Wichtige Konstruktionsdetails für Linearbewegungen in rauen Umgebungen by Chengdu Fuyu Technology Co., LtdDirectIndustry

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Ein entscheidender Schritt bei der Konstruktion eines mechanischen Linearbewegungssystems ist die Kenntnis der Umgebungsbedingungen, unter denen das System arbeiten wird. Zu den wichtigsten Überlegungen bei der Konstruktion gehören: Temperaturen, Staub- und Schmutzbelastung, chemische Einflüsse, Waschvorgänge, Vibrationen und Stöße, Strahlung sowie alle anderen relevanten Umweltfaktoren, denen das Bewegungssystem ausgesetzt sein kann. Stellen Sie sicher, dass Sie diese Schlüsselfaktoren vor der Materialauswahl dokumentieren. Erfassen Sie aktuelle Daten und studieren Sie Fehlercodes früherer Produkte, um sicherzustellen, dass Sie mit Fakten und nicht mit Meinungen arbeiten.

Nutzen Sie das Anwendungs-Know-how Ihrer Zulieferer, um geeignete Komponenten für lineare Bewegungen auszuwählen, indem Sie auf der Grundlage der gesammelten Daten geeignete Materialien, Beschichtungen und Schmiermittel auswählen. Entwickeln Sie anschließend einen robusten Testvalidierungsplan, der sowohl Haltbarkeits- als auch Umwelttests umfasst, um sicherzustellen, dass die von Ihnen ausgewählten Materialien die erwartete Lebensdauer und Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Ziehen Sie auch den Einsatz von HALT-Tests (Highly Accelerated Life Testing) in Betracht, bei denen die Umweltbelastungen schrittweise erhöht werden, bis sie deutlich über das hinausgehen, was die Geräte im Betrieb erleben werden. HALT wird in der Regel während der Entwicklungsphase durchgeführt, um Konstruktionsprobleme und unzulängliche Komponenten auszusondern.

Eine neue Generation von webbasierten Auslegungs- und Auswahltools vereinfacht die Auswahl geeigneter Komponentenmaterialien unter Berücksichtigung der Umweltaspekte bei der Konstruktion von Linearsystemen. Sie geben wichtige Anwendungsparameter ein, die das Tool in die Berechnungen einbezieht, z. B. Belastung/Lebensdauer von Linearlagern, Belastung/Lebensdauer von Kugelumlaufspindeln und kritische Drehzahl von Kugelumlaufspindeln. Sie geben auch die Umgebungsbedingungen ein, die für die Auswahl des richtigen Materials, der Deckungsstrategie und des Schmierschemas entscheidend sind. Sie können zum Beispiel auswählen:

Die Kugelführung oder die Lagerschiene, die Welle oder die Aluminiumoberfläche, die das Lager trägt, ist in der Regel aus Standardstahl, Edelstahl, Armoloy oder verchromt erhältlich. Die Kugellager sorgen für die Last- und Momentbelastbarkeit des Systems. Beispiele sind Rundschienen-Kugelbuchsenlager, Profilschienen, Radführungen oder Polymerführungen. Die meisten sind als Standard, korrosionsbeständige ("CR") Linearlager oder Polymer-Gleitlager erhältlich. Die Beschläge für die Schrauben, Bolzen und Muttern, die die Lineareinheit zusammenhalten, sind in der Regel als Standard oder aus Edelstahl erhältlich. Für die Abdichtung oder Schutzabdeckung einer Lineareinheit gibt es Optionen, die von gar keiner Abdeckung bis hin zu Faltenbälgen, Abdeckungen oder einer geschlossenen Abdeckung (ideale Dichtung) reichen. Für die Schmierung innerhalb der Lineareinheit stehen Standardfett oder Reinraumfett zur Auswahl.

1 - Lösungen nach Umgebung: Sauber - Diese Umgebung ist durch eine Maschinenhalle gekennzeichnet. Es ist damit zu rechnen, dass einige Partikel in der Luft und ein gewisser Grad an Feuchtigkeit vorhanden sind. Das Personal arbeitet in dieser Umgebung jedoch in der Regel ohne jegliche Schutzausrüstung (Masken, Atemschutzmasken, lokale Staub- oder Chemikalienhauben).

2 - Mäßige bis starke Staubpartikelanzahl: Diese Umgebung ist durch eine ausreichende Anzahl von Partikeln in der Luft gekennzeichnet, so dass der Bediener eine Art von Atemschutz tragen muss. Papierfabriken und Fabriken mit großen industriellen Poliermaschinen sind Beispiele für Umgebungen mit einer hohen Staubpartikelzahl.

Grund für diesen Lösungssatz: Standard-Stahlbauteile sind akzeptabel, da es keine Bedenken hinsichtlich der Korrosivität gibt. Vielmehr geht es darum, das Eindringen von Partikeln in das Lager, die Kugelführung und den Antriebsmechanismus (z. B. eine Schraube oder einen Riemen) zu verhindern. Für große Partikel kann eine Faltenbalgabdeckung oder eine Aluminiumabdeckung akzeptabel sein. Für feinere Partikel sollte das Linearsystem über ein robustes Dichtungssystem verfügen, das die oben genannten Innenteile schützt. Für eine solche Dichtung gibt es zwei Möglichkeiten. Die erste ist eine Magnetbanddichtung, die aus Magnetbändern aus rostfreiem Stahl besteht, die sich von einem Ende des Kanals im Strukturträgersystem zum anderen erstrecken. Die Bänder sind an den Endkappen befestigt und federbelastet, um die Spannung aufrechtzuerhalten. Sie verlaufen durch einen Hohlraum im Schlitten, so dass das Band beim Durchlaufen des Systems kurz vor und hinter dem Schlitten von den Magneten abgehoben wird. Bei der zweiten möglichen Dichtungstechnologie, den Kunststoffabdeckbändern, werden nachgiebige Gummistreifen verwendet, die sich wie bei einem Gefrierbeutel mit Reißverschluss mit dem Grundprofil verbinden. Die ineinandergreifenden Nut- und Federprofile bilden eine Labyrinthdichtung, die Partikel fernhält.

3 - Wasser-/Chemikalienspritzer - Diese Umgebung stellt eine Bedingung dar, bei der das Produkt zeitweise Flüssigkeitsspritzern ausgesetzt sein kann. Dies ist z. B. bei einer großen Druckanwendung der Fall, bei der die Tintenbehälter regelmäßig gewechselt werden, was zu gelegentlichem/unbeabsichtigtem Verschütten führen kann. Der Kontakt der Flüssigkeit mit den Linearführungen in dieser Umgebung kann auf eine unsachgemäße Handhabung des Produkts oder auf nicht richtig positionierte Komponenten zurückzuführen sein, ist aber normalerweise nicht Teil des normalen Anwendungsprozesses.

Grund für diesen Lösungssatz: Für diese Anwendungen müssen die Kugelführungen und Linearlager korrosionsbeständig sein. Für die Rundschienenlagertechnik würde dies bedeuten, dass die Wellen entweder verchromt oder aus 440C-Edelstahl sind. Linearlager sollten verchromte Lagerplatten und Kugeln aus rostfreiem Stahl haben. Die weicheren Kugellager und Wellen aus rostfreiem Stahl führen in der Regel zu einer Verringerung der Belastung um 30 %, was bei der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Für Profilschienenlager wird eine dünne, dichte Verchromung, z. B. aus Duralloy, empfohlen. Gleitlager, die oft als Prismenführungen bezeichnet werden, sind eine Alternative zu Wälzlagern. Die Prismenführungen bestehen aus einem technischen Polymer mit hoher Beständigkeit gegen chemische Korrosion. Zur Abdichtung können Faltenbälge je nach Schwere der Chemikalienspritzer ausreichend sein, ideal ist jedoch eine vollständig abgedichtete Einheit.

4 - Wasser-Chemikalienspritzer/Nebel - Diese Bedingung ist in Bezug auf die Schwere eine Stufe höher als die zuvor beschriebene Umgebung. Hier ist ein Sprühnebel Teil des Prozesses und die Linearführungen sind diesem Element direkt ausgesetzt. Man könnte dies auch als eine kondensierende Umgebung bezeichnen, wie sie in der Kältetechnik vorkommt. Kühlmittel, das während der Bearbeitung auf Maschinenteile aufgesprüht wird, gehört ebenfalls in diese Kategorie. In dieser Umgebung kommen die Lager und Führungen mit Flüssigkeit in Kontakt, wenn kein mechanischer Schutz vorhanden ist.

Grund für diesen Lösungssatz: Für diese Anwendungen ist eine vollständig abgedichtete Einheit ein Muss. Aufgrund der starken chemischen Versprühung ist es außerdem sehr empfehlenswert, Wälzlager zu vermeiden und prismengeführte Lager zu verwenden. Aus demselben Grund sollte ein Kugelgewindetrieb in diesen Umgebungen nach Möglichkeit vermieden werden. Stattdessen ist ein Polyurethan-Riemenantriebssystem besser geeignet, um die korrosive chemische Umgebung zu bewältigen.

5 - Hochdruck-Temperatur/Waschanlage - Diese Umgebung ist typisch für die Lebensmittelverarbeitung. Hier werden die Geräte unter Umständen häufig unter Druck gewaschen. Die Rutschen kommen nicht nur mit Flüssigkeit in Berührung, sondern werden auch durch den Reinigungsprozess stark beansprucht.

Grund für diesen Lösungssatz: Die Spülumgebung führt dazu, dass Standardstahlteile rosten. Es sollten verchromte und korrosionsbeständige Lager und Kugelführungen sowie Beschläge aus rostfreiem Stahl verwendet werden. Prismenführungen können ebenfalls verwendet werden, sollten aber aufgrund ihres Polymermaterials, das nicht so temperaturbeständig ist wie Wälzkörper auf Metallbasis, bei Hochtemperaturanwendungen vermieden werden. Die Lineareinheit sollte offen sein (keine Dichtung) und über Spülanschlüsse oder Ablassöffnungen verfügen, um Spülflüssigkeit zu entfernen. Für Hochtemperaturanwendungen kann spezielles Hochtemperaturfett verwendet werden. In solchen Hochtemperaturfällen sollten alle Dichtungen und andere Kunststoffelemente aus dem System entfernt werden.

Grund für diesen Lösungssatz: In Reinraumumgebungen muss die Bewegung des Linearschlittens möglichst wenig Partikel enthalten. Metallverkleidungen sind erforderlich, um jegliche Art von Rost zu verhindern. Außerdem müssen alle Gleitelemente aus dem Linearsystem entfernt werden. Das bedeutet, dass keine Dichtungen/Abstreifer in den Lagerführungen und keine Abdeckungen an der Lineareinheit vorhanden sein dürfen. Es sollte ein spezielles, für Reinräume geeignetes Schmierfett verwendet werden.

7 - Stöße/Pressen/Vibrationen - Diese Anwendung ist oft durch mehrere verschiedene Prozesse gekennzeichnet. Schüttler und Rütteltische, die typischerweise mit Sortieranlagen verbunden sind, fallen in diese Kategorie. Pressenanwendungen, die aufgrund der anfänglichen Stoßdynamik höhere als normale Belastungen auf Schlitten oder Sättel ausüben, gehören ebenfalls zu dieser Anwendungsklasse.

Grund für diesen Lösungssatz: Die Verwendung von Polymerbuchsen, die wie bereits erwähnt auch Prismenführungen genannt werden, eignen sich besser für Anwendungen mit hoher Stoßbelastung als Wälzkörper. Unter solchen Bedingungen können Wälzkörper aufgrund ihrer Punkt-zu-Punkt-Kontakte mit der Lageroberfläche in zwei Hälften brechen oder die Laufbahnen der Wälzkörper blockieren. Prismenführungen hingegen ermöglichen eine gleichmäßige Verteilung der Last entlang der Gleitfläche, was ideal für Vibrationen ist. Die Verwendung von Prismenführungen kann je nach Partikelzahl gegebenenfalls mit einer Abdeckung kombiniert werden.

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