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Linearführungen und Schlitten in den Ausführungen Light und Large

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Mehr über die Geometrie der doppelten Führungsschienen.

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Zu den Linearführungssystemen gehören Führungsschienen, Schlitten und Führungsbahnen. In der Industrie werden sie ebenfalls in einige Grundtypen eingeteilt - darunter Profilschienen, Auszugsschienen, Linearlager, Führungsräder und Gleitlager. Eine typische Anordnung umfasst eine Schiene oder eine Welle sowie Schlitten und Führungswagen. Sie können auch nach der Art des Kontakts unterschieden werden, entweder gleitend oder rollend.

Eine wichtige Funktion von Wälzführungen ist die Verringerung der Reibung in Maschinen. Sie werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, die von modernen Halbleiterfertigungsgeräten bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen reichen.

Halbleiterfertigungsgeräte oder Prüfgeräte, die eine hochpräzise Positionierung erfordern, sind eine gute Anwendung für Linearführungen. Bei Werkzeugmaschinen für die Zerspanung werden Linearführungen anstelle von Gleitlagern eingesetzt, um den Temperaturanstieg und die Haltbarkeit bei immer höheren Vorschubgeschwindigkeiten zu gewährleisten.

Die klassische Anwendung für Profilschienen ist die Werkzeugmaschinenindustrie, wo Tragfähigkeit, Steifigkeit und Genauigkeit von größter Bedeutung sind. In medizinischen Geräten wie CAT-Scans, MRTs und Röntgenapparaten werden eher quadratische Schienen verwendet.

Andererseits bieten runde Schienen mehrere Vorteile. Einer davon ist die Fähigkeit, auf nicht perfekten Oberflächen - definiert als Ebenheitsfehler von über 150 μm/m - reibungslos zu laufen.

Für Reinraum- und lebensmittelverarbeitende Anwendungen, die keine Verunreinigungen vertragen, sind Linearführungen mit Wälzkörpern (ebenso wie Gleitlagersysteme) ungeeignet, da sie geschmiert werden müssen.

Bei einigen Anwendungen, die eine extrem hohe Präzision und Genauigkeit erfordern, werden flüssigkeitsgelagerte Lager verwendet, um die höchstmögliche Genauigkeit und Präzision zu erreichen. Dabei handelt es sich um hydrostatische oder aerostatische Lager, bei denen eine Hochdruckflüssigkeit zwischen der Schiene und dem Wagen verwendet wird. Sie sind teurer und schwieriger zu fertigen als andere lineare Optionen, bieten aber höchste Präzision und Genauigkeit.

Wichtige Überlegungen bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung (sowohl statisch als auch angewandt), der Hub und die Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit und die erforderliche Lebensdauer. Je nach den Anforderungen der Anwendung ist manchmal auch eine Vorspannung erforderlich. Die Schmierung ist ein weiteres wichtiges Kriterium, ebenso wie die Möglichkeit, die Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen durch Faltenbälge oder spezielle Dichtungen zu minimieren.

Linearführungsschienen und -lager bieten eine hohe Steifigkeit und eine gute Verfahrgenauigkeit. Sie können nicht nur abwärts, aufwärts und seitlich wirkende Lasten aufnehmen, sondern auch fliegend wirkende Lasten oder Momente bewältigen. Je größer das Linearschienen- und -lagersystem ist, desto mehr Momente kann es aufnehmen, aber auch die Anordnung der Lagerlaufbahnen - gegenüberliegend oder Rücken an Rücken - hat Einfluss auf die Höhe der Querkraft, die es aufnehmen kann.

Die direkte Anordnung (auch als X-Anordnung bekannt) bietet zwar gleiche Tragfähigkeiten in alle Richtungen, führt aber zu einem kürzeren Momentarm, an dem die Querkräfte angreifen, was die Momententragfähigkeit verringert. Die Rücken-an-Rücken-Anordnung (auch als O-Anordnung bekannt) bietet einen größeren Momentenarm und eine höhere Momententragfähigkeit.

Aber auch bei der Back-to-Back-Anordnung haben die Linearführungen einen relativ geringen Abstand zwischen den Laufbahnen (der im Wesentlichen der Schienenbreite entspricht), was ihre Fähigkeit einschränkt, Rollmomente zu bewältigen, die durch in Y-Richtung überhängende Lasten verursacht werden. Um dieser Einschränkung entgegenzuwirken, werden zwei Schienen parallel zueinander verwendet - mit einem oder zwei Lagern auf jeder Schiene -, wodurch das Rollmoment in Kräfte auf jeden Lagerblock aufgelöst werden kann. Da Linearlager eine viel höhere Kapazität für Kräfte als für Momente (insbesondere Rollmomente) haben, kann die Lebensdauer der Lager deutlich erhöht werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Doppelführungsschienen und der Möglichkeit, Momente in Kräfte umzuwandeln, besteht darin, dass sich Linearlager im Allgemeinen unter reinen Kräften weniger stark durchbiegen als unter Momentlasten.

Viele Konstruktionen von Linearantrieben enthalten zwei parallel angeordnete Schienen, zwischen denen der Antriebsmechanismus - Riemen, Spindel oder Linearmotor - eingebaut ist. Es ist zwar nicht zwingend erforderlich, dass der Antrieb zwischen den Führungsschienen zentriert ist, doch trägt dies dazu bei, dass alle Lager gleichmäßig belastet werden, und reduziert das Rastmoment bzw. die ungleichmäßigen Antriebskräfte auf jede Schiene und jeden Lagersatz. Durch diese Anordnung verringert sich auch die Höhe des Antriebs, was ihn angesichts der hohen Last- und Momentenkapazität, die die beiden Führungsschienen bieten, relativ kompakt macht.