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  5. Anwenderbericht: Linearaktuatoren mit Gleitführung

Robuste und verschleißoptimierte Gleitführungen in Linearaktuatoren von EME Parker

Komplett schmierfreie und langlebige Linearlager in Linearaktuatoren mit Zahnriemenantrieb

Besonders herkömmliche Laufrollenführungen bringen in Linearaktuatoren häufig sowohl mechanische als auch wirtschaftliche Nachteile mit sich. So fällt beispielsweise ihre Steifigkeit sehr gering aus. Sie sind anfällig bei hohen Momentlasten und erlauben nur eingeschränktes Beschleunigen. Hinzu kommen unter anderem meist zeit- und kostenintensive Wartungsarbeiten. Gleitführungen mit Kunststoffelementen machen Schluss mit diesen Problemen und eröffnen dem Anwender noch viele weitere Vorteile.

Steckbrief

  • Was wurde benötigt: Linearlagersysteme von igus
  • Anforderungen: Linearaktuatoren in herkömmlichen Systemen haben oft Probleme wie das Mitführen von Totmasse beim Läufer, ein ungünstiges Hebelverhältnis zwischen Trag- und Lastarm, sie erfordern Schmierung und Reinigung sowie regelmäßige Wartung
  • Branche: Herstellung von Maschinenteilen
  • Erfolg für den Kunden: Gleitführungen von igus stellen für Parker EME die optimale Alternativ dar: u.a. sind sie extrem robust, haben optimale Verschleiß- und Reibwerteigenschaften und benötigen keine Schmierung
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Lineargleitlager DryLin R-Lineargleitlager laufen auch in sehr schmutziger Umgebung äußerst zuverlässig.

Eingesetzte Produkte

Problem

Linearaktuatoren mit herkömmlichem Führungssystem können in einer Konstruktion vielfältige Probleme verursachen, beispielsweise bringen sie oft eine große bewegte Totmasse beim Läufer mit sich. Hinzu kommen ein ungünstiges Hebelverhältnis zwischen Trag- und Lastarm bei innenliegenden Führungen, da sich diese weit weg von der Last befinden. Die Geschwindigkeit ist begrenzt (besonders bei Wälzkörperumlaufführungen) und die Beschleunigung eingeschränkt. Besonders Laufrollenführungen geben bei hohen Momentlasten schnell nach – da man Laufrollenachsen verbiegen oder verstellen kann, sind sie sehr anfällig. Nicht zu vergessen die bei diesen Maschinenelementen meist notwendige Schmierung, die Schmutz anzieht und bei der ausgetragenes Fett oder Öl das Gesamtsystem verunreinigen kann. Sie müssen geschützt eingebaut oder mit einem Faltenbalg als Abdeckung versehen werden. Die regelmäßig erforderliche Wartung – meist Reinigen und Nachschmieren – macht sie zusätzlich teuer. Nicht zuletzt bedeutet das vielteilige Gesamtsystem hohe Kosten beim Montieren. Auch Christoph Lindemann, Produktmanager für mechanische Komponenten und Systeme bei Parker EME in Offenburg, kennt die Risiken und Nebenwirkungen in der Praxis: „Unsere bisherigen Linearaktuatoren sind überwiegend mit Laufrollenführungen ausgestattet. Zum spielfreien Einstellen sind die Laufrollen mit Schrauben und Exzenterbuchsen am Läufer befestigt – eine so genannte „auskragende Befestigung“ entsteht. Arbeiten die Laufrollen im Normalbetrieb bereits nahe der maximalen Tragfähigkeit, führt zum Beispiel eine Kollision leicht zum Verstellen oder gar Verbiegen dieser Befestigungen. Bereits kurzzeitig überlastete Führungen können somit schwere bleibende Schäden am Gesamtsystem verursachen. Das Verhältnis von schädlicher zu typischer Belastung liegt im Bereich von 3:1 und 5:1.“

Lösung

Anders bei den Gleitführungen DryLin WQ von igus, die Parker EME  im seinem Linearaktuator „LCB“ einbaut. Hier bewegt sich dieses Verhältnis zwischen etwa 100:1 und 500:1. Diese Zahlen zeigen die extreme Robustheit der Führungen. Überträgt doch der Gleiter die Kräfte direkt auf die Führungsbahnen. Es exisitiert keine Verstellmöglichkeit, die Gefahr von Verbiegungen ist praktisch ausgeschlossen. 
Die Gleitelemente bestehen aus Hochleistungspolymeren. Für die meisten Anwendungen empfiehlt sich der Einsatz vom Werkstoff iglidiur J aufgrund seiner Verschleiß- und Reibwerteigenschaften. Grundsätzlich sind die DryLin Linearlagersysteme für den Trockenlauf ausgelegt. Verschmutzungen durch Fett oder Öl gehören damit der Vergangenheit an. Umgebungsstäube oder Abrieb bei spanender Bearbeitung werden nicht an der Lagerstelle gebunden. DryLin-Führungen unterteilen sich in zwei Hauptgruppen mit unterschiedlicher Geometrie: Profilschienen- und Wellenführungen.
Beim DryLin T-System laufen die Schlitten auf einer T-Schiene aus hartanodisiertem Aluminium. Alle Anschlussmaße sind abmessungsgleich mit den meisten handelsüblichen Kugelumlaufsystemen. Eine Miniaturausführung lässt sich auch in kleinsten Bauräumen unterbringen. Extrem flache „N“-Varianten sind in vier Baugrößen von 17 bis 80 mm Schienenbreite erhältlich. Die Schlitten bewegen sich jeweils in C-Profilen aus eloxiertem Aluminium.
DryLin R-Lineargleitlager hingegen, die der Größe von Kugelbuchsen entsprechen, benutzen Rundwellen als Gegenlaufpartner. Dabei kommen unterschiedliche Wellenmaterialien zum Einsatz. So garantieren hart beschichtete Aluminiumwellen geringen Verschleiß und niedrigen Reibwert. Die von Parker EME eingesetzten DryLin W-Lineargleitführungen vereinen zwei Rundwellen, Rechteckführungen sowie das Trägerprofil für den Linearaktor in einem Profil aus hartanodisiertem Aluminium. Sie erlauben größten Gestaltungsspielraum durch verschiedene Wellendurchmesser, Profilbreiten, Schlittenlängen und Geometrien.
Linearaktuator Um ein homogenes Produkt zu erhalten, nutzt Parker EME erstmals die positiven Eigenschaften der igus Führungen in seinem Linearaktuator „LCB“.
Produkte igus igus bietet eine umfangreiche Produktpalette, die auch einfachste Führungen für Pneumatikzylinder umfasst.

Für kostenbewusstes Konstruieren

Alle igus Führungen zeichnen sich besonders durch einfachen Aufbau, Robustheit und kompakte Bauweise aus, Konstruktionsschwerpunkt beim gesamten „LCB“. So ergeben sich eine geringe bewegte Totmasse durch die Gleitschuhe und die schlanke Läuferplatte sowie eine breite Führungsbasis in unmittelbarer Nähe zur Last. Die Geschwindigkeiten können bis zu 8 m/s reichen, uneingeschränkte Beschleunigung ist möglich. Nicht zuletzt weist der Aktuator eine hohe chemische Resistenz auf und ist korrosionsfest. Der vielleicht wichtigste Pluspunkt von Gleitführungen ist jedoch ihre Wirtschaftlichkeit.
Dies liegt zum einen am günstigen Anschaffungspreis, zum anderen an den minimalen Betriebskosten, da DryLin auch in rauer Umgebung wartungsfrei arbeitet. Da Schmierung entfallen kann, zieht die Führung keinen Schmutz an und verunreinigt auch ihrerseits das Gesamtsystem nicht durch austretendes Fett oder Öl. Teure Maschinenstillstandszeiten gehören der Vergangenheit an. Zusätzlicher Schutz oder Abstreifer sind ebenfalls unnötig, was die Anzahl der zu montierenden Bauteile verringert und die Kosten weiter senkt. Lindemann: „Bei unseren Laufrollenführungen müssen mindestens zwölf Laufrollen vormontiert, montiert und eingestellt werden, bei der Gleitführung lediglich vier Gleiter. Alleine die Arbeitszeit beim Zusammenbauen des Führungssystems reduziert sich dabei auf schätzungsweise 10 Prozent.“ Der Anwender kann die Gleitbeläge beim Erreichen der Verschleißgrenze innerhalb weniger Minuten einfach selbst wechseln. Selbst pneumatische und servo-pneumatische Lösungen lassen sich laut Lindemann vorteilhaft ersetzen, wobei hier zusätzlich die bessere Positionierbarkeit an beliebigen Punkten ausschlaggebend ist: „Aktuatoren mit Lineargleitführungen können sogar manche Ausführung mit Linearmotor blass aussehen lassen, wenn es nicht so sehr auf die Genauigkeit ankommt, sondern der geringere Energieverbrauch bei oszillierenden Bewegungen wichtig ist. Dies liegt an den wesentlich geringeren bewegten Eigenmassen.“