By Coskun Mutlu
Product Line Specialist Linear Bearings & Guides
Thomson Industries, Inc
www.thomsonlinear.com thomson@thomsonlinear.com
Falls Ihre Anwendung geführte geradlinige Bewegungen mit seitlichen Belastungen oder Momenten auf einem Schlitten beinhaltet, muss abgewogen werden, ob runde oder rechteckige Linearführungen für Ihre Bedürfnisse besser geeignet sind. Eine rechteckige Schiene, auch Profilschiene genannt, arbeitet mit einer inneren Lauffläche oder Schiene und einer äußeren Lauffläche, dem Schlitten. Eine Rundschiene, auch als Ball Bushing bekannt, besteht aus einer Schienenbaugruppe mit offenen Lagern in Lagerböcken auf der Oberseite. Es gibt noch weitere Technologien, die in Betracht gezogen werden können, z.B. Bronzelager, Luftlager und Gleitstücke. Rund- und Profilschienen sind jedoch sehr viel weiter verbreitet und haben, je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung, bestimmte Vor- und Nachteile.
Grundsätzlich eignen sich Produkte mit Profilschienen gut für Anwendungen mit hohen Lasten. Sie bieten eine äußerst hohe Genauigkeit und Steifigkeit, wenn die gesamte Länge der Schiene abgestützt wird. Sie erfordern jedoch eine sehr genaue Installation und sind trotz der Kostenersparnis durch moderne Herstellungsverfahren allgemein die etwas teurere Option. Rundschienen sind kostengünstiger und einfacher zu installieren. Sie bieten eine höhere Flexibilität und können, bei geringen Abstrichen an die Belastbarkeit und Genauigkeit, nur an den Enden abgestützt werden. In vielen Anwendungen lassen sich beide Technologien vorteilhaft einsetzen, aber welche ist jeweils die beste?
Linearführungen mit Rundschienen sind besonders leicht zu installieren, denn sie haben oben auf dem Lager eine schwimmende Laufbahnplatte, die eine Selbstausrichtung der Kugelbuchse im Bereich von ±0,5 Grad erlaubt. So ist z.B., wenn zwei Schienen parallel in 300 mm Abstand installiert werden, eine Höhendifferenz von 1 bis 2 mm zulässig. Dadurch wird die Installation einfacher und kostengünstiger, da die Montagefläche weniger hohen Ansprüchen genügen muss.
Die Flexibilität der Rundschienentechnologie ermöglicht außerdem eine kundenspezifische Anpassung des Gehäuses über verschiedene Werkstoffe, Montagelöcher, Größen und Formen, für eine optimale Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse. Es ist möglich, die Schiene nur an den Enden abzustützen, da wegen der geringen Kontaktfläche der rollenden Elemente auf der Welle nur sehr wenig Widerstand auftritt. Der einfache Aufbau und die Flexibilität der Rundschiene führen häufig dazu, dass sie einfacher installiert und zu geringeren Kosten eingesetzt werden kann, als die rechteckige Ausführung.
Die Profilschiene muss auf der gesamten Länge abgestützt werden, bietet dafür jedoch eine sehr belastbare, wiederholgenaue und präzise Führung. Bei einer Linearführung ist die Genauigkeit als die Schwankung der Höhe bei der Bewegung definiert. Dort, wo äußerste Präzision gefordert wird, ermöglicht eine drei Meter lange Profilschiene, mit der höchsten Genauigkeitsklasse, eine Genauigkeit von bis zu ±0,003 mm im Vergleich zu ±0,025 mm bei einer Rundschiene. Die Lager auf der Profilschiene können mehr oder weniger stark vorgespannt werden, um eine geringere Durchbiegung und eine größere Wiederholgenauigkeit zu erreichen, wobei dies jedoch die Installation erschwert und die Leichtgängigkeit des Systems vermindert. Es ist wichtig, zu berücksichtigen, dass die Genauigkeit nur so gut sein kann, wie die Montagefläche.
Bei der Auswahl einer Lösung für eine Linearführung sind eine Reihe von Parametern und Fragen zu berücksichtigen. Die Ausrichtung des Systems ist ein erster Aspekt – vertikal, horizontal, an einer Wand usw. Hinzu kommt die Länge der Bewegung. Wenn das System nur an den Enden abgestützt werden kann, muss eine Rundschiene verwendet werden. Wenn eine Unterstützung auf der ganzen Länge möglich ist, bestimmen Erwägungen wie die geforderte Präzision, die Wiederholgenauigkeit und die Last, ob eine Profil- oder eine Rundschiene die bessere Lösung ist.
Profilschienen sind häufig die beste Wahl bei einer hohen Last (typisch im Bereich von 20 kN bei einer 25-mm- Schiene), die eine hohe Steifigkeit erforderlich macht (im Bereich von 1 – 4 µm/kN bei einer Vorspannung von 13%). Die klassische Anwendung von Profilschienen sind Werkzeugmaschinen, wo diese Faktoren besonders kritisch sind. Sie werden aber auch zunehmend in der Automatisierung, der Luft- und Raumfahrt, bei der Verpackung und in medizinischen Geräten eingesetzt. Obwohl sie von Natur aus die teurere Lösung sind, haben neue Herstellungsverfahren und die Massenproduktion zu niedrigeren Preisen geführt. Sie sind außerdem oft die kostengünstige Alternative zu mehreren Rundschienen für insgesamt höhere Lasten.
Führungen mit Rundschienen bieten eine höhere Flexibilität und reagieren weniger empfindlich auf kleine Ungenauigkeiten bei der Installation. Da das Gehäuse häufig für die jeweiligen Anforderungen der Anwendung hergestellt wird, ist diese Technologie eine gute Lösung in Bereichen wie der Verarbeitung von Lebensmitteln und Getränken, bei denen eine hygienische Lösung gefordert wird. Auch wenn Profilschienen vorgespannt werden können, lässt sich die Vorspannung vor Ort nicht einstellen. Bei diesen Anwendungen sind Rundschienen flexibler, da die Lagerböcke Einstellschlitze haben, um den Spalt zwischen Welle und Kugel zu verringern und einzustellen und somit die Vorspannung zu erhöhen oder zu vermindern.
Standard-Rundschienen haben ein deutlich höheres Profil und, obwohl Rundschienen mit niedrigerem Profil verfügbar sind, nehmen Profilschienen weniger Raum ein. Thomson hat die Wälzlagertechnologie für Rundschienen erfunden und stellt heute das breiteste Sortiment an Standardprodukten für die mechanische Bewegungssteuerung her. Dabei ist jedoch anzumerken, dass Profilschienen entsprechend nach ISO genormten Größen und Spezifikationen gefertigt werden. Dabei sind z.B. die Höhe des Schlittens und die Positionen der Befestigungslöcher bei den verschiedenen Herstellern gleich. Thomson hat unlängst seine Einrichtungen zur kundenspezifischen Fertigung von Profilschienen in Wolfschlugen erweitert, um die Nachfrage nach Profilschienen in kundenspezifischen Längen zu erfüllen. Grundsätzlich sind spezifische Kundenwünsche mit Rundschienen leichter zu erfüllen, wenn die übrigen Anforderungen der Anwendung dies zulassen.
Insgesamt haben beide Technologien Vor- und Nachteile. Beide ermöglichen aber auch einen zuverlässigen Betrieb mit geringem Wartungsbedarf. Die Rundschienen sind im Allgemeinen die kostengünstigere Option, sie sind toleranter gegenüber Ungenauigkeiten bei der Installation und sie müssen nur an den Enden abgestützt werden, während Profilschienen eine höhere Präzision bei höheren Lasten bieten und im Profil weniger Platz beanspruchen. Bei vielen Anwendungen sind beide Technologien geeignet, und der Entwickler kann auswählen, welche von beiden angesichts der für die Installation erforderlichen Parameter das beste Kosten-Nutzen- Verhältnis bietet. Es sollte nicht vergessen werden, dass bei der Suche nach der wirtschaftlicheren Lösung auch die Kosten für maschinelle Bearbeitung, Oberflächenbehandlung und Installation eine Rolle spielen. Thomson hilft Ihnen gern bei der Suche nach den richtigen Komponenten für jede Anwendung. Unser online verfügbares ‘Linear Guide Component Tool’ ist eigens entwickelt worden, um das beste System für jede Anwendung zu finden.