Wälzführungen / Profilschienenführungen
Was sind Wälzführungen / Profilschienenführungen?
Wälzführungen sind im allgemeinen alle Linearführungen, bei denen Wälzkörper zum Einsatz kommen. Hierzu gehören die Wellen- und Schienenführungen (Profilschienenführung, Teleskopschienenführung oder Käfigschienenführung). Eine Wälzführung die im Maschinenbau besonders häufig verwendet wird ist die Profilschienenführung. Die in der Praxis häufige Verwendung resultiert aus den vielfältigen Vorteilen dieser Linearführung. So gehören eine hohe Präzision, Belastbarkeit, Steifigkeit, Betriebssicherheit und Lebensdauer zu den wichtigsten Vorteilen von Profilschienenführungen. Sie arbeiten punktgenau bei besten Laufeigenschaften und erfüllen die strengen Genauigkeitsanforderungen von Werkzeugmaschinen und anderen industriellen Präzisionsanwendungen.
Profilschienenführungen verfügen generell über einen oder mehrere Führungswagen, die sich auf einer Führungsschiene befinden. Die Führungsschiene verfügt wiederum über eine oder mehrere gehärtete Laufbahnen. Zwischen Führungswagen und Führungsschiene befinden sich die charakteristischen Wälzkörper, die auf den gehärteten Laufbahnen rollen und die Belastung übertragen. Hierbei ist stets auf eine gute Schmierung zwischen Laufbahn und Wälzkörper zu achten. Denn der eingesetzte Schmierstoff kann die Reibung und den Verschleiß stark beeinflussen und trägt somit zu einer langen Lebensdauer von Wälzführungen bzw. Profilschienenführungen bei.
Grundsätzlichen lassen sich Wälzführungen in Führungen mit oder ohne Wälzkörperumlauf unterscheiden.
Aufbau und Funktion von Wälzführungen / Profilschienenführungen
Mit oder ohne Wälzkörperumlauf
Wie bereits erwähnt unterscheidet man zwischen Führungen mit und ohne Wälzkörperumlauf. Letztere haben zwar den Vorteil, dass sie Bauraum sparen, können aber wegen einer festen Anzahl Wälzkörper nur einen begrenzten Hubweg zurücklegen. Bei Führungen mit Wälzkörperumlauf ist der Hub nur von der Schienenlänge begrenzt. Die Wälzkörper selbst werden nach der Lastübertragung über den Rücklauf immer wieder zurückgeführt. Üblicherweise weisen Profilschienenführungen zwei, vier oder sechs Wälzkörperreihen auf. Dabei steigt mit zunehmender Anzahl von Wälzkörperreihen die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Profilschienenführung, da Lasten von mehr Wälzkörpern getragen werden. Allerdings steigt auch die Reibung an.
Kugel oder Rollen als Wälzkörper
Als Wälzkörper können sowohl Kugeln als auch Rollen eingesetzt werden. Aufgrund unterschiedlicher Geometrien weisen sie auch verschiedene Formen der Berührfläche auf, was sich wiederum in unterschiedlichen Eigenschaften widerspiegelt. Kugeln berühren die Kontaktfläche nur mit einer relativ kleinen Kreisfläche, im Falle einer Linearführung eine Ellipse, da die Laufbahn die Form einer Rille besitzt. Da die Kontaktfläche relativ klein ist, ist die Flächenpressung entsprechend hoch. Eine Vergrößerung der Auflagefläche und bessere Lastverteilung erreicht man durch Laufbahnen mit entsprechender Schmiegung. Die Bogenform der Laufbahn „schmiegt“ sich hierbei um die Kugeloberfläche, weshalb Tragfähigkeit, Steifigkeit und letztendlich auch die Lebensdauer erhöht wird.
Die Kontaktflächen von Rollen sind im Vergleich zu Kugeln nicht punkt- sondern linienförmig und deutlich größer. Diese Eigenschaft lässt Rollen deutlich größere Kräfte übertragen. Außerdem können mit Rollen als Wälzkörper kleinere Baugrößen bei gleicher Belastung (im Vergleich zu Kugeln) realisiert werden.
Werden als Wälzkörper Kugeln verwendet, so spricht man auch von kugelgelagerten Profilschienenführungen oder Kugelumlaufeinheiten. Werden jedoch Rollen als Wälzkörper verwendet, so bezeichnet man die Linearführungen auch als rollengelagerte Profilschienenführungen bzw. Rollenumlaufeinheiten. Kugelgelagerte Profilschienenführungen sind insbesondere für Anwendungsfälle geeignet, die durch höhere Geschwindigkeiten und höhere Beschleunigungen gekennzeichnet sind. Rollenumlaufeinheiten kommen dann zum Einsatz, wenn die Aufnahme hoher Lasten und eine hohe Steifigkeit gefragt ist.
Je nach Verlauf der Kraft-Wirklinien durch die Berührungspunkte spricht man entweder von einer X- oder O-Anordnung der Laufbahnen. Profilschienenführungen mit einer X-Anordnung besitzen aufgrund des geringeren Abstandes der Laufbahnen einen kürzeren Hebelarm. Aufgrund dessen können Schiefstellungen in Mehrachssystemen erleichtert werden (Selbstausrichtung). Profilschienenführungen mit einer O-Anordnung weisen hingegen eine deutlich höhere Steifigkeit und größere Momentbelastbarkeit in Mx-Richtung auf und bieten Vorteile bei abhebenden Kräften.
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