Lineare Bewegungstechnik: Über konventionelle Kugelumlaufführungen hinaus denken

Kombination aus V-Führungen und V-Nut-Lagern als Alternativlösung

  • V-Führung
    V-Führung
  • V-Führung in schmutziger Umgebung
    V-Führung in schmutziger Umgebung

Nahezu seit Anbeginn der Zeit waren Linearlager ein fester Bestandteil der linearen Bewegungstechnik - natürlich in ihrer einfachsten Form. Der frühe Mensch nutzte Baumstämme, um schwere Lasten zu transportieren, indem er den letzten in einer Reihe von Stämmen immer wieder an deren Anfang setzte, während die Last vorwärts bewegt wurde. Auch wenn die modernen Kugelumlaufführungen inzwischen sehr viel fortschrittlicher sind - sie sind noch lange nicht uneingeschränkt einsetzbar.

Beispielsweise benötigen Kugelumlaufeinheiten regelmäßig Nachschmierung, da sie ohne den Schmierstoff innerhalb ihrer Kugelkanäle (und auch entlang der Schiene) durch die kontinuierliche Umlaufbewegung in kürzester Zeit ausfallen würden. Auch könnte das Schmiermittel aus dem Dichtungssystem austreten und die Arbeitsumgebung verunreinigen.

Heutzutage ist die Kombination aus V-Führungen und V-Nut-Lagern eine echte Alternative zu Kugelumlaufführungen. Diese Technologie wurde für den zuverlässigen Einsatz in Umgebungen entwickelt, in denen andere Produkte versagen. Üblicherweise besteht solch ein System aus einer Führungsschiene, vier V-Nut-Lagern und einer Trägerplatte aus eloxiertem Aluminium, auf der die kundenseitigen Komponenten befestigt werden.

Die aus gehärtetem und geschliffenem, kohlenstoffreichem Wälzlagerstahl hergestellten Schienen sind in ihrem Betrieb exakt, langlebig, reibungs- und geräuscharm, während die Präzisionslager mit V-Nut speziell für den Einsatz in Linearsystemen entworfen wurden. Die Vorspannung der exzentrischen Lager kann an Ort und Stelle eingestellt, also erhöht oder verringert werden -so kann der Benutzer exakt die von ihm gewünschte Laufqualität erzielen.

Von besonderer Bedeutung ist, dass die Schiene bei einsetzendem Verschleiß und entstandenem Spiel schnell und einfach neu eingestellt und die Laufqualität so in den Ursprungszustand zurückgesetzt werden kann - ohne Zusatzkosten für Ersatzteile. Darüber hinaus kann ein eventuell ausgefallenes V-Nut-Lager einzeln ersetzt werden, ohne dass die komplette Einheit ausgetauscht werden muss.

Im Hinblick auf ihren Einsatzbereich sind V-Führungssysteme unglaublich tolerant gegenüber Verunreinigungen -im Gegensatz zu Kugelumlaufführungen, die bei Eindringen von Schmutz, Staub oder Abrieb oftmals total versagen. V-Führungen hingegen sind selbstreinigend. Jegliche Verschmutzung wird von den V-Nut-Lagern während der Laufbewegung von der Schiene entfernt. Das Mühlstein-Prinzip verdeutlicht dieses System: während das Korn gemahlen wird, bewegt sich das Mehl nach und nach zur Außenseite der Steine. Genauso wird jeglicher Schmutz, der auf der V-Schiene landet, einfach weggewischt.

In Industriezweigen wie zum Beispiel der Glasindustrie, wo feiner Schleifstaub eine Alltäglichkeit ist, bietet ein V-Führungssystem daher deutliche Vorteile.

Auch hinsichtlich der Schmierung werden V-Führungssysteme vorrangig für die Entwicklung von Maschinen für die Lebensmittel-, Medizin- und Reinraumindustrie ausgewählt. Es versteht sich von selbst, dass der Einsatz von Öl oder Schmierstoff für diese Branchen absolut ausgeschlossen ist. V-Führungssysteme laufen sowohl mit als auch ohne Schmierung einwandfrei, hauptsächlich weil das Innere des Lagers während des Herstellungsprozesses lebensdauergeschmiert und es danach mit einer Nitrildichtung versehen wird.

Auch diejenigen, die Maschinen oder Mechanismen für den Einsatz in hohen Temperaturen oder im Vakuum entwickeln, kennen die Schwierigkeiten bei der Auswahl der richtigen Komponenten für diese Extrembedingungen. Beinahe alle handelsüblichen Linearsysteme bestehen aus hierfür ungeeignetem Material. Jedoch wurden nun V-Nut-Lager für Vakuum und hohe Temperaturen entwickelt, die komplett aus Edelstahl gefertigt sind - ganz ohne die Verwendung von Kunststoffen.

Diese Lager finden häufig ihren Einsatz in der Halbleiterindustrie, bei der Herstellung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, bei Aufdampfverfahren, der Produktion von LCD-Panelen und Plasmadisplays, sowie der Vakuumverdampfung.

Viele Produzenten sind mit einem weiteren typischen Nachteil von Kugelumlaufführungen genauestens bekannt, nämlich der Notwendigkeit einer präzisen Montagefläche. In stundenlanger Kleinarbeit muss diese bearbeitet und oft sogar geschliffen werden, damit die Schienen passgenau aufgebracht werden können. Um die richtige Laufqualität zu erreichen, werden manchmal sogar zwei Schienen parallel gesetzt und die Bohrungen mit der CNC-Maschine positioniert.

Im Gegensatz hierzu wirkt ein V-Führungssystem ausgleichend, das heißt es arbeitet auch dann effizient, wenn die Montagefläche nicht plan ist oder zwei parallele Schienen nicht perfekt aufeinander ausgerichtet sind. Deshalb haben kleinere Abweichungen keinen Einfluss auf die Laufqualität, insbesondere bei Einbringung in geschweißte Rahmenkonstruktionen oder auf unbearbeiteten Oberflächen.

Ein weiteres Plus bietet die Option, bei unebenen Montageflächen oder Parallellauf geteilte Lager einzusetzen, die etwas nachgeben und so Unregelmäßigkeiten ausgleichen - so können beim Aufbau des Systems Zeit und Geld gespart werden.

Nicht zuletzt verursachen Kugelumlaufführungen ohne Kugelkette (was dem Standard entspricht) während des Betriebes beträchtlichen Lärm. Dieser wird durch die miteinander in Kontakt tretenden Kugeln verursacht. Im Gegensatz hierzu verfügen V-Nut-Lager immer über eine Kugelkette und arbeiten somit praktisch geräuschlos.