In der jüngeren Geschichte kamen weitere Bereiche hinzu, in denen auf Linearsysteme vertraut wird, unter anderem die Batterie- und Solarzellenherstellung. Auch in der Gebäudetechnik finden Linearführungssysteme Verwendung, dazu gehören (automatische) Schiebetüren und Lüftungsklappen. Im allgemeinen Maschinenbau werden vornehmlich Zustell- und Vorschubbewegungen durch Linearführungssysteme realisiert. Einige Einsatzgebiete werden im Folgenden im Detail vorgestellt.
In der Robotik ist die Lineartechnik unverzichtbar. Roboter werden zum Beispiel in Betrieben eingesetzt, um Produkte zu transportieren und/oder eine Pick-and-Place-Bewegung durchzuführen. Roboter bewegen sich oft auf Linearführungen. Sie müssen dabei nicht selten an hohe Anforderungen angepasst sein, unter anderem, wenn sie starken Verschmutzungen ausgesetzt sind oder schwere Lasten befördern. Roboter, in denen Linearführungssysteme verbaut sind, kommen nicht nur in der Automation zum Einsatz: Weitere Anwendungsbeispiele sind Bestückungsautomaten, Stapelanlagen oder automatisierte Nähmaschinen. Außerdem kommt Lineartechnik bei Robotern mit einer siebten Achse zum Einsatz – also einer Achse, auf der der gesamte Roboter verfährt. Dank der siebten Achse kann dieser seinen Aktionsbereich nahezu beliebig erweitern.
Ein weiteres Beispiel sind Werkzeugmaschinen. So werden Linearführungen in verschiedenen Arten von Werkzeugmaschinen wie Bearbeitungszentren, Dreh- und Fräsmaschinen gebraucht. Hier sind eine hohe Präzision und Steifigkeit der Linearführungssysteme zentrale Voraussetzungen. Linearführungssysteme ermöglichen die kompakte Bauweise einer Werkzeugmaschine, eine hohe Leistungsfähigkeit sowie eine relativ lange Lebensdauer. Die Maschinen – und somit auch die Linearführungssysteme – müssen leistungsfähig genug sein, um den reaktiven Kräften bei der Bearbeitung von Metallwerkstücken Stand halten zu können.
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