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12/5/2014 | Reibungsarmes, selbst ausrichtendes Ball-Bushing- Miniaturlager optimiert die Genauigkeit einer Wärmebildkamera.

Was macht ein Konstrukteur, wenn Standard-Komponenten die Konstruktionsvorgaben für ein neues Gerät nicht erfüllen, Sonderausführungen aber im Ruf stehen, eine zu kostspielige Alternative zu sein? Brian Gattman, leitender Maschinenbauingenieur beim Messgeräte-Hersteller Fluke, kam zu dem Schluss, dass eine auf seinen Anwendungsfall zugeschnittene Linearführungslösung im Gegenteil sogar Einsparungen ermöglichen und gleichzeitig die Präzision und Leistungsfähigkeit seiner Konstruktion verbessern würde.

Konstruktive Herausforderungen

Die Fluke Corporation, einer der weltweit führenden Hersteller kompakter, elektronischer Test- und Messgeräte für den professionellen Einsatz, sah sich bei der Entwicklung einer neuen Wärmebildkamera mit konstruktiven Schwierigkeiten konfrontiert, die sich mit handelsüblichen Standardkomponenten nicht lösen ließen.

Die Kamera-Produktreihe Fluke TI400 hat das einzigartige LaserSharp™ Autofokus-System, das durchgängig scharfgestellte Aufnahmen erstellt – wichtige Voraussetzung für präzise Infrarot- Prüftechnik. Die Kamera verwendet einen Laserstrahl, der vom aufzunehmenden Objekt abprallt, und aus dessen Laufzeit die Entfernung zwischen Kamera und Objekt ermittelt wird. Diese Daten werden unmittelbar an die Mechanik der Fokussierung übertragen, mit der die bewegliche Linse schnell und präzise in den korrekten Abstand zum Bildsensor positioniert wird.

Diese bewegliche Linse befindet sich im Inneren der Kamera, sodass die äußere Linse fixiert werden kann. Die innere Linse ist so konstruiert, dass sie auf einem Ball Bushing® Miniaturlager aufliegt und verfährt. Während der Entwicklung stellte sich zunächst heraus, dass gängige Linearlager mit ihrer konstruktionsbedingt hohen Reibung die anspruchsvollen Voraussetzungen zum Abstützen und Positionieren der Linse nicht erfüllen. Brian Gattman, leitender Maschinenbauingenieur von Fluke, erläutert: „Für die Nutzung in einem derart kompakten, leichten, Handmessgerät brauchten wir ein extrem kleines Lager mit gerade einmal 3 mm Duchmesser. Es musste jedoch gleichzeitig sehr wenig Reibung aufweisen, um den Stromverbrauch für das Fokus-System zu minimieren, da dieser einen entscheidenden Faktor für die Akkulaufzeit des Gerätes darstellt. Wir hatten bereits festgestellt, dass die handelsüblichen 1/8-Zoll- Ball-Bushing- Linearlager von Thomson gute Ergebnisse lieferten. Die von uns benötigte Größe von 3 mm war im Standardprogramm jedoch nicht erhältlich. Nach einigen Gesprächen rüstete Thomson kurzfristig seine Anlagen für ein 3-mm- Lager um, dessen durchgängig niedriger Reibungskoeffizient uns in die Lage versetzt, einen kleinen Motor mit gerade einmal 300mN Schubkraft zu verwenden. Das bedeutet nicht nur einen niedrigen Stromverbrauch, sondern ermöglicht auch ein Gerät mit kompakteren Abmessungen. Entscheidend ist jedoch die außergewöhnlich niedrige statische Reibung des Lagers (Stick/Slip-Effekt), mit der wir einen sanft ansprechenden Betrieb für eine schnelle und präzise Scharfstellung erreichen.“

Ein zweites wichtiges Kriterium war der zulässige Temperaturbereich des Lagers. Wärmebildgeräte müssen auch bei hohen Temperaturen einwandfrei ihren Dienst versehen; Fluke gab hier 50°C Umgebungstemperatur vor. In Verbindung mit einem Temperaturanstieg um bis zu 25°C aufgrund der Wärmeentwicklung im Inneren des Gerätes muss das Lager somit bei bis zu 75°C gleichbleibend hohe Leistung zeigen. Am anderen Ende der Skala können die Lagerungstemperaturen bis auf -20°C absinken, sodass ein Gesamtbereich von fast 100°C entsteht – eine echte Herausforderung für das Schmierfett in dieser Baugruppe. Neben der erwartet höheren Reibung bei niedrigen Temperaturen aufgrund des sich verfestigenden Schmierfetts zeigte sich in Tests außerdem, dass die Reibung signifikant von der Menge des Schmierfetts im Lager abhängt. Um zu einer optimalen Lösung zu gelangen, haben die Ingenieure von Fluke mehrere unterschiedliche Schmiermittel getestet und eine Vorrichtung konstruiert, mit der sich exakt die richtige Menge in das Lagergehäuse einbringen lässt. Angesichts der großen Anzahl an verwendeten Lagern war ein späterer Austausch des Standard- Schmierfetts keine Option. Daher haben die Produktionsingenieure von Thomson zusammen mit Fluke eine Lösung entwickelt, um das Spezialfett bereits im Produktionsprozess einzubringen, wobei eine überarbeitete Ausführung der Fluke-Vorrichtung zum Einsatz kommt.

Vorteile der Sonderlösung

Ein hochpräzises, reibungsarmes Ball-Bushing- Miniaturlager minimiert die Größe und das Gewicht des Endgerätes, maximiert die Akkulaufzeit und optimiert den Autofokus der leistungsfähigen, mobil einsetzbaren Wärmebildkamera Fluke TI400. Erst die Sonderausführung eines korrosionsfesten Kompaktlagers aus Edelstahl und Polymer von Thomson konnte die einzigartigen Anforderungen von Fluke erfüllen. Die hier beschriebene optimale Lösung ist für Konstrukteure, die sich die Zeit nehmen, eng mit ihren bevorzugten Komponentenlieferanten zusammenzuarbeiten, keine ungewöhnliche Vorgehensweise.

„Über die gesamte Entwicklungsphase bis in die Vorserie hinein haben Thomson und Fluke äußerst effektiv zusammengearbeitet. Vom Start des Projekts Ende 2013 bis zum heutigen Tage, an dem sich die TI400 Baureihe in voller Produktion befindet, erfolgten alle Lieferungen termingerecht und entsprachen stets unseren Vorgaben. Die enge Kooperation unserer beiden Unternehmen war ein zentraler Erfolgsfaktor für dieses Projekt“, konstatiert Brain Gattman.

Die Anpassung der Ball-Bushing- Miniaturlager durch Thomson hat Fluke die optimale Lösung einer Linearführung für seine Wärmebildkamera geliefert. Die kompakte Einbaugröße, geringe Reibung und hohe Präzision der Standardlager von Thomson waren für Fluke bereits äußerst attraktiv, und mit nur wenigen Modifikationen konnte Thomson die hohen Präzisionsanforderungen seines Kunden erfüllen.

Über Thomson Industries, Inc.

Seit über 70 Jahren entwickelt Thomson hochwertige Innovationen im Bereich der Achssteuerung. Das Unternehmen zählt zu den führenden Herstellern von Linear Ball Bushing ® - und Profilschienenlagern, 60 Case ® -Wellen, geschliffenen und gerollten Kugelgewindetrieben, Linearantrieben, Getrieben, Kupplungen, Bremsen, Linearsystemen und Zubehörteilen. 1945 hat Thomson das Linear Ball Bushing- Lager erfunden und setzt seitdem mit seinen unübertroffenen Lösungen für die mechanische Achssteuerung immer wieder neue Maßstäbe. Seine Kunden kommen aus den internationalen Märkten der Industrie, Luft- und Raumfahrt sowie Militärtechnik. Thomson Industries Inc. verfügt über Produktionsanlagen in Nordamerika, Europa und Asien sowie über ein weltweites Netzwerk aus 2000 Vertriebspartnern.

Über Fluke LaserSharp™

Die Infrarotkamera Fluke TI400 verfügt über den LaserSharp™ Autofokus für perfekt scharfgestellte Aufnahmen, und das bei jeder einzelnen Aufnahme. Jeder Benutzer einer Infrarotkamera weiß, dass die Scharfstellung der wichtigste Faktor der Infrarot-Prüftechnik ist. Ohne ein fokussiertes Bild können Wärmemessungen ungenau sein und um bis zu 20 Grad abweichen, sodass Problemstellen leicht übersehen werden. Der LaserSharp-Autofokus zeigt dem Anwender genau, was gerade scharfgestellt ist. Er verwendet vor dem Scharfstellen einen Laserstrahl, um die Entfernung zum Objekt zu messen. Einfach mit dem roten Laserpunkt auf das zu untersuchende Bauteil zielen und dann den Auslöser betätigen, um ein perfekt scharfgestelltes Bild zu erhalten.

Thomson, 1500 Mittel Boulevard, Wood Dale, IL, USA 60191-1073; 1-540- 633-3549; 1-540- 633-0294 (Fax); Thomson@thomsonlinear.com; www.thomsonlinear.com.

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