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The Drive & Control Company

Handbuch Lineartechnik

1-2 Bosch Rexroth AG

www.boschrexroth.com/brl

Linear Motion and Assembly Technologies

Handbuch Lineartechnik R310DE 2017 (2006.07)

1-3Bosch Rexroth AGHandbuch LineartechnikR310DE 2017 (2006.07)

1 Einleitung

Zuverlässig führen und präzise positionieren – Rexroth bietet für diese Aufgaben die komplette Line-artechnik von den Führungs- bis zu den Antriebselementen. Die Elemente der Lineartechnik sind die Schnittstelle zwischen stehenden und bewegten Maschinenteilen. Sie beeinflussen die Maschinen-eigenschaften in großem Maße. Die lineare Bewegungstechnik kommt überall zum Einsatz, wo Präzi-sion und hohe Belastbarkeit gefordert sind. Dies ist vor allem im Maschinenbau und in der Automation der Fall. Führungselemente von Rexroth sind Profilschienenführungen und Kugelbüchsenführungen. Antriebselemente zum Positionieren sind Kugelgewindetriebe und die Kombination beider Funktionen ist in Linearsystemen enthalten. Rexroth bietet jedoch weit mehr als nur Produkte für die lineare Bewe-gungstechnik. Rexroth bietet vielmehr als globaler Ausrüster für den Maschinen- und Anlagenbau alle relevanten Technologien zum Antreiben, Steuern und Bewegen – von der Mechanik über die Hydraulik, Pneumatik bis zur Elektronik.

Dieses Handbuch der Lineartechnik vermittelt Fachwissen zu den Lineartechnikprodukten von Rexroth. Anwender erhalten so Einblicke in die Welt der linearen Bewegung. Das Handbuch ist kein Ersatz der Rexroth Produktkataloge sondern eine Ergänzung hierzu. Die Abmessungen, Leistungsdaten, Ausführungen usw. sind nach wie vor den Katalogen zu entnehmen. Das Handbuch hingegen enthält weitergehende Hinweise zu den Systemeigenschaften, der Produktauswahl, der Konstruktion und der Berechnung. Es richtet sich an alle Anwender der Lineartechnik.

Im Wesentlichen gliedert sich das Handbuch in ein allgemeines Kapitel Grundlagen, das für alle Rexroth Produkte gleichermaßen gültig ist, sowie in weitere spezielle Kapitel zu den einzelnen Linear-technikelementen.Im Kapitel Grundlagen wird physikalisches Hintergrundwissen zur Lineartechnik vermittelt. Hierzu zählt der Wälzkontakt mit allen in der Praxis üblichen Erscheinungsformen. Es werden allgemeingültige Berechnungsverfahren zur Lebensdauer behandelt. Produktübergreifende Systemeigenschaften, wie beispielsweise Vorspannung, Steifigkeit, Genauigkeit und Reibung werden ebenfalls erläutert.Die folgenden Kapitel Profilschienenführungen, Kugelbüchsenführungen, Kugelgewindetriebe und Linearsysteme beziehen sich auf die jeweiligen Rexroth Produkte und ihre Eigenheiten. Diese Kapitel umfassen weiteres Basiswissen, Systemeigenschaften, Hinweise zur Produktauswahl und Konstruk-tionshinweise für Anwender des jeweiligen Produktes. Ein wesentlicher Bestandteil des Handbuches stellt die Berechnung und Auslegung der Führungs- und Antriebselemente dar. Hierzu zählen die detaillierte Lebensdauerberechnung der Elemente, die Berechnung der statischen Tragsicherheiten, die Ermittlung der biegekritischen Drehzahl und die Antriebsauslegung. Des Weiteren werden der Aufbau und die Funktionalitäten der einzelnen Typen, Ausführungen und Komponenten beschrieben. Hierdurch gewinnt der Leser einen Überblick über die besonderen Eigenschaften des jeweiligen Produktes.

Viel Vergnügen und Erfolg beim Lesen, Lernen oder beim Nachschlagen.

Bosch Rexroth AGThe Drive & Control CompanyLinear Motion and Assembly Technologies

1.1 Vorwort

1-4 Bosch Rexroth AG Handbuch Lineartechnik R310DE 2017 (2006.07)

1 Einleitung

1.2 Inhalt

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

1.1 Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

1.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4

2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1

2.1 Historische Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1

2.2 Technische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-32.2.1 Elemente einer Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

2.2.2 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-52.2.2.1 Einteilung von Führungen nach der Art

der Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-52.2.2.2 Einteilung von Linearführungen nach der Art

der Kontaktstelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-52.2.2.3 Funktionsprinzip von Linearführungen . . . . . . . . . . . .2-62.2.2.4 Eigenschaften von Linearführungen . . . . . . . . . . . . .2-72.2.2.5 Einteilung von Wälzführungen nach dem Prinzip

des Wälzkörperumlaufs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-7

2.2.3 Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-82.2.3.1 Antriebsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-82.2.3.2 Gewindetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9

2.3 Wälzkontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-102.3.1 Wälzkontakt von Kugeln und Rollen. . . . . . . . . . .2-102.3.1.1 Kontaktflächen bei Kugeln und Rollen . . . . . . . . . .2-102.3.1.2 Schmiegung bei Kugeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-112.3.1.3 Logarithmisches und zylindrisches Profil

bei Rollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-112.3.1.4 Elastische Verformung von Kugeln und Rollen . . . .2-12

2.3.2 Laufbahngeometrie bei Kugelwälzkörpern . . . .2-132.3.2.1 Bogenform der Laufrillen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-132.3.2.2 Differenzialschlupf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-14

2.4 Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-152.4.1 Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-152.4.1.1 Nominelle Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-152.4.1.2 Dynamische und statische Tragzahlen . . . . . . . . . .2-162.4.1.3 Äquivalente Lagerbelastungen . . . . . . . . . . . . . . . . .2-182.4.1.4 Statische Tragsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-21

2.4.2 Einsatzbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-222.4.2.1 Umgebungsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-222.4.2.2 Betriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-242.4.2.3 Einbaubedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-252.4.2.4 Normale Einsatzbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . .2-25

2.4.3 Schadensbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-26

2.5 Systemtechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-282.5.1 Vorspannung und Steifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . .2-28

2.5.2 Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-29

2.5.3 Dichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30

2.5.4 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-312.5.4.1 Aufgaben der Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-312.5.4.2 Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-332.5.4.3 Schmierintervalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-35

2.5.5 Genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-362.5.5.1 Genauigkeiten bei Führungs- und

Antriebselementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-362.5.5.2 Genauigkeiten bei Linearsystemen . . . . . . . . . . . . .2-36

2.6 Produktübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-37


1 Einleitung

3 Profilschienenführungen . . . . . . . . . . 3-1

3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13.1.1 Systemtechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13.1.1.1 Aufbau einer Profilschienenführung . . . . . . . . . . . . . .3-23.1.1.2 Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-93.1.1.3 Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-143.1.1.4 Steifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-163.1.1.5 Genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-183.1.1.6 Ablaufgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-213.1.1.7 Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-24

3.1.2 Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-263.1.2.1 Entscheidungshilfen zur Produktauswahl . . . . . . . .3-263.1.2.2 Ablauf der Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-30

3.1.3 Anordnung der Profilschienenführung . . . . . . . .3-333.1.3.1 Anzahl der Führungswagen und

Führungsschienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-333.1.3.2 Einbaulage der Profilschienenführung . . . . . . . . . . .3-343.1.3.3 Befestigung der Führungsschiene . . . . . . . . . . . . . .3-343.1.3.4 Befestigung der Führungswagen . . . . . . . . . . . . . .3-403.1.3.5 Gestaltung der Anschlusskonstruktion . . . . . . . . . .3-413.1.3.6 Mögliche Einbauvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-47

3.1.4 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-503.1.4.1 Einbautoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-503.1.4.2 Richtlinien zum kostengünstigen Konstruieren . . . .3-55

3.1.5 Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-573.1.5.1 Vorgehensweise bei manueller Berechnung . . . . .3-573.1.5.2 Betriebsbedingungen festlegen . . . . . . . . . . . . . . . .3-593.1.5.3 Belastungen durch Kräfte und Momente . . . . . . . .3-643.1.5.4 Kombinierte äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . .3-713.1.5.5 Berücksichtigung der Vorspannung . . . . . . . . . . . .3-743.1.5.6 Dynamisch äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . .3-753.1.5.7 Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-763.1.5.8 Statisch äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . . . .3-793.1.5.9 Statische Tragsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-813.1.5.10 Beispiel zur Lebensdauerberechnung . . . . . . . . . . .3-81

3.1.6 Komplettierung der Führungseinheit . . . . . . . . . .3-943.1.6.1 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-943.1.6.2 Abdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-963.1.6.3 Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-983.1.6.4 Zusatzfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-99

3.2 Kugelschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . 3-1013.2.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-101

3.2.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-102

3.2.3 Hinweise zur Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . .3-1063.2.3.1 Ausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1063.2.3.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-106

3.3 Miniatur-Kugelschienenführungen . . . . . 3-1073.3.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-107

3.3.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-108


3.4 eLINE-Kugelschienenführungen . . . . . . . 3-1123.4.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-112

3.4.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-113

3.4.3 Hinweise zur Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . .3-1163.4.3.1 Ausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1163.4.3.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1163.4.3.3 Vereinfachte Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-116

3.5 Rollenschienenführungen . . . . . . . . . . . . . 3-1173.5.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-117

3.5.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-118


3.6 Laufrollenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1223.6.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-122

3.6.2 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-123

3.6.3 Hinweise zur Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . .3-1253.6.3.1 Ausführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1253.6.3.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1263.6.3.3 Abweichende Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-126

3.7 Integriertes Wegmesssystem . . . . . . . . . . 3-1273.7.1 Grundlagen Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . .3-127

3.7.2 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-129

3.7.3 Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-1303.7.3.1 Funktionsbeschreibung der Bauteile . . . . . . . . . . 3-1313.7.3.2 Funktionsbeschreibung der induktiven Sensoren 3-134

3.7.4 Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-136

3.7.5 Hinweise zur Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . .3-1383.7.5.1 Genauigkeit des Messsystems . . . . . . . . . . . . . . 3-1383.7.5.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-138

1.2 Inhalt


1 Einleitung

4 Kugelbüchsenführungen . . . . . . . . . 4-1

4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14.1.1 Systemtechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14.1.1.1 Aufbau einer Kugelbüchse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-14.1.1.2 Aufbau eines Linear-Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-24.1.1.3 Aufbau von Wellen, Wellenböcken und

Wellenunterstützungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-34.1.1.4 Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-34.1.1.5 Typenbezeichnungen und Bauformen

der Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-4

4.1.2 Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-64.1.2.1 Einsatzfälle für Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-64.1.2.2 Eigenschaften und technische Daten

der Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-74.1.2.3 Anwendungsparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-84.1.2.4 Auswahl geeigneter Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . .4-8

4.1.3 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-104.1.3.1 Einfluss der Belastungsrichtung auf die Tragzahl .4-104.1.3.2 Konstruktive Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-114.1.3.3 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-14

4.1.4 Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-164.1.4.1 Nominelle Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-164.1.4.2 Dynamisch äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . .4-194.1.4.3 Resultierende Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-194.1.4.4 Veränderliche Lagerbelastung in unterschiedlichen

Lastrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-204.1.4.5 Berücksichtigung des Drehmomentes bei

Drehmoment-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-214.1.4.6 Statischer Tragsicherheitsfaktor . . . . . . . . . . . . . . .4-224.1.4.7 Wellendurchbiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-22

4.1.5 Berechnungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-23

4.2 Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-264.2.1 Compact- und eLINE-Kugelbüchsen . . . . . . . . . .4-26

4.2.2 Super-Kugelbüchsen A und B . . . . . . . . . . . . . . . .4-27

4.2.3 Standard-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-29

4.2.4 Segment-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-30

4.2.5 Super-Kugelbüchsen H und SH . . . . . . . . . . . . . .4-31

4.2.6 Radial-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-32

4.2.7 Drehmoment-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . .4-33

4.2.8 Kugelbüchsen für Längs- und Drehbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-34

4.3 Linear-Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-35

4.4 Präzisions-Stahlwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-37

4.5 Wellenunterstützungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-38

4.6 Wellenböcke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-39

5 Kugelgewindetriebe . . . . . . . . . . . . . . 5-1

5.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15.1.1 Systemtechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15.1.1.1 Aufbau eines Kugelgewindetriebes . . . . . . . . . . . . . .5-25.1.1.2 Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-95.1.1.3 Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-105.1.1.4 Steifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-125.1.1.5 Genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-145.1.1.6 Leerlaufdrehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-165.1.1.7 Drehzahlkennwert und maximale

Lineargeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-175.1.1.8 Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-175.1.1.9 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-18

5.1.2 Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-195.1.2.1 Entscheidungshilfe zur Produktauswahl . . . . . . . . .5-195.1.2.2 Ablauf der Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-205.1.2.3 Grobauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-20

5.1.3 Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-215.1.3.1 Anforderungen festlegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-215.1.3.2 Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-235.1.3.3 Biegekritische Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-275.1.3.4 Zulässige axiale Spindelbelastung (Knickung) . . . .5-285.1.3.5 Endenlagerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-295.1.3.6 Antriebsmoment und Antriebsleistung . . . . . . . . . .5-295.1.3.7 Berechnungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-30

5.1.4 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-365.1.4.1 Umgebungskonstruktion und Einbautoleranzen . . .5-365.1.4.2 Richtlinien zum kostengünstigen Konstruieren . . . .5-375.1.4.3 Fangmutter für vertikale Anwendungen . . . . . . . . . .5-38

5.1.5 Montagehinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-39

5.2 Kugelgewindemuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-405.2.1 Einzelmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-405.2.1.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-405.2.1.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-40

5.2.2 Einzelmuttern der Standard-Baureihe. . . . . . . . .5-415.2.2.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-415.2.2.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-41

5.2.3 Einzelmuttern der Miniatur-Baureihe. . . . . . . . . .5-425.2.3.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-425.2.3.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-42

5.2.4 Einzelmuttern der eLINE-Baureihe. . . . . . . . . . . .5-435.2.4.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-435.2.4.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-43

5.2.5 Doppelmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-445.2.5.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-445.2.5.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-44

5.3 Antriebseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-455.3.1 Antriebseinheiten mit angetriebener Spindel . .5-455.3.1.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-455.3.1.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-47

5.3.2 Antriebseinheiten mit angetriebener Mutter . . .5-485.3.2.1. Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-485.3.2.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-49

1.2 Inhalt


1 Einleitung

6 Linearsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1

6.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-16.1.1 Systemtechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-16.1.1.1 Grundsätzlicher Aufbau von Linearsystemen . . . . . .6-36.1.1.2 Typen- und Größenbezeichnungen . . . . . . . . . . . . .6-106.1.1.3 Führungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-116.1.1.4 Antriebsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-14

6.1.2 Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-186.1.2.1 Anwendungsparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-186.1.2.2 Entscheidungshilfen zur Produktauswahl . . . . . . . .6-206.1.2.3 Motor, Regler und Steuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . .6-216.1.2.4 Einsatzbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-21

6.1.3 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-236.1.3.1 Allgemeine Konstruktionshinweise für

Linearsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-236.1.3.2 Befestigung der Linearsysteme an

die Unterkonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-25

6.1.4 Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-266.1.4.1 Angreifende Lasten und Lebensdauerberechnung 6-266.1.4.2 Motorauslegung inklusive Zykluszeiten . . . . . . . . . .6-276.1.4.3 Durchbiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-30

6.2 Linearmodule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-316.2.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-31

6.2.2 Linearmodule MKK mit Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-32

6.2.3 Linearmodule MKR/MLR mit Kugelschienen-/ Laufrollenführung und Zahnriementrieb . . . . . . . . . 6-33

6.2.4 Linearmodule MKR/MKZ mit zwei Kugelschienen- führungen und Zahnriemen- /Zahnstangenantrieb . . . . . .6-34

6.2.5 Linearmodule MKP mit Kugelschienenführung und Pneumatikantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-35

6.2.6 Linearmodule MKL und LKL mit Kugelschienenführung und Linearmotor . . . . . .6-36

6.2.7 Verbindungselemente für Linearmodule . . . . . .6-37

6.3 Compact-Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-386.3.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-38

6.3.2 Compact-Module CKK mit Kugelschienen- führung und Kugelgewindetrieb . . . . . . . . . . . . . .6-39

6.3.3 Compact-Module CKR mit Kugelschienen- führung und Zahnriementrieb . . . . . . . . . . . . . . . .6-40

6.3.4 Compact-Module CKL mit Kugelschienen- führung und Linearmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-41

6.3.5 Verbindungselemente und Automationssystem Easy-2-Combine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-42

6.4 Präzisionsmodule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-436.4.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-43

1.2 Inhalt

6.5 Schienenführungstische . . . . . . . . . . . . . . . . 6-456.5.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-45

6.5.2 Schienenführungstische TKK mit Kugelschienen-führung und Kugelgewindetrieb . . . . . . . . . . . . . .6-46

6.5.3 Schienenführungstische TKL mit Kugelschienen-führung und Linearmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-47

6.6 Linearschlitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-486.6.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-48

6.7 Mehrachs-Bewegungssysteme . . . . . . . . . 6-496.7.1 Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-49

6.7.2 Grundsätzlicher Aufbau von CMS. . . . . . . . . . . . .6-50

6.8 Elektrische Komponenten . . . . . . . . . . . . . . 6-516.8.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-51

6.8.2 Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-526.8.2.1 Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-536.8.2.2 Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-546.8.2.3 Drehstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-556.8.2.4 Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-55

6.8.3 Regler und Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-566.8.3.1 Servoregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-576.8.3.2 Frequenzumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-586.8.3.3 Positioniersteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-586.8.3.4 Bahnsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-596.8.3.5 Schaltschranklösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-59

6.8.4 Schalter und Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-606.8.4.1 Mechanischer Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-616.8.4.2 Induktiver Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-616.8.4.3 Hall-Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-616.8.4.4 Reed-Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-626.8.4.5 Schalteranbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-62


1 Einleitung

1.2 Inhalt

7 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-1

7.1 Bosch Rexroth AG: The Drive & Control Company . . . . . . . . . . . . 7-17.1.1 Ihr starker Partner weltweit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-1

7.1.2 Technologiefeld Linear- und Montagetechnik . . . 7-17.1.2.1 Lineartechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-27.1.2.2 Montagetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-4

7.2 Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-6

7.3 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9

2-1Bosch Rexroth AG

2 Grundlagen

Handbuch LineartechnikR310DE 2017 (2006.07)

2.1 Historische Entwicklung

Schon die Ägypter hatten beim Bau der Pyrami-den das Problem, schwere Lasten bewegen zu müssen. Dies wurde mit Hilfe von Baumstämmen gelöst, welche unter Steinquader gelegt wurden. Durch Zugabe von Wasser als Schmiermittel wurde die Reibung zusätzlich reduziert.

Lineare Bewegung

Profilschienen-wälzführungen

Dieses Grundprinzip wird heute noch bei moder-nen Linearführungen angewandt. Die Wälzkör-per müssen jedoch heute nicht mehr von Hand an die gewünschte Position getragen werden, sondern zirkulieren innerhalb des Führungssys-tems. Außerdem haben sich die Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Tragfähigkeit und Verschie-bewiderstand gewandelt. Heutige Anwendungen stellen höchste Anforderungen an Präzision und Wirtschaftlichkeit.

Historische Abbildung einer Kugelschienenführung

Rundführungen Im Jahre 1957 übernimmt die „Deutsche Star“ die Lizenzfertigung von Kugelbüchsen nach Patenten der Firma Thomson aus den Vereinigten Staaten. Dadurch wird das Unternehmen zum führenden Hersteller von Linearlagern in Europa.

Ägyptische Linearführung

Katalog der „Deutsche Star“


2 Grundlagen


Kugelgewindetrieb

Kugelgewindetrieb aus einem historischen Patent

Linearsysteme

2.1 Historische Entwicklung

Zur Umwandlung von Drehbewegung in Längs-bewegung wurden Gleitgewindetriebe bereits in der Antike eingesetzt.Der Kugelgewindetrieb wurde erstmals im 19. Jahrhundert in der Literatur erwähnt. Er ersetzte die Gleitreibung durch Rollreibung.Der erste industrielle Einsatz war in den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts. General Motors baute den Kugelgewindetrieb in die Lenkung von Fahrzeugen ein. Bald darauf folgten weitere industrielle Anwendungen.Seitdem machten Konstruktion und Herstellungs-verfahren gewaltige Fortschritte. Heute findet sich der Kugelgewindetrieb in weiten Bereichen der Industrie wieder.

Linearsysteme sind einbaufertige Antriebs- und Führungseinheiten. Dadurch vereinfacht sich für den Anwender die Konstruktion und Montage seiner Applikation. Die Auslegung der Einzelkom-ponenten entfällt, da komplette Linearsysteme verbaut werden.Bei der ehemaligen „Deutsche Star“ enthielten die ersten Linearsysteme Kugelbüchsenführungen und einen Kugelgewindetrieb oder einen pneu-matischen Antrieb. Diese Transfertische wurden auch als zweiachsige Kreuztische angeboten.Mittlerweile sind viele unterschiedliche Führungs- und Antriebsvarianten bei den Linearsystemen umgesetzt worden. Der Kunde kann heute aus einer breiten Produktpalette von Rexroth das optimale Linearsystem auswählen.

Kreuztisch aus dem Programm der „Deutsche Star“

2-3Bosch Rexroth AG

SchlittenSupporte

StänderFundament

Gestell

DrehführungenRotationsführungen

LinearführungenTranslationsführungen

Führungen

Informations- verarbeitung

Leistungselektronik

Steuerung

ElektromechanischerAntrieb

PneumatischerAntrieb

HydraulischerAntrieb

ElektrischerAntrieb

Antrieb

Maschine

2 Grundlagen


2.2 Technische Grundlagen2.2.1 Elemente einer Maschine

Prinzipieller Aufbau einer Maschine

Das Lieferprogramm von Rexroth umfasst Linearführungen und Antriebselemente in den unterschiedlichsten Ausführungen. Zum besseren

Verständnis wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Maschine und ihrer wichtigsten Komponen-ten erklärt.


2 Grundlagen


2.2 Technische Grundlagen2.2.1 Elemente einer Maschine

Das Gestell einer Maschine besteht aus fest-stehenden Bauteilen (Ständer, Fundament) und beweglichen Bauteilen (Schlitten, Supporte). Es gibt unterschiedliche Bauformen, die durch die

GestellGestell

Elemente einer Maschine (Beispiel) Gestell

Steuerung

Führungen

Antrieb

Maschine mit farbig gekennzeichneten, beispielhaften Linearkomponenten

jeweilige Applikation bestimmt werden (Stän-derbauweise, Portalbauweise etc.). Aufgabe des Gestells ist es, die Maschine zu fixieren und Kräfte zu übertragen.

Sie sind für die Führung und Kraftübertragung der bewegten Maschinenteile verantwortlich. Die Genauigkeit der Maschine ergibt sich nicht zuletzt

FührungenFührungen aus der Genauigkeit der Führungen. Auf Grund der Bewegung unterscheidet man Linearfüh-rungen und Drehführungen.

Antriebe wandeln elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie in mechanische Energie um. Eine Sonderform stellt der elektromecha-nische Antrieb dar. Hier kommen so genannte Übertragungselemente (z.B. Kugelgewindetriebe) zum Einsatz. Man unterscheidet zwischen

AntriebeAntriebe Hauptantrieben, die eine Wirkbewegung (z.B. zwischen Werkzeug und Werkstück) erzeugen, und Nebenantrieben, die Stellbewegungen (z.B. für Werkstücktransport oder Werkzeugwechsel) ausführen.

Die Steuerung koordiniert die auszuführenden Bewegungen der Maschine, d. h. die Geschwin-digkeiten und die Beschleunigungen der beweg-lichen Bauteile. Die Leistungselektronik wirkt auf Motoren und Stellglieder mit hohem Leistungsni-

SteuerungSteuerung veau, während die Informationsverarbeitung für Endschalter, Messsysteme, Feldbussysteme und die Sicherheitskreise zuständig ist.

2-5Bosch Rexroth AG

Rollenführungen

Kugelführungen

Laufrollenführungen

HydrostatischeFührungen

FluidostatischeFührungen

AerostatischeFührungen

Metall/Metall

Wälzführungen

HydrodynamischeFührungen

Metall/Kunststoff

Linearführungen

Gleitführungen Magnetführungen

2 Grundlagen


2.2 Technische Grundlagen2.2.2 Führungen

2.2.2.1 Einteilung von Führungen nach der Art der Bewegung

Erst durch Führungen werden an Maschinen Bewegungen möglich. Je nach Ausführung der Führung können Kräfte und Momente in bestimmten Richtungen zwischen bewegten und nicht bewegten Bau-teilen übertragen werden. Führungen können grundsätzlich nach ihrer Bewegungsart unterschieden werden.

Linearführungen/ Translations-führungen

Die Drehbewegung erfolgt um eine Achse.Beispiele: Rillenkugellager, Radialgleitlager

Drehführungen/ RotationsführungenDrehführungen/ Rotationsführungen

2.2.2.2 Einteilung von Linearführungen nach der Art der Kontaktstelle

Linearführungen können nach dem physikalischen Funktionsprinzip der Kontaktstelle aufgeteilt werden. Das folgende Diagramm veranschaulicht diese Einteilung.

Führungen können nach der Art der Bewegungen, nach der Art der Kontaktstellen und nach dem Prin-zip des Wälzkörperumlaufs unterschieden werden.

Die Linearbewegung erfolgt in einer Achsrich-tung.Beispiele: Kugelschienenführung, Schwalben-schwanz-Gleitführung

Drehführung

Linearführung


2 Grundlagen


Linearführungen Funktionsprinzip

Wälzführungen Kugelführung Zwischen dem bewegten und dem feststehenden Maschinen-teil befinden sich Kugeln.

Rollenführung Zwischen dem bewegten und dem feststehenden Maschinen-teil befinden sich Rollen.

Laufrollenführung Zwischen dem bewegten und dem feststehenden Maschinen-teil befinden sich wälzgelagerte Laufrollen.

Hydrodynamische Gleitführungen

Metall/Metall Beide Maschinenteile berühren sich im Stillstand. Bei Beginn der Bewegung baut sich allmählich ein Schmierfilm zwischen bewegtem und feststehendem Maschinenteil auf. Vollständige Trennung von bewegtem und feststehendem Maschinenteil durch den Schmierfilm erfolgt erst bei höheren Gleitgeschwindigkeiten.

Metall/Kunststoff Das Funktionsprinzip ist das gleiche wie bei Metall/Metall.Die Werkstoffpaarung Metall/Kunststoff verringert die Rei-bung bei Beginn der Bewegung bis sich ein geschlossener Schmierfilm bildet.

Fluidostatische Gleitführungen

Hydrostatische Führung

Eine Pumpe fördert flüssiges Schmiermittel in die Führung. Das bewegte Maschinenteil hebt ab. Zwischen bewegtem und feststehendem Maschinenteil befindet sich ein Schmier-film, der unter Druck steht.

Aerostatische Führung

Ein Kompressor fördert Druckluft in die Führung. Bewegtes und feststehendes Maschinenteil werden durch die Druckluft getrennt.

Magnetführungen Bewegtes und feststehendes Maschinenteil werden durch Magnetkraft getrennt. Das bewegte Maschinenteil „schwebt“. Die Führung ist somit berührungslos.

2.2 Technische Grundlagen2.2.2 Führungen

2.2.2.3 Funktionsprinzip von Linearführungen

2-7Bosch Rexroth AG

31 21

2

3

2 Grundlagen


2.2.2 Führungen

2.2 Technische Grundlagen

Eigenschaften Wälzführungen Hydrodynamische Gleitführungen

Fluidostatische Gleitführungen

Magnet-führung

Kugel-führung

Rollen-führung

Laufrollen-führung

Metall/Metall

Metall/Kunststoff

Hydro-statische Führung

Aero-statische Führung

Magne-tisches

Schweben

Belastbarkeit +++ +++ ++ +++ +++ +++ o +++

Steifigkeit ++ +++ + +++ ++ +++ o +

Genauigkeit ++ ++ ++ + + ++ ++ +++

Reibungsverhalten ++ ++ ++ + + +++ +++ +++

Geschwindigkeit +++ +++ +++ + + +++ +++ +++

Dämpfungsverhalten + + + +++ +++ +++ +++ +++

Betriebssicherheit +++ +++ +++ +++ +++ + + +

Standardisierung +++ +++ +++ + + o o o

Lebensdauer ++ ++ ++ ++ ++ +++ +++ +++

Kosten ++ ++ ++ +++ +++ + + o

+++ Sehr gut++ Gut

2.2.2.4 Eigenschaften von Linearführungen

Die Tabelle zeigt, dass Wälzführungen bei den gefragtesten Eigenschaften ausgezeichnete Bewertungen erzielen. Wenn man das Preis-Leis-tungs-Verhältnis berücksichtigt, so wundert es

Wälzführungen können außer nach der Art der Kontaktstelle noch in Wälzführungen ohne Wälzkörper-umlauf oder Wälzführungen mit Wälzkörperumlauf unterteilt werden.

Wälzkörperumlauf

Wälzführung ohne Wälzkörperumlauf Wälzführung mit Wälzkörperumlauf

nicht, dass Wälzführungen in den letzten Jahren die konventionellen Gleitführungen immer mehr verdrängt haben und nunmehr den Standard bei den Maschinenelementen darstellen.

2.2.2.5 Einteilung von Wälzführungen nach dem Prinzip des Wälzkörperumlaufs

+ Befriedigendo Ausreichend

Bei Wälzführungen ohne Wälzkörperumlauf be-wegen sich die Wälzkörper (2) mit der halben Geschwindigkeit des Führungswagens (1) und legen somit nur den halben Hubweg zurück. Deshalb haben Wälzführungen ohne Wälzkörper-umlauf einen begrenzten Hubweg.

Bei der Wälzführung mit Wälzkörperumlauf laufen die Wälzkörper (2) im Führungswagen (1) um und bewegen sich zusammen mit dem Führungswa-gen relativ zur Führungsschiene (3). Der Hub wird nur durch die Schienenlänge begrenzt.


z. B. Linearmotor

ElektrischerAntrieb

Getriebez. B. Planetengetriebe

Motorz. B. Servomotor

Übertragungs-elemente

z. B. Gewindetrieb,Zahnriementrieb

Elektro-mechanischer

Antrieb

z. B. Hydraulik-Zylinder

HydraulischerAntrieb

z. B. Pneumatik-Zylinder

z. B. Pneumatik-Zylinder

PneumatischerAntrieb

Antrieb

2 Grundlagen


2.2.3 Antrieb


2.2.3.1 Antriebsvarianten

Für Haupt- und Nebenantriebe können elektrische, elektromechanische, pneumatische oder hydrau-lische Antriebe verwendet werden.

Der Kugelgewindetrieb gehört innerhalb der elektromechanischen Antriebe zur Gruppe der Übertra-gungselemente. Er wird auch häufig als Vorschubelement bezeichnet.

2-9Bosch Rexroth AG

1

4

5

3

2

2 Grundlagen


2.2.3 Antrieb


2.2.3.2 Gewindetrieb

Die folgende Abbildung zeigt am Beispiel eines Schienenführungstisches TKK den typischen Aufbau eines Antriebes mit Kugelgewindetrieb einschließlich der Führungen.

AufbauAufbau

Bei einem Gewindetrieb erfolgt eine Schraub-bewegung um eine Achse mit einer definierten Steigung. Hierbei wird eine Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt umgewan-delt.Gewindetriebe gehören im Maschinenbau zur Gruppe der Antriebselemente (Übertragungsele-ment, Vorschubelement).Beispiele: Kugelgewindetriebe (KGT), Trapezge-windetriebe

In DIN 69051 Teil 1 ist der Kugelgewindetrieb wie folgt definiert:Der Kugelgewindetrieb ist die Gesamtheit eines Wälzschraubtriebes mit Kugeln als Wälzkörper. Er dient zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt.

GewindetriebGewindetrieb

DIN 69051 Teil 1KugelgewindetriebDIN 69051 Teil 1Kugelgewindetrieb

KugelgewindetriebTischteilFührungsschieneMotorGetriebe (hier: Riemenvorgelege)

1�2�3�4�5�

Gewindetrieb

Schienenführungstisch TKK mit Kugelgewindetrieb und Kugelschienenführung


F

F

F F

F

F

2 Grundlagen


2.3.1 Wälzkontakt von Kugeln und Rollen

2.3 Wälzkontakt

Die Betrachtungen zum Wälzkontakt von Kugeln basieren auf der Hertzschen Theorie. Sie behan-delt das Verhalten zweier allseitig gekrümmter Körper, die mit einer Kraft gegeneinander ge-presst werden. Mit Hilfe der Hertzschen Theorie lassen sich die elastischen Verformungen, die Maße der Druck-flächen, die maximale Flächenpressung und die Spannungen unter der Oberfläche für Kugelwälz-kontakte berechnen.Der einfachste Fall ist der Kontakt einer Kugel mit einer Ebene (idealisierter Punktkontakt). Hierbei ergibt sich eine relativ kleine, kreisförmige Kontaktfläche, die zu einer sehr hohen Flächen-pressung führt.Vergleicht man Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern, zeigt sich, dass bei größeren Ku-geln die Verformungen und die Flächenpressung unter gleicher Belastung kleiner sind. Die Trag-fähigkeit steigt also mit wachsendem Kugeldurch-messer.

Für die Verformung bei Linienberührung ist die Hertzsche Theorie nicht gültig. Werden zwei Zylinderrollen achsparallel gegeneinander ge-presst, ergibt sich eine linienförmige Berührung. Es entsteht eine längliche Kontaktfläche. Dabei sind Form und Größe der Kontaktfläche nur abhängig von der Belastung und der Länge der Berührungslinie. Die elastische Verformung bei Linienberührung ist unabhängig vom Rollendurch-messer. Bei gleichbleibendem Rollendurchmesser steigt die Tragkraft mit wachsender Rollenlänge.

Linienberührung bei RollenLinienberührung bei Rollen

Punktberührung von Kugelwälzkörpern

Kontaktflächen von Kugel und Rolle bei steigender Last

2.3.1.1 Kontaktflächen bei Kugeln und Rollen

In der Lineartechnik werden Kugeln oder Rollen als Wälzkörper eingesetzt. Auf Grund ihrer Geometrie haben Kugeln und Rollen unterschiedliche Eigenschaften.

Die Hertzsche Theorie

Linienberührung von Rollenwälzkörpern

Die Rolle besitzt im Vergleich zur Kugel eine größere Kontaktfläche. Die größere Kontaktfläche ermöglicht der Rolle größere Kräfte zu übertragen und führt zu einer höheren Steifigkeit. Somit kön-nen im Vergleich zur Kugel kleinere Baugrößen bei gleicher äußerer Belastung realisiert werden.

KontaktflächeKontaktfläche

Punktberührung bei Kugeln

2-11Bosch Rexroth AG

F

F

F

F

DW

R Lb

κ = · 100 %RLb

DW

2 Grundlagen



2.3 Wälzkontakt

Spannungsverteilung bei zylindrischem Rollenprofil

Spannungsverteilung bei logarithmischem Rollenprofil

Spannungsverteilung bei Kontaktfläche ohne Schmiegung

2.3.1.2 Schmiegung bei Kugeln

k = Schmiegung (%)RLb = Laufbahnradius (mm)DW = Kugeldurchmesser (mm)

Eine Kugel auf einer Laufbahn mit Schmiegung fe-dert wesentlich weniger ein als die vergleichbare Kugel auf einer ebenen Laufbahn. Außerdem hat die Kugel mit Schmiegung auf Grund des grö-ßeren Flächenkontaktes und der daraus resultie-renden Kraftverteilung eine höhere Lebensdauer als eine Kugel mit Punktkontakt.

Beim Wälzkontakt von Kugeln mit ebenen Lauf-bahnen wirken sich die hohe Flächenpressung und das Fehlen einer geführten Bewegung nach-teilig aus. Aus diesen Gründen werden geformte Laufbahnen mit Schmiegung verwendet. Hier-durch vergrößert sich die Auflagefläche und die Flächenpressung verringert sich entsprechend. Daher werden höhere Tragfähigkeiten erreicht. Außerdem ergibt sich eine geführte Bewegung des Wälzkörpers.

Die Schmiegung ist das Verhältnis von Laufbahn-radius zu Kugeldurchmesser in Prozent:

Laufbahnen mit SchmiegungLaufbahnen mit Schmiegung

Definition der SchmiegungDefinition der Schmiegung

Spannungsverteilung bei Kontaktfläche mit Schmiegung

2.3.1.3 Logarithmisches und zylindrisches Profil bei Rollen

(2-1)

Anders als beim Wälzkontakt von Kugeln sieht es bei der Rolle aus. Man unterscheidet Rollen mit zylindrischem oder logarithmischem Profil. Die beiden Rollenformen sind im elastischen Einfede-rungsverhalten annähernd vergleichbar. Die Rolle mit logarithmischem Profil hat jedoch andere Vorteile:

Gleichmäßigere KraftverteilungNiedrigere Spannungsspitzen an den KantenEntsprechend geringere Kantenpressung

Daraus resultiert eine höhere Lebensdauer als bei der zylindrischen Rolle. Rexroth verwendet daher Rollen mit logarithmischem Profil.

❚

❚

❚

Logarithmisches ProfilLogarithmisches Profil


2 Grundlagen



2.3 Wälzkontakt

Elastische Verfor-mung

Elastische Verformung bedeutet, dass keine bleibende Verformung der Kontaktpartner auftritt.Die einwirkende Kraft führt je nach Wälzkörperform und Gestaltung der Kontaktflächen zu unterschied-lichen elastischen Einfederungen:

Rollen verformen sich weniger stark als Kugeln. Rollen haben wegen der größeren Auflagefläche eine wesentlich höhere Steifigkeit und sind höher belastbar.Rollen mit logarithmischem Profil und Rollen mit zylindrischem Profil sind in ihrem Einfederungsver-halten annähernd vergleichbar.Eine Kugel auf einer Laufbahn mit Schmiegung federt wesentlich weniger ein als eine vergleichbare Kugel auf einer Laufbahn ohne Schmiegung.

Das Diagramm zeigt die elastische Verformung oder Einfederung der beschriebenen Wälzkontakte auf.

❚

❚

❚

Ela

stis

che

Ein

fede

rung

del

Kraft F

– Kugel auf Laufbahn ohne Schmiegung– Kugel auf Laufbahn mit Schmiegung– Rolle mit logarithmischem Profil– Rolle mit zylindrischem Profil

Voraussetzung:Kugeln und Rollen mit gleichem DurchmesserRollen in gängiger Länge

❚

❚

2.3.1.4 Elastische Verformung von Kugeln und Rollen

Exemplarischer Vergleich der elastischen Verformung von Kugeln und Rollen


2 Grundlagen


2.3.2 Laufbahngeometrie bei Kugelwälzkörpern

Bei Wälzführungen mit Kugeln werden geformte Laufbahnen mit Schmiegung verwendet. Als Laufrillen bezeichnet man die Laufbahnen beider Kontaktpartner der Kugel beim Wälzkontakt. Üblicherweise werden die Laufrillen entweder als Kreisbogenform oder als Gotikbogenform gestaltet.

Die Kreisbogenlaufrille enthält zwei Laufbahnen mit Schmiegung. Hieraus resultiert ein 2-Punkt-Kontakt zwischen den Laufbahnen und dem Wälzkörper.

Kreisbogenlaufrille2-Punkt-KontaktKreisbogenlaufrille2-Punkt-Kontakt

Kreisbogenlaufrille mit 2-Punkt-Kontakt

Gotikbogenlaufrille mit 4-Punkt-Kontakt

2.3 Wälzkontakt

2.3.2.1 Bogenform der Laufrillen

Bei der Gotikbogenlaufrille entstehen durch das gotische Profil (abgeleitet vom Spitzbogen, einem Stilelement der Gotik) zwei Laufbahnen pro Seite, ebenfalls mit Schmiegung. Dies führt zu 4-Punkt-Kontakt am Wälzkörper.

Gotikbogenlaufrille4-Punkt-KontaktGotikbogenlaufrille4-Punkt-Kontakt


π · d1

π · d2

d1 d2

d1 d2

p · d1

p · d2

DS

DS

2 Grundlagen


Durch die gekrümmten Laufbahnen mit Schmie-gung hat die Kugel im Unterschied zum Punkt-kontakt eine größere, elliptische und ebenfalls gekrümmte Kontaktfläche. Die Kugel rollt dadurch in einem Durchmesserbereich zwischen d1 und d2 ab.

Aus den unterschiedlichen wirksamen Abwälz-durchmessern d1 und d2 im Kontaktbereich resul-tieren unterschiedliche Abwälzgeschwindigkeiten, was zu partieller Gleitreibung führt. Dieser Effekt wird Differenzialschlupf genannt.

Folgen des Differenzialschlupfs sind ein erhöhter Reibungskoeffizient (Reibungszahl) und damit auch ein höherer Verschiebewiderstand.

Der Differenzialschlupf ist bei der Gotikbogen-laufrille mit 4-Punkt-Kontakt erheblich größer als bei der Kreisbogenlaufrille mit 2-Punkt-Kontakt.Der Reibungskoeffizient ist daher beim 2-Punkt-Kontakt niedriger als beim 4-Punkt-Kontakt.

Bei Rexroth kommen daher überwiegend Syste-me mit 2-Punkt-Kontakt zum Einsatz. Lösungen mit 4-Punkt-Kontakt kommen überall dort vor, wo ein kompakter Bauraum oder sehr kleine Ausfüh-rungen (z.B. Miniatur-Kugelschienenführungen) erforderlich sind. Denn auf Grund der Kraftver-teilung auf vier Kontaktflächen können Linearfüh-rungen mit nur zwei Laufrillen realisiert werden, was relativ kostengünstige Systeme ermöglicht.

Differenzialschlupf DS bei Kreisbogenlaufrille

Differenzialschlupf DS bei Gotikbogenlaufrille

2.3.2.2 Differenzialschlupf

2.3.2 Laufbahngeometrie bei Kugelwälzkörpern

2.3 Wälzkontakt


L = C

F

p(2-2)

2 Grundlagen


2.4.1 Berechnungsgrundlagen

2.4 Lebensdauer

2.4.1.1 Nominelle Lebensdauer

Die Lebensdauer L ist die Laufleistung, die ein Bauteil zurücklegen kann, bevor die ersten Anzei-chen von Werkstoffermüdung an den Laufbahnen oder den Wälzkörpern auftreten.Lundberg und Palmgren haben ein Berechnungs-verfahren entwickelt, das die zu erwartende Lebensdauer eines Wälzlagers abhängig von der Belastung vorhersagt.

Lebensdauer LLebensdauer L

L = Nominelle Lebensdauer (100 km bei Linearführungen oder 1 Mio. Umdrehungen bei Kugelgewindetrieben)

C = Dynamische Tragzahl (N)F = Belastung des Lagers bzw. Summe der

Komponenten der auf das Lager wirkenden äußeren Kräfte (N)

p = Exponent der Lebensdauergleichung abhängig vom Wälzkörper (–)

p = 3für Linear-Kugellager und für Kugelgewindetriebep = 10/3für Linear-Rollenlager

Grundlage dieses Berechnungsverfahrens ist die Hertzsche Theorie. Mit deren Hilfe können Aussagen über die maximale Flächenpressung zweier allseitig gekrümmter Körper getroffen werden. Daraus errechnen sich abhängig von den Oberflächenfaktoren die dynamischen

Tragzahlen. Die sich aus der Norm ergebenden Tragzahlen werden von Rexroth auf Grund des System-Know-hows oft deutlich übertroffen, was im Rahmen von statistisch abgesicherten Lebens-dauerversuchen bestätigt wird.

Die Erlebenswahrscheinlichkeit eines einzelnen Lagers ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Lager eine bestimmte Lebensdauer erreicht oder über-schreitet. Die Erlebenswahrscheinlichkeit ist also

Erlebenswahrschein-lichkeitErlebenswahrschein-lichkeit

der Prozentsatz einer Gruppe gleicher Lager, die unter gleichen Bedingungen die gleiche rechne-rische Lebensdauer haben.

Bei Linearführungen bezieht sich die Lebensdau-er auf den Verfahrweg und bei Kugelgewinde-trieben auf die Anzahl der Umdrehungen. Beide Systeme lehnen sich an die Lebensdauerbe-rechnung nach DIN ISO 281 von drehbewegten Wälzlagern an. Dem Berechnungsverfahren liegt eine Ermüdungstheorie zu Grunde, die sich auf die Wechselschubspannungshypothese stützt.


Lna = a1 ·C

F

p

2 Grundlagen


2.4.1.2 Dynamische und statische Tragzahlen

Als Grundlage für die Berechnung der Lebens-dauer dienen dynamische Tragzahlen. Für die Überprüfung der statischen Tragsicherheit werden die statischen Tragzahlen benötigt. Die einzelnen Angaben befinden sich im jewei-ligen Produktkatalog. Ausführliche Beschrei-bungen zur Berechnung finden sich in den Unter-kapiteln zu den einzelnen Führungselementen und

Antriebselementen. Die Berechnung der dynamischen und statischen Tragzahlen ist in nationalen und internationalen Normen festgelegt.

Profilschienenführungen und Kugelbüchsen-führungen nach ISO 14728 Teil 1 und Teil 2Kugelgewindetriebe nach DIN 69051 Teil 4

❚

❚

Die dynamische Tragzahl C stellt die Belastung dar, bei der eine ausreichend große Menge glei-cher Lager die nominelle Lebensdauer erreicht. Bei Kugelgewindetrieben und Rotationswälzla-gern beträgt die nominelle Lebensdauer 1 Million

Dynamische Tragzahl CDynamische Tragzahl C

Umdrehungen. Der dynamischen Tragzahl von Linearführungen, wie Profilschienenführungen und Kugelbüchsenführungen, liegt eine nominelle Lebensdauer von 100 km zu Grunde.

Unter der statischen Tragzahl C0 ist eine Be-lastung zu verstehen, welche eine bleibende Gesamtverformung von Wälzkörper und Lauf-bahn verursacht, die etwa dem 0,0001 fachen

Statische Tragzahl C0

Statische Tragzahl C0

des Wälzkörperdurchmessers entspricht. Dabei hat die Erfahrung gezeigt, dass Verformungen derart geringer Größe die Laufruhe nicht negativ beeinflussen.

Unter der nominellen Lebensdauer L10 versteht man die erreichbare rechnerische Lebensdauer bei einer Erlebenswahrscheinlichkeit von 90 %. Dies bedeutet, dass 90 % einer ausreichend

Nominelle Lebensdauer L10

Nominelle Lebensdauer L10

Lna = Modifizierte Lebensdauer (100 km bei Linearführungen oder 1 Mio. Umdrehungen bei Kugelgewindetrieben)

a1 = LebensdauerbeiwertC = Dynamische Tragzahl (N)F = Belastung des Lagers bzw. Summe der

Komponenten der auf das Lager wirkenden äußeren Kräfte (N)

p = Exponent der Lebensdauergleichung abhängig vom Wälzkörper (–)

p = 3für Linear-Kugellager und für Kugelgewindetriebep = 10/3für Linear-Rollenlager

(2-3)

Erlebenswahrscheinlichkeit (%) 90 95 96 97 98 99

a1 (–) 1,00 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

großen Menge gleicher Lager die theoretische Lebensdauer erreichen oder überschreiten, bevor Werkstoffermüdung auftritt.

Falls diese Wahrscheinlichkeit nicht genügt, muss die rechnerische Lebensdauer mit einem Faktor reduziert werden. Dieser Faktor ist der

Lebensdauerbeiwert a1 für die Erlebenswahr-scheinlichkeit. Man erhält somit die modifizierte Lebensdauer Lna.

Modifizierte Lebensdauer Lna

Modifizierte Lebensdauer Lna


2.4 Lebensdauer

ISO 14728

DIN 69051

Normen


2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

Einige Hersteller von Linearführungen legen eine nominelle Lebensdauer von 50 km statt 100 km für die dynamische Tragzahl zu Grunde. Dies führt zu unterschiedlichen, in der Regel höheren

Umrechnungs-faktoren für dyna-mische Tragzahlen

Umrechnungs-faktoren für dyna-mische Tragzahlen

Tragzahlwerten, die nicht unmittelbar vergleichbar sind. Um die Werte vergleichen zu können, sind folgende Umrechnungen erforderlich:

Bei Kugelwälzkörpern die dynamische Tragzahl C bezogen auf 100 km mit dem Faktor 1,26 multiplizieren.Bei Rollenwälzkörpern die dynamische Trag-zahl C auf Basis von 100 km mit dem Faktor 1,23 multiplizieren.

Herleitung der Umrechnungsfaktoren:

❚

❚

Kugelwälzkörper Faktor 1,26Kugelwälzkörper Faktor 1,26

Rollenwälzkörper Faktor 1,23Rollenwälzkörper Faktor 1,23

L = Nominelle Lebensdauer (100 km bei Linearführungen oder 1 Mio. Um-drehungen bei Kugelgewindetrieben)

C50 = Dynamische Tragzahl bei einer nominellen Lebensdauer von 50 km (N)

C100 = Dynamische Tragzahl bei einer nominellen Lebensdauer von 100 km (N)

F = Belastung des Lagers oder Summe der (N) Komponenten der auf das Lager wirkenden äußeren Kräfte

Ausgangsbasis 100 km Ausgangsbasis 50 km

L = · 100 kmC100

F

pL = · 50 km

C50

F

p

C50 = · C100100 km50 km

· 100 km =C100

F

p

=C50

C100

p 100 km50 km

· 50 kmC50

F

p

p

C50 = 2 · C100 p

Bei Kugelwälzkörpern Bei Rollenwälzkörpern

p = 3 C50 = 2 · C100

C50 = 1,26 · C100

3 p = C50 = 2 · C100

C50 = 1,23 · C100

103

103

Die statischen Tragzahlen dieser Hersteller sind ebenfalls höher als die der Rexroth Produkte. Diese Tragzahlen können nicht durch Faktoren

Statische Tragzahlen nicht umrechenbarStatische Tragzahlen nicht umrechenbar

umgerechnet werden, da der Tragzahlberechnung andere, von der Normung abweichende Werte zu Grunde liegen.

p = Exponent der Lebensdauergleichung:p = 3 für Kugelwälzkörperp = 10/3 für Rollenwälzkörper


2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

2.4.1.3 Äquivalente Lagerbelastungen

Auf ein Linearsystem wirken unterschiedliche Belastungen während eines Verfahrzyklus, die zum Vereinfachen der Lebensdauerberechnung zu einer einzigen Vergleichsbelastung, der so

Die statisch äquivalente Belastung oder Lager-belastung wird ermittelt, wenn auf ein Linearsys-tem im Stillstand gleichzeitig Belastungen aus mehreren Richtungen und Momente wirken. Die

Statisch äquivalente BelastungStatisch äquivalente Belastung

Die dynamisch äquivalente Belastung wird ermittelt, wenn die Belastungen während des Betriebs häufig wechseln. Wechselnde Belastun-gen können beispielsweise positive und negative Beschleunigungskräfte sowie Prozesskräfte sein.

Dynamisch äquiva-lente BelastungDynamisch äquiva-lente Belastung

genannten äquivalenten Lagerbelastung zusam-mengefasst werden. Synonym kann man auch die kürzere Form „äquivalente Belastung“ verwenden.

Die äquivalente Belastung ist in zwei Bereiche untergliedert, die im Folgenden näher erläutert werden:

Statisch äquivalente BelastungDynamisch äquivalente Belastung

Zusammensetzung der äquivalenten Belastung:Belastungen aus unterschiedlichen RichtungenBelastungen in unterschiedlichen Zeit- oder Wegabschnitten (Phasen)

❚

❚

❚

❚

Berechnungsformel zur äquivalenten Belastung ist je nach Ausführung unterschiedlich. Siehe hierzu die entsprechenden Angaben zu den ein-zelnen Produkten.

Für die Berechnung der dynamisch äquivalenten Belastung muss zunächst ein repräsentativer Zyklus (Querschnitt) mit den zu erwartenden Belastungen, Verfahrwegen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen erstellt werden. Dieser Zyklus wird in n Phasen aufgeteilt, in denen die Belas-tungen und Geschwindigkeiten konstant sind. Ist dies nicht der Fall, muss für die jeweilige Phase

ZyklusZyklus ein mittlerer oder äquivalenter Wert gebildet werden.Zyklen werden bei Linearführungen wegabhän-gig und bei Kugelgewindetrieben zeitabhängig festgelegt.Ein Zyklus besteht in der Regel aus einem kom-pletten Verfahrablauf (Hin- und Rückweg), der in einzelne zeitliche Phasen zerteilt wird.


Fm = F1 · + F2 · + . . . + Fn · p qsn

100 %qs2

100 %qs1

100 % p p p

(2-4)

400

300

200

100

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

F (N

)

s (m)

s1 s2

F1

F2

F3

Fm

s3

qsn = · 100 %sn

s(2-5)

s = s1 + s2 + ... + sn(2-6)

2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

Die dynamisch äquivalenten Belastung für einen Zyklus, der sich aus unterschiedlichen Phasen zusammensetzt, wird wie folgt bestimmt:Die jeweiligen Einzelbelastungen werden in den einzelnen Phasen mit dem prozentualen Wegan-teil multipliziert und so zur äquivalenten Belastung

Bestimmung der dynamisch äquiva-lenten Belastung

Bestimmung der dynamisch äquiva-lenten Belastung

p = 3 für Linear-Kugellagerp = 10/3 für Linear-Rollenlager

umgerechnet. Bei Berechnung mit Zeitanteilen müssen veränderliche Geschwindigkeiten oder Drehzahlen mit einbezogen werden.

Ermitteln von Zyklen und Berechnung der Weg- oder Zeitanteile siehe im Folgenden.

Berechnung der dynamisch äquivalenten Belastung für Linearführungen:Dynamisch äquiva-lente Belastung von Linearführungen mit Weganteilen

Zyklus für Phasen 1 bis 3 mit unterschiedlichen Belastungen F1 bis F3

(vereinfachte Darstellung ohne Rückweg)

Wegabhängiger Belastungszyklus (Beispiel)Zyklus wegabhängigZyklus wegabhängig

Bestimmung der Weganteile:Für die Berechnung der dynamisch äquivalenten Lagerbelastung werden die Weganteile qsn in Prozent jeder Phase benötigt.

WeganteileWeganteile Deshalb muss der gesamte Zyklusweg s in Pha-sen mit den Wegabschnitten sn eingeteilt werden. Während einer Phase wirkt eine konstante Belas-tung Fn und eine konstante Geschwindigkeit vn .

Berechnung der Weganteile:

qsn = Weganteil in Phase n (%)s1 ... sn = Weg für Phase n (mm)s = Weg für alle Phasen (mm)

Fm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)F1 ... Fn = Belastung in Phase 1, ... n (N)qs1 ... qsn = Weganteil der Phasen 1, ... n (%)

-- Tatsächlicher Kräfteverlauf– Genäherter Kräfteverlauf– Mittlere Kraft über gesamten Zyklus

(Dynamisch äquivalente Belastung Fm)


400

300

200

100

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

F (N

)

t (s)

t1 t2

F1

F2 F3

Fm

t3

n1 n3

n2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 109t (s)

t1 t2 t3250

200

150

100

50

0

n (m

in-1

)

nm

qtn = · 100 %tnt

(2-9)

t = t1 + t2 + ... + tn(2-10)

n1nm

Fm = F1 · · + F2 · · + . . . + Fn · ·p qt1

100 %n2nm

qt2100 %

nnnm

qtn100 %

p p p(2-7)

nm =n1 · qt1 + n2 · qt2 + ... + nn · qtn

100 %(2-8)

2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

Zyklus für Phasen 1 bis 3 mit unterschiedlichen Drehzahlen n1 bis n3


Zyklus für Phasen 1 bis 3 mit unterschiedlichen Belastungen F1 bis F3


Bestimmung der Zeitanteile:Für die Berechnung der dynamisch äquivalenten Lagerbelastung von Kugelgewindetrieben werden die Zeitanteile qtn in Prozent jeder Phase benötigt.

ZeitanteileZeitanteile

Berechnung der Zeitanteile:

qtn = Zeitanteil in Phase n (%)t1 ... tn = Zeit für Phase n (s)t = Zeit für alle Phasen (s)

Deshalb muss die gesamte Zykluszeit t in Phasen mit den Zeitabschnitten tn eingeteilt werden. Während einer Phase wirkt eine konstante Belas-tung Fn und eine konstante Drehzahl nn.

Berechnung der dynamisch äquivalenten Belastung für Kugelgewindetriebe

p = 3 für KugelgewindetriebFm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)F1 ... Fn = Belastung in Phase 1 ... n (N)

Dynamisch äquiva-lente Belastung von Kugelgewindetrieben

Berechnung der mittleren Drehzahl über Zeitanteile

qt1 ... qtn = Zeitanteil der Phasen 1 ... n (%)n1 ... nn = Drehzahl in Phase 1 ... n (min–1)nm = Mittlere Drehzahl (min–1)

Zeitabhängiger Belastungszyklus (Beispiel)ZyklusZyklus Zeitabhängiger Zyklus für Drehzahlen (Beispiel)

-- Tatsächlicher Kräfteverlauf– Genäherter Kräfteverlauf– Mittlere Kraft über gesamten Zyklus

(Dynamisch äquivalente Belastung Fm)

-- Tatsächlicher Drehzahlverlauf– Mittlere Drehzahlen in Phasen 1 bis 3– Mittlere Drehzahl über gesamten Zyklus


S0 =C0

F0 max(2-11)

2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

2.4.1.4 Statische Tragsicherheit

Die statische Tragsicherheit S0 dient dazu, unzu-lässige bleibende Verformungen der Laufbahnen und der Wälzkörper zu vermeiden. Sie ist das Verhältnis aus der statischen Tragzahl C0 zur

Statische Tragsicherheit S0

Statische Tragsicherheit S0

Einsatzbedingungen S0

Normale Einsatzbedingungen 1 ... 2

Bei geringen Stoßbelastungen und Vibrationen 2 ... 4

Bei mäßigen Stoßbelastungen oder Vibrationen 3 ... 5

Bei starken Stoßbelastungen oder Vibrationen 4 ... 6

Bei unbekannten Belastungsparametern 6 ... 15

Die normalen Einsatzbedingungen sind im Kapitel 2.4.2.4 definiert.

Unabhängig von der statischen Tragsicherheit muss sichergestellt werden, dass zulässige Maximalbelastungen, wie sie für manche Linear-führungen angegeben werden, im Betrieb nicht überschritten werden.

Zusätzlich müssen die Schraubverbindungen nachgerechnet werden. Diese sind häufig schwächer als die Lager selbst. Auf Grund der Leistungsfähigkeit der Lineartechnik können die verwendenten Schrauben überbeansprucht werden.

S0 = Statische TragsicherheitC0 = Statische Tragzahl (N)F0 max = Belastung (N)

maximal auftretenden Last F0 max. Maßgebend ist die höchste Amplitude, auch wenn diese nur sehr kurzfristig auftritt.

Empfehlungen für die statische Tragsicherheit bei verschiedenen Einsatzbedingungen


Schmutz

Einsatzbedingungen

Kühlschmierstoff

Temperatur

Stromfluss

Konstruktion

Feuchtigkeit

Chemische Einflüsse

Umgebungsbedingungen

Montage

Einbaubedingungen

Geschwindigkeit und Drehzahl

Schwingungen

Schmierung

Kurzhub

Stöße und Überlastung

Betriebsbedingungen

2 Grundlagen


2.4.2 Einsatzbedingungen

2.4 Lebensdauer

Verschiedene Bedingungen beeinflussen die Lebensdauer:

2.4.2.1 Umgebungsbedingungen

Hierunter versteht man von außen eingebrachten Umgebungsschmutz, wie z. B. Späne oder Staub. Der Schmutz führt dazu, dass die Laufflächen einem größeren Verschleiß unterliegen und die nominelle Lebensdauer unter Umständen nicht erreicht wird.Bei grober Verschmutzung mit Bearbeitungs-spänen können die Wälzkörper blockieren. Die Folge sind Laufbahnschäden und Brüche an den Kunststoffteilen.Abhängig vom Verschmutzungsgrad der Umge-bung sind die entsprechenden Dichtungen zu wählen.

SchmutzSchmutz

Einfluss der Größe ins Lager eingedrungener Schmutz-partikel auf die Lebensdauer

Lebe

nsda

uer

Partikelgröße


2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

Kühlschmierstoff wird bei Werkzeugmaschinen zum Kühlen und Schmieren des Werkzeugs und des Werkstücks verwendet. Es gibt nicht-was-sermischbare Kühlschmierstoffe (Öle), wasser-mischbare (Konzentrate) und wassergemischte Kühlschmierstoffe (Emulsionen, Lösungen).

Durch die Kühlschmierstoff-Beaufschlagung wird die Schmierung der Führungseinheit gestört, d. h. das Schmiermittel wird verändert und allmählich ausgeschwemmt. Deshalb muss in diesem Fall die Führungseinheit entsprechend geschützt betrieben werden.

KühlschmierstoffKühlschmierstoff Wasserhaltiger Kühlschmierstoff kann auch Korrosion verursachen. Es hat sich gezeigt, dass die Wasserbestandteile des Kühlschmierstoffs im Laufe der Zeit verdunsten und sich als Wasser auch auf den Laufbahnen und den Wälzkörpern ablagern. Dies kann zu einem vorzeitigen Ausfall durch korrodierte Bauteile führen.

Schutzmaßnahmen:Verwendung von nicht rostendem StahlHartverchromen der BauteileVerstärktes Abdichten der FührungenSchmierung anpassenReinigungs- und Schmierhübe einplanen

❚

❚

❚

❚

❚

Bei Beaufschlagung der Führungs- und Antriebs-elemente mit Feuchtigkeit tritt ebenfalls Korrosion auf. Die Schutzmaßnahmen sind identisch wie bei Kühlschmierstoff-Beaufschlagung.

FeuchtigkeitFeuchtigkeit

Für alle Führungselemente gibt es einen Be-reich, in dem die Betriebstemperatur liegen darf. Maßgebend sind letztlich die Temperaturen der Elemente. Z. B. verlieren die eingesetzten Kunststoffe bei unzulässigen Temperaturen ihre mechanischen Eigenschaften. Die maximalen Betriebstemperaturen sind in den jeweiligen Produktkatalogen und den folgenden Kapiteln zu finden.

Bei Überschreitung der maximalen Temperatur bzw. bei Unterschreitung der minimalen Tempe-ratur kann es in den Bauteilen zu hohen Verspan-nungen und somit zu hohen Belastungen kom-men. Diese können zu einem vorzeitigen Ausfall des Systems führen.

TemperaturTemperatur Durch die unterschiedlichen Wärmeausdeh-nungskoeffizienten von Stahl und Kunststoff kann es ebenso zu Schäden kommen. Plastische Verformungen, Risse und Brüche an den Kunst-stoffteilen führen so möglicherweise ebenfalls zu einem frühzeitigen Ausfall des Systems.

Bei einer Temperaturbetrachtung muss neben den Lineartechnik-Elementen die Gesamtmaschine mit Aufbau und Unterbau berücksichtigt werden. Auf Grund von unterschiedlichen Wärmeausdeh-nungskoeffizienten der Werkstoffe, Fertigungsto-leranzen, Fluchtungsfehlern und Temperaturdiffe-renzen an der Konstruktion können hohe Zusatz-lasten durch Verspannungen entstehen.

Chemikalien können die Stahlteile und die Kunststoffteile der Führungs- bzw. Antriebsele-mente angreifen. Besonders empfindlich sind die Oberflächen der Laufbahnen und die Oberflächen der Wälzkörper.

Chemische EinflüsseChemische Einflüsse Zur Verträglichkeit der einzelnen Chemikalien mit den Führungselementen können nähere Informati-on bei Rexroth angefordert werden. Bei nicht ver-meidbarer Beaufschlagung sind nach Rückspra-che mit Rexroth Schutzmaßnahmen zu treffen.

Liegt Stromfluss in Wälzlagerelementen vor, kann es zu Abrasion und beschleunigter Korrosion kommen. Bereits eine Stromstärke im mA-Bereich

StromflussStromfluss kann eine Beschädigung der Wälzkontaktflächen verursachen. Wälzlagerschäden dieser Art wer-den als Riffelbildung bezeichnet.


2 Grundlagen



2.4 Lebensdauer

2.4.2.2 Betriebsbedingungen

Nicht ausreichende Schmierung führt zu übermä-ßigem Verschleiß der Laufbahn- und Wälzkörper-flächen. Sichtbar wird dies unter anderem durch Verfärbungen auf den Laufflächen.

SchmierungSchmierung Um ein vorzeitiges Lebensdauerende zu verhin-dern, müssen die Richtlinien und Hinweise zur Schmierung (siehe Kapitel 2.5.4 und Produktkata-loge) beachtet werden.

Für jedes Produkt gelten maximal zulässige Ge-schwindigkeiten oder Drehzahlen. Bei Überschrei-tung dieser Grenzwerte können Beschädigungen vor allem an den Kunststoffteilen auftreten. Alle Angaben hierzu sind in den Kapiteln zu den ein-zelnen Produkten zu finden.

Geschwindigkeit und DrehzahlGeschwindigkeit und Drehzahl

Bei Kugelgewindetrieben müssen Resonanzen, die bei Betrieb im Bereich der biegekritischen Drehzahl auftreten, vermieden werden, weil sie das System zerstören können.

Von Kurzhubanwendungen spricht man, wenn pro Hub nicht alle im Umlauf befindlichen Wälzkörper in die Tragzone gelangen. Die Folgen können frühzeitige Materialermüdung und somit Ausfall der Führungselemente sein. Die Definition ist für alle Produkte unterschiedlich und wird im jewei-

KurzhubKurzhub ligen Unterkapitel und in den Produktkatalogen behandelt.Kurzhub muss in der Lebensdauerberechnung berücksichtigt werden.

Schwingungen bzw. Vibrationen an der Maschine werden entweder durch den Prozess (Bear-beitungskräfte) oder durch den Antrieb (Regel-schwingungen und Unwuchten) verursacht. Prozesskräfte können zum Beispiel Zerspanungs-kräfte bei Werkzeugmaschinen sein. Eine Schwin-gungserregung durch den Antrieb liegt beispiels-weise beim Einregeln des Motors während des Positioniervorganges vor.

SchwingungenSchwingungen Schwingungen können zu Kontaktkorrosion im Wälzkontakt, Überlastungen und zu übermäßigem Verschleiß in diesem Bereich führen. Die beschä-digten Oberflächen verursachen ein vorzeitiges Lebensdauerende.

Kurzzeitige, stoßartige Belastungen können die Lebensdauer der Führungselemente beeinträch-tigen. Sie resultieren meist aus einer Karambo-lage der Maschine oder des Schlittens. Hierbei werden die Elemente besonders hoch belastet. Dieses sogenannte Crash-Verhalten der Maschi-ne wird immer häufiger in neuen Maschinenkon-zepten berücksichtigt.

Stöße und Über-lastungStöße und Über-lastung

Stöße im dynamischen oder statischen Zustand, deren Lastspitzen größer als die maximal zuläs-sigen Belastungen sind, können die Elemente beschädigen. Durch Überlastung kann es zu plas-tischen Verformungen (z.B. Wälzkörpereindrücke auf den Laufbahnen) oder zum Bruch kommen.


2 Grundlagen


Einen Überblick möglicher Auswirkungen der unterschiedlichen Einflussfaktoren mit Schadens-bildern enthält die Tabelle im Kapitel 2.4.3.


2.4 Lebensdauer

2.4.2.3 Einbaubedingungen

Bei Anschlusskonstruktionen außerhalb der zu-lässigen Einbautoleranzen können die Elemente unter einer zusätzlichen Vorspannung stehen. Hierdurch erhöht sich die innere Belastung, was die Lebensdauer verkürzt. Diese zusätzliche Belastung ist oft nicht durch erhöhte Reibung erkennbar.

KonstruktionKonstruktion Deshalb müssen die im Handbuch und in den jeweiligen Produktkatalogen angegebenen Kon-struktionshinweise und Toleranzen eingehalten werden.

Gleiches gilt für eine fehlerhafte Montage der Elemente. Hierdurch können ebenfalls innere Verspannungen entstehen.

MontageMontage Die Richtlinien in den Montageanleitungen und in den Produktkatalogen müssen unbedingt eingehalten werden. Alle Montagen müssen mit Sorgfalt und Sauberkeit durchgeführt werden.

Rexroth empfiehlt die Verwendung aller Führungs- und Antriebselemente unter normalen Umge-bungs-, Betriebs- und Einbaubedingungen.

2.4.2.4 Normale Einsatzbedingungen

Als normale Einsatzbedingungen ohne Einfluss auf die Lebensdauer können die folgenden ange-sehen werden.

Einflussfaktoren Normale Einsatzbedingungen


Schmutz Keine Verschmutzung

Kühlschmierstoff Keine Kühlschmierstoff-Beaufschlagung

Feuchtigkeit Einsatz in trockener Umgebung

Temperatur Einsatz bei Raumtemperatur

Chemische Einflüsse Keine Chemikalien-Beaufschlagung

Stromfluss Kein Stromfluss

Betriebsbedingungen

Schmierung Ausreichende Schmierung

Geschwindigkeit und Drehzahl Maximal zulässige Drehzahlen oder Geschwindigkeiten nicht überschreiten

Kurzhub Kein Kurzhub

Schwingungen Keine Schwingungen

Stöße und Überlastung Keine Stöße

Einbaubedingungen

Konstruktion Konstruktionshinweise und -richtlinien einhalten

Montage Montage nach den Vorgaben in der Montageanleitung

Bei abweichenden Umgebungs-, Betriebs- und Einbaubedingungen steht Rexroth mit seiner lang-jährigen Erfahrung beratend zur Verfügung.


2 Grundlagen


2.4 Lebensdauer

Schadensmerkmal Schadensbild Mögliche Ausfallursache Gegenmaßnahmen

Korrosion Ungünstige UmgebungseinflüsseKühlschmierstoffbeaufschlagungAggressive Medien (Säuren usw.)Hohe Luftfeuchtigkeit (Salzwasserluft)

❚

❚

❚

❚

Anordnung an die Umgebung anpassenKorrosionsgeschützte AusführungGeeignete AbdichtsystemeGeeignete AbdecksystemeSchmierung optimieren

❚

❚

❚

❚

❚

Wälzkörperblockade Verschmutzung mit SpänenVerschmutzung mit StaubMangelnde SchmierungWälzkörperbruchUmlenkung defekt

❚

❚

❚

❚

❚

Geeignete AbdichtsystemeGeeignete AbdecksystemeAusreichende SchmierungÜberlastungen vermeidenAnwendung überprüfen

❚

❚

❚

❚

❚

Starke Dunkelfärbung Schmierstoffmangel (hohe Temperaturen)

❚ Schmierung optimieren❚

PittingstellenMaterialabschälung

WälzkörperermüdungLebensdauerende

❚

❚

Belastung reduzierenHöher beanspruchbares Bauteil verwendenAnwendung überprüfen

❚

❚

❚

Plastische Wälzkörperabdrücke

Statische Überlastung❚ Höher beanspruchbares Bauteil verwendenBelastung reduzieren

❚

❚

Zerstörung der Umlenkung(Beispiel: Kugel-führungswagen)

Zu hohe GeschwindigkeitenCrashfahrtWälzkörperblockade auf Grund von Verschmutzung

❚

❚

❚

Geschwindigkeiten reduzierenÜberlastungen vermeidenCrashfahrt vermeidenGeeignete AbdichtsystemeGeeignete Abdecksysteme

❚

❚

❚

❚

❚

2.4.3 Schadensbilder


2 Grundlagen


2.4 Lebensdauer2.4.3 Schadensbilder

Schadensmerkmal Schadensbild Mögliche Ausfallursache Gegenmaßnahmen

Zerstörung des Grundkörpers(Beispiel: Kugel-gewindetrieb)

ÜberlastungCrashfahrtMaterialfehler, Fertigungsfehler

❚

❚

❚

Belastung reduzierenCrashfahrt vermeidenHöher beanspruchbares Bauteil verwenden

❚

❚

❚

Zerstörung der Wälzkörper

ÜberlastungCrashfahrtMaterialfehler, Fertigungsfehler

❚

❚

❚

Überlastungen vermeidenBelastung reduzierenHöher beanspruchbares Bauteil verwendenCrashfahrt vermeiden

❚

❚

❚

❚

Rollierspuren am Walzkörper(Beispiel: Kugel)

VerschleißWälzkörperermüdungLebensdauerende

❚

❚

❚

Schmierung optimierenHöher beanspruchbares Bauteil verwenden

❚

❚

Dauerbruch (Beispiel: Kugelge-windespindel)

UmlaufbiegebeanspruchungSchwingungsbeanspruchungSchwellbeanspruchungWechselnde Beanspruchung

❚

❚

❚

❚

Umlaufbiegung vermeiden (Fluchtungsfehler korrigieren)Keine Resonanzschwingung

❚

❚

Zerstörte Endkappe(Beispiel: Rollen-führungswagen)

Wälzkörperblockade auf Grund von VerschmutzungCrashfahrt

❚

❚

Vorsatzdichtungen verwendenGeeignete AbdecksystemeCrashfahrt vermeiden

❚

❚

❚

Lokale Abflachung der Wälzkörper(Beispiel: Rolle)

SchlupfSchmutz

❚

❚

Vorspannung mit zu erwartenden Belastungen und Beschleunigungen abstimmenGeeignete Abdeckungen und Dichtungen verwenden

❚

❚


35

30

25

20

15

10

5

00 100 200 300 400 500

2 Grundlagen


2.5.1 Vorspannung und Steifigkeit

2.5 Systemtechnologie

Die Vorspannung bewirkt eine höhere Steifigkeit des Gesamtsystems. Sie nimmt auftretende elastische Verformungen des Wälzkörpers unter Belastung vorweg. Hierdurch reduziert sich das Einfederungsverhalten des Gesamtsystems. Allerdings wird mit steigender Vorspannung der Verschiebewiderstand größer und hohe Vorspan-

VorspannungVorspannung

Einfluss der Vorspannung auf die elastische Einfederung

– Kugel ohne Vorspannung– Kugel mit Vorspannungdpr Verformung bei Vorspannkraft FprFpr Vorspannkraft

nungen wirken sich negativ auf die Lebensdauer aus. Bei der Lebensdauerberechnung muss die Vorspannung als zusätzliche Lagerbelastung berücksichtigt werden.

Beispiel:Verformung einer Kugel zwischen zwei ebenen Platten mit und ohne Vorspannung nach Hertz. Kugeldurchmesser = 5 mmVorspannkraft Fpr = 100 N

Ela

stis

che

Ein

fede

rung

d (µ

m)

dpr

Fpr Äußere Belastung F (N)

Die Verformungslinie der vorgespannten Kugel lässt sich durch Parallelverschiebung der nicht vorgespannten Kugel erzeugen.


FN

v

FR

FR = µ · FN(2-12)

20 %

50 %

100 %

180 %180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Reibungskraft

2 Grundlagen


2.5.2 Reibung


In der Lineartechnik ergeben sich je nach einge-setztem System unterschiedlich hohe Reibungs-koeffizienten. Die Höhe der Reibungskraft hängt in erster Linie ab von den eingesetzten Dich-

Reibungs koeffizientReibungs koeffizient

ReibungskraftReibungskraft

FR = Reibungskraft (N)µ = Reibungskoeffizient (–)FN = Normalkraft (Kraft senkrecht

zur Kontaktfläche) (N)

tungen, vom Wälzkontakt und von der Belastung. Daneben beeinflussen auch Schmierung und Geschwindigkeit die Reibung.

Nachfolgende Tabelle zeigt die Reibungskoef-fizienten ohne Dichtung, d. h. die Werte für die Rollreibung.

Linearelement Reibungskoeffizient µ ohne Dichtung Hinweis

Kugelbüchsenführung 0,001 ... 0,004 Standard-Kugelbüchse

Kugelschienenführung 0,0020,003

2-Punkt-Kontakt4-Punkt-Kontakt

Rollenschienenführung 0,0004 Linien-Kontakt

Kugelgewindetrieb 0,0040,010

2-Punkt-Kontakt4-Punkt-Kontakt

Das untere Diagramm stellt am Beispiel einer Kugelschienenführung dar, welchen Einfluss unterschiedliche Dichtungen auf die Reibungs-

Dichtungen und ReibungskräfteDichtungen und Reibungskräfte

kräfte haben. Es zeigt, dass die Reibungskraft der Dichtungen den größten Anteil an der Gesamtrei-bung hat.

Reibungskräfte eines Kugelführungswagens mit 2 % C Vorspannung auf einer Führungschiene mit Abdeckkappen (Beispiel)

Rei

bung

skra

ft (

%)

ohne Dichtung (nur Rollreibung)mit Leichtlaufdichtungmit Standarddichtung mit Standarddichtung und Vorsatzdichtung


FR

FN

2

3

1

2

1

3

4

2 Grundlagen


2.5.3 Dichtung


Dichtungen verhindern das Eindringen von Schmutz, Spänen etc. in das Innere des Systems.Hierdurch wird ein vorzeitiges Lebensdauerende vermieden. Für spezielle Anwendungen gibt es besondere Arten von Dichtungen. Nachfolgend wird das Zusammenwirken von Dichtung und Schmierstoff dargestellt.

Die Besonderheit der Dichtungen von Linearla-gern ist die Abdichtung in Bewegungsrichtung durch Frontdichtungen. Im Gegensatz zu Dich-tungen für rotatorische Wälzlager gibt es hier einen Schmierstoffaustrag. Dieser Schmierfilm sorgt dafür, dass der Verschleiß der Dichtungen gering ist.

Wenn an den Lineareinheiten Längsdichtungen vorhanden sind, wirken diese genauso wie Wälzlagerdichtungen, bei denen die Dichtungs-innenseite und die (verschmutzte) Außenseite voneinander getrennt sind.

Funktion von DichtungenFunktion von Dichtungen

FrontdichtungenFrontdichtungen

LängsdichtungenLängsdichtungen Frontdichtung bei einer Linearführung

BewegungsrichtungDichtungsinnenseiteSchmutzSchmierstoff

FR ReibungskraftFN Vorspannungskraft

1�2�3�4�

Dichtungen mit sehr niedriger Reibung (Leichtlaufdichtungen)StandarddichtungenDichtungen mit sehr guter Dichtwirkung (verstärkte Dichtungen)

1�

2�3�

Vers

chie

bew

ider

stan

d

Dichtwirkung

Die Dichtwirkung lässt sich durch Geometrie und den Werkstoff beeinflussen.Das nebenstehende Diagramm zeigt die Auswir-kung von verschiedenen Dichtungsvarianten auf Dichtwirkung und Verschiebewiderstand.

DichtwirkungDichtwirkung

Verschiebe-widerstandVerschiebe-widerstand

Zusammenhang zwischen Dichtwirkung und Verschiebe-widerstand

Je nach Produkt können weitere Dichtelemente vorhanden sein. In Umgebungen mit feinen Schmutz- oder Metallpartikeln sowie Kühl- oder Schneidflüssigkeiten sind Zusatzdichtungen empfehlenswert.

ZusatzdichtungenZusatzdichtungen


1

2

3

4

2a 3a1

5 v oder n

FR

2b 3b1

2 Grundlagen


2.5.4 Schmierung


2.5.4.1 Aufgaben der Schmierung

Der Schmierstoff hat die Aufgabe, Wälzkör-per und Laufbahn voneinander zu trennen und dadurch Reibung und Verschleiß zu minimieren. Außerdem unterbindet er Korrosion.Die Schmierung verhindert unter anderem auch den Verschleiß der Dichtungen. Außerdem sorgt der Schmierfilm für ein ruckfreies Gleiten der Dichtelemente.

Mitentscheidend für die Lebensdauer von Linear-lagern sind der eingesetzte Schmierstoff und die auftretenden Betriebsbedingungen.

Stark vergrößerte Darstellung des Kontaktbereichs

WälzkörperSchmiermittelLaufbahn

1�2�3�

– Hohe Viskosität– Niedrige Viskosität1 Grenzschmierung (Festkörperreibung)2a Teilschmierung (Mischreibung) bei hoher Viskosität2b Teilschmierung (Mischreibung) bei niedriger Viskosität3a Vollschmierung (Flüssigkeitsreibung) bei hoher Viskosität3b Vollschmierung (Flüssigkeitsreibung) bei niedriger Viskosität4 Ausklinkpunkt bei hoher Viskosität5 Ausklinkpunkt bei niedriger ViskositätFR Reibungskraftv Geschwindigkeitn Drehzahl

Die Stribeckkurve zeigt die Reibungskraft in Ab-hängigkeit von der Viskosität und der Geschwin-digkeit auf.

StribeckkurveStribeckkurve

Stribeckkurve


2 Grundlagen


Im Stillstand existiert Festkörperkontakt, es herrscht Festkörperreibung. Der Schmierfilm baut sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit auf.

GrenzschmierungGrenzschmierung

Festkörperreibung

Während des Anfahrens oder Auslaufens entsteht Mischreibung. Ein dünner Schmierfilm bildet sich, aber es gibt noch teilweisen Körperkontakt.

TeilschmierungTeilschmierung

Kurz nach dem Ausklinkpunkt ist der optimale Zu-stand, die Flüssigkeitsreibung, erreicht. Die innere Reibung des Schmierstoffes bestimmt jetzt die steigende Reibungszahl bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit.

VollschmierungVollschmierung

Viskosität (Zähigkeit) ist ein Maß für die innere Reibung von Schmierölen (siehe auch 2.5.4.2).Bei niedriger Ölviskosität (dünnflüssigeres Öl) ist der Teilschmierungsbereich größer als bei hoher Viskosität (zähflüssigeres Öl). Der Ausklinkpunkt wird erst bei höherer Geschwindigkeit erreicht. Anschließend steigt die Kurve nicht so stark an, da die innere Reibung bei niedrigerer Viskosität geringer ist.

ViskositätViskosität

Mischreibung

Flüssigkeitsreibung

2.5.4 Schmierung



2 Grundlagen


2.5.4 Schmierung


2.5.4.2 Schmierstoffe

In der Lineartechnik kann mit Schmierfetten (Fett, Fließfett) und Öl geschmiert werden. Festschmierstoffe und Trockenschmierstoffe sind für Rexroth-Produkte nicht zulässig.

Typ NLGI-Klasse Konsistenz Walkpenetration(0,1 mm)

Dynalub

Fließfett 000 flüssig 445–475

00 halbflüssig 400–430 Dynalub 520

0 schwerflüssig 355–385

Fett 1 sehr weich 310–340

2 weich 265–295 Dynalub 510

3 geschmeidig 220–250

4 fast fest 175–205

5 fest 130–160

6 sehr fest 85–115

Schmierfette bestehen aus dem Grundöl (z. B. auf Mineralölbasis), Verdicker (z. B. Lithium-Seife) und verschiedenen Additiven (z. B. gegen Korro-sion). Sie wirken durch ihre feste Konsistenz dem Schmutzeintrag in die Linearführung entgegen und unterstützen die Wirkung von abdichtenden und abstreifenden Elementen.

SchmierfettSchmierfett Schmierfette wirken dauerhaft und definiert an der Kontaktstelle der Reibpartner und erlauben sehr lange Nachschmierintervalle bis hin zur Lebensdauerschmierung.

In Zentralschmieranlagen werden häufig Fließ-fette verwendet, die sich wegen ihrer weichen, fließfähigen Konsistenz wesentlich besser fördern lassen als festere Fett-Typen.

FließfettFließfett Zu beachten sind neben der Konsistenzklasse die geometrischen Verhältnisse der Zentralschmier-anlage.

Schmierfette werden nach ihrer Konsistenz in NLGI-Klassen (National Lubricating Grease Insti-tute) eingeteilt. Sie sind ein Maß für die Steifigkeit des Schmierstoffes.

Konsistenzeinteilung für Schmierfette nach DIN 51818:

Konsistenz NLGI-KlassenKonsistenz NLGI-Klassen

Schmierfette von Rexroth sind in der Tabelle hervorgehoben. Weitere Spezifikationen siehe im folgenden Unterabschnitt „Empfohlene Schmier-fette“.


2 Grundlagen


2.5.4 Schmierung


Schmieröle verteilen sich gleichmäßiger als Fette und erreichen damit die Kontaktstellen besser. Sie führen entstehende Reibungswärme gut ab. Allerdings ist zu beachten, dass Schmieröle leich-ter wieder austreten als Schmierfette.

SchmieröleSchmieröle

Schmierfett Dynalub 510 Dynalub 520

Bezeichnung nach DIN 51825nach DIN 51826

KP2K-20GP00K-20

NLGI-Klasse nach DIN 51818 NLGI 2 NLGI 00

Beim Einsatz von Schmierstoffen muss immer auch die Verträglichkeit mit den verwendeten Kunststoffteilen berücksichtigt werden.

VerträglichkeitVerträglichkeit

Rexroth bietet mit Dynalub speziell auf die Linear-führungen und Kugelgewindetriebe abgestimmte Schmierstoffe:

Empfohlene SchmierfetteEmpfohlene Schmierfette

Produkte der Lineartechnik können per Hand-Fettpresse, Schmierstoffspender oder geeigneter Zentralschmierung mit dem jeweils geeigneten Schmierstoff versorgt werden. Bei Spezialanwendungen werden Öl-Luft-Schmierung oder Öl-Nebel-Schmierung einge-setzt.

Art der EinbringungArt der Einbringung

Schmieröle werden nach ihrer Viskosität (Zä-higkeit) in verschiedene Viskositätsklassen nach DIN 51519 eingeteilt.

Schmieröl CLP, CGLP nach DIN 51517Viskosität ISO VG 220 nach DIN 51519Shell Tonna S 220Die Empfehlungen in den Produktkatalogen beachten

❚

❚

❚

❚

Empfohlene SchmieröleEmpfohlene Schmieröle

Konservierungsöle zum Schutz gegen Korrosion sind keine Schmieröle. Es muss unbedingt auf die Verträglichkeit mit dem eingesetzten Schmierstoff geachtet werden.

KonservierungsöleKonservierungsöle

Die verwendeten Schmierstoffe sollten stets sortenrein sein.

SortenreinheitSortenreinheit

Falls die Anwendung in Bereichen mit besonde-ren Umgebungsbedingungen eingesetzt wird, können eine gesonderte Prüfung und eventuell ein spezieller Schmierstoff nötig sein.

Diese Umgebungsbedingungen sind z. B.:ReinraumVakuumLebensmittelindustrieStarke oder aggressive Medienbeaufschla-gungExtreme Temperaturen

In diesen Fällen bitte bei Rexroth rückfragen.

❚

❚

❚

❚

❚

Besondere Umge-bungsbedingungen


0 0,1 0,2 0,3 0,4F/C

10

15

5075

100125

250400

1000

1

s (k

m)

65 + 65/100

100 + 125

55 + 55/85

3525

45

2 Grundlagen


2.5.4 Schmierung


2.5.4.3 Schmierintervalle

Damit die Linearelemente einwandfrei funktionie-ren können, müssen die vorgegebenen Schmier-mengen und Schmierintervalle eingehalten werden.

Besonders wichtig ist dabei die Erstschmierung (Grundschmierung) der Linearführungen und Kugelgewindetriebe. Linearelemente dürfen nicht ohne Grundschmierung in Betrieb genommen

ErstschmierungErstschmierung werden. Die erforderlichen Schmiermengen sind im jeweiligen Produktkatalog angegeben. Bei werkseitiger Grundschmierung ist keine Erst-schmierung erforderlich.

Nachschmierintervalle und Nachschmiermen-gen stehen ebenfalls in den Produktkatalogen. Bei Umgebungseinflüssen wie Verschmutzung, Einsatz von Kühlschmierstoffen, Vibrationen, Stoßbelastungen etc. verkürzen sich die Nach-schmierintervalle.

NachschmierungNachschmierung Zudem sind die Nachschmierintervalle belas-tungsabhängig, d. h. mit zunehmender Belastung verkürzen sich die Nachschmierintervalle.

Generell gelten die Empfehlungen im jeweiligen Produktkatalog zum Thema Schmierung.

Schmierempfehlungen aus Katalog Rollenschienenführungen

Das Diagramm zeigt beispielhaft die belastungsabhängigen Nachschmierintervalle bei Fettschmierung.

s = Nachschmierintervall als Laufstrecke (km)C = Dynamische Tragzahl (N)F = Dynamisch äquivalente Belastung (N)


2 Grundlagen


2.5.5 Genauigkeit


Die geometrische Genauigkeit ist ein entschei-dendes Fertigungs- und Auswahlkriterium in der Lineartechnik. Je nach Applikation werden verschiedene Genauigkeiten gefordert. Um ein optimales Ergebnis zu erreichen, muss im Vorfeld definiert werden, welche Genauigkeit erfüllt sein

soll. Je höher die Genauigkeit, desto höher sind die Ansprüche an die eingesetzten Linearele-mente und die Konstruktion. Die verschiedenen Genauigkeiten sind in unterschiedlichen Normen definiert.

2.5.5.1 Genauigkeiten bei Führungs- und Antriebselementen

Profilschienenführungen, Kugelbüchsenführungen und Kugelgewindetriebe werden in unterschied-liche Genauigkeitsklassen oder Toleranzklassen eingeteilt.

Bei Profilschienenführungen werden Genauig-keitsklassen festgelegt. Die Genauigkeitsklas-sen sind durch unterschiedlich hohe maximale Toleranzen von Höhen- und Seitenabweichungen definiert. Diese Genauigkeitsklassen sind in der

GenauigkeitsklassenGenauigkeitsklassen

Kugelbüchsen werden in Toleranzklassen einge-teilt. Die Klassen sind nach DIN ISO 13012 und DIN ISO 10285 genormt.Kugelgewindetriebe werden ebenfalls in Tole-ranzklassen eingeteilt. Diese legen die zulässigen

ToleranzklassenToleranzklassen

DIN 645 genormt, wurden jedoch mittlerweile durch höhere Genauigkeitsklassen der Linearfüh-rungshersteller erweitert.Genauere Informationen siehe Kapitel 3.

2.5.5.2 Genauigkeiten bei Linearsystemen

Beim Einsatz von Linearsystemen werden ver-schiedene Genauigkeiten festgelegt:

Die Absolutgenauigkeit gibt die Abweichung zwischen einer erwarteten Soll-Position und dem Mittelwert der Ist-Position an, die sich beim

AbsolutgenauigkeitAbsolutgenauigkeit Anfahren der Soll-Position aus unterschiedlichen Richtungen (multidirektional) ergibt.

Die Positioniergenauigkeit ist die maximale Ab-weichung zwischen der Ist-Position und Soll-Posi-tion nach VDI/DGQ 3441.

Positionier-genauigkeitPositionier-genauigkeit

Mögliche Einflussfaktoren können sein:Genauigkeit der Lineareinheit, des Getriebes, des Motors und des MesssystemsSteigungsfehler der SpindelSystemspielRegler bzw. Reglerparametrierung

❚

❚

❚

❚

Die Wiederholgenauigkeit gibt an, wie genau ein Linearsystem bei mehrmaligem Anfahren einer Position aus der selben Richtung (unidirektional)

WiederholgenauigkeitWiederholgenauigkeit positioniert. Auch sie ist als die Abweichung zwischen der Ist-Position und Soll-Position zu bewerten.

Weg- und Laufabweichungen fest. Grundlage hierfür ist die DIN 69051-3.In den jeweiligen Produtkatalogen sind detaillierte Informationen angegeben.


2 Grundlagen


2.6 Produktübersicht

Bei Profilschienenführungen kommen Kugeln, Rollen und Laufrollen als Wälzkörper zum Einsatz. Durch ihre hohe Tragfähigkeit und ihre große Stei-figkeit eignen sie sich für nahezu alle Aufgaben der präzisen Linearbewegung. Zudem sind Füh-rungsschienen und Führungswagen austauschbar (Austauschbau).Hierzu gehören zum Beispiel:

KugelschienenführungenRollenschienenführungenLaufrollenführungen

Ausführliche Informationen zu Profilschienenfüh-rungen befinden sich im Kapitel 3.

❚

❚

❚

Profilschienen-führungenProfilschienen-führungen

Kugelschienenführung

Kugelbüchsenführungen sind wälzgelagerte Linearführungen. Die auf gehärteten und ge-schliffenen Präzisions-Stahlwellen laufenden Kugelbüchsen gibt es in zahlreichen Typen, Bauformen und Größen für die verschiedensten Anwendungsfälle. Neben den geschlossenen Kugelbüchsen für freitragende Wellen stehen für höhere Belastungen und sehr lange Führungen offene Varianten zur Verfügung, bei denen die Wellen auf der gesamten Länge unterstützt werden. Kugelbüchsenführungen haben ge-genüber anderen Führungen einen zusätzlichen Freiheitsgrad in Umfangsrichtungen und gleichen Ungenauigkeiten der Unterkonstruktion aus. Ku-gelbüchsenführungen werden häufig als Rundfüh-rungen bezeichnet.

Ausführliche Informationen zu Kugelbüchsenfüh-rungen befinden sich im Kapitel 4.

Kugelbüchsen-führungenKugelbüchsen-führungen

Kugelbüchsenführung

Die Produkte von Rexroth können unterteilt werden in:

ProfilschienenführungenKugelbüchsenführungenKugelgewindetriebeLinearsysteme

❚

❚

❚

❚


2 Grundlagen


2.6 Produktübersicht

Kugelgewindetriebe sind wälzgelagerte Übertra-gungselemente des Antriebes zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung.Sie arbeiten mit hoher Genauigkeit und eignen sich für hohe Geschwindigkeiten. Für alle Vor-schub-, Positionier- und Transportaufgaben steht eine variantenreiche Auswahl an Präzisionsspin-deln, vorgespannten und spielfrei einstellbaren Einzel- und Doppelmuttern zur Verfügung.

Ausführliche Informationen zu Kugelgewindetrie-ben befinden sich im Kapitel 5.

KugelgewindetriebeKugelgewindetriebe

Kugelgewindetrieb

Linearsysteme sind einbaufertige Führungssys-teme, die im Wesentlichen aus Linearführung und Antrieb bestehen. Alle Systeme sind zudem komplett mit Motor, Regler, Steuerung und Mess-system lieferbar.Durch die Verwendung von Linearsystemen ergeben sich Erleichterungen bei der Konstruk-tion, der Montage und der Inbetriebnahme der Maschine. Je nach Anwendung werden einzelne Leistungsmerkmale, wie präzise Bewegung von Lasten oder hohe Laufgeschwindigkeit optimiert. Somit können die unterschiedlichsten Anwen-dungen mit Komplettsystemen gelöst werden.Hierzu gehören zum Beispiel:

LinearmoduleCompact-ModuleLinearschlitten

Ausführliche Informationen zu Linearsystemen befinden sich im Kapitel 6.

❚

❚

❚

LinearsystemeLinearsysteme

Linearmodul

3-1Bosch Rexroth AG

3 Profilschienenführungen


3.1 Grundlagen

Profilschienenführungen sind die erste Wahl, wenn Führungen benötigt werden, die besonders präzise, wartungs- und verschleißarm sind, geringe Reibung aufweisen und zudem hohe Positionier-genauigkeiten ermöglichen. Rexroth hat die folgenden Profilschienenführungen im Programm:

3.1.1 Systemtechnologie

Bezeichnung Abkürzung Kapitel

Kugelschienenführung KSF 3.2

Miniatur-Kugelschienenführung Mini-KSF 3.3

eLINE-Kugelschienenführung eLINE-KSF 3.4

Rollenschienenführung RSF 3.5

Laufrollenführung LRF 3.6



1

2

3 4

43



3.1 Grundlagen3.1.1 Systemtechnologie

3.1.1.1 Aufbau einer Profilschienenführung

Profilschienenführung (Beispiel: Kugelschienenführung)

Profilschienenführungen (PSF) bestehen aus einem Führungswagen (FW) und einer Führungs-schiene (FS). Der Führungswagen setzt sich aus mehreren Einzelteilen zusammen. Er hat einen Wälzkörperumlauf, der aus Vorlauf und Rücklauf besteht. Die Wälzkörper im Vorlauf übertragen die

Führungswagen und FührungsschieneFührungswagen und Führungsschiene

Last vom Wagen auf die Schiene oder umge-kehrt. Da die Wälzkörper im Vorlauf belastet sind, wird dieser Bereich auch als Lastzone bezeichnet. Die Wälzkörper im Rücklauf sind unbelastet und werden zur Lastzone zurückgeführt. Hierdurch ist eine endlose Führung möglich.

Wälzkörpervorlauf und -rücklauf schematisch und am Beispiel Kugelschienenführung

Wälzkörpervorlauf (Lastzone)Wälzkörperrücklauf

3�4�

Führungsschiene (FS)Führungswagen (FW)

1�2�

3-3Bosch Rexroth AG

1

23

5

4

6

7




Eine wichtige Komponente ist der Führungswa-gen-Grundkörper mit gehärteten Laufbahnen. Die Wälzkörper sind in der Regel aus Wälzlagerstahl und stehen mit Wagen und Schiene im Wälzkon-takt. Die Endkappen enthalten die Umlenkung, die die Wälzkörper vom Vorlauf in den Rücklauf leiten. Außerdem sind die Endkappen die Aufnahme für Dichtungen. Ein kompletter Dichtungssatz be-

steht aus Frontdichtungen und Längsdichtungen und verhindert das Eindringen von Schmutz und Staub von allen Seiten. Die Schmierung des Füh-rungswagens erfolgt über Schmieranschlüsse in den Endkappen und stellt so die Funktionsfähig-keit der Führung sicher. Die Führungsschiene hat wie der Führungswagen gehärtete Laufbahnen.

Schmieranschluss (Schmiernippel)FrontdichtungEndkappeFührungswagen-GrundkörperWälzkörperLängsdichtungFührungsschiene

1�2�3�4�5�6�7�

Aufbau am Beispiel einer Kugelschienenführung der neuesten Generation


A2



Profilschienenführungen sind als Maschinen-elemente in einer Vielzahl von Bauformen erhält-lich.

Äußerer Aufbau von Profilschienen-führungen

Äußerer Aufbau von Profilschienen-führungen

BauformenBauformen


Schienenfußbreite

Die Größenbezeichnung leitet sich von der Schie-nenfußbreite A2 ab. Sie bestimmt gleichzeitig die Abmaße der Führungswagen.

Bei den breiten Profilschienenführungen bezeich-net die zweite Ziffer (z.B. 20/40) die Schienen-fußbreite A2, während die erste Ziffer (20/40) als Referenz in Anlehnung an das Standardsystem dient.

BaugrößeBaugröße

Mittlerweile sind aber viele von der Norm ab-weichende Bauformen erhältlich. Für spezielle Anwendungen und neue Maschinenkonzepte werden spezielle Führungen benötigt, um die maximale Leistung zu erreichen. Heute gibt es

Serie 1 Serie 2 Serie 3

Bauform Normal Schmal Schmal Hoch

Normal Lang

Schmal Lang

Schmal Hoch Lang

Bauformen von Führungswagen nach DIN 645-1:

Serie 1 Serie 2

Bauform Von oben verschraubbar

Von unten verschraubbar

Bauformen von Führungsschienen nach DIN 645-1:

zusätzlich breite, kurze und niedrige Führungs-wagen. Führungsschienen sind auch als V-Füh-rungsschienen mit Schwalbenschwanzklemmung erhältlich.

Norm DIN 645 Teil 2 DIN 645 Teil 1

Norm-Bezeichnung Wälzlager Profilschienen-Wälz-führungen Teil 2: Maße für Serie 4

Wälzlager Profilschienen-Wälzführungen Teil 1: Maße für Serie 1 bis 3

Profilschienenführung Miniatur Standard

Baugröße 7 9 12 15 15 20 25 30 35 45 55 65

Die wichtigsten Ausführungen und Baugrößen sind in der DIN 645 erfasst. Hier sind die Haupt-abmessungen und die Anschlussmaße festgelegt.

Ohne Norm

Profilschienenführung Breit Schwerlast

Baugröße 20/40 25/70 35/90 55/85 65/100 100 125

3-5Bosch Rexroth AG

xy

z

5

31

4

2

4 6




Achs- und Drehrichtungen

Linearführungen besitzen auf Grund ihres Aufbaus verschiedene Bezugsflächen und An-schlagflächen für die Anschlusskonstruktion. Die Bodenflächen von Führungswagen und Führungs-schienen dienen als Anschraubflächen für die Umgebungskonstruktion. Sie enthalten Befesti-gungsgewinde oder Bohrungen mit Senkungen für Befestigungsschrauben. Die seitlichen Anschlagflächen dienen der seitlichen Kraftübertragung und der Ausrichtung der Elemente bei der Montage. Sie werden als Anschlagkanten bezeichnet. Die Führungsschiene hat zwei Anschlagkanten, die unabhängig vonein-ander genutzt werden können. In der Regel haben Führungswagen eine Anschlagkante, was beim Einbau berücksichtigt werden muss. Bei manchen Führungswagentypen können jedoch zwei oder mehr Anschlagkanten vorhanden sein.

Bezugsflächen und AnschlagkantenBezugsflächen und Anschlagkanten

Bezugs- und Anschlagflächen

Bodenfläche des FührungswagensKopffläche des FührungswagensAnschlagkante des FührungswagensZwei Anschlagkanten der FührungsschieneKopffläche der FührungsschieneBodenfläche der Führungsschiene

1�2�3�4�5�6�

Für die Bewegungen oder die Verlagerungen der Führungswagen von Profilschienenführungen gilt das abgebildete Koordinatensystem. Es zeigt die sechs Freiheitsgrade. Während die x-Richtung die Verfahrrichtung ist, sind in allen anderen Rich-tungen nur elastische Verformungen des Füh-rungselementes unter Belastung möglich.

Lineare Freiheitsgrade (Achsrichtungen):Verfahrrichtung (x-Richtung)Seitliche Richtung (y-Richtung)Abhebende Richtung (z-Richtung) Aufliegende Richtung (–z-Richtung)

Rotatorische Freiheitsgrade (Drehrichtungen):Rollen (Rotation um die x-Achse)Nicken (Rotation um die y-Achse)Gieren (Rotation um die z-Achse)

❚

❚

❚

❚

❚

❚

KoordinatensystemKoordinatensystem

Rollen

Gieren

Nicken




Analog zu Rotationswälzlagern kann auch bei Profilschienenführungen zwischen der X- und der O-Anordnung der Laufbahnen unterschieden werden. Die Systemeigenschaften der beiden Anordnungen unterscheiden sich lediglich bei Belastung mit einem Torsionsmoment. Bei Zugbe-lastung, Druckbelastung, Seitenbelastung sowie bei Belastung mit Längsmomenten verhalten sich beide Ausführungen gleich.

Vergleich X/O-AnordnungVergleich X/O-Anordnung

X-Anordnung O-Anordnung

Auf Grund des systembedingten größeren He-belarmes (a), kann die O-Anordnung höhere Tor-sionsmomente als die X-Anordnung aufnehmen. Hierdurch ist bei gleicher Baugröße eine höhere Momentensteifigkeit gegeben. Die 4-reihigen Kugel- und Rollenschienenführungen von Rexroth sind in der O-Anordnung ausgeführt.


Der innere Aufbau von Profilschienenführungen bleibt den Herstellern überlassen. Die Führungen der einzelnen Hersteller unterscheiden sich bzgl. des Wälzkontaktes in den folgenden Punkten:

Wälzkörperform (Kugel/Rolle)WälzkörpergrößeWälzkontakt (2-Punkt/4-Punkt)Schmiegung des KugelkontaktesAnzahl der Wälzkörperreihen (2/4/6)Anordnung der Wälzkörperreihen (X/O)Druckwinkel

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Innerer Aufbau von Profilschienenfüh-rungen

Innerer Aufbau von Profilschienenfüh-rungen

Durch diese Unterschiede ergeben sich unter-schiedliche Systemeigenschaften hinsichtlich Tragzahl, Steifigkeit und Reibung. Die Einflüsse von Wälzkörperform, Wälzkörper-größe, Wälzkontakt und Schmiegung wurden bereits im Kapitel 2.3 behandelt. An dieser Stelle werden nur die spezifischen Eigenschaften von Profilschienenführungen betrachtet.

Profilschienenführungen unterscheiden sich grundsätzlich durch die Anzahl der Wälzkörper-reihen. Die Anzahl der tragenden Wälzkörper-reihen beeinflusst die Tragfähigkeit, das Stei-figkeitsverhalten und das Reibungsverhalten der Profilschienenführung. Je mehr Reihen eine Schienenführung hat, umso größer sind Tragzahl und Steifigkeit. Gültig ist diese Aussage nur, wenn alle anderen Parameter konstant sind, d. h. gleiche Wälzkörperform, gleiche Wälzkörpergrö-ße, gleicher Wälzkontakt (2-Punkt-Kontakt oder

Anzahl der WälzkörperreihenAnzahl der Wälzkörperreihen

2 Wälzkörperreihen 4 Wälzkörperreihen 6 Wälzkörperreihen

4-Punkt-Kontakt), gleiche Schmiegung, gleiche Anordnung und gleicher Druckwinkel. Allerdings wird mit steigender Reihenanzahl die Konstruktion aufwändiger und die Kosten steigen.Bei Rexroth gibt es ausschließlich 2-reihige und 4-reihige Kugelschienenführungen. Die Rollen-schienenführung ist 4-reihig ausgeführt. Diese Ausführungen zeichnen sich durch eine deutlich gleichmäßigere Lastverteilung auf die Wälzkörper-reihen aus, als dies bei 6-reihigen Profilschienen-führungen der Fall ist.

a a

3-7Bosch Rexroth AG

α

α α

α α

Fz

α

α

α

α Fy




Profilschienenführungen sollen Lasten aus allen Richtungen aufnehmen können. Deshalb werden die Laufbahnen bzw. die Kontaktpunkte unter einem Winkel, dem sogenannten Druckwinkel angeordnet. Druckwinkel ist der gebräuchliche Begriff für den in der Norm ISO 14728 definierten Nennberührungswinkel der Wälzpartner von Pro-filschienenführungen.

Nach ISO 14728 ist der Nennberührungswinkel wie folgt definiert:„Der Winkel zwischen der Richtung der auf das Linearlager einwirkenden Last und der Nenn-Wirkungslinie der resultierenden Kräfte, die von einem Laufbahnelement auf einen Wälzkörper übertragen werden.“

Dies bedeutet, dass der Druckwinkel abhängig von der Belastungsrichtung ist. Der Druckwin-kel wird stets für Lasten in Hauptlastrichtungen (y-Richtung, z-Richtung) angegeben. Bei allen Profilschienenführungen von Rexroth beträgt der Druckwinkel 45°.

DruckwinkelDruckwinkel

Nennberührungswinkel a

Druckwinkel a bei SeitenbelastungDruckwinkel a bei Zug- oder Druckbelastung




3.1 Grundlagen

Grundsätzlich kann man wälzgelagerte Profilschienenführungen wie folgt aufteilen.Anzahl und Anord-nung von Wälzkör-perreihen

Anzahl und Anord-nung von Wälzkör-perreihen


Profilschienen-führung

Anzahl der Wälzkörperreihen

Schematische Darstellung

Art der Berührung Anordnung der Laufbahnen

RexrothProgramm

Kugelschienen-führungen (KSF)

2 Reihen 4-Punkt Berührung Mini-Kugelschienen-führungeneLINE-Kugelschie-nenführungen

❚

❚

4 Reihen 4-Punkt Berührung

4 Reihen 2-Punkt Berührung X-Anordnung

4 Reihen 2-Punkt Berührung O-Anordnung Kugelschienen-führungen

❚

6 Reihen 4-Punkt Berührung

6 Reihen 2-Punkt Berührung KombinierteX-O-Anordnung

Rollenschienen-führungen (RSF)

4 Reihen Linienberührung X-Anordnung

4 Reihen Linienberührung O-Anordnung Rollenschienen-führungen

❚

3-9Bosch Rexroth AG

xy

z

Mx

M z

My

Fz

Fy



3.1 Grundlagen

3.1.1.2 Tragfähigkeit

Bei 2-reihigen und 4-reihigen Kugel- und Rollen-schienenführungen von Rexroth sind die Lauf-bahnen in Bezug auf die Hauptlastrichtungen in einem Druckwinkel von 45° angeordnet. Hier-durch ergibt sich eine gleich hohe Tragfähigkeit des Gesamtsystems in allen vier Hauptlastrich-tungen. Führungswagen können mit Kräften und mit Momenten belastet werden.

Kräfte in den vier Hauptlastrichtungen:Zug Fz (positive z-Richtung)Druck –Fz (negative z-Richtung)Seitenlast Fy (positive y-Richtung)Seitenlast –Fy (negative y-Richtung)

Momente:Moment Mx um die x-AchseMoment My um die y-AchseMoment Mz um die z-Achse

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

BelastbarkeitBelastbarkeit


Hauptlastrichtungen

Die Tragfähigkeit von Profilschienenführungen wird durch die statischen Tragzahlen C0 und die dynamischen Tragzahlen C beschrieben. Die Trag-zahlen sind die wesentlichen Kennwerte, welche die Leistungsfähigkeit des Systems beschreiben. Alle dynamischen Tragzahlen wurden bei Rexroth

TragzahlenTragzahlen

Die dynamische Tragzahl C ist die in Größe und Richtung unveränderliche radiale Belastung, die ein Linear-Wälzlager theoretisch für eine nomi-

Definition der dyna-mischen Tragzahl CDefinition der dyna-mischen Tragzahl C

in Lebensdauerversuchen nachgewiesen. Die Tragzahlen von Profilschienenführungen sind für alle Hauptlastrichtungen gleich groß. Die Berech-nung der Tragzahlen ist in der Norm ISO 14728 festgelegt.

Die statische Tragzahl C0 ist die statische Belas-tung in der Lastrichtung, die in der Mitte der am höchsten belasteten Berührungsfläche zwischen Wälzkörper und Laufbahn eine bleibende Ge-samtverformung erzeugt, die etwa dem 0,0001fa-chen des Wälzkörperdurchmessers entspricht (nach DIN ISO 14728-1).

Definition der sta-tischen Tragzahl C0


Dem entspricht nach DIN ISO 14728-1 eine rech-nerische Belastung der Berührstelle von:

4200 bis 4600 MPa bei Kugelschienen-führungen4000 MPa bei Rollenschienenführungen

❚

❚

Aus den Tragzahlen, der Geometrie, der Anzahl Wälzkörperreihen, der Anzahl tragender Wälzkör-per und dem Druckwinkel errechnen sich dyna-mische Tragmomente Mt und ML und statische Tragmomente Mt0 und ML0 .

Dynamische Trag-momente Mt, ML und statische Tragmo-mente Mt0, ML0

Dynamische Trag-momente Mt, ML und statische Tragmo-mente Mt0, ML0

Sie sind maßgebend bei Belastung der Führungs-wagen mit Torsionsmomenten und Längsmo-menten.

nelle Lebensdauer von 100 km zurückgelegte Strecke aufnehmen kann (nach ISO 14728-1, ehemals DIN 636-2).


Fz

F

Fy

Fz

F




Neben den 4 Hauptlastrichtungen können die Führungswagen unter einem beliebigen Winkel belastet werden. In solchen Fällen muss be-rücksichtigt werden, dass die Belastbarkeit der Elemente reduziert ist. Die nachfolgende Betrach-tung des Kraftflusses im Führungswagen verdeut-licht die Problematik.

Bei Druck-, Zug- und Seitenbelastung wird die Kraft über jeweils zwei Wälzkörperreihen oder zwei Laufbahnen übertragen.

Kraftfluss im FührungswagenKraftfluss im Führungswagen

BelastungsrichtungBelastungsrichtung

Kraftfluss im Füh-rungswagen für die Hauptlasten

Kraftfluss im Füh-rungswagen für die Hauptlasten

Kraftfluss bei Druckbelastung Fz

Die ungünstigste Lastrichtung bei Profilschienen-führungen mit einem Druckwinkel der Laufbahnen von 45° ist eine Belastung unter einem Winkel von 45°. In diesem Fall trägt nur eine Wälzkörper-reihe bzw. eine Laufbahn.

Kraftfluss im Füh-rungswagen für eine Last unter 45°

Kraftfluss im Füh-rungswagen für eine Last unter 45°

Zugbelastung im 45°-WinkelDruckbelastung im 45°-Winkel

Kraftfluss bei Zugbelastung Fz Kraftfluss bei seitlicher Belastung Fy


F

Fres = Fy + Fz

Fcomb = Fy + Fz

Fcomb > Fres

Fz

Fcomb

Fy

Fres

Fcomb




Da über die Anschlagkanten und die Befesti-gungsflächen nur vertikale und horizontale Kräfte übertragen werden können, tritt der ungünstigste Fall bei gleichen Beträgen der Belastung in verti-kaler und horizontaler Richtung auf.

Kombinierte äquiva-lente LagerbelastungKombinierte äquiva-lente Lagerbelastung

Ungünstigster Fall: Belastung unter 45° oder gleich große Horizontal- und Vertikalbelastungen

Mathematisch betrachtet ergibt sich die resul-tierende Gesamtbelastung Fres aus der Vektor-addition des vertikalen Kraftvektors Fz und des horizontalen Kraftvektors Fy :

Die Tragfähigkeit der Profilschienenführung hängt von der Belastungsrichtung ab. Die Belastung für die Lebensdauerberechnung wird daher nicht durch die resultierende Belastung Fres , sondern durch die so genannte kombinierte äquivalente Lagerbelastung Fcomb berücksichtigt. Sie wird durch die arithmetische Addition der Be-träge der vertikalen Kraft |Fz| und der horizontalen Kraft |Fy| auf den Führungswagen ermittelt.

(3-1)

Mit der Berechnung der kombinierten äquiva-lenten Lagerbelastung wird also berücksichtigt, dass Profilschienenführungen bei Lasteinleitung unter einem Winkel weniger tragfähig sind als in den Hauptlastrichtungen. Durch die höhere La-gerbelastung wird die zu erwartende Lebensdau-er bei gleicher Tragzahl entsprechend geringer.

Der Aufbau der Profilschienenführungen von Rexroth lässt die vereinfachte Berechnung der kombinierten äquivalenten Lagerbelastung Fcomb nach Formel (3-1) zu.

Greift eine Einzellast oder die resultierende Last aus mehreren Kräften nicht in einer der Hauptlast-richtungen an, so gilt: Die berechnete kombinierte Lagerbelastung Fcomb ist größer als die vektoriell ermittelte resultierende Gesamtbelastung | Fres |.

Vergleich von | Fres | und Fcomb für den ungünstigsten Fall |Fy| = |Fz|

Fy

Fz

Fres

Fy

Fz

Ermittlung von Fcomb


45

90

135

180

225

270

315

0

0

0,5

1,0

1,5

L ~ CF




Das folgende Diagramm zeigt den Zusammen-hang zwischen der Belastungsrichtung und der Last oder der Tragzahl zum Erreichen der gleichen Lebensdauer. Die Werte ergeben sich aus den

Lastrichtungs-abhängigkeit der Lebensdauer

Lastrichtungs-abhängigkeit der Lebensdauer

Lasten und Tragzahlen für die gleiche Lebensdauer bei unterschiedlichen Belastungsrichtungen

– Last– Tragzahl

(3-2)

oben erwähnten Formeln zur Berechnung der Lagerbelastung und dem Verhältnis aus Tragzahl und Belastung.

a) In allen vier Hauptlastrichtungen ist der Wert 1, d.h. die volle Lebensdauer wird erreicht bei Lasten und Tragzahlen von 100 %.

b) Um die gleiche Lebensdauer, wie in einer der vier Hauptlastrichtungen zu erreichen, darf die Last im 45°-Winkel nur das 0,707fache der Last in einer der vier Hauptlastrichtungen betragen.

Erläuterungen zum DiagrammErläuterungen zum Diagramm

c) Alternativ: Um die gleiche Lebensdauer wie in einer der vier Hauptlastrichtungen zu errei-chen, müsste die Tragzahl im 45°-Winkel um das 1,414fache größer sein als die Tragzahl in den Hauptlastrichtungen. Dies bedeutet in der Praxis den Einbau einer größeren Profilschie-nenführung oder von zusätzlichen Führungs-wagen zur Steigerung der Tragfähigkeit.

a)c)

b)

L = Lebensdauer (km)C = Tragzahl (N)F = Belastung (N)


45

90

135

180

225

270

315

0

0 %10 %20 %30 %40 %50 %60 %70 %80 %90 %

100 %

L = · 105 m CF

p




Die Führungen sollte man also zur Erhöhung der Lebensdauer entsprechend der vorliegenden Lastrichtung anordnen. Wird dies nicht berück-sichtigt, kann sich die Lebensdauer dramatisch verringern.

Da das Tragzahl-Last-Verhältnis in die Lebens-dauerberechnung mit dem Exponenten p eingeht, geht die zu erwartende Laufleistung bei Belas-tung unter 45° entsprechend stark zurück.

Einfluss der Lastrichtung auf die Lebensdauer (in %)

– Kugelschienenführung– Rollenschienenführung

(3-3)

Beispiel:Bei einer Belastung im Winkel von 45° sinkt die Lebensdauer einer Kugelschienenführung auf 35 % der Lebensdauer in den Hauptlastrich-tungen. Die Lebensdauer einer Rollenschienen-führung geht sogar auf 32 % zurück.

p = 3 für Kugelschienenführungp = 10/3 für Rollenschienenführung


a a

DWDW

DW = a + dÜ




Die Führungswagen können zur Erhöhung der Steifigkeit der Profilschienenführung vorgespannt werden. Die Vorspannung nimmt elastische Ver-formungen vorweg. Sie wird durch das Aufweiten des Führungswagens erzeugt, indem Wälzkörper (Durchmesser Dw) mit einem definierten Über-maß dÜ eingebracht werden.

Definition der VorspannungDefinition der Vorspannung

Vorspannung durch Übermaß der Wälzkörper

Die Wahl des Übermaßes bestimmt die Vorspan-nung. Hierdurch werden bei Profilschienenfüh-rungen die Flanken des Systems aufgebogen. Je nach Linearführung sind verschieden hohe Vorspannungen oder Ausführungen mit Spiel erhältlich.

3.1.1.3 Vorspannung

DW = Durchmesser Wälzkörper (mm)a = Abstand der Laufbahnen (mm)dÜ = Übermaß (mm)


Fpr = Xpr · C




Beispiel für einen Kugelführungswagen Größe 25 mit einer Tragzahl C von 22 800 N und der Vor-spannungsklasse C2:

Fpr = Xpr · C = 0,08 · 22800 N = 1824 N

(3-4)

Fpr = Vorspannkraft des Führungswagens (N)Xpr = Vorspannungsklassenfaktor (–)C = Dynamische Tragzahl des Führungswagens (N)

Die Vorspannkraft einer bestimmten Vorspan-nungsklasse errechnet sich mit Hilfe eines Vorspannungsklassenfaktors Xpr. Diese innere Belastung des Führungswagens muss in der Lebensdauerberechnung berücksichtigt werden.

Vorspannungs-klasse Code

Ausführung Vorspannungs-klassenfaktor Xpr (–)

Einsatzbereich

C0 Ohne Vorspannung Spiel

0 Für besonders leichtgängige Führungssysteme mit geringst möglicher Reibung und geringen äußeren Einflüssen.

C1 Leichte Vorspannung 0,02 C (2 % von C)Bei Rollenschienen-führungen (RSF):0,03 C (3 % von C)

0,02

0,03 (RSF)

Für spielfreie Führungssysteme mit geringer äußerer Belastung und geringen Anforderungen an die Gesamtsteifigkeit.

C2 Mittlere Vorspannung 0,08 C (8 % von C)

0,08 Für genaue Führungssysteme mit gleichzeitig hoher äußerer Belastung und hohen Anfor-derungen an die Gesamtsteifigkeit; auch für Einschienen-Systeme empfohlen. Überdurch-schnittliche Momentenbelastungen werden ohne wesentliche elastische Verformung abgefangen.

C3 Hohe Vorspannung 0,13 C (13 % von C)

0,13 Für hochsteife Führungssysteme wie z. B. Präzi-sionswerkzeugmaschinen oder Umformmaschi-nen. Überdurchschnittliche Lasten und Momente werden mit geringst möglicher elastischer Verformung abgefangen.

Auswahl der Vor-spannungsklasseAuswahl der Vor-spannungsklasse

Die Höhe der Vorspannung wird in Abhängigkeit von der dynamischen Tragzahl C angegeben und in bis zu vier Vorspannungsklassen (C0, C1, C2, C3) eingeteilt.

Vorspannungs-klassenVorspannungs-klassen

Je höher der Führungswagen vorgespannt ist, desto größer ist auch seine Steifigkeit.


cDruck =FDruckδDruck

cZug =FZugδZug

cSeite =FSeiteδSeite

FDruckδDruck

FZugδZug

FSeiteδSeite

Aufliegende Belastung

Abhebende Belastung

Seitliche Belastung




Die Steifigkeit eines Führungswagens beschreibt den Zusammenhang zwischen der äußeren Be-lastung und der daraus resultierenden elastischen Verformung in Belastungsrichtung.

Die Steifigkeit ist ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der Schienenführung. Profilschie-nenführungen haben, je nach Typ und Bauform,

Definition der SteifigkeitDefinition der Steifigkeit

3.1.1.4 Steifigkeit

(3-5)

(3-6)

(3-7)

unterschiedliche Steifigkeitswerte (siehe Aus-wahlkriterien). Die Steifigkeit eines bestimmten Führungswagens hängt von der gewählten Vor-spannungsklasse ab. Je höher die Vorspannung des Systems, desto größer die Steifigkeit. Die Steifigkeiten der Führungswagen werden durch Steifigkeitskurven in Diagrammen dargestellt (siehe Beispiel auf folgender Seite).

Druckbelastung

Zugbelastung

Seitenbelastung

F = Belastung durch eine Kraft (N)d = Elastische Verformung in

Belastungsrichtung (µm) c = Steifigkeit in Belastungsrichtung (N/µm)


0

10

20

30

40

50

60

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180




Rexroth stellt Steifigkeitsdiagramme für die einzelnen Führungswagenausführungen und Vorspannungsklassen zur Verfügung. Bei Verwen-dung der Diagramme muss die jeweilige Belas-tungsrichtung beachtet werden. Unterschieden wird zwischen aufliegender (Druckbelastung),

Steifigkeits-diagrammeSteifigkeits-diagramme

abhebender (Zugbelastung) und seitlicher Be-lastung der Einheit. Neben den Verformungen für Belastungen in den drei Hauptlastrichtungen gibt es auch Werte zu den Winkelverformungen der Führungswagen bei Momentenbelastung. Diese sind ebenfalls auf Anfrage bei Rexroth erhältlich.

Steifigkeitsdiagramm für die drei Hauptlastrichtungen bei Vorspannung C1 (0,02 C) und C2 (0,08 C).Beispiel: Kugelführungswagen in Flanschausführung, Größe 25

Verformung bei Belastung aus den Hauptlastrichtungen

Winkelverformung bei Momentenbelastung

Steifigkeitsdiagramm für die Winkelverformung bei Momentbelastungen in den Drehrichtungen Rollen und Nicken bei Vorspannung C1 (0,02 C) und C2 (0,08 C).Beispiel: Kugelführungswagen in Flanschausführung, Größe 25

– C1 Aufliegende Last– C1 Abhebende Last– C1 Seitliche Last

-- C2 Aufliegende Last-- C2 Abhebende Last-- C2 Seitliche Last

– C1 Rollen– C1 Nicken

-- C2 Rollen-- C2 Nicken

Ela

stis

che

Ein

fede

rung

del

(µm

)

Kraft F (N)

Kraft F (N)

Win

kelv

erfo

rmun

g a

(')


H P1

P1

P1

A3




3.1.1.5 Genauigkeit

Die Führungswagen und die Führungsschienen werden klassifiziert und dabei in mehrere Genauig-keitsklassen eingeteilt (siehe Details auf den folgenden Seiten). Jeder Genauigkeitsklasse sind bestimmte Toleranzen zugeordnet, die eine maxi-mal mögliche Abweichung beschreiben.

GenauigkeitsklassenGenauigkeitsklassen

Durch die Höhengenauigkeit wird die Abwei-chung der Führungseinheit in z-Richtung be-schrieben. Das Abstandsmaß H zwischen der Bo-denfläche der Führungsschiene und der Boden-

HöhengenauigkeitHöhengenauigkeit

H Abstandsmaß für HöhengenauigkeitA3 Abstandsmaß für SeitengenauigkeitP1 Toleranz der Parallelität

fläche des Führungswagens kann in Abhängigkeit von der Genauigkeitsklasse innerhalb definierter Toleranzen schwanken.

Die Seitengenauigkeit gibt die Abweichung der Führungseinheit in y-Richtung an. Hier wird das Abstandsmaß A3 zwischen der Anschlagfläche

SeitengenauigkeitSeitengenauigkeit der Führungsschiene und der Anschlagfläche des Führungswagens mit einem Toleranzbereich versehen.

Abstandsmaße H und A3 sowie Parallelität P1

Die Parallelität gibt die parallele Abweichung der Führung an. Der Wert P1 ist die Toleranz für die

ParallelitätParallelität Parallelität der Bezugsflächen von Führungswa-gen und Führungsschiene.


1000 2000 3000 4000 5000

10

20

30

0

40

0

50

6000

H

N

E

P

SP

UP




Die Höhen- und die Seitengenauigkeit sind durch Toleranzen der Maße H und A3 in Abhängigkeit von den Genauigkeitsklassen vorgegeben. Die Genauigkeitstoleranzen ergeben sich aus den Fertigungstoleranzen von Führungswagen und

Toleranzen der GenauigkeitsklassenToleranzen der Genauigkeitsklassen

Genauigkeitsklassen Toleranzen1) der Maße H und A3 (µm) Max. Unterschiede der Maße H und A3 auf einer Schiene (µm)

∇ H,

∇ A3

H A3

E ± 120 ± 70 60

N ± 100 ± 40 30

H ± 40 ± 20 15

P ± 20 ± 10 7

XP2) ± 11 ± 8 7

SP ± 10 ± 7 5

UP ± 5 ± 5 3

Gemessen in Wagenmitte

Bei beliebiger Kombination von Wagen und Schienen über gesamte Schienen-länge

Bei verschiedenen Wagen an gleicher Schienenposition

Toleranzen für die Kombination unterschiedlicher Genauigkeitsklassen bei Führungsschienen und Führungswa-gen auf AnfrageKombination von XP-Führungswagen und SP-Führungsschiene bei Kugelschienenführung

1)

2)

Führungsschiene. Die Tabelle zeigt die Toleranzen für die Höhengenauigkeit und Seitengenauigkeit von Profilschienenführungen.

Die Parallelitätsabweichungen ergeben sich aus den Fertigungstoleranzen der Führungsschienen.Das unten stehende Diagramm zeigt die maximale Parallelitätsabweichung P1 im Betrieb abhängig

Parallelitätsabwei-chung der Führung im Betrieb

Parallelitätsabwei-chung der Führung im Betrieb

Maximal mögliche Parallelitätsabweichung P1 der Führung im Betrieb (gemessen in Wagenmitte) abhängig von der Führungsschienenlänge L

von der Führungsschienenlänge. Voraussetzung für die Gültigkeit ist ein idealer Einbau der jewei-ligen Führung.




Durch die Präzisionsfertigung der Führungsele-mente ist ein problemloser Austausch von Füh-rungswagen und Führungsschie nen möglich. Zum Beispiel kann ein Führungswagen auf allen Führungsschienen der gleichen Größe eingesetzt

PräzisionsfertigungPräzisionsfertigung werden. Dies gilt umgekehrt auch für den Einsatz verschiedener Führungswagen auf einer Füh-rungsschiene. Die Führungswagen können somit unabhängig voneinander bestellt und miteinander kombiniert werden.


Die Genauigkeitsklassen definieren die geo-metrischen Toleranzen der Führung in den zuvor beschriebenen Richtungen und somit die maximal möglichen Abweichungen. Ursprünglich wurden die Genauigkeitsklassen in der DIN 645 fest-gelegt. Auf Grund besserer Fertigungsgenauig-

GenauigkeitsklassenGenauigkeitsklassen keiten wurden diese genormten Klassen um höhere Genauigkeitsklassen ergänzt. Die Klassen werden je nach Einsatzfall der Profilschienenfüh-rung ausgewählt.

Profilschienenführung Genauigkeitsklasse und Erläuterung

E N H P XP SP UP

eLINE Normal Hochgenau Präzision eXtra Präzision

Super Präzision

Ultra Präzision


– ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔

Miniatur-Kugelschienen-führung

– ✔ ✔ ✔ – – –

eLINE-Kugelschienen-führung

✔ ✔ – – – – –

Rollenschienenführung

– – ✔ ✔ – ✔ ✔

In der Genauigkeitsklasse XP sind nur Kugel-führungswagen der Hochpräzisionsausführung mit sehr guten Ablaufeigenschaften erhältlich. Führungsschienen sind nicht in XP erhältlich. Für hochfeine spanende Bearbeitung, Messtechnik, Hochpräzisionsscanner, Erodiertechnik etc. sind die Genauigkeitsklassen XP, SP und UP geeig-net.

Bei Rollenschienenführungen sind Führungs-schienen der Genauigkeitsklasse GP erhältlich (entspricht Genauigkeitsklasse SP mit zusätz-licher Sortierung nach Lage der Höhentoleranz).Laufrollenführungen haben feste Toleranzen.

Genauigkeitsklassen von Rexroth Profilschienenführungen:


xy

z




Bei kleinen Führungswagenabständen ist es empfehlenswert, die Führungswagen in einer höheren Genauigkeitsklasse als die Führungs-schiene auszuwählen, da hier die Führungs-wagen-Toleranzen hinsichtlich der möglichen Vorspannung von Systemen mit mehreren Führungswagen dominieren.

❚Auswahl der GenauigkeitsklasseAuswahl der Genauigkeitsklasse

Bei größeren Führungswagenabständen sollte die Führungsschiene in einer höheren Genau-igkeitsklasse als die Führungswagen gewählt werden. Denn hier dominieren hinsichtlich möglicher Verspannungen die Führungsschie-nen, insbesondere bei Systemen mit mehreren parallelen Führungsschienen.

❚

Empfohlene Kombination Genauigkeitsklassen der Führungsschienen

E N H P SP UP

Genauigkeitsklassen der Führungswagen

E ✔ ✔ – – – –

N ✔ ✔ ✔ – – –

H – ✔ ✔ ✔ – –

P – – ✔ ✔ ✔ –

XP – – ✔ ✔ ✔ –

SP – – – ✔ ✔ ✔

UP – – – – ✔ ✔

Tabelle mit empfohlenen Kombinationen von Führungswagen und Führungsschiene:

Die folgende Tabelle dient der Grobauswahl nach Einsatzgebiet:

Genauigkeitsklassen Einsatzbereich Genauigkeit

Handling Spanlose Bearbeitung

Spanende Bearbeitung

Messen,Prüfen

E eLINE ✔ – – – Geringe Anforderung an Genauigkeit

N Normal ✔ – – –

H Hochgenau ✔ ✔ ✔ ✔

P Präzision – ✔ ✔ ✔

XP eXtra Präzision – ✔ ✔ ✔

SP Super Präzision – – ✔ ✔

UP Ultra Präzision – – ✔ ✔ Extrem hohe Anforderung an Genauigkeit

Für die Beschreibung der geometrischen Ablauf-genauigkeit von Profilschienenführungen sind fünf der sechs Freiheitsgrade maßgebend. Es handelt sich hierbei um die linearen Freiheitsgrade in y-Richtung (Seitenschwankung) und in z-Richtung (Höhenschwankung) sowie die Freiheitsgrade von Drehbewegungen um die x-Achse (Rollen), y-Achse (Nicken) und die z-Achse (Gieren). Da die x-Richtung die Verfahrrichtung der Führung ist, kann keine Genauigkeitsangabe gemacht werden.

Fünf FreiheitsgradeFünf Freiheitsgrade

3.1.1.6 Ablaufgenauigkeit

Achs- und Drehrichtungen

Rollen

Gieren

Nicken


50 100 150 200 250 300 350 400

s (mm)-2

-1

0

1

2

δ (µ

m)



Unter der geometrischen Ablaufgenauigkeit versteht man den tatsächlichen Ablauf des Füh-rungswagens im Betrieb. Die Wälzkörperbewegung im Umlauf beeinflusst die geometrische Ablaufgenauigkeit der Profil-schienenführung im Betrieb. Die so genannte Wälzkörperpulsation entsteht durch die sich verändernde Lastverteilung auf Grund des Wälzkörpereinlaufs in die Lastzone und wegen

AblaufgenauigkeitAblaufgenauigkeit

Vergleich der Höhenschwankungen eines herkömmlichen Kugelführungswagens (–) und eines Kugelführungswa-gens der Hochpräzisionsausführung (–). Beispiel: Größe 35, Kugeldurchmesser 6,35 mm

der hierdurch bedingten, wechselnden Anzahl tragender Wälzkörper. Charakteristisch für die geometrischen Ablaufschwankungen infolge der Wälzkörperpulsation ist die Periodenlänge der Schwankungen, die dem doppelten Wälzkörper-Durchmesser entspricht. Die Gestaltung des Überganges der Wälzkörper vom Rücklauf in die Lastzone und umgekehrt hat einen wesentlichen Einfluss auf die Wälzkörperpulsation.

Auch die Führungsschiene beeinflusst die geo-metrische Ablaufgenauigkeit. Neben dem Einfluss der in den Toleranzklassen beschriebenen Höhen- und Seitenabweichungen kann die Befestigung der Führungsschiene mit Schrauben lokale Ver-formungen im Abstand der Teilung der Schienen-befestigungsbohrungen verursachen. Hierdurch entstehen Welligkeiten in vertikaler Richtung.Welligkeiten in horizontaler Richtung sind auf Un-geradheiten der Führungsschienen und auf Mon-tagefehler sowie auf geometrische Schwächen in der Anschlusskonstruktion zurückzuführen.

Die Überlagerung der konstruktionsbedingten sowie der schienen- und wälzkörperbedingten geometrischen Ablaufschwankungen führen bei Bewegung der Führungswagen auf der Füh-rungsschiene zu Mikrobewegungen der Wagen. Diese erfolgen in Richtung der Freiheitsgrade für Drehbewegungen (Rollen, Nicken, Gieren) und der linearen Freiheitsgrade (Höhen- und Seiten-abweichungen).

d = Höhenabweichung (µm)s = Hubweg (mm)


Höhenabweichung in z-Richtung

Vertikale und hori-zontale Welligkeit

Die Hochpräzisionsausführung der Kugelfüh-rungswagen hat besonders gute Ablaufeigen-schaften durch eine Modifikation des Einlaufes in

Hochpräzisions-ausführungHochpräzisions-ausführung

die Lastzone. Sie ist für die Genauigkeitsklassen XP, SP und UP bereits Standard.


4

3

1

2

5

1

2

67

3




Folgende Maßnahmen wirken sich positiv auf die geometrische Ablaufgüte von Profilschienenfüh-rungen aus:

Verwendung von Führungswagen der Hoch-präzisionsausführungVerwendung von Führungswagen und Füh-rungsschienen hoher GenauigkeitsklassenVerwendung von Führungswagen langer BauformVerringertes Anziehdrehmoment der Führungs-schienen-Befestigungsschrauben. Achtung: Hierdurch können die übertragbaren Kräfte und Momente reduziert werden.Kleinere Teilung der Führungsschienen-Befes-tigungsbohrungen bei KSF für extrem hohe Anforderungen bezüglich der Ablaufgenauig-keit und der Reibkraftschwankungen

❚

❚

❚

❚

❚

Optimierung der AblaufgenauigkeitOptimierung der Ablaufgenauigkeit

Systeme aus zwei Führungsschienen mit mindestens zwei Führungswagen je Führungs-schieneVerwendung von Führungswagen breiter Bauform bei Systemen mit nur einer Führungs-schiene

Eine hohe Güte der Anschlusskonstruktion bezüglich der Form- und Lagetoleranzen sowie der Oberflächen sind Grundvoraussetzung zum Erreichen einer sehr guten Ablaufgenauigkeit. Die Angaben zu den erforderlichen Toleranzen sind bei Rexroth auf Anfrage erhältlich.

❚

❚

Durch eine Kugel wird die Stahleinlage nur so weit verformt, dass die darauf folgende Kugel lastfrei einlaufen kann. Nun wird die Kugel nicht mehr über eine fixe Einlaufzone in die Lastzone eingeführt, sondern über eine sehr harmonische Biegelinie, die ideal tangential in die Tragzone übergeht.

Durch diesen äußerst harmonischen Einlauf der Kugel und die stetige Anpassung der Einlaufzone auf die Belastung ergeben sich die großen Vor-teile der Hochpräzisions-Kugelführungswagen.

Die Kugeln werden durch die Kugelumlenkung bis an den Beginn der Einlaufzone geführt.Wird der Abstand zwischen Wagen und Schiene kleiner als der Kugeldurchmesser, gerät die Kugel unter Last (Vorspannung).Die Vorspannung wird in der Einlaufzone gesteigert und bekommt ihr Maximum in der Tragzone. Die Kugel überträgt die Kraft vom Wagen auf die Schiene.Der Übergang von der Einlaufzone in die Last-zone ist eine Unstetigkeitsstelle, die bei den einlaufenden Kugeln eine impulsartige Lastän-derung bewirkt.

❚

❚

❚

❚

Einlaufgeometrie vonkonventionellen Ku-gelführungswagen

Einlaufgeometrie vonkonventionellen Ku-gelführungswagen

Die Kugeln werden durch die Kugelumlenkung bis an den Beginn der Einlaufzone geführt.Die Kugel (5) kann lastfrei einlaufen, weil die Kugel (6) das Ende der Stahleinlage (4) elas-tisch verformt. Diese Verformung entsteht aus der Gesamtnachgiebigkeit der Kugelverfor-mung und der Verformung der freigemachten Stahleinlage.Wird der Abstand zwischen Stahleinlage und Schiene kleiner als der Kugeldurchmesser, gerät die Kugel langsam unter Last.Die Vorspannung wird harmonisch gesteigert, bis die Kugel (7) ihre Maximalvorspannung erreicht.

❚

❚

❚

❚

Einlaufgeometrie von Hochpräzisions-Kugelführungswagen

Einlaufgeometrie von Hochpräzisions-Kugelführungswagen

Einlaufzone bei konventionellen Führungswagen

FührungswagenWälzkörperFührungsschiene

1�2�3�

Einlaufzone bei Hochpräzisions-Führungswagen

FührungswagenWälzkörperFührungsschieneStahleinlage

1�2�3�4�


FRFRFRFRFRFRFRFRFRFR

FRFRFF

v

FR (

N)

s (mm)

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120




Zur Auslegung des Antriebes sind Reibungswerte erforderlich. Deshalb werden an allen Profilschie-nenführungen Reibkraftmessungen durchge-führt. Die Reibungswerte sind in den jeweiligen Produktkatalogen in tabellarischer Form angege-ben. Für besondere Fälle sind die Reibkräfte auf Anfrage bei Rexroth erhältlich.Beim Verfahren von Führungswagen können Reibkraftschwankungen auftreten, die durch die sich ständig ändernde Anzahl der Wälzkör-per in der Lastzone hervorgerufen werden. Die wechselnde Be- und Entlastung der Wälzkörper am Ein- und Auslauf der Lastzone hat ebenfalls Schwankungen zur Folge.

Reibung von Profil-schienenführungenReibung von Profil-schienenführungen

3.1.1.7 Reibung

Reibkraft FR

Reibungsmessung an einem herkömmlichen Kugelführungswagen (–) und einem Kugelführungswagen der Hochpräzisionsausführung (–) bei gleicher Last. Beispiel: Größe 35, Kugeldurchmesser 6,35 mm

Die Höhe der Reibkraft einer bestimmten Profil-schienenführung hängt ab von:

BelastungVorspannungAbdichtung

❚

❚

❚

FR = Reibkraft (N)s = Hubweg (mm)

VerfahrgeschwindigkeitSchmierstoff Temperatur des Führungswagens

❚

❚

❚

Die Gesamtreibung des Führungswagens setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen:

RollreibungGleitreibungSchmierstoffreibungDichtungsreibung

❚

❚

❚

❚

Zusammensetzung der ReibungZusammensetzung der Reibung





Die Rollreibung entsteht durch das Abrollen der belasteten Wälzkörper auf den Laufbahnen. Sie wird durch die Wälzkörperform (Kugel/Rolle) und durch die Wälzkontaktgeometrie (2-Punkt/4-

RollreibungRollreibung

Profilschienenführung Beschreibung des Wälzkontakts Reibungskoeffizient µ

Kugelschienenführung Rollreibung der Kugeln mit 2-Punkt-Berührung

0,002

Rollenschienenführung Rollreibung der Zylinderrollen 0,0004

Punkt/Schmiegung/Profilierung) beeinflusst (siehe Kapitel 2). Abhängig vom vorliegenden Wälzkontakt ergeben sich unterschiedliche Rei-bungskoeffizienten.

Reibungskoeffizienten von Rexroth Kugelschienenführung und Rexroth Rollenschienenführung für die Rollreibung bei Belastung aus den Hauptlastrichtungen:

Mit steigender Belastung nimmt die Rollreibung des Führungselementes zu. Die Belastung kann eine äußere Kraft oder eine innere Kraft sein. Äußere Belastungen sind z. B. Bearbeitungskräf-

te, Gewichtskräfte, Beschleunigungskräfte. Innere Belastungen werden durch die Vorspannung oder durch Einbaufehler hervorgerufen.

Die Gleitreibung tritt in der Umlenkung und im Rücklauf (siehe Abbildung) zwischen den Wälzkörpern und den Kunststoffbauteilen auf. Die Kunststoffbauteile haben seitliche Führungs-aufgaben und Umlenkaufgaben in den Endkap-pen. Um die Gleitreibung zwischen den Wälzkör-pern und den Kunststoffteilen möglichst gering zu halten, werden bei Rexroth nur Kunststoffe mit sehr guten Gleiteigenschaften verwendet.

GleitreibungGleitreibung

Gleitreibung zwischen Wälzkörpern in der Umlenkung und im Rücklauf

Durch die Verdrängung des Schmiermittels im Führungswagen wird die Schmierstoffreibung hervorgerufen. Die Schmierstoffreibung hängt von den Eigenschaften des jeweiligen Schmiermittels ab.

SchmierstoffreibungSchmierstoffreibung Bei frischem Schmiermittel, d. h. bei Inbetriebnah-me und unmittelbar nach dem Nachschmieren, ist der Reibungswert kurzzeitig höher. Nach einer kurzen Einlaufphase sinkt der Reibungswert wieder.

Die Dichtungsreibung wird durch die Frontdich-tungen und Längsdichtungen hervorgerufen. Diese Berührungsdichtungen gleiten beim Verfahren über die Führungsschiene und erhöhen dadurch die Gesamtreibung der Linearführung. Die als Zubehör erhältlichen Dichtungspakete und Vorsatzschmiereinheiten erhöhen die Reibung zusätzlich. Bei neuen Führungen hat die Reibung ihren Maximalwert. Die Reibkraft sinkt aber nach einer kurzen Einlaufphase auf einen konstanten Wert.

DichtungsreibungDichtungsreibung

FR

F

v

Reibkraft FR durch Dichtung




3.1 Grundlagen3.1.2 Produktauswahl

3.1.2.1 Entscheidungshilfen zur Produktauswahl

Je nach Profilschienentyp stehen verschiedene Größen zur Verfügung. Die einzelnen Baugrößen zeichnen sich durch unterschiedlich hohe Trag-zahlen aus.

BaugrößenBaugrößen

Profilschienenführung Baugrößen

7 9 12 15 20 25 30 32 35 42 45 52 55 65 100 125


– – – ✔ ✔ ✔ ✔ – ✔ – ✔ – ✔ ✔ – –

Miniatur-Kugelschienen-führung ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ – – – – – – – – – – –

eLINE-Kugelschinenführung

– – – ✔ ✔ ✔ – – – – – – – – – –


– – – – – ✔ – – ✔ – ✔ – ✔ ✔ ✔ ✔

Laufrollenführung

– – – – ✔ ✔ – ✔ – ✔ – ✔ – – – –

Als Entscheidungshilfen zur Auswahl der geeig-neten Profilschienenführung können folgende Kriterien dienen:

BaugrößenBauformenSystemeigenschaftenDynamisches und statisches Belastungs-verhältnis

❚

❚

❚

❚

Profilschienenführung Baugrößen breite Profilschienenführungen

20/40 25/70 35/90 55/85 65/100

Breite Kugelschienenführung

✔ ✔ ✔ – –

Breite Rollenschienenführung

– – – ✔ ✔

Die Tabellen enthalten eine Aufstellung der bei Rexroth verfügbaren Größen (Stand 2005):




3.1.2 Produktauswahl

3.1 Grundlagen

Jede Anwendung stellt andere Anforderungen an die eingesetzten Profilschienenführungen. Des-halb gibt es verschiedene Führungswagenbau-formen. Das folgende Kurzbezeichnungssystem beschreibt sämtliche Bauformen von Kugel- und Rollenschienenführungen.Laufrollenführungen unterliegen auf Grund der besonderen Bauart nicht diesem System.

BauformenBauformen

Die Tabelle zeigt, welche Bauformen für die einzelnen Profilschienenführungen lieferbar sind:

Profilschienen-führung

Breite F S B

Länge N N L K K N N N L L K K N L

Höhe S N S S N S N H S H S N N S

Kurzbez. FNS FNN FLS FKS FKN SNS SNN SNH SLS SLH SKS SKN BNN BLS

Kugelschienen-führung ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ –

Miniatur-Kugelschie-nenführung – – – – – ✔ – – ✔ – – – – ✔

eLINE-Kugelschie-nenführung ✔ – – – – ✔ – – – – – – – –

Rollenschienen-führung ✔ – ✔ – – – – ✔ – ✔ – – – ✔

Definition Kurzzeichen (Beispiel)

F N SBreite Flansch F

SchmalBreit

Länge Normal NLangKurz

Höhe Standardhöhe SHochNiedrig

Kennzeichnungssystem für Führungswagen





Je nach Applikation werden andere Anforderungen an die Profilschienenführung gestellt.SystemeigenschaftenSystemeigenschaften

Profilschienenführung Tragfähigkeit Steifigkeit Genauigkeit Reibung Maximale Geschwindigkeit


+++ ++ +++ +++ 10 m/s

Miniatur-Kugelschie-nenführung ++ ++ ++ +++ 5 m/s

eLINE-Kugelschienen-führung ++ + ++ +++ 2 m/s

Rollenschienen-führung +++ +++ +++ ++ 3 m/s

Laufrollenführung

+ o + +++ 10 m/s

+++ Sehr gut++ Gut+ Befriedigendo Ausreichend

Profilschienenführung Kurzhubverhalten Geräusch Schmiermittelbedarf Kosten


++ +++ ++ ++

Miniatur-Kugelschie-nenführung ++ ++ +++ ++

eLINE-Kugelschienen-führung ++ ++ +++ +++

Rollenschienen-führung +++ ++ ++ +

Laufrollenführung

++ +++ +++ ++


Fmax

C

F0 max

C0

Dynamisches Verhältnis =

Statisches Verhältnis =

Fmax

C0Statisches Verhältnis =




3.1 Grundlagen

Mit Hilfe der Verhältnisse Tragzahl zu Belastung der Führungswagen kann eine Vorauswahl der Führung getroffen werden. Das dynamische Belastungsverhältnis C/Fmax und das statische Belastungsverhältnis C0/F0 max sollten entspre-chend der Anwendung gewählt werden.

Hieraus errechnen sich die benötigten Tragzahlen und aus den Tragzahlübersichten in den Produkt-katalogen der Profilschienentyp, die Baugröße und die Bauform.

Dynamisches und statisches Belas-tungsverhältnis

Dynamisches und statisches Belas-tungsverhältnis

Die folgende Tabelle enthält Richtwerte für die Belastungsverhältnisse.Die Tabellenwerte sind lediglich Anhaltswerte, die die typischen Kundenanforderungen der jewei-ligen Branche und Anwendung voraussetzen (z.B. Lebensdauer, Genauigkeit, Steifigkeit).

Richtwerte für Belas-tungsverhältnisseRichtwerte für Belas-tungsverhältnisse

C = Dynamische Tragzahl (N)Fmax = Maximale dynamische Lagerbelastung

des am höchsten belasteten Führungswagens (N)

C0 = Statische Tragzahl (N)F0 max = Maximale statische Lagerbelastung

des am höchsten belasteten Führungswagens (N)

Fmax = Maximale dynamische Lagerbelastung des am höchsten belasteten Führungswagens (N)

Maschinentyp/Bereich C/Fmax C0/F0 max

Anwendungsbeispiel

Werkzeugmaschine Allgemein 6 ... 9 > 4

Drehen 6 ... 7 > 4

Fräsen 6 ... 7 > 4

Schleifen 9 ... 10 > 4

Gravieren 5 > 3

Gummi- und Kunststoffmaschinen Spritzgießen 8 > 2

Holzbearbeitungs- und Holzverarbeitungs-maschinen

Sägen, Fräsen 5 > 3

Bereich Montagetechnik, Handhabungstechnik und Industrieroboter

Handling 5 > 3

Bereich Ölhydraulik und Pneumatik Heben/Senken 6 > 4

Ist die statische Belastung F0 max größer als Fmax:

Ist die statische Belastung F0 max kleiner als Fmax, wird das statische Verhältnis mit der maximalen dynamische Lagerbelastung ermittelt:





3.1 Grundlagen

Die Vorgehensweise bei der Auswahl der optima-len Führung hängt von vielen Parametern ab. Die unten aufgeführte Vorgehensweise ist deshalb nur beispielhaft und trifft nicht auf alle Applikati-onen zu. Bei manchen Anwendungen kann eine andere Reihenfolge sinnvoll sein. Oftmals ist auch der Ausgangspunkt unterschiedlich. Während bei Neukonstruktionen in der Regel alle Wahl-möglichkeiten bestehen, sind die Alternativen bei Variantenkonstruktionen bereits eingeschränkt.

3.1.2.2 Ablauf der Produktauswahl

Außerdem werden einige Führungen häufiger in bestimmten Branchen und Anwendungen ein-gesetzt als andere. Ist beispielsweise zu Beginn bereits eine bestimmte Genauigkeitsanforde-rung an die Führung bekannt, scheiden unter Umständen einige Varianten schon im Vorfeld aus. Es empfiehlt sich deshalb vor Beginn der Produktauswahl alle Schritte grob abzuarbeiten. Danach sollte erst die detaillierte Auswahl und die Lebensdauerberechnung durchgeführt werden.

Zu Beginn der Produktauswahl von Profilschie-nenführungen müssen die folgenden Anforde-rungen und Betriebsbedingungen der Anwen-dung bestimmt werden.

1. Schritt: Anforderungen festlegen

1. Schritt: Anforderungen festlegen

Vorgehensweise

1. Schritt Anforderungen festlegen

2. Schritt Geeignete Profilschienenführung auswählen

3. Schritt Anordnung der Profilschienenführung festlegen

4. Schritt Vorspannungsklasse festlegen

5. Schritt Berechnungen

6. Schritt Genauigkeitsklasse festlegen

7. Schritt Führungseinheit komplettieren

Ergebnis Bestellangaben mit Materialnummern

Anforderungen

Hublänge

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Massen

Belastung

Genauigkeit

Steifigkeit

Einbauraum

Verfahrzyklen

Geforderte Lebensdauer


Betriebsbedingungen

Zusatzfunktionen (Messen, Antreiben, Bremsen)





3.1 Grundlagen

Danach werden die zu erwartenden Belastungen der einzelnen Wagen überschlägig berechnet oder abgeschätzt. Mit Hilfe der Tragzahlen und der Auswahldiagramme kann die geeignete Profilschienenführung (Typ, Größe und Bauform) ausgewählt werden.Die Tragzahlen sind in den jeweiligen Rexroth Produktkatalogen zu finden. Hierbei sind die sta-tischen und dynamischen Belastungsverhältnisse zu beachten (C0/F0max und C/Fmax).Die Auswahltabellen wurden in Kapitel 3.1.2.1 vorgestellt und beziehen sich auf die Baugrößen, die Bauformen und die Systemeigenschaften.

2. Schritt:Geeignete Profil-schienenführung auswählen

2. Schritt:Geeignete Profil-schienenführung auswählen

Profilschienenführungen Abkürzung Kapitel

Kugelschienenführung KSF 3.2

Miniatur-Kugelschienen-führung

Mini-KSF 3.3

eLINE-Kugelschienen-führung

eLINE-KSF 3.4

Rollenschienenführung RSF 3.5

Laufrollenführung LRF 3.6

Nun ist die Anordnung der Profilschienenführung festzulegen (siehe Kapitel 3.1.3). Zunächst muss die Anzahl der Führungswagen und Führungs-schienen festgelegt werden. Im Anschluss ist die Einbaulage (Horizontal-, Vertikal-, Schräg-, Wand- oder Überkopfmontage) zu definieren. Danach wird die Art der Befestigung von Führungsschiene und Führungswagen bestimmt. Hierbei muss be-sonders auf die Lage und Nutzung der Anschlag-kanten geachtet werden.

3. Schritt:Anordnung der Profilschienen-führung festlegen

3. Schritt:Anordnung der Profilschienen-führung festlegen

Anordnungsparameter Kapitel

Anzahl der Führungswagen und Führungsschienen

3.1.3.1

Einbaulage 3.1.3.2

Befestigung der Führungsschiene 3.1.3.3

Befestigung der Führungswagen 3.1.3.4

Gestaltung der Anschlusskonstruktion 3.1.3.5

Auf Grundlage der geforderten Steifigkeit ist die Vorspannungsklasse zu wählen. Ob die angestrebte Steifigkeit erreicht wird, ist mit Hilfe der verfügbaren Steifigkeitsdiagramme zu überprüfen. Falls die Steifigkeitsbetrachtung zu einem negativen Ergebnis führt, muss das Linearführungssystem neu dimensioniert werden. Als Auswahlhilfe dient die Aufschlüsselung der Vorspannungsklassen nach Einsatzbereich und nach Anwendungen.

4. Schritt:Vorspannungsklasse festlegen

4. Schritt:Vorspannungsklasse festlegen

Kapitel

Auswahl der Vorspannungsklasse 3.1.1.3





3.1 Grundlagen

Auf Grundlage der vorhandenen Daten erfol-gen nun die Lebensdauerberechnung und die Berechnung der statischen Tragsicherheit. Sollten die geforderten Werte nicht erreicht werden, sind die Schritte eins bis vier erneut durchzuführen und entsprechend eine andere Profilschienenfüh-rung zu wählen. Für die Lebensdauerberechnung bietet Rexroth einen Berechnungsservice.

5. Schritt:Berechnungen5. Schritt:Berechnungen

Vorgehensweise Berechnungen

Kapitel

Betriebsbedingungen festlegen 3.1.5.2

Belastungen durch Kräfte und Momente 3.1.5.3

Kombinierte äquivalente Lagerbelastung 3.1.5.4

Berücksichtigung der Vorspannung 3.1.5.5

Dynamisch äquivalente Lagerbelastung 3.1.5.6

Lebensdauer 3.1.5.7

Statisch äquivalente Lagerbelastung 3.1.5.8

Statische Tragsicherheit 3.1.5.9

Wenn die Lebensdaueranforderungen erfüllt sind, wird als nächster Schritt die Genauigkeitsklasse der Führung festgelegt. Diese hängt entschei-dend vom Einsatzbereich und der Anwendung der Linearführung ab. Als Hilfe dienen Auswahl-diagramme und Tabellen.

6. Schritt:Genauigkeitsklasse festlegen

6. Schritt:Genauigkeitsklasse festlegen

Kapitel

Auswahl der Genauigkeitsklasse 3.1.1.5

Zum Schluss wird die Peripherie des Linearsys-tems konstruiert. Dies beinhaltet die Auslegung des Schmiersystems und das Festlegen der Schmierintervalle. Außerdem muss ein ausrei-chender Schutz gegen lebensdauerverkürzende Faktoren gewählt werden, d. h. die Abdichtung sowie der Korrosionsschutz müssen definiert werden. Rexroth Führungen können mit Zusatzfunkti-onen ausgestattet sein, wie Klemm- und Brems-elementen, Zahnstangenantrieben und inte-griertem Messsystem.

7. Schritt:Führungseinheit komplettieren

7. Schritt:Führungseinheit komplettieren

Komplettierung der Führungseinheit Kapitel

Schmierung 3.1.6.1

Abdichtung 3.1.6.2

Korrosions-schutz

3.1.6.3

Zusatzfunktion Klemm- und Brems-elemente

3.1.6.4

Zahnstangenantriebe 3.1.6.4

Integriertes Messsystem

3.7

Nach diesem letztem Schritt liegen alle benötig-ten Bestellangaben und somit die Materialnum-mern für die Führungswagen, die Führungsschie-nen und benötigtes Zubehör vor.

Ergebnis:Bestellangaben mit Materialnummern

Ergebnis:Bestellangaben mit Materialnummern




3.1.3 Anordnung der Profilschienenführung

3.1 Grundlagen

3.1.3.1 Anzahl der Führungswagen und Führungsschienen

Die Anzahl der Führungswagen und der Füh-rungsschienen einer Applikation hat Einfluss auf die Systemeigenschaften der Führung. Hierzu zählen die Tragfähigkeit, die Steifigkeit, die geo-metrische Ablaufgüte, die Schmierung und die Kosten. Die Anzahl der verbauten Führungswa-gen bringt auch bestimmte Anforderungen an das Gesamtmaschinenkonzept mit sich, wie z. B. die erforderliche Genauigkeit der Montageflächen.

Variieren können hierbei sowohl die Anzahl der Führungswagen pro Führungsschiene als auch die Anzahl der Führungsschienen. Die folgenden Kombinationen sind in der Praxis üblich:

Anzahl Führungswagen und -schienen

Ein Wagen –eine Schiene

Zwei Wagen –eine Schiene

Zwei Wagen –zwei Schienen

Vier Wagen –zwei Schienen

Sechs Wagen –zwei Schienen

Acht Wagen –zwei Schienen

In diesem Kapitel wird beschrieben, wie die An-ordnung der Profilschienenführung erfolgen sollte. Hierzu sind mehrere Schritte nötig.Diese sind in der Tabelle zusammengefasst.Anhand von typischen Einbauvarianten werden die besonderen Merkmale und Eigenschaften der jeweiligen Anordnung erklärt.

Vorgehensweise Kapitel

Anzahl der Führungswagen und Führungsschienen

3.1.3.1

Einbaulage der Profilschienenführung 3.1.3.2

Befestigung der Führungsschiene 3.1.3.3

Befestigung des Führungswagens 3.1.3.4

Gestaltung der Anschlusskonstruktion 3.1.3.5

Hinweis zur Vorgehensweise:Der beschriebene Ablauf zur Festlegung der Anordnung von Profilschienenführungen ist ein Vorschlag von Rexroth. Der tatsächliche Ablauf hängt sehr stark von der jeweiligen Applikation ab und kann durchaus in anderer Reihenfolge erfolgen.

Anordnung von Profil-schienenführungen festlegen





3.1 Grundlagen

3.1.3.2 Einbaulage der Profilschienenführung

Die Einbaulagen können am Beispiel einer Führungsschiene und eines Führungswagens definiert werden. Die Einbaulage der Linear-führungen geht aus dem Maschinenkonzept hervor und beeinflusst das Schmierverhalten der

Profilschienenführung. Je nach Einbaulage muss eine optimal angepasste Schmierstoffversorgung sichergestellt werden. Die Schmierempfehlungen für alle Einbaulagen sind in den jeweiligen Pro-duktkatalogen zu finden.

Einbaulage mit Drehung um die x-Achse Einbaulage mit Drehung um die y-Achse

Horizontaler Einbau Keine Drehung um die x-Achse

Horizontaler EinbauKeine Drehung um die y-Achse

Schräger Einbau Drehung 0°... 90° um die x-Achse

Schräger Einbau Drehung 0°... 90° um die y-Achse

Wandmontage Drehung 90° um die x-Achse

Vertikaler Einbau Drehung 90° um die y-Achse

Schräger Einbau Drehung 90°... 180° um die x-Achse

Schräger Einbau Drehung 90°... 180° um die y-Achse

ÜberkopfeinbauDrehung 180° um die x-Achse

ÜberkopfeinbauDrehung 180° um die y-Achse

3.1.3.3 Befestigung der Führungsschiene

Standard-Führungsschienen können von oben oder von unten verschraubt werden. Als Befesti-gungschrauben werden Zylinderkopfschrauben nach DIN EN ISO 4762 verwendet. Empfeh-lungen zu Schraubengrößen und Festigkeiten sind in den Produktkatalogen angegeben. Beispiele siehe auch auf den folgenden Seiten.

V-Führungsschienen in Schwalbenschwanz-ausführung können durch Druckstücke oder durch direktes Verstemmen im Unterbau befestigt werden.

Bei der Verschraubung von oben müssen die Be-festigungsbohrungen in der Schienenkopffläche verschlossen werden. Nur so ist gewährleistet, dass die Dichtungen nicht beschädigt werden und sich kein Schmutz in den Senkungen ansam-meln kann.Dies kann erfolgen durch:

AbdeckbandAbdeckkappen aus KunststoffAbdeckkappen aus Stahl

❚

❚

❚

Verschrauben der Führungsschiene von oben

Verschrauben der Führungsschiene von oben

Führungschiene von oben verschraubt





3.1 Grundlagen

Abdecksystem Vorteile Nachteile

Abdeckband

Nur eine Abdeckung für alle Bohrungen nötigWiederverwendbarAustauschbarNachträglich montierbarSchnelle Montage durch AufklipsenSehr gute Dichtwirkung in Ver-bindung mit Frontdichtungen am Führungswagen

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Sicherung der Abdeckbandenden notwendigBauraum für Bandsicherung an den Schienenenden erforderlich

❚

❚

Abdeckkappen aus Kunststoff

PreisgünstigKein stirnseitiger Bauraum erforderlich

❚

❚

Nicht wiederverwendbarJede Bohrung ist einzeln zu verschließenGeringere Dichtwirkung der Front-dichtungen am FührungswagenEmpfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen (z. B. Stöße)

❚

❚

❚

❚

Abdeckkappen aus Stahl

Hohe WiderstandsfähigkeitKein stirnseitiger Bauraum erforderlichGute Dichtwirkung in Verbindung mit Frontdichtungen am Führungs-wagenWiderstandsfähig gegenüber mechanischen Einflüssen (z. B. Stöße)

❚

❚

❚

❚

Nicht wiederverwendbarJede Bohrung ist einzeln zu verschließenAufwändige Montage (Vorrichtung erforderlich)Sehr teuer

❚

❚

❚

❚

Hierbei entfällt das Verschließen der Bohrungen. Außerdem ist bei Rexroth Führungen bestimmter Größen der Einsatz stärkerer Schrauben, als bei der Schienenverschraubung von oben möglich. Dies erhöht die Steifigkeit und die zulässigen Seitenkräfte der Führung.

Verschrauben der Führungsschiene von unten

Verschrauben der Führungsschiene von unten

Von unten verschraubbar Vorteile Nachteile

Keine Abdeckung nötigKein stirnseitiger Bauraum erforderlich Sehr gute Dichtwirkung in Ver-bindung mit Frontdichtungen am Führungswagen

❚

❚

❚

Je nach Umgebungskonstruktion schwierige Montage und Demon-tageKonstruktiv oft nicht realisierbar

❚

❚

Führungsschiene von unten verschraubt

Abdeckung von Be-festigungsbohrungen





3.1 Grundlagen

V-Führungsschiene mit Druckstück

V-Führungsschienemit Druckstücken

Vorteile Nachteile

Keine Abdeckung der Schiene nötigKeine Schienenverschraubung und somit keine WelligkeitKeine zusätzliche seitliche Fixierung notwendigKein Bauraum an den Schienen-enden erforderlich

❚

❚

❚

❚

Seitlicher Bauraum erforderlichHohe Genauigkeit und Aufwand beim Vorbereiten des Maschi-nenbetts und beim Montieren erforderlich

❚

❚

Für die am häufigsten verwendeten Baugrößen bietet Rexroth Führungsschienen mit Schwal-benschwanz an (V-Führungsschiene). Hierbei wird die Schiene nicht direkt verschraubt. Die Führungsschiene wird befestigt, indem sie in ein entsprechend vorgefertigtes Maschinenbett eingesetzt und durch Verschrauben von Druckstü-cken seitlich geklemmt wird. V-Führungsschienen mit Druckstücken sind für Rollenschienenfüh-rungen erhältlich.

Befestigung der V-Führungsschiene mit Druckstücken

Befestigung der V-Führungsschiene mit Druckstücken

Die V-Führungsschienen können auch direkt im Unterbau verstemmt werden. Beim Verstemmen wird die Schiene durch plastische Verformung des Unterbaus geklemmt. Als Unterbauwerkstoff eignet sich beispielsweise Aluminium. Durch das Verstemmen werden die Fertigungskosten für die Anschlusskonstruktion und die Montagekosten für die Führungsschiene reduziert. V-Führungsschie-nen zum Verstemmen sind für Kugelschienenfüh-rungen erhältlich.

Verstemmen der V-Führungsschiene im Unterbau

Verstemmen der V-Führungsschiene im Unterbau

V-Führungsschiene verstemmt

V-Führungsschieneverstemmt

Vorteile Nachteile

Keine Abdeckung erforderlichKeine VerschraubungSchnelle MontageKostenreduzierungKeine Bohrungen oder Gewinde in der Anschlusskonstruktion

❚

❚

❚

❚

❚

Seitlicher Bauraum erforderlichVorrichtungen zum VerstemmenNiedrigere Belastungen durch Aluminium-Unterbau aufnehmbar

❚

❚

❚





3.1 Grundlagen

Je nach Anforderung sind verschiedene Befes-tigungsmöglichkeiten der Schiene möglich. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Zeitaufwand für die Montage neun verschiedener Varianten. Es

Vergleich der Montagezeiten der Befestigungs-varianten

Vergleich der Montagezeiten der Befestigungs-varianten

Variante Abbildung Beschreibung Montagezeit in %

1 Führungsschiene ist von oben verschraubt. Die Befestigungsboh-rungen sind nicht verschlossen. Diese Variante wird von Rexroth nicht empfohlen und dient lediglich dem Vergleich.

100

2 Führungsschiene ist von oben verschraubt und mit Abdeckband montiert. Für Halt sorgen hier je eine Bandsicherung pro Stirnseite.

125

3 Führungsschiene ist von oben verschraubt und zusätzlich mit Abdeckband montiert. Das Abdeckband wird mit verschraubten Schutzkappen gesichert.

130

4 Führungsschiene ist von oben verschraubt. Die Bohrungen sind nach dem Verschrauben mit Abdeckkappen aus Kunststoff ver-schlossen.

125

5 Führungsschiene ist von oben verschraubt. Die Bohrungen sind nach dem Verschrauben mit Abdeckkappen aus Stahl verschlossen, welche mittels einer Montagevorrichtung eingepresst werden.

225

6 Führungsschiene ist von oben verschraubt. Zusätzlich wurde eine seitliche Fixierung in Form einer Keilleiste angeschraubt. Diese Variante ohne Bohrungsabdeckung dient nur dem Vergleich.

180

7 Führungsschiene ist von unten verschraubt.

130

8 V-Führungsschiene ist mit Druckstücken befestigt. Da die Druckstü-cke bereits eine Seitenfixierung sind, kann mit Variante 6 verglichen werden. Die Montagezeit ist deutlich niedriger.

130

9 V-Führungsschiene ist im Aluminium-Unterbau verstemmt.

115

wurde jeweils eine Kugelführungsschiene der Größe 25 mit einer Länge von 536 mm und 9 Be-festigungsschrauben verwendet.


Fz max

Mx max

Fz max

Mx max



3.1 Grundlagen3.1.3 Anordnung der Profilschienenführung

Die in der Norm DIN 645-1 festgelegten Schrau-benverbindungen können auf Grund der hohen Leistungsfähigkeit der Profilschienenführungen überbeansprucht werden. Kritisch ist die Ver-schraubung zwischen Führungsschiene und Unterbau. Sind die abhebenden Lasten Fz oder Momente Mx höher als die jeweiligen maximal zu-lässigen Lasten Fz max und Momente Mx max in der

Beanspruchung der Schraubverbin-dungen von Füh-rungsschienen

Beanspruchung der Schraubverbin-dungen von Füh-rungsschienen

Belastung der Schraubverbindung bei von oben ver-schraubter Führungsschiene

Die Angaben gelten für folgende Bedingungen:Befestigungsschrauben der Qualität 12.9Schrauben mit entsprechendem Drehmoment angezogenSchrauben leicht geölt Befestigung auf Stahl oder GusseisenEinschraubtiefe mindestens 2x Gewinde-durchmesserFür Schrauben der Qualität 8.8 kann nähe-rungsweise ein Abschlagsfaktor von 0,6 angesetzt werden

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Bei seitlicher Belastung der Führungseinheit muss die Verschraubung zusätzlich auf seitliche Festigkeit geprüft werden (siehe Kap. 3.1.3.5).

Führungs-schiene

Größe Abhebende statische Lasten Fz und Momente Mx

Führungswagen Kurz Führungswagen Normal Führungswagen Lang

FKS, SKS, FKN, SKN FNS, SNS, SNH, FNN, SNN

FLS, SLS, SLH

Fz max Mx max Fz max Mx max Fz max Mx max

N Nm N Nm N NmVon oben verschraubt

20 10 000 90 11 700 106 13 400 12125 14 600 154 17 100 180 19 500 20530 – 360 32 400 420 37 100 480

Von unten verschraubt

20 – 128 16 500 149 18 900 17025 14 300 150 16 700 170 19 100 20030 – 350 31 700 410 36 200 470

Tabelle, muss die Schraubenverbindung geson-dert nachgerechnet werden.Detaillierte Angaben zu den zulässigen Belas-tungen sind in den jeweiligen Produktkatalogen aufgeführt. Die Tabelle zeigt einen Auszug aus dem Katalog Kugelschienenführungen.

Belastung der Schraubverbindung bei von unten ver-schraubter Führungsschiene

Die Tabelle zeigt auszugsweise die maximal zulässigen abhebenden Lasten und Momente von Führungswagen in Abhängigkeit von den Schraubverbindungen der Führungsschienen:

Beispielwerte aus Produktkatalog Kugelschienenführungen


002 002001 001

c)

b)a)

d)

b)a)

d)c)

001 001

c) c)d)

a)



Führungsschienen können einteilig nur bis zu einer maximalen Länge geliefert werden. Die Länge hängt vom Typ, der Größe und der Ausfüh-rung der Profilschienenführung ab. Bei größeren Schienenlängen werden werkseitig abgestimmte

Mehrteilige FührungsschieneMehrteilige Führungsschiene

Teilstücke aneinandergesetzt. Die Stirnseiten der Schienenenden (Stoßstellen) sind so bearbeitet, dass ein nahtloser Übergang entsteht, der voll belastet werden kann.


Bei diesen mehrteiligen Führungsschienen ist das komplette Schriftbild auf dem Anfangsstück und dem Endstück zu finden. Die Stoßstellen (a) sind mit einer Kennzeichnungsnummer (d) der Stoß-

Kennzeichnung von mehrteiligen Füh-rungsschienen

Kennzeichnung von mehrteiligen Füh-rungsschienen

stelle versehen. Außerdem sind die Stöße durch eine Zählnummer (b) gekennzeichnet, so dass eine definierte Reihenfolge der Führungsschienen gegeben ist.

Führungsschiene aus zwei Teilstücken

Führungsschiene aus drei oder mehr Teilstücken

a) Stoßstelleb) Zählnummerc) Komplettes Schriftbild auf Anfangs- und End-

stückd) Kennzeichnungsnummer der Stoßstelle





3.1 Grundlagen

3.1.3.4 Befestigung der Führungswagen

Wie bei den Führungsschienen besteht auch bei den Führungswagen die Möglichkeit, den Aufbau von oben oder von unten zu verschrauben. Hier-bei ist zu beachten, dass die richtige Führungs-

Alle Führungswagen haben genormte Befes-tigungsgewinde zur Verschraubung von oben. Dies können 4, 6 oder 9 metrische Gewinde sein. Anzahl und Anordnung der Anschlussgewinde hängen von Führungswagentyp, Baugröße und Ausführung ab.

Verschrauben der Führungswagen von oben

Verschrauben der Führungswagen von oben

Beispielverschraubung von oben

Beispielverschraubung von unten

wagenausführung gewählt wird (siehe unten). Bei Bedarf können die Führungswagen zusätzlich verstiftet werden.

Führungswagen in Flanschausführung können alternativ von unten verschraubt werden. Das Bohrbild ist genormt. Die mittleren Befestigungs-bohrungen sind nur für Zylinderkopfschrauben mit niedrigem Kopf nach DIN 6912 geeignet.

Verschrauben der Führungswagen von unten

Verschrauben der Führungswagen von unten

Zusatzfixierung durch Stifte

Zur Erhöhung der seitlichen Belastbarkeit kann der Führungswagen zusätzlich durch Verstiftung fixiert werden. Die Positionen für die Stiftbohrungen sind in den jeweiligen Katalogen angegeben. Zum Teil sind fertigungsbedingte Vorbohrungen vorhanden, die aufgebohrt werden können. Zum Verstiften können gehärtete Ke-gelstifte oder Zylinderstifte nach DIN ISO 8734 verwendet werden.

Verstiften der FührungswagenVerstiften der Führungswagen


O 2 O 1

O6

O 1 O 4

O3

O 4 O 4




3.1 Grundlagen

3.1.3.5 Gestaltung der Anschlusskonstruktion

Beispiele für Verschraubungen von Führungswagen und Führungsschiene

Beim Auftreten von Seitenlasten ist stets zu überprüfen, ob die gewählte Schraubverbindung zur Übertragung der Kräfte ausreichend ist. Als Hilfe dienen Tabellen in den Produktkatalogen. Dort sind baugrößenabhängige Richtwerte für die zulässigen Seitenkräfte ohne zusätzliche Seitenfixierung zu finden. Die Richtwerte sind in

Zulässige Seitenkräf-te ohne zusätzliche Seitenfixierung

Zulässige Seitenkräf-te ohne zusätzliche Seitenfixierung

Abhängigkeit von der dynamischen Tragzahl C aufgeführt. Wird der maximal zulässige Wert überschritten, muss eine Anschlagkante, eine zusätzliche Seitenfixierung oder eine Verstiftung angebracht werden.Die unten stehende Tabelle zeigt Beispielwerte aus dem Katalog Kugelschienenführungen.

Beispiel:Ein Kugelführungswagen FNS Größe 25 soll mit sechs Zylinderschrauben (DIN EN ISO 4762, M8 x 20, Festigkeitsklasse 12.9) von oben ver-

schraubt werden (O4). Die Führungsschienen werden ebenfalls von oben mit Zylinderschrau-ben (DIN EN ISO 4762, 6 x 30, Festigkeitsklas-se 12.9) verschraubt (O3).

Ergebnis:Der Führungswagen darf maximal mit 0,35 C (35 % C) seitlich belastet werden. Die Schrauben der Führungsschienen dürfen ohne Anschlag oder Seitenfixierung nur 0,10 C (10 % C) über-tragen.

Bei höheren Lasten sind Anschlagkanten, Seiten-fixierungen oder Verstiftungen vorzusehen.

Größe SchraubengrößenFührungswagen Führungsschiene

O1

ISO 47624 Stück

O2

DIN 69122 Stück

O4

ISO 47626 Stück

O3

ISO 4762O6

ISO 4762

20 M5x16 M5x12 M6x16 M5x25 M6x1625 M6x20 M6x16 M8x20 M6x30 M6x2030 M8x25 M8x16 M10x20 M8x30 M8x20

Schrauben-festigkeitsklasse

Zulässige Seitenkraft ohne Seitenfixierung1)

Führungswagen FührungsschieneO1 O2 O4 O3 O6

8.8 11 % C 15 % C 23 % C 6 % C 6 % C12.9 18 % C 22 % C 35 % C 10 % C 10 % C

Beispielwerte aus Katalog Kugelschienenführungen


r1

h1

r2

h2




Für eine präzise und einfache Montage und zur Übertragung höherer Seitenkräfte sollte die Anschlusskonstruktion der Führungsschiene mit einer Anschlagfläche versehen sein. In den Pro-duktkatalogen sind die Höhe h1 und der Radius r1 des Anschlages angegeben. Die Höhe des An-schlages ist als Bereichsangabe mit Minimal- und Maximalwert angegeben. Bei Einhalten dieses

AnschlagkantenAnschlagkanten

Anschlagkanten am UnterbauAnschlagkanten am Unterbau

Anschlagkante am Unterbau

Anschlagkante am Aufbau

Ebenso wie bei den Führungsschienen kann auch bei den Führungswagen eine Anschlagkante sinnvoll sein. Sie vereinfacht die Montage des Aufbaus, erhöht die Einbaupräzision und ermög-licht höhere Seitenkräfte. Bei der Gestaltung der

Anschlagkanten am AufbauAnschlagkanten am Aufbau

Höhenbereiches bleibt ausreichend Zwischen-raum zwischen dem festen Unterbau und dem beweglichen Führungswagen. Der Radius r1 ist ein Maximalwert, der garantiert, dass die angefas-te Führungsschiene problemlos montiert werden kann.

Anschlusskonstruktion sind die Höhe h2 und der Radius r2 zu beachten. Die Höhe h2 des An-schlags garantiert ein problemloses Übertragen der Seitenkräfte. Die Werte sind in den Produkt-katalogen aufgeführt.





3.1 Grundlagen

Seitenfixierungen ermöglichen das Übertragen höherer Seitenkräfte und unterstützen das präzise Ausrichten der Profilschienenführung.Bei mehreren Führungsschienen empfiehlt sich eine Anschlagkante für die Hauptführungsschie-ne. Hierdurch wird der Aufwand beim Ausrichten weiterer Führungsschienen erheblich reduziert. Dies gilt auch für Führungswagen.

Varianten der Seiten-fixierung von Füh-rungsschienen und Führungswagen

Varianten der Seiten-fixierung von Füh-rungsschienen und Führungswagen

SeitenfixierungSeitenfixierung Zur zusätzlichen seitlichen Fixierung auf der gegenüberliegenden Seite können unterschied-liche Andrückelemente verwendet werden. Diese Elemente sind ebenfalls zur Aufnahme von Sei-tenkräften geeignet. Die Größe der Seitenkräfte hängt jedoch sehr stark von der Ausführung bzw. der gewählten Variante ab. Die Festigkeit der ge-wählten Seitenfixierung ist jeweils zu überprüfen.

Variante Seitenfixierung

1 Anschlagkante an Führungswagen und Führungsschiene

2 Keilleiste

3 Doppelkeilleiste

4 Klemmleiste

5 Stellschraube

6 Klemmschraube





Variante Seitenfixierung

7 Welle mit Senkkopfschraube

8 Klemmstück mit Senkkopfschraube

9 Klemmstück mit konischer Ansenkung

10 Führungsschiene verstemmt

11 V-Führungsschiene mit Druckstück

12 V-Führungsschiene verstemmt

Bei der Festlegung der Anordnung und Anzahl der Anschlagkanten und/oder Seitenfixierungen von Führungsschiene und Führungswagen müssen die folgenden vier Kriterien betrachtet werden:

BelastungGenauigkeitMontageGeometrie

❚

❚

❚

❚

Platzierung der Anschlagkanten und Seitenfixierung

Platzierung der Anschlagkanten und Seitenfixierung

Für alle Festlegungen sollten immer die Kosten für die gewählte Einbauvariante kontrolliert werden. Es müssen sowohl die Anschaffungskosten, die Fertigungskosten als auch die zu erwartenden Montagekosten betrachtet werden.





3.1 Grundlagen

Größe und Richtung der Belastung auf die Füh-rungseinheit sind ausschlaggebend für die Anzahl und die Anordnung der seitlichen Anschläge.Wenn die zulässigen Richtwerte für Seitenlasten (siehe 3.1.3.5) überschritten werden, müssen An-schlagkanten oder zusätzliche Seitenfixierungen vorgesehen werden. Zudem erhöhen Anschlag-kanten und Seitenfixierungen die Steifigkeit des Systems. Bei Stößen und Vibration sollten diese Hilfsmittel ebenfalls zum Einsatz kommen.

BelastungBelastung Für die Übertragung von Seitenlasten sind die An-schläge entsprechend dem jeweiligen Kraftfluss anzuordnen. Reine Zugbelastungen und Druckbe-lastung haben keinen Einfluss auf die Platzierung der Anschläge. Eine Ausnahme ist hierbei die V-Führungsschiene, deren Befestigung gleich-zeitig Seitenfixierung ist. Die folgenden Beispiele dienen zur Verdeutlichung:

Belastungen Anschläge Merkmale

Ohne AnschlägeBefestigung von Führungswagen und Führungsschiene ohne Anschlag

❚

❚

Geeignet zur Übertragung von klei-nen Seitenbelastungen, die durch die Verschraubungen übertragen werden können.

2 AnschlägeBefestigung von Führungswagen und Führungsschiene mit je einem Anschlag (gegenüberliegend)

❚

❚

Geeignet zur Übertragung von hohen Seitenbelastungen in einer Richtung.

4 AnschlägeBefestigung von Führungswagen und Führungsschienen mit jeweils zwei Anschlägen (je einmal zusätzliche Seitenfixierungen)

❚

❚

Geeignet zur Übertragung von wechseln-den Seitenbelastungen. Die größere Be-lastung sollte durch die Anschlagkanten übertragen werden.

Oftmals wird aus Belastungsgründen keine Anschlagkante benötigt. Es ist jedoch notwendig, aus Genauigkeitsgründen die Führungsschiene

GenauigkeitGenauigkeit an einem Anschlag zu befestigen. Hierdurch ist es möglich, bei der Montage die gewünschte Genauigkeit zu erreichen.

Abbildung Genauigkeit Merkmale

Ohne AnschlagNiedrige bis hohe Genauigkeit (je nach Montage)

❚

❚

Die Genauigkeit ergibt sich aus der Schienengeradheit.Bessere Genauigkeiten können durch ein Ausrichten während der Montage erreicht werden

1 AnschlagHohe Genauigkeit

❚

❚

Die Genauigkeit ergibt sich aus der Präzision beim Andrücken während der Montage und der Geradheit der Anschlagkante.

2 AnschlägeSehr hohe Genauigkeit

❚

❚

Die Genauigkeit ergibt sich aus der Montagepräzision und der Gerad-heit der Anschlagkante bzw. der Seitenfixierung.

Hinweis: In den Darstellungen sind die Ungeradheiten der Führungsschiene bewusst übertrieben stark abgebildet.





Wie bereits oben erwähnt, kann durch eine präzi-se Montage die Genauigkeit der Führung erhöht werden. Durch präzises Ausrichten der Führungs-schiene vor dem Festziehen der Befestigungs-schrauben kann auf Anschläge verzichtet werden.

MontageMontage Für die Entscheidung, ob und wo Anschlagkanten erforderlich sind, muss der Montagevorgang im Detail durchdacht werden. Für die Planung des Montageablaufes sind die produktspezifischen Montageanleitungen zu verwenden.

Abbildung Beschreibung Merkmale

Kein AusrichtenNicht zulässig!

❚

❚

Keine Genauigkeit

Ausrichten von HandNicht empfohlen!

❚

❚

Geringe Genauigkeit

Ausrichten mittels Hilfsmittel (Messuhr, Montagewagen) an Ausrichtfläche

❚ Mäßige bis hohe Genauigkeit

Ausrichten an Anschlagkante durch Anpressen ohne Seitenfi-xierung

❚ Hohe Genauigkeit

Ausrichten an Anschlagkante mit Seitenfixierung

❚ Sehr hohe Genauigkeit

Für Anschlagkanten und insbesondere für zusätz-liche Seitenfixierungen sowie deren Befestigung ist zusätzlicher Bauraum notwendig.

GeometrieGeometrie Deshalb muss geprüft werden, ob die festge-legten Anschlagkanten und Seitenfixierungen mit dem Maschinenkonzept vereinbar sind.

Hinweis: In den Darstellungen sind die Ungeradheiten der Führungsschiene übertrieben stark abgebildet.





3.1 Grundlagen

3.1.3.6 Mögliche Einbauvarianten

Nachfolgend sind mehrere typische Einbauva-rianten dargestellt. Hierbei wurden die oben erwähnten Anordnungen, Einbaulagen, Befesti-gungen sowie die Konstruktionskriterien berück-sichtigt. In den meisten Fällen handelt es sich um

Anwendungen mit 2 Schienen und 4 Wagen, da diese in der Praxis am häufigsten verwendet wer-den. Die folgenden Beispiele dienen als Konstruk-tionshilfe und zeigen die Vielfältigkeit der in der Praxis vorkommenden Einbauvarianten.

Variante Beschreibung der Einbauvariante

1 Keine AnschlägeFür hohe Zug- und DruckbelastungenGeringe Seitenbelastung möglichAufwändige Montage

❚

❚

❚

❚

2 Führungswagen und -schiene mit je einem Anschlag (gegenüberliegend)Höhere Seitenbelastungen aus einer Rich-tung zulässigEinfache Montage durch AnschlägeHohe Genauigkeit

❚

❚

❚

❚

3 Beide Führungsschienen mit einem An-schlagFührungswagen ohne Anschläge

❚

❚

4 Beide Führungsschienen mit einem An-schlagEin Führungswagen mit einem AnschlagEinfache MontageHohe GenauigkeitFür hohe Seitenbelastungen aus einer Richtung geeignet

❚

❚

❚

❚

❚

5 Führungswagen und -schiene auf einer Seite mit Anschlägen und SeitenfixierungFührungswagen mit Anschlag nimmt alle Seitenbelastungen aufFür hohe Seitenbelastungen aus beiden RichtungenEinfache Montage

❚

❚

❚

❚

6 Erste Führungsschiene mit einem Anschlag, zweite mit einem Anschlag und Seitenfi-xierungFührungswagen mit Anschlag und Seiten-fixierung nimmt Seitenlasten aufHohe Genauigkeit

❚

❚

❚





7 Ein Führungswagen und zwei Führungs-schienen über Anschlagkanten und Seiten-fixierung fest eingespanntHohe Seitenbelastungen möglichSehr hohe Genauigkeit

❚

❚

❚

8 Führungswagen und Führungsschienen über Anschlagkanten und Seitenfixierung fest eingespanntZusätzliche Verstiftung zur Verschraubung für sehr hohe SeitenbelastungenSehr hohe Genauigkeit

❚

❚

❚

9 Schräger Einbau mit Drehung 45° um x-AchseZum Aufnehmen von höchsten Belastungen aus einem Winkel von 45°

❚

❚

10 Vertikaler Einbau mit Drehung 90° um x-Achse (Wandmontage)Beide Führungsschienen mit AnschlagFür hohe horizontale BelastungenHohe Genauigkeit

❚

❚

❚

❚

11 Überkopfeinbau mit Drehung 180° um x-AchseFür vertikale HauptbelastungenHöhere Seitenbelastungen in einer Rich-tung möglich

❚

❚

❚

12 Für Hauptbelastung von oben und seitlichWenig BauraumAufwändige MontageZwischenplatte zum Abstimmen notwendig

❚

❚

❚

❚

13 Für horizontale HauptbelastungWenig BauraumAufwändige MontageZwischenplatte zum Abstimmen notwendig

❚

❚

❚

❚

14 L-Anordnung zur Aufnahme von MomentenHohe Momentensteifigkeit

❚

❚






15 Vier Führungsschienen für extrem hohe LastaufnahmeSehr hohe Steifigkeit

❚

❚

16 Kurze Verfahrwege bei relativ großen MaschinenabmessungenVier kurze Schienenstücke

❚

❚

17 Sehr hohe Steifigkeit bei Belastung des MittelteilsSehr aufwändige MontageZwischenplatten zum Abstimmen notwen-dig

❚

❚

❚

18 Führungsschiene verfährtFührungswagen sind fixiert

❚

❚


3.1 Grundlagen


10'5'2'



3.1.4 Konstruktionshinweise

3.1 Grundlagen

In diesem Kapitel werden Hinweise zur Konstruk-tion und zum Einbau von Profilschienenführungen gegeben. Im Detail werden die folgenden Themen behan-delt:

EinbautoleranzenRichtlinien zum kostengünstigen Konstruieren

❚

❚

Um die Funktion einer Profilschienenführung sicherzustellen, müssen bestimmte Toleranzen eingehalten werden. Abweichungen hiervon kön-nen die Lebensdauer der Führungen beeinflus-sen. Bei Einhalten der zulässigen Toleranzen ist der Einfluss auf die Lebensdauer im Allgemeinen vernachlässigbar.

Die Einbautoleranzen beziehen sich auf:HöhenabweichungenParallelität der montierten SchienenEinbautoleranzen für unterschiedliche EinbausituationenOberflächenangaben

❚

❚

❚

❚

Für die Höhenabweichungen in Querrichtung und in Längsrichtung sind bestimmte Toleranzen zulässig. Dabei ist die Ausführung des Führungs-wagens entscheidend. So können so genannte „Super-Führungswagen mit Selbsteinstellung“ und Führungswagen aus Aluminium größere Fehler als Führungswagen in Stahlausführung ausgleichen. Des Weiteren ist die Ausführung des Führungs-wagens (z.B. Lang oder Kurz) für die jeweiligen Toleranzen ausschlaggebend. Genaue Angaben sind dem jeweiligen Produktkatalog zu entneh-men.

HöhenabweichungHöhenabweichung

3.1.4.1 Einbautoleranzen

Ausgleichsmöglichkeit bei Super-Führungswagen

Kurzer Kugelführungswagen (SKS) Langer Kugelführungswagen (SLS)


a

S1



3.1 Grundlagen3.1.4 Konstruktionshinweise

Höhenabweichung in Querrichtung

Führungswagen Länge Berechnungsfaktor Y bei Vorspannungsklasse

C0 C1 C2 C3

Führungswagen aus Stahl Normal/lang 4,3 · 10 –4 2,8 . 10 –4 1,7 . 10 –4 1,2 . 10 –4

Kurz 5,2 · 10 –4 3,4 . 10 –4 2,0 . 10 –4 1,4 . 10 –4

Super-Führungswagen Kurz 8,0 . 10 –4 6,0 . 10 –4 – –

Führungswagen aus Aluminium Normal 7,0 . 10 –4 5,0 . 10 –4 – –

(3-8)

S1 = Zulässige Höhenabweichung (mm)a = Abstand der Führungsschienen (mm)Y = Berechnungsfaktor (–)

Die zulässige Höhenabweichung in Querrichtung errechnet sich aus dem Abstand der Führungs-schienen a und einem Berechnungsfaktor Y, der von der Vorspannungsklasse (C0, C1, C2, C3) der Führungswagen abhängt.

Zulässige Höhen-abweichung in Querrichtung S1

Zulässige Höhen-abweichung in Querrichtung S1

Außerdem hängt der Berechnungsfaktor Y von der Ausführung des Führungswagens (Stahl, Aluminium, Super-Führungswagen) und von der Länge ab. Bei kurzen Führungswagen sind 20 % höhere Werte als bei Normallänge zulässig.

S1 = a · Y

Beispiel für eine 4-reihige Rexroth Kugelschienenführung:


b

S2

10'

10'

10'

10'




Höhenabweichung in Längsrichtung

(3-9)

S2 = Zulässige Höhenabweichung (mm)b = Abstand der Führungswagen (mm)X = Berechnungsfaktor (–)

Führungswagen Berechnungsfaktor X bei Führungswagenlänge

Normal Lang Kurz

Führungswagen aus Stahl 4,3 . 10 –5 3,0 . 10 –5 6,0 . 10 –5

Führungswagen aus Aluminum 6,0 . 10 –5 – –

Super-Führungswagen können Ungeradheiten von bis zu 10’ in Längsrichtung selbständig ausgleichen.

Ausgleich von Ungeradheiten bei Super-Führungswagen

S2 = b · X

Zulässige Höhen-abweichung in Längsrichtung S2

Die zulässige Höhenabweichung in Längsrichtung errechnet sich aus dem Abstand der Führungswa-gen b und einem Berechnungsfaktor X, der von der vom Material der Führungswagen (Stahl/Aluminium) und von der Führungswagenlänge abhängt.

Bei langen Führungswagen sind ca. 30 % nied-rigere und bei kurzen Führungswagen sind ca. 40 % höhere Werte gegenüber der Normallänge zulässig.

Beispiel für eine 4-reihige Rexroth Kugelschienenführung:


II P1




Wenn die Führungschienen nicht parallel ausgerichtet sind, entstehen Verspannungen im Führungssystem, die zusätzliche Belastungen erzeugen und somit die Lebensdauer verkürzen können. Damit dies nicht auftritt, muss die Paralle-litätsabweichung P1 eingehalten werden. Bei Ein-haltung der Tabellenwerte ist der Einfluss auf die Lebensdauer im Allgemeinen vernachlässigbar.Die Toleranz hängt vom jeweiligen Einbaufall ab. Beim Präzisionseinbau handelt es sich um eine steife hochgenaue Umgebungskonstruktion. Beim

Parallelität der mon-tierten SchienenParallelität der mon-tierten Schienen

Standardeinbau ist die Umgebungskonstruktion nachgiebig konstruiert und es sind doppelte To-leranzwerte der Parallelitätsabweichung möglich. Die Werte für die Parallelitätsabweichung gelten für alle Führungswagen des Standardprogramms und sind abhängig von der Vorspannung und dem Material des Führungswagens. Bei kurzen Führungswagen sind 20 % höhere Werte als bei Normallänge zulässig.

Parallelität der Führungsschienen

Einfluss der Führungswagenausführung auf die Parallelitätsabweichung am Beispiel der Kugelschienen-führung Gr. 25:

Führungswagen Parallelitätsabweichung P1 (mm) bei Vorspannungsklasse

C0 C1 C2 C3

Führungswagen aus Stahl bei Präzisionseinbau

0,019 0,012 0,007 0,005

Kurzer Führungswagen aus Stahl bei Präzisionseinbau

0,023 0,014 0,008 0,006

Führungswagen aus Stahl bei Standardeinbau

0,038 0,024 0,014 0,010

Kurzer Führungswagen aus Stahl bei Standardeinbau

0,046 0,029 0,017 0,012

Super-Führungswagen 0,032 0,023 – –

Führungswagen aus Aluminium 0,026 0,017 – –

Rexroth bietet auf Anfrage den Kunden die Möglichkeit den Unterbau und den Aufbau auf die benötigte Genauigkeit prüfen zu lassen. Hierbei wird die komplette Einbausituation betrachtet

Einbautoleranzen für unterschiedliche Einbausituationen

Einbautoleranzen für unterschiedliche Einbausituationen

und alle notwendigen Form- und Lagetoleranzen festgelegt. Nur wenn diese Toleranzen eingehal-ten werden, ist ein Erreichen der rechnerischen Lebensdauer gewährleistet.


5

31

4

2

4 6




Beim Verschrauben von Führungswagen oder Führungsschienen mit der Anschlusskonstruk-tion entstehen durch die Schraubenvorspan-nung Kräfte, die alleine oder in Kombination mit äußeren Belastungen plastische Verformungen der Auflage- und Anschlagflächen (1, 3, 4, 6) bewirken können. Um plastische Verformungen an diesen Stellen zu verhindern, ist ein hoher Traganteil erforderlich, d. h. die Oberflächengüte muss entsprechend hoch sein. Nur so ist gewähr-leistet, dass während des Betriebs der Führungs-einheit keine Setzerscheinungen auftreten. Die erforderliche Oberflächengüte aller Auflage- und Anschlagflächen wird als Rauheitswert Ra in µm angegeben.

OberflächengüteOberflächengüte

Für die Auflage- und Anschlagflächen wird ein Mittenrauhwert von Ra 0,4 bis 2 µm empfohlen. Die empfohlenen Rauheitswerte richten sich nach der angestrebten Genauigkeit und der Genauig-keitsklasse der Profilschienenführung.

Rauheitswert von Auflage- und Anschlagflächen

Rauheitswert von Auflage- und Anschlagflächen

Genauigkeitsklasse Maximaler Rauheitswert Ra µm

E 2,0

N 1,6

H 0,8

P 0,4

XP 0,4

SP 0,4

UP 0,4

Bezugs- und Anschlagflächen

Bodenfläche des FührungswagensKopffläche des FührungswagensAnschlagkante des FührungswagensZwei Anschlagkanten der FührungsschieneKopffläche der FührungsschieneBodenfläche der Führungsschiene

1�2�3�4�5�6�





3.1.4.2 Richtlinien zum kostengünstigen Konstruieren

Wichtig beim Einsatz von Profilschienenfüh-rungen ist die genaue Betrachtung und Definition der Anforderungen. Daraus werden die benöti-gten Systemeigenschaften abgeleitet. Hierbei gilt das Motto: „So genau wie nötig, so ungenau wie möglich.“.

So genau wie nötig,so ungenau wie möglich

So genau wie nötig,so ungenau wie möglich

Hohe Genauigkeitsklassen sind nur bei entspre-chend hoher Genauigkeit der Anschlusskonstruk-tion sinnvoll. Durch die Wahl einer geeigneten Genauigkeitsklasse können die späteren Herstel-lungskosten von Unterbau und Aufbau erheblich reduziert werden.

Die Genauigkeitsanforderungen der Anschluss-konstruktion steigen mit größer werdender Vor-spannung an. Dies ist bei der Wahl der Vorspan-nungsklasse zu berücksichtigen. Die zulässige Höhenabweichung des Unterbaus in Querrich-tung ist bei hoher Vorspannung klein.

Vorspannung nur so groß wie notwendigVorspannung nur so groß wie notwendig

Das gleiche gilt auch für die Parallelitätstole-ranzen zwischen zwei Führungsschienen. Die hohen Anforderungen an die Genauigkeit des Aufbaus und des Unterbaus steigern letztlich die Herstellungskosten.

Je geringer der Abstand parallel verlaufender Schienen ist, desto genauer müssen diese in der Höhe ausgerichtet werden.

Auf angemessen großen Schienen-abstand achten

Auf angemessen großen Schienen-abstand achten

Deshalb sollte auf einen angemessenen Ab-stand zwischen den Führungsschienen geachtet werden.

Bei großen Ungenauigkeiten im Aufbau können kurze Führungswagen oder sogar Super-Füh-rungswagen mit Selbsteinstellung verwendet werden.

Kurze Führungs-wagen oder Super-Führungswagen bei großen Ungenauig-keiten

Kurze Führungs-wagen oder Super-Führungswagen bei großen Ungenauig-keiten

Mit diesen Elementen können Ungeradheiten einer Führungsschiene innerhalb bestimmter Grenzen ausgeglichen werden.

Die Anschlusskonstruktionen sollten immer so ausgeführt sein, dass ein optimaler Einbau und eine spätere Wartung problemlos möglich sind. Deshalb ist bei Profilschienenführungen ein aus-reichend dimensionierter Bauraum nötig.

Großzügiger Bau-raum für Linear-führungen

Großzügiger Bau-raum für Linear-führungen

Auch sollte der unkomplizierte Austausch der Linearführungen schon beim Konstruieren berück-sichtigt werden.





Durch den Einsatz von Standardkomponenten und Vorzugslängen werden neben den günsti-geren Bezugskosten auch kürzere Lieferzeiten

Einsatz von Stan-dardkomponenten und Vorzugslängen

Einsatz von Stan-dardkomponenten und Vorzugslängen

Beim Einsatz von Linearführungen sollten pro Schlitten oder, wenn möglich, pro Maschine oder Baureihe, gleiche Profilschienenführungen

Gleiche Linear-führungen in allen Achsen

Gleiche Linear-führungen in allen Achsen

realisiert und die Lagerhaltung von Ersatzteilen vereinfacht.

verwendet werden. Dies senkt ebenfalls die Bezugskosten, die Lagerkosten und die Monta-gekosten.

Bei der Auswahl des Schmiersystems muss neben den eigentlichen Anschlusskosten an den Führungswagen auch an die benötigten Zusatz-aggregate gedacht werden.

Langzeitschmierung für kostengünstiges Schmiersystem

Langzeitschmierung für kostengünstiges Schmiersystem

Deshalb ist der Einsatz von Vorsatzschmier-einheiten oder die standardmäßige Langzeit-schmierung von Rexroth Profilschienenführungen empfehlenswert.

Durch zusätzliches Verstiften von Führungswa-gen kann je nach Applikation die Anschlagkante entfallen.

Einsparung der Anschlagkante durch Verstiften der Füh-rungswagen

Einsparung der Anschlagkante durch Verstiften der Füh-rungswagen

Bei Führungssystemen mit zwei oder mehr Schie-nen ist eine Schiene als Hauptführungsschiene auszulegen. Das heißt, diese Schiene sollte einseitig an einer Anschlagkante fixiert werden. Alle weiteren Schienen sind bei der Montage an der Hauptführungsschiene auszurichten.

Eine Führungs-schiene als Haupt-führungsschiene auslegen

Eine Führungs-schiene als Haupt-führungsschiene auslegen




3.1.5.1 Vorgehensweise bei manueller Berechnung

Die eigentliche Berechnung der nominellen Le-bensdauer in Laufleistung oder Betriebsstunden setzt die exakte Ermittlung der Lagerbelastungen voraus. Zuletzt werden die statische Tragsicher-heit und die dynamische Sicherheit überprüft. Empfehlenswert ist die nachfolgend vorgestellte Vorgehensweise.

3.1 Grundlagen3.1.5 Berechnungen

Rexroth bietet einen Berechnungsservice zur Lebensdauerberechnung an. Die zu erwartenden Laufleistungen werden mit dem Berechnungspro-gramm „LINEAR MOTION DESIGNER“ ermittelt. Der Kunde muss lediglich die Betriebsbedingun-gen festlegen.

BerechnungsserviceBerechnungsservice

Bildschirmseite aus dem Berechnungsprogramm LINEAR MOTION DESIGNER zur Auswahl der Anordnung

Die Lebensdauerberechnung besteht aus mehreren Berechnungsschritten. Zunächst wird die prinzipielle Vorgehensweise zur Bestimmung der Lebensdauer von Profilschienenführungen beschrieben.

Vorgehensweise in Kurzform:Betriebsbedingungen festlegen.Belastungen durch Kräfte und Momente berechnen.Kombinierte äquivalente Lagerbelastung berechnen.Berücksichtigung der Vorspannung.Dynamisch äquivalente Lagerbelastung berechnen.Lebensdauer berechnen.Statisch äquivalente Lagerbelastung berechnen.Statische Tragsicherheit berechnen.

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Neben der Lebensdauerberechnung mit dem Berechnungsprogramm LINEAR MOTION DESIGNER besteht natürlich auch die Möglich-keit, auf konventionelle Weise zu rechnen. Diese manuelle Vorgehensweise wird im Folgenden detailliert erläutert.




3.1 Grundlagen3.1.5 Berechnung

Vorgehensweise in ausführlicher Form am Beispiel eines Führungssystems mit zwei Schienen und vier Führungswagen:

Berechnungsschritt

Betriebsbedingungen festlegenAngaben zu Führungssystem, Anordnung,

Dynamikzyklus und Belastung

Belastungen durch Kräfte und Momente berechnenin jeder Phase n für jeden Führungswagen i

in y- und z-Richtung

Kombinierte äquivalente Lagerbelastung berechnenin jeder Phase n für jeden Führungswagen i

Berücksichtigung der Vorspannungdurch die effektiv äquivalente Lagerbelastung in jeder

Phase n und für jeden Führungswagen i

Dynamisch äquivalente Lagerbelastung berechnen

bei veränderlichen Lasten für jeden Führungswagen i

Nominelle oder modifizierte Lebensdauer berechnen

bei konstanter oder veränderlicher Geschwindigkeit für jeden Führungswagen i

Statisch äquivalente Lagerbelastung berechnen bei kombinierten Lasten für jeden Führungswagen i

Statische Tragsicherheit berechnen

EingabeAngaben

AusgabeErgebnis

Maschinenkonzept (Konstruktion, Anwendung)

LW, LS, Ly, Lz, α, β,m, xS, yS, zS, Fg, Fa

Fp, xp, yp, zp, Fw, j, Fwx, j, Fwy, j, Fwz, j, xw, j, yw, j, zw, j, n, tn, sn, vn, an, qsn, qtn, C, C0 , Xpr, Mt, Mt0, ML, ML0

LW, LS, Ly, Lz

Fwx, j, Fwy, j, Fwz, j

(Fg, Fp, Fa)xw, j, yw, j, zw, j

(xS, yS, zS, xp, yp, zp)

Fy n i, Fz n i

Fy n i, Fz n i Fcomb n i

C, Xpr, Fcomb n i Fpr, Flim, Feff n i

qsn, Feff n i Fm i

C, Fm i, sHub, nHub, qtn, vn, a1

vm

Li, Lh i, Lna i

F0 y i, F0 z i

M0 x i, M0 y i, M0 z i

C0, Mt0, ML0

F0 comb i

C0

F0 comb i, Fmax eff n i

S0

1. Schritt:

2. Schritt:

3. Schritt:

4. Schritt:

5. Schritt:

6. Schritt:

7. Schritt:

8. Schritt:


xy xy

z

3

4

2

3

1

2

5

2

3



3.1.5.2 Betriebsbedingungen festlegen

Für die Lebensdauerberechnung sind die fol-genden Parameter entscheidend:

Je nach ausgewählter Führung werden bestimmte Kennwerte benötigt. Je nach Profilschienentyp, Bauform und Baugröße sind dies die Tragzahlen, die Tragmomente und die Vorspannung.

FührungssystemFührungssystem

Zunächst muss das Koordinatensystem für die gewählte Anordnung festgelegt werden. Prinzipiell kann das Koordinatensystem beliebig gewählt werden. Dann muss jedoch der Mitten-versatz mit in die Berechnung einbezogen werden. Zur Vereinfachung empfiehlt es sich in x-Richtung die Mitte zwischen den Führungswagen, in y-Richtung die Mitte zwischen den Führungs-schienen und in z-Richtung die Laufbahnmitte des Führungselementes als Koordinatenursprung zu wählen. Die Laufbahnmitte ist bei 2- und 4-rei-higen Profilschienenführungen unterschiedlich definiert:

Bei 2-reihigen Profilschienenführungen führt die Laufbahnmitte durch die Mittelpunkte der Wälzkörperreihen (Mitte zwischen den Druck-punkten im Gotikbogenprofil der Laufbahnen)Bei 4-reihigen Profilschienenführungen liegt die Laufbahnmitte in der Mitte zwischen den oberen beiden und den unteren Laufbahnen (bzw. Wälzkörperreihen)

Alle nachfolgenden Berechnungsformeln bezie-hen sich auf diese Festlegung des Koordinaten-systems.

❚

❚

AnordnungAnordnung

Lage des Koordinatensystems in einem Führungssystem mit 2 Führungsschienen und 4 Führungswagen


Angaben zum Führungssystem

Größe Einheit

Dynamische Tragzahl C N

Statische Tragzahl C0 N

Dynamisches Torsionstragmoment Mt Nm

Statisches Torsionstragmoment Mt0 Nm

Dynamisches Längstragmoment ML Nm

Statisches Längstragmoment ML0 Nm

Vorspannung des Führungssystems Xpr –

Definition der Laufbahnmitte bei 2-reihigen und 4-reihigen Profilschienenführungen

Laufbahnmitte bei einer 2-reihigen Profil-schienenführungFührungswagenFührungsschieneLaufbahnmitte bei einer 4-reihigen Profil-schienenführungAntriebselement (z. B. Kugelgewindetrieb)

1�

2�3�4�

5�


y x

L W

LS

m

z Sz SxS

yS

L z

Ly

α

β

z

21

3




Die Anordnung des Führungssystems wird durch die Mittenabstände der Führungsschienen LS und der Führungswagen LW beschrieben.Alle Kräfte, die in x-Richtung auf das System wirken, müssen durch das Antriebselement, z. B. Kugelgewindetrieb, aufgebracht werden. Daher wird die Position des Antriebselements zum Nullpunkt des Koordinatensystems berücksichtigt. Die Position des Antriebselements zum Nullpunkt des Koordinatensystems wird durch die Maße Ly und Lz berücksichtigt.Falls das System nicht horizontal eingebaut ist, wird dies durch die Winkel a und b angegeben.Des Weiteren werden die Masse und die Lage des Massenschwerpunktes der Tischkonstruktion benötigt.

Anordnung eines Führungssystems mit 2 Führungsschienen und 4 Führungswagen

Antriebselement (z. B. Kugelgewindetrieb) FührungsschieneFührungswagen

1�2�3�

Angaben zur Anordnung

Größe Einheit

Abstand der Führungswagen LW mm

Abstand der Führungsschienen LS mm

Position des Antriebselements in y-Richtung

Ly mm

Position des Antriebselements in z-Richtung

Lz mm

Winkelstellung der Führung um die x-Achse

a °

Winkelstellung der Führung um die y-Achse

b °

Position des Massenschwerpunktes in x-Richtung

xS mm

Position des Massenschwerpunktes in y-Richtung

yS mm

Position des Massenschwerpunktes in z-Richtung

zS mm

Masse m kg


8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

s (m

)

t (s)

t1 t2 t3 t4 t5 t63

2

1

0

-1

-2

-3 0 1 2 3 4 5 6 7 8

v (m

/s)

t (s)

t1 t2 t3 t4 t5 t6

3

2

1

0

-1

-2

-3 0 1 2 3 4 5 6 7 8

a (m

/s2 )

t (s)

t1 t2 t3 t4 t5 t6



Für die Lebensdauerberechnung muss ein zeitabhängiger Dynamikzyklus festgelegt werden. Dieser Zyklus sollte ein typischer Betriebszyklus des Maschinenanwenders sein. Es ergeben sich so mehrere Phasen mit unter-schiedlichen Verfahrwegen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Hierdurch werden Anfahren, Anhalten, Bearbeiten und Eilgänge beschrieben.

DynamikzyklusDynamikzyklus

Anmerkung: Die Vorzeichen der Größen Verfahrweg s, Geschwindigkeit v und Beschleunigung a richten sich nach den Achsrichtungen des gewählten Koordinaten-systems. Eine negativer Wert für die Beschleunigung steht daher nicht unbedingt für eine Verzögerung, son-dern für eine Beschleunigung in negativer Achsrichtung.

Beispiel eines Dynamikzyklus:

Phase n Zeit Bewegungsrichtung Beschreibung

1 0 s bis 1 s Vorwärts Beschleunigen

2 1 s bis 3 s Vorwärts Bearbeiten

3 3 s bis 4 s Vorwärts Bremsen

4 4 s bis 5 s Rückwärts Beschleunigen

5 5 s bis 7 s Rückwärts Rückhub

6 7 s bis 8 s Rückwärts Bremsen


Verfahrweg Geschwindigkeit

Angaben zum Dynamikzyklus

Größe Einheit

Beschleunigung in der Phase n a1 ... an m/s2

Verfahrweg in der Phase n s1 ... sn m

Zeit der Phase n t1 ... tn s

Geschwindigkeit in der Phase n v1 ... vn m/s

Phase n –

Beschleunigung


y x

L z

Ly

z p

xp

FpxFpz

Fg

Fa yp

Fpy

z S

xS

yS

Fwx

z



Die am System angreifenden Kräfte Fw werden durch ihren Betrag und ihre Richtung beschrie-ben. Sie werden entsprechend ihrer Richtung in Fwx , Fwy und Fwz aufgeteilt. Die Kraftangriffs-punkte werden durch die Koordinaten xw , yw , zw beschrieben. Jeder wirkenden Kraft im Dynamik-zyklus wird ein Lastfall j zugeordnet. Während einer Phase des Dynamikzyklus können mehrere Lastfälle gleichzeitig wirken.

BelastungBelastung


Wirkende Kraft Koordinaten des Kraftangriffspunktes

Beschreibung

Gewichtskräfte Fw, j = Fg

Fg = m . g

xw, j = xSyw, j = ySzw, j = zS

Die Gewichtskräfte Fg berechnen sich aus den Massen; sie greifen in den dazuge-hörigen Massenschwerpunkten mit den Koordinaten xs, ys, zs an. Die Massen (und somit die Gewichtskräfte) können in den einzelnen Phasen unterschiedlich sein.

Beschleunigungskräfte Fw, j = Fa

Fa = – m . a

xw, j = xSyw, j = ySzw, j = zS

Die Beschleunigungskräfte Fa berech-nen sich aus den beschleunigten bzw. verzögerten Massen m und den vorge-gebenen Beschleunigungen a aus dem Dynamikzyklus. Die Kräfte greifen in den Massenschwerpunkten mit den Koordina-ten xs, ys, zs an und wirken entgegen der Beschleunigungsrichtung.

Prozesskräfte Fw, j = Fp xw, j = xpyw, j = ypzw, j = zp

Die Prozesskräfte Fp berechnen sich aus dem jeweiligen Arbeitsprozess in der jeweiligen Phase des Dynamikzyklus. Dies können z. B. Kräfte beim Urformen, beim Umformen, beim Zerspanen etc. sein. Die Kraftangriffspunkte werden mit den Koordinaten xp, yp, zp beschrieben.

Die auf das System wirkenden Kräfte Fw resultie-ren aus Gewichtskräften Fg, Beschleunigungs-kräften Fa und Prozesskräften Fp. Die Kräfte Fg und Fa greifen im Massenschwerpunkt xS, yS, zS und die Kraft Fp im Angriffspunkt xp, yp, zp an. Für die Berechnung müssen sowohl die unterschied-lichen Angriffspunkte der Kräfte, als auch ihre Richtungen berücksichtigt werden.Alle Kräfte, die in x-Richtung auf das System wir-ken, müssen vom Antriebselement (z. B. Kugelge-windetrieb) aufgebracht werden. Die Antriebskraft ist daher betragsmäßig gleich Fwx, ist jedoch Fwx entgegen gerichtet. Sie trägt ebenfalls zur Belas-tung des Führungssystems bei.Außer der Antriebskraft wird jeder Belastung ein Lastfall j zugeordnet. Die Antriebskraft bildet kei-nen gesonderten Lastfall, weil sie jeweils die Ge-genkraft zu der wirkenden Kraft in x-Richtung ist. In die Berechnung geht sie mit entsprechendem Vorzeichen und den Maßen Ly und Lz ein.

Beschleunigungskraft Fa, Gewichtskraft Fg, Prozess-kräfte Fp, Antriebskraft Fwx und Positionen der Kraftan-griffspunkte

Größe Einheit

Wirkende Kräfte im Lastfall j Fwx, j Fwy, j Fwz, j

N

Koordinaten des Kraftangriffs-punktes im Lastfall j

xw, j yw, j zw, j

mm


t 3

t 2

t 1x

y

z

F wx,4

Fwz,1

v

F wx,2

Fwz,1

Fwz,1

Fwy,3 t 4

t 5

t 6x

y

z

F wx,4

Fwz,1

F wx,2

Fwz,1

Fwz,1

v




Im oben eingeführten Beispiel für einen Dynamik-zyklus wirkt während aller Phasen die gleiche Gewichtskraft Fg. Sie errechnet sich aus der Masse m = 40 kg. Beim Beschleunigen und beim Bremsen treten die Kräfte Fa auf. In den Phasen 1 und 6 sowie in den Phasen 3 und 4 sind die

Beschleunigungskräfte identisch. Der Vorwärts-hub erfolgt in der positiven x-Richtung, der Rück-wärtshub in der negativen x-Richtung. Während des Bearbeitungsprozesses wirkt die Kraft Fp in positiver y-Richtung. Somit ergeben sich für den Zyklus 4 Lastfälle.

Lastfall j Beschreibung Fw, j xw, j, yw, j, zw, j Phase

1 Gewichtskraft Fwz, 1 = FgFwz, 1 = m . gFwz, 1 = 40 kg . (– 9,81 m/s2)Fwz, 1 ≈ – 400 N

xw, 1 = xS = 0 mmyw, 1 = yS = 100 mmzw, 1 = zS = 50 mm

1; 2; 3; 4; 5; 6

2 Beschleuni-gungskraft mit a1/6 = 2,5 m/s2

Fwx, 2 = Fa 1/6Fwx, 2 = – m . a1/6Fwx, 2 = – 40 kg . 2,5 m/s2

Fwx, 2 = – 100 N


1; 6

3 Prozesskraft beim Bearbeiten

Fwy, 3 = Fp = 500 N xw, 3 = xp = 100 mmyw, 3 = yp = 200 mmzw, 3 = zp = 150 mm

2

4 Beschleuni-gungskraft mit a3/4 = – 2,5 m/s2

Fwx, 4 = Fa3/4Fwx, 4 = – m . a3/4Fwx, 4 = – 40 kg . (– 2,5 m/s2)Fwx, 4 = +100 N


3; 4

Vorwärtshub Rückwärtshub

Beispiel für veränderliche Belastungen:

Angaben zur Belastung

Größe Einheit

Wirkende Kräfte im Lastfall j Fwx, j, Fwy, j, Fwz, j

N

Gewichtskraft Fg N

Beschleunigungskraft Fa N

Prozesskraft Fp N

Angriffspunkt der wirkenden Kraft im Lastfall j

xw, j, yw, j, zw, j

mm

Massenschwerpunkt xs, ys, zs mm

Größe Einheit

Angriffspunkt der Prozesskraft xp, yp, zp mm

Beschleunigung a m/s2

Fallbeschleunigung (g = 9,81 m/s2)

g m/s2

Masse m kg

Lastfall j –

Phase n –


xy

z

Mx

M z

My

Fz

Fy




3.1.5.3 Belastungen durch Kräfte und Momente

Die auf das System wirkenden Kräfte verteilen sich abhängig von der Anordnung auf die Füh-rungswagen. Die Belastungen durch Kräfte und Momente auf Grund der wirkenden Kräfte müssen bei der Lebensdauerberechnung für jeden Füh-rungswagen berechnet werden.Alle Belastungsberechnungen setzen einen unendlich steifen Unterbau und einen unendlich steifen Aufbau voraus.

Kräfte und Momente am Führungswagen

Die folgende Tabelle zeigt die Anordnungen, die in der Praxis am häufigsten auftreten, mit den zu berechnenden Belastungen der Führungswagen.

Variante Anordnung Kräfte Momente

in z-Richtung

in y-Richtung

um die x-Achse

um die y-Achse

um die z-Achse

Zugkraft/Druckkraft

Seitenlast Torsions-moment

Längs-moment

Längs-moment

1 1 Schiene1 Wagen Fz Fy Mx My Mz

2 1 Schiene2 Wagen Fz Fy Mx – –

3 2 Schienen2 Wagen Fz Fy – My Mz

4 2 Schienen4 Wagen Fz Fy – – –



Belastung eines einzelnen Führungswagens durch Kräfte und Momente


L W

LS

α

βxy

z

1

2 3

4

L z

Ly

y

x

FzF

y

z w

xw

yw

Fwx

zM z

MyM

x

Fwy FwxFwz




Nachfolgend werden für die Schienen- und Wagenkombinationen die Berechnungsformeln zur Ermittlung der Wagenbelastungen aufgeführt. Hierfür gelten die folgenden Formelzeichen:

Formelzeichen

Fw x, j = Wirkende Kraft in x-Richtung des Lastfalls j (N)

Fw y, j = Wirkende Kraft in y-Richtung des Lastfalls j (N)

Fw z, j = Wirkende Kraft in z-Richtung des Lastfalls j (N)

Fz n i = Kraft in z-Richtung in Phase n auf Führungswagen i (N)

Fy n i = Kraft in y-Richtung in Phase n auf Führungswagen i (N)

Mx n i = Moment um die x-Achse in Phase n auf Führungswagen i (Nmm)

My n i = Moment um die y-Achse in Phase n auf Führungswagen i (Nmm)

Mz n i = Moment um die z-Achse in Phase n auf Führungswagen i (Nmm)

xw, j = x-Koordinate des Angriffspunktes der wirkenden Kraft (mm)

yw, j = y-Koordinate des Angriffspunktes der wirkenden Kraft (mm)

zw, j = z-Koordinate des Angriffspunktes der wirkenden Kraft (mm)

LS = Schienenabstand (mm)LW = Wagenabstand (mm)Ly = y-Koordinate des Antriebselementes (mm)Lz = z-Koordinate des Antriebselementes (mm)a = Winkelstellung des Systems um

die x-Achse (°)b = Winkelstellung des Systems um

die y-Achse (°)n = Phase (–)i = Führungswagen (–)j = Lastfall (–)k = Anzahl bzw. Endglied der Lastfälle (–)

Geometrie eines Systems mit 2 Führungsschienen und 4 Führungswagen

Wirkende Kräfte mit Kraftangriffspunkt sowie Belastun-gen durch Kräfte und Momente am Führungswagen bei einem System mit 1 Führungsschiene und 1 Führungs-wagen

– Am System angreifende Kräfte– Am Führungswagen auftretende Belastungen (Kräfte und Momente)


1

y

x

Fy n1

Fz n1

L z

Ly

z w

xw

yw

Fwy

Fwx

Fwz

Fwx

z

M z n1

My n1M

x n1




Belastungen auf ein System mit 1 Führungsschiene und 1 Führungswagen

Führungs-wagen i

Belastung Formel

1 Kraft in z-Richtung Fz n 1 = Fwz, j

k

j = 1

1 Kraft in y-Richtung Fy n 1 = Fwy, j

k

j = 1

1 Moment um die x-Achse Mx n 1 = Fwy, j · zw, j – Fwz, j · yw, j

k

j = 1

k

j = 1

1 Moment um die y-Achse My n 1 = Fw x, j · zw, j – Lz – Fwz, j · xw, j

k

j = 1

k

j = 1

1 Moment um die z-Achse Mz n 1 = – Fw x, j · yw, j – Ly + Fwy, j · xw, j

k

j = 1

k

j = 1

Anwendung 1 Schiene1 Wagen

(3-10)

(3-11)

(3-12)

(3-13)

(3-14)


1

2

L W

Fzn1

Fzn2

xy

Fyn1

Fyn2

L z

Ly

Fwy

Fwx

Fwz

Mxn1/2

Fwx

z w

xwyw

z



Anwendung 1 Schiene2 Wagen

Führungs-wagen i

Belastung Formel

1 Kraft in z-Richtung

k

j = 1Fz n 1 = –

Fwz, j

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · zw, j – Lz – Fwz, j · xw, j

2 L W


k

j = 1Fz n 2 = +

Fwz, j

k

j = 1

k


2 L W

1 Kraft in y-Richtung

k

j = 1Fy n 1 = –

Fwy, j

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · yw, j – Ly – Fwy, j · xw, j

2 L W

2 Kraft in y-Richtung

k

j = 1Fy n 2 = +

Fwy, j

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · yw, j – Ly – Fwy, j · xw, j

2 L W

1/2 Moment um die x-Achse

Mx n 1 = Mx n 2 =

k

j = 1

k

j = 1Fwy, j · zw, j – Fwz, j · yw, j

2

Belastungen auf ein System mit 1 Führungsschiene und 2 Führungswagen


(3-15)

(3-16)

(3-17)

(3-18)

(3-19)


Fz n2

Fz n1

Fy n2

1

2

LS

x

yL z

Ly

z w

xw

yw

Mz n1/2

My n1/2

Fwy

Fwx

Fwz

FwxF

y n1

z




Anwendung 2 Schienen2 Wagen

Führungs-wagen i

Belastung Formel


k

j = 1

k


LS

k

j = 1Fz n 1 = –

Fwz, j

2


k

j = 1

k


LS

k

j = 1Fz n 2 = +

Fwz, j

2

1/2 Kraft in y-Richtung

k

j = 1Fy n 1 = Fy n 2 =

Fwy, j

2

1/2 Moment um die y-Achse

My n 1 = My n 2 =

k

j = 1

k


2

1/2 Moment um die z-Achse

Mz n 1 = Mz n 2 =

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · yw, j – Ly + Fwy, j · yw, j –

2

Belastungen auf ein System mit 2 Führungsschienen und 2 Führungswagen

(3-20)

(3-21)

(3-23)

(3-22)

(3-24)


1

23

4Fz n2

Fz n4

Fz n3

Fz n1

L W

LS

x

yL z

Ly

yw

xw

z w

Fwy

Fwx

Fwz

Fwx

z




Die Anwendung mit 2 Schienen und 4 Wagen ist die am häufigsten gewählte Systemanordnung.

Deshalb wird diese Variante ausführlich beschrie-ben.

Anwendung 2 Schienen4 Wagen

i Formel

1 k

j = 1Fz n 1 = + +

Fwz, j

k

j = 1

k

j = 1Fwz, j · yw, j – Fwy, j · zw, j

4 2 · L S

k

j = 1

k

j = 1Fwz, j · xw, j – Fwx, j · zw, j – L z

2 · L W

2 k

j = 1Fz n 2 = + +

Fwz, j

k

j = 1

k

j = 1Fwz, j · yw, j – Fwy, j · zw, j

4 2 · L S

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · zw, j – L z – Fwz, j · x w, j

2 · L W

3 k

j = 1Fz n 3 = + +

Fwz, j

k

j = 1

k


4 2 · L S

k

j = 1

k

j = 1Fwz, j · xw, j – Fwx, j · zw, j – L z

2 · L W

4 k

j = 1Fz n 4 = + +

Fwz, j

k

j = 1

k


4 2 · L S

k

j = 1

k

j = 1Fwx, j · zw, j – L z – Fwz, j · x w, j

2 · L W

Die äußeren Belastungen Fz n i in einer Phase n, die auf die Führungswagen i (1 bis 4) in z-Rich-tung wirken, ergeben sich nach den folgenden Formeln.

Belastung in z-Richtung


(3-25)

(3-26)

(3-27)

(3-28)


1

23

4

L W

LS

x

yL z

Ly

Fy n2

Fy n4

Fy n3

Fy n1

yw

xw

z w

Fwy

Fwx

Fwz

Fwx

z




Die äußeren Belastungen Fy n i in einer Phase n, die auf die Führungswagen i (1 bis 4) in y-Rich-tung wirken, ergeben sich nach den folgenden Formeln.

Belastung in y-Richtung

i Formel

13

k

j = 1Fy n 1 = Fy n 3 = +

Fwy, j

4

k

j = 1

k

j = 1Fwy, j · xw, j – Fwx, j · yw, j – L y

2 · L W

24

k

j = 1Fy n 2 = Fy n 4 = –

Fwy, j

4

k

j = 1

k

j = 1Fwy, j · xw, j – Fwx, j · yw, j – L y

2 · L W


(3-29)

(3-30)


x

z

y

y x

z

Fz n i

i

Fy n i

Fcomb n i = Fy n i + Fz n i



3.1.5.4 Kombinierte äquivalente Lagerbelastung


Die zuvor berechneten Belastungen auf die ein-zelnen Führungswagen (Kräfte Fx, Fy, Fz und Mo-mente Mx, My, Mz) werden zu Vergleichsbelastun-gen für jeden Führungswagen zusammengefasst. Diese Vergleichsbelastungen heißen kombinierte äquivalente Lagerbelastungen.Ähnlich wie bei der Berechnung von Rotations-wälzlagern (radiale und axiale Kräfte) werden Belastungen auf Führungswagen in horizontale (y-Richtung) und vertikale (z-Richtung) Lasten unterschieden. Bei Belastungen, die nicht in einer der oben beschriebenen Hauptlastrichtungen wir-ken, müssen die Kräfte aufgeteilt werden. Zusätz-lich zu Kräften können Führungswagen auch mit Momenten belastet werden. Sind Führungswagen mit geringem Abstand auf einer Führungsschiene hintereinander montiert, muss dies in der Berech-nung der Lagerbelastung berücksichtigt werden.

Somit ergeben sich die folgenden Belastungs-fälle:

Vertikale und horizontale KräfteVertikale und horizontale Kräfte in Verbindung mit MomentenBerücksichtigung von eng zusammengesetz-ten Führungswagen (mit Kontaktfaktor fC)

❚

❚

❚

Hauptlastrichtungen

Definition der Hauptlastrichtungen

Vertikale und horizontale Kräfte

(3-31)

Fcomb n i = Kombinierte äquivalente Lagerbelastung des Führungswagens i (N)

Fz n i = Kraft in z-Richtung während Phase n auf Führungswagen i (N)

Fy n i = Kraft in y-Richtung während Phase n auf Führungswagen i (N)

Bei äußeren Belastungen auf einen Führungswa-gen i in der Phase n durch vertikale Kräfte Fz und horizontale Kräfte Fy wird für die Lebensdauer-berechnung eine Vergleichsbelastung benötigt. Diese kombinierte äquivalente Lagerbelastung ist die Summe aus den Beträgen der Kräfte Fz und Fy. Der Aufbau der Profilschienenführungen lässt diese vereinfachte Berechnung zu.

Vertikale und horizontale Kräfte


xy

z

iM

x n i

M z n i

My n i

Fz n i

Fy n i




Bei einer äußeren Belastung auf einen Füh-rungswagen i in der Phase n durch vertikale und horizontale Kräfte in Verbindung mit Momenten um die x-, y- und z-Achse berechnet sich die kombinierte äquivalente Lagerbelastung nach den unten folgenden Formeln. Da die Anschlusskonstruktion als unendlich steif angenommen wird, können Momente nur bei drei bestimmten Anordnungen auftreten. Lediglich beim Einsatz nur eines Führungswagens können Momente in allen Richtungen aufgenommen wer-den (vgl. Kapitel 3.1.5.3).

Vertikale und horizontale Kräfte in Verbindung mit Momenten

Anordnung Formel

1 Schiene 1 Wagen

Mx n i

MtFcomb n i = Fy n i + Fz n i + C · + C · + C ·

My n i

ML

Mz n i

ML

1 Schiene 2 Wagen Fcomb n i = Fy n i + Fz n i + C ·

Mx n i

Mt

2 Schienen 2 Wagen Fcomb n i = Fy n i + Fz n i + C · + C ·

Myn i

ML

Mz n i

ML

Kombinierte Belastung aus Kräften und Momenten

Fcomb n i = Kombinierte äquivalente Lager- belastung während Phase n auf Führungswagen i (N)



Mx n i = Torsionsmoment um die x-Achse während Phase n auf Führungs- wagen i (Nm)

My n i = Längsmoment um die y-Achse während Phase n auf Führungs- wagen i (Nm)

Mz n i = Längsmoment um die z-Achse während Phase n auf Führungs wagen i (Nm)

(3-32)

(3-33)

(3-34)

C = Dynamische Tragzahl (N)Mt = Dynamisches Torsionstragmoment (Nm)ML = Dynamisches Längstragmoment (Nm)


LFW

LW

fC = i0,7

i

Fcomb n i = · Fy n i + Fz n i 1fC




Werden Führungswagen in einem Mittenab-stand LW von weniger als dem 1,5-fachen der Führungswagenlänge LFW auf einer Führungs-schiene hintereinander montiert, muss mit ungleichmäßiger Lastverteilung auf die Führungs-wagen gerechnet werden. Grund hierfür sind Ungenauigkeiten der Montageflächen und die Fertigungstoleranzen der Führungselemente.

In die Berechnung der Lagerbelastung geht daher der Kontaktfaktor fC ein. Der Kontaktfaktor ist abhängig von der Anzahl der Führungswagen mit kleinem Abstand. Er ist ein statistischer Wert. Für den normalen Betrieb mit ausreichendem Abstand der Führungswagen ist der Kontaktfaktor fC = 1.

Der Kontaktfaktor fC kann nach folgender Formel berechnet werden:

Führungswagen mit kleinem Abstand

Kontaktfaktor

Führungswagenlänge und Abstand der Führungswagen

(3-35)

fC = Kontaktfaktor (–)i = Anzahl der Führungswagen mit kleinem

Abstand (–)

Anzahl Führungswagen Kontaktfaktor fC

1 1

2 0,81

3 0,72

4 0,66

5 0,62

Durch den Kontaktfaktor fC erhöht sich je nach Belastungsfall die äquivalente Lagerbelastung und somit reduziert sich die Lebensdauer.

Fcomb n i = Kombinierte äquivalente Lagerbelastung während Phase n, Führungswagen i (N)



Die Formeln (3-32) bis (3-34) für die Momenten-belastung werden bei Führungswagen mit kleinem Abstand ebenfalls mit dem Kehrwert von fC multipliziert.

Momentenbelastung

(3-36)


Fpr = Xpr · C

Flim = 2,8 · Fpr

Fcomb n i > 2,8 · Fpr Fcomb n i ≤ 2,8 · Fpr

Feff n i = Fcomb n i Feff n i = +1 · Fpr Fcomb n i

2,8 · Fpr

32



3.1.5.5 Berücksichtigung der Vorspannung

Werden Profilschienenführungen mit Vorspan-nung eingesetzt, so muss dies bei bestimmten Belastungen in der Lebensdauerberechnung berücksichtigt werden.

(3-37)

Fpr = Innere Belastung des Führungswagens durch die Vorspannung (Vorspannkraft) (N)

Xpr = Vorspannungsklassenfaktor (–)C = Dynamische Tragzahl (N)

Vorspannklasse Vorspannungs-klassenfaktor Xpr

C0 0

C1 0,02

C2 0,08

C3 0,13

Anhand der Vorspannkraft und der Steifigkeits-kurve des Führungswagens kann der Lastpunkt ermittelt werden, an dem einzelne Laufbahnen des Führungswagens entlastet werden, d. h. die Vorspannkraft aufgehoben ist. Diesen Effekt bezeichnet man als Ausklinken. Beschrieben wird dieser Punkt für Profilschienenführungen durch

Ausklinkkraft die sogenannte Ausklinkkraft Flim. Diese Kraft ist für Kugelschienenführungen und Rollenschie-nenführungen unterschiedlich. Zur Vereinfachung der Berechnung wird für beide Führungen der Ausklinkpunkt für Kugelschienenführung ange-nommen.

Flim = Ausklinkkraft (N)Fpr = Vorspannkraft (N)

Zur Bewertung, ob die Vorspannung Einfluss auf die Lebensdauer hat, muss zunächst die innere Vorspannkraft des Führungswagens berechnet werden.

Vorspannkraft


Dies führt zu einer Fallunterscheidung:

Fall 1: F > FlimWenn die äußere Belastung, d.h. die kombinierte äquivalente Lagerbelastung eines Führungswa-gens i in einer Phase n, größer als die Ausklink-kraft ist, hat die Vorspannung keinen Einfluss auf die Lebensdauer.

Kein Einfluss der Vorspannung:

Fallunterscheidung

Fall 2: F ≤ FlimIst die äußere Kraft, d. h. die kombinierte äquiva-lente Lagerbelastung eines Führungswagens i in einer Phase n, kleiner oder gleich dem 2,8-fachen der internen Vorspannkraft, so liegt ein Einfluss der Vorspannung vor.

Einfluss der Vorspannung:

Fcomb n i = Kombinierte äquivalente Lagerbelastung während Phase n, Führungswagen i (N)

Fpr = Vorspannkraft (N)Feff n i = Effektive äquivalente Lagerbelastung

während Phase n, Führungswagen i (N)

(3-38)

(3-39)Effektive äquivalente Lagerbelastung (3-40)


qsn = · 100 %sn

s

120

100

80

60

40

20

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

F (N

)

s (m)

s1 s2

F3

F2

F1

Fm

s3

Fm i = Feff 1 i · + Feff 2 i · + ... + Feff n i · p qs1

100 %qsn

100 %qs2

100 %

p p p

s = s1 + s2 + ... + sn




3.1.5.6 Dynamisch äquivalente Lagerbelastung

Die dynamisch äquivalente Lagerbelastung Fm ist immer dann zu berechnen, wenn veränder-liche Prozesskräfte angreifen, Beschleunigung bzw. Verzögerung des Systems vorliegt oder die Gewichtskräfte veränderlich sind. Mit der Berechnung der dynamisch äquivalenten Last werden die Belastungen eines Führungswagens i in den einzelnen Phasen n zu einer resultierten Vergleichslast für den gesamten Dynamikzyklus zusammengefasst. Liegt eine stufenförmig verän-derliche Lagerbelastung vor, wird die dynamisch äquivalente Lagerbelastung analog zu Rotations-wälzlagern ermittelt.

Veränderliche Kräfte

Die dynamisch äquivalente Lagerbelastung wird bei stufenförmig veränderlicher Belastung nach Weganteilen gerechnet.

Weganteile für die Phasen n berechnen:

Stufenförmig veränderliche Lagerbelastung

(3-41) qs1 ... qsn = Weganteile der Phasen 1 ... n (%)s1 ... sn = Wege der Phasen 1 ... n (mm)s = Gesamtweg (mm)n = Phase (–)(3-42)

Beispiel für stufenförmig veränderliche Belastungen

Für den jeweiligen Führungswagen i werden in jeder Bewegungsphase n die Einzelbelastungen entsprechend den vorherigen Kapiteln berechnet. Diese Einzelbelastungen werden dann mit den jeweiligen prozentualen Weganteilen multipliziert. Nach Formel (3-43) berechnet sich schließlich die äquivalente Belastung des Führungswagens über den gesamten Bewegungszyklus.

Dynamisch äquivalente Belastung eines Führungswagens

Fm i = Dynamisch äquivalente Lagerbelastung des Führungs- wagens i (N)Feff1 i ... Feffn i = Effektive äquivalente

Lagerbelastungen des Führungs- wagens i in den Phasen 1 ... n (N)

qs1 ... qsn = Weganteile der Phasen 1 ... n (%)s1 ... sn = Wege der Phasen 1 ... n (mm)s = Gesamtweg (mm)

(3-43)


-- Tatsächlicher Kraftverlauf– Effektive äquivalente Belastung in den Phasen 1 ... n– Dynamisch äquivalente Belastung für den gesamten Zyklus


Li = · 105 m CFi

p

L h i = L i

2 · sHub · nHub · 60



3.1.5.7 Lebensdauer

Die nominelle Lebensdauer ist die mit 90 % Erle-benswahrscheinlichkeit erreichbare rechnerische Lebensdauer für ein einzelnes Wälzlager oder eine Gruppe von offensichtlich gleichen oder

Nominelle Lebensdauer

Die nominelle Lebensdauer eines Führungswa-gens i wird nach folgender Formel berechnet. Das Ergebnis ist die zu erwartende Laufleistung in Metern.

Li = Nominelle Lebensdauer des Führungswagens i (m)

C = Dynamische Tragzahl (N)Fi = Lagerbelastung des Führungswagens i (N)

(3-44)


Belastungsfall Kraft Fi Lebensdauer Beschreibung Kapitel

Kräftebelastung Fy n i

Fz n i Li = · 105 m CFy n i

p Bei konstanter Kraft in Hauptlast-richtung auf den Führungswagen i

3.1.5.3

Kombinierte äquivalente Lagerbelastung

Fcomb n iLi = · 105 m C

Fcomb n i

p Bei konstanter Kraft unter einem be-stimmten Winkel oder einem konstanten Moment auf den Führungswagen i

3.1.5.4

Berücksichtigung der Vorspannung mit der effektiven äquivalenten Lagerbelastung

Feff n iLi = · 105 m C

Feff n i

p Bei Einfluss der Vorspannung und einer konstanten Lagerbelastung auf den Führungswagen i

3.1.5.5

Dynamisch äquivalente Lagerbelastung

Fm iLi = · 105 m C

Fm i

p Bei veränderlicher Lagerbelastung in n Phasen auf den Führungswagen

3.1.5.6

Abhängig vom vorliegenden Belastungsfall kön-nen die nachfolgend aufgelisteten Kräfte in die Formel eingesetzt werden.

Unterscheidung nach Belastungsfall

unter gleichen Bedingungen laufenden Wälzla-gern bei heute allgemein verwendetem Werkstoff normaler Herstellqualität und üblichen Betriebs-bedingungen (nach DIN ISO 14 728–1).


Sind Hublänge sHub und Hubfrequenz nHub über die gesamte Lebensdauer konstant, kann die Lebensdauer in Betriebsstunden wie folgt ermit-telt werden:

Lebensdauer in Betriebsstunden

Lh i = Nominelle Lebensdauer (h)Li = Nominelle Lebensdauer (m)sHub = Hublänge (m)nHub = Hubfrequenz (Doppelhübe je Minute) (min–1)

(3-49)

(3-45)

(3-46)

(3-47)

(3-48)


qtn = · 100 %tnt

1,8 1,6 1,4 1,21,0 0,8 0,6 0,4 0,2

00 1 2 3 4 5 6 7 8 109

v (m

/s)

t (s)

t1 t2

v1

v2

v3

vm

t3

vm = v1 · qt1 + v2 · qt2 + ... + vn · qtn

100 %

L h i = Li

60 · vm

t = t1 + t2 + ... + tn




Alternativ kann die Lebensdauer in Betriebsstun-den über eine mittlere Geschwindigkeit vm be-rechnet werden. Diese mittlere Geschwindigkeit wird bei stufenweise veränderlichen Geschwin-digkeiten über die Zeitanteile qtn der Phasen berechnet.

qt1 ... qtn = Zeitanteile der Phasen 1 ... n (%)t1 ... tn = Zeiten der Phasen 1 ... n (s)t = Gesamtzeit (s)vm = Mittlere Geschwindigkeit (m/min)v1 … vn = Mittlere Geschwindigkeiten der Phasen 1 … n (m/min)Lh i = Nominelle Lebensdauer in

Betriebsstunden (h)Li = Nominelle Lebensdauer (m)

(3-50)

Beispiel für stufenförmig veränderliche Geschwindig-keiten

(3-51)

(3-52)

(3-53)

Nach der DIN ISO 14 728-1 ist die Lebensdauer-berechnung nach obigen Formeln nur unter folgenden Voraussetzungen gültig:

Eine bestimmte Belastung darf nicht über-schritten werden.Eine bestimmte Hublänge darf nicht unter-schritten werden.Während des Betriebs treten keine bedeu-tenden Schwingungen auf.

❚

❚

❚

Grenzen der Lebens-dauerberechnung

F = Lagerbelastung (N)C = Dynamische Tragzahl (N)C0 = Statische Tragzahl (N)

Lebensdauer in Betriebsstunden

Die Lagerbelastungen müssen in einem bestimm-ten Verhältnis zur statischen Tragzahl und zur dynamischen Tragzahl stehen.

Belastungsgrenzen für die Lebensdauer-berechnung:

F ≤ 0,5 CF ≤ C0

❚

❚

Begrenzung durch Belastung

-- Tatsächlicher Geschwindigkeitsverlauf– Mittlere Geschwindigkeiten in in den Phasen 1 ... 3– Mittlere Geschwindigkeit über gesamten Zyklus

Zeitanteile berechnen:

Mittlere Geschwindigkeit berechnen:

Lebensdauer in Betriebsstunden über die mittlere Geschwindigkeit berechnen:


L na i = a1 · · 105 m CFi

p

LFW

LHub



Die nominelle Lebensdauer L wird mit einer Erlebenswahrscheinlichkeit von 90 % aller Führungselemente erreicht. Ist eine höhere Erle-benswahrscheinlichkeit erwünscht, wird mit der modifizierten Lebensdauer Lna gerechnet. Hierbei wird die nominelle Lebensdauer mit dem Lebens-dauerbeiwert a1 multipliziert. Der Beiwert steht für die Erlebenswahrscheinlichkeit der Führungs-wagen und kann der nebenstehenden Tabelle entnommen werden.

Modifizierte Lebensdauer

Lna i = Modifizierte Lebensdauer (m)C = Dynamische Tragzahl (N)Fi = Lagerbelastung des Führungswagens i (N)a1 = Lebensdauerbeiwert (–)

(3-54)

Erlebenswahrschein-lichkeit (%)

Lna a1

90 L10a 1

95 L5a 0,62

96 L4a 0,53

97 L3a 0,44

98 L2a 0,33

99 L1a 0,21



Bei Anwendung mit Hüben kleiner als die zweifache Führungswagenlänge haben nicht alle Wälzkörper Wälzkontakt im Vorlauf. Es handelt sich um so genannten Kurzhub.

Hubgrenze für die Lebensdauerberechnung:LHub > 2 · LFW

Definition Kurzhub:LHub < 2 · LFW

❚

❚

Begrenzung durch Kurzhub

LFW = Führungswagenlänge (mm)LHub = Hublänge (mm)

Wenn Kurzhub vorliegt, muss dies in der Lebens-dauerberechnung berücksichtigt werden. Die zu erwartende Lebensdauer liegt dann unter der nominellen Lebensdauer. Für die Berechnung der Lebensdauer bitte Kontakt mit Rexroth aufneh-men.

Schwingungen im Führungssystem können zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer der Profilschienenführung führen. Wenn an den Maschinen bedeutende Schwingungen erwartet werden, bitte Kontakt mit Rexroth aufnehmen.

Begrenzung durch Schwingungen

Hublänge und Führungswagenlänge


F0comb i = F0 y i + F0 z i

y x

z

F0 z n i

i

F0 y n i




3.1.5.8 Statisch äquivalente Lagerbelastung

Treten hohe statische Belastungen der Füh-rungswagen auf, so ist die statisch äquivalente Lagerbelastung zu berechnen. Diese Belastung ist keine dynamische Belastung während des Verfahrens. Sie kommt nur im Ruhezustand der Führung vor.

Die statisch äquivalente Belastung unterscheidet sich nach ihrer Zusammensetzung:

Horizontale und vertikale KräfteHorizontale und vertikale Kräfte in Verbindung mit Momenten

Die statisch äquivalente Belastung F0 comb i darf die statische Tragzahl C0 nicht überschreiten. Die statische äquivalente Belastung wird für die Ermittlung der statischen Tragsicherheit benötigt, siehe Kapitel 3.1.5.9.Weiterhin muss wie für den dynamischen Lastfall geprüft werden, ob die Vorspannung Einfluss auf die anliegende Belastung hat, siehe Kapitel 3.1.5.5. Liegt ein Einfluss der Vorspannung vor, wird die effektive äquivalente Lagerbelastung entsprechend Formel (3-40) berechnet.

❚

❚

Hohe statische Belastungen

Äußere statische Lasten unter einem beliebigen Winkel müssen in ihre horizontalen (y-Rich-tung) und vertikalen (z-Richtung) Anteile zerlegt werden. Anschließend werden die Beträge der beiden Anteile addiert. Der Aufbau der Pro-filschienenführungen lässt diese vereinfachte Berechnung zu.

Horizontale und vertikale Kräfte

F0 comb i = Statisch äquivalente Lagerbelastung des Führungswagens i (N)

F0 y i = Statische Belastung durch eine Kraft in z-Richtung auf den Führungswagen i (N)

F0 z i = Statische Belastung durch eine Kraft in z-Richtung auf den Führungswagen i (N)

(3-55)

Horizontale und vertikale Kräfte


xy

z

iM

0 x i

M 0 z i

M0 y i

F0 z i

F0 y i




F0 comb i = Statisch äquivalente Lagerbelastung des Führungswagens i (N)

F0 y i = Kraft in y-Richtung auf den Führungswagen i (N)

F0 z i = Kraft in z-Richtung auf den Führungswagen i (N)

C0 = Statische Tragzahl (N)

M0 x i = Statisches Torsionsmoment um die x-Achse am Führungswagen i (Nm)

M0 y i = Statisches Längsmoment um die y-Achse am Führungswagen i (Nm)

M0 z i = Statisches Längsmoment um die z-Achse am Führungswagen i (Nm)

Mt0 = Statisches Torsionstragmoment (Nm)ML0 = Statisches Längstragmoment (Nm)

Die kombinierte äußere statische Lagerbelastung mit Kräften und Momenten um die x-, y- und z-Achse tritt nur bei bestimmten Anordnungen auf (vgl. Kap. 3.1.5.3).

Horizontale und vertikale Kräfte in Verbindung mit Momenten

Anordnung Formel

1 Schiene 1 Wagen

M0 x iMt0

F0 comb i = F0 y i + F0 z i + C0 · + C0 · + C0 ·M0 y iML0

M0 z iML0

1 Schiene 2 Wagen

M0 x iMt 0

F0 comb i = F0 y i + F0 z i + C0 ·

2 Schienen 2 Wagen

M 0 y i ML0

F0 comb i = F0 y i + F0 z i + C0 · + C0 · M0 z i ML0

(3-56)

(3-57)

(3-58)

Kombinierte Belastung aus Kräften und MomentenDie Formeln für die jeweiligen Anordnungen der Profilschienenführungen sind in der Tabelle aufgeführt.


C0F0 max

C0F0 comb i

S0 = = C0

Fmax

C0Feff n i

S0 = =




3.1.5.9 Statische Tragsicherheit

Die Berechnung der statischen Tragsicherheit S0 dient dazu, unzulässige Belastungen der Wälz-körper und Laufbahnen zu vermeiden. Für die Berechnung wird die maximale Belastung auf den höchstbelasteten Führungswagen verwendet.

Dies kann im Falle einer statischen Belastung die maximale statische Lagerbelastung F0 max sein oder im Falle rein dynamischer Belastung die maximale dynamische Lagerbelastung Fmax .

Fall 1: Berechnung mit der maximalen statischen Lagerbelastung F0 max

Fall 2: Berechnung mit der maximalen dynamischen Lagerbelastung Fmax

(3-59)

S0 = Statische Tragsicherheit (–)C0 = Statische Tragzahl (N)F0 max = Maximale statische

Lagerbelastung (N)F0 comb i = Maximale statisch äquivalente Lager-

belastung des Führungswagens i (N)

(3-60)

3.1.5.10 Beispiel zur Lebensdauerberechnung

Das System im Berechnungsbeispiel besteht aus 2 Schienen mit 4 Führungswagen. Dies stellt eine typische Anordnung dar. Gefordert wird eine Lebensdauer von 10 000 Stunden. Berechnet wird ein Bewegungszyklus, welcher neben den Gewichtskräften im Massenschwerpunkt auch eine Prozesskraft Fp beinhaltet. Um das Berech-nungsbeispiel leicht nachvollziehbar zu gestalten, wird ein vereinfachter Dynamikzyklus ohne Rück-hub angenommen.

Die Produktauswahl hatte die Kugelschienenfüh-rung der Größe 30 zum Ergebnis.

1. Schritt:Betriebsbedingungen festlegen

Fmax = Maximale dynamische Lagerbelastung (N)

Feff n i = Maximal auftretende dynamische Lagerbelastung in der Phase n auf den Führungswagen i (N)

Einsatzbedingungen S0

Normale Einsatzbedingungen 1) 1 ... 2

Geringe Stoßbelastungen und Vibrationen 2 ... 4

Mäßige Stoßbelastungen oder Vibrationen 3 ... 5

Starke Stoßbelastungen oder Vibrationen 4 ... 6

Unbekannte Belastungsparameter 6 ... 15

Empfehlungen für die statische Tragsicherheit:

Zur Definition von normalen Einsatzbedingungen siehe Kapitel 2.4.2.4

1)

Angaben zum Führungssystem

Merkmal/Größe Wert

Profilschienenführung Kugelschienenführung

Größe 30

Führungswagen Flansch Lang Standardhöhe (FLS),

ohne Kugelkette

Materialnummer R1653 721 20

Vorspannungsklasse C2

Vorspannungsklassen-faktor

Xpr 0,08

Genauigkeitsklasse SP

Dynamische Tragzahl C 40 000 N

Statische Tragzahl C0 57 800 N

Unabhängig von der statischen Tragsicherheit muss sichergestellt sein, dass die zulässige Maximalbelastung der Profilschienenführung nicht überschritten wird. Die zulässige Maximalbela-stung ergibt sich aus der Bauteilfestigkeit der Führungswagen. Werte für die zulässigen Maxi-malbelastungen einiger Profilschienenführungen sind in den Produktkatalogen angegeben.


0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

00 0,2 0,4 0,6 0,8 1

v (m

/s)

t (s)

t1 t2 t3

xy

z

z s

xs

ys

m

LS

1

2

4

3

L W



Als Anordnung wurde eine 2-Schienen-4-Wagen-Anordnung mit horizontalem Einbau gewählt.

Anordnung

Anordnung des Führungssystems und Lage des Massenschwerpunktes im Berechnungsbeispiel mit 2 Schienen und 4 Führungswagen



Größe Wert

Abstand der Führungswagen L W 600 mm

Abstand der Führungsschienen L S 450 mm

y-Koordinate der Antriebseinheit L y 0 mm

z-Koordinate der Antriebseinheit L z 0 mm

Winkelstellung um die x-Achse a 0 °

Winkelstellung um die y-Achse b 0 °

Masse des Maschinentisches m 450 kg

x-Koordinate des Schwerpunktes xS 300 mm

y-Koordinate des Schwerpunktes yS –50 mm

z-Koordinate des Schwerpunktes zS 250 mm

Berechnungsbeispiel: Geschwindigkeiten während der einzelnen Phasen

Der Dynamikzyklus besteht aus drei Phasen:Phase 1: BeschleunigungsphasePhase 2: BearbeitungsphasePhase 3: Verzögerungsphase

❚

❚

❚

Dynamikzyklus

Angaben zum Dynamikzyklus

Größe Wert

Anzahl der Phasen n 3

Zeit der Phase 1 t1 0,2 s



Weg in Phase 1 s1 0,04 m



Beschleunigung in Phase 1 a1 2 m/s2

Beschleunigung in Phase 2 a2 0 m/s2

Beschleunigung in Phase 3 a3 –2 m/s2


0,45 0,40 035 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,5

00 100 200 30050 150 250 350

v (m

/s)

v (m

/s)

s (mm)

s1 s2 s3

v1v1

v2v2

v3v3

qs n = · 100 % sns

qs 1 = · 100 % = · 100 % = 12,5 % s1s

0,04 m0,32 m0,24 m0,32 m0,04 m0,32 m

qs 2 = · 100 % = · 100 % = 75 % s2s

qs 3 = · 100 % = · 100 % = 12,5 % s3s

s = sn = s1 + s2 + s3 = 0,04 m + 0,24 m + 0,04 m = 0,32 m

qt n = · 100 % tnt

qt 1 = · 100 % = · 100 % = 20 % t1t

0,2 s1 s

0,6 s1 s

0,2 s1 s

qt 2 = · 100 % = · 100 % = 60 % t2t

qt 3 = · 100 % = · 100 % = 20 % t3t

t = tn = t1 + t2 + t3 = 0,2 s + 0,6 s + 0,2 s = 1 s

vn = sntn

s1t1

v1 = = = 0,2 = 12 0,04 m0,2 s

ms

mmin

s2t2

v2 = = = 0,4 = 24 0,24 m0,6 s

ms

mmin

s3t3

v3 = = = 0,2 = 12 0,04 m0,2 s

ms

mmin




Weganteile qsn mit den Formeln (3-42) und (3-41) berechnen:Weganteile

Zeitanteile qtn mit den Formeln (3-51) und (3-50) berechnen:Zeitanteile

Mittlere Geschwindigkeiten der einzelnen Phasen berechnen:

Mittlere Geschwin-digkeiten

Weg-Geschwindigkeits-Diagramm

– Tatsächlicher Geschwindigkeitsverlauf– Mittlere Geschwindigkeit


y xz p

xp

Fg

Fa yp

Fpy

z S

xS

yS

z

L W

1

2

4

3



Lastfälle unterscheiden und zuordnen:

Lastfall j Beschreibung Wirkende Kraft Fw, j Kraftangriffspunkt xw,j, yw,j, zw,j Phase n

1 Gewichtskraft Fwz,1 = Fg = –4415 N xw,1 = xS = 300 mmyw,1 = yS = –50 mmzw,1 = zS = 250 mm

1; 2; 3

2 Beschleunigungs-kraft mit a1 = 2 m/s2

Fwx,2 = Fa1 = –900 N xw,2 = xS = 300 mmyw,2 = yS = –50 mmzw,2 = zS = 250 mm

1

3 Prozesskraft beim Bearbeiten

Fwy,3 = Fp = –4500 N xw,3 = xp = 200 mmyw,3 = yp = 150 mmzw,3 = zp = 500 mm

2

4 Beschleunigungs-kraft mit a3 = –2,5 m/s2

Fwx,4 = Fa3 = +900 N xw,4 = xS = 300 mmyw,4 = yS = –50 mmzw,4 = zS = 250 mm

3


Angaben zur Belastung

Größe Wert

Masse des Maschinentisches m 450 kg

x-Koordinate des Schwerpunktes xS 300 mm

y-Koordinate des Schwerpunktes yS –50 mm

z-Koordinate des Schwerpunktes zS 250 mm

Prozesskraft in y-Richtung Fp –4500 N

x-Koordinate des Angriffspunktes der Prozesskraft

xp 200 mm

y-Koordinate des Angriffspunktes der Prozesskraft

yp 150 mm

z-Koordinate des Angriffspunktes der Prozesskraft

zp 500 mm

Belastung

Phase n Wirkende Kraft

1 Gewichtskraft und Beschleunigungskraft

2 Gewichtskraft und Prozesskraft

3 Gewichtskraft und Beschleunigungskraft

Wirkende Kräfte berechnen:

Wirkende Kräfte analysieren:

Wirkende Kraft Berechnung

GewichtskraftFg = m · g = 450 kg · – 9,81 = – 4415 Nm

s2

Beschleunigungskraft in positiver x-Richtung beim Anfahren. Auf Grund der Massenträg-heit wirkt die Kraft negativ in x-Richtung.

Fa1 = ( – 1) · m · a1 = 450 kg · 2 = – 900 Nms2

Beschleunigungskraft in negativer x-Rich-tung beim Abbremsen. Auf Grund der Massenträgheit wirkt die Kraft positiv in x-Richtung.

Fa3 = ( – 1) · m · a3 = ( – 1) · 450 kg · –2 = 900 Nms2

Beschleunigungskraft Fa, Gewichtskraft Fg, Prozess-kraft Fp und Koordinaten der Kraftangriffspunkte

Da das Antriebselement keinen Abstand zum Nullpunkt des Koordinatensystems hat, geht die Antriebskraft nicht in die Berechnung ein.


xy

z

1

2

4

3

z w

xw

yw

LS

Fwx, 2

Fz1 1

Fz1 4

Fz1 3Fz1 2

Fwz,1

L W

Fwx, 2

Fz1 1 = + + = –1775 N ( –4415 N )

4 ( –4415 N ) · ( –50 mm)

2 · 450 mm((–4415 N ) · 300 mm) – ((–900 N ) · 250 mm)

2 · 600 mm

Fz1 1 = + + Fwz, 1 Fwz, 1 · yw, 1 ( Fwz, 1 · xw, 1) – (Fwx, 2 · zw, 2 )

4 2 · L S 2 · L W

Fz1 2 = + + = 58 N ( –4415 N )

4 ( –4415 N ) · ( –50 mm)

2 · 450 mm((–900 N ) · 250 mm) – ((–4415 N) · 300 mm)

2 · 600 mm

Fz1 2 = + + Fwz, 1 Fwz, 1 · yw, 1 ( Fwx, 2 · zw, 2 ) – (Fwz, 1 · xw, 1)

4 2 · L S 2 · L W

Fz1 3 = + + = –2265 N ( –4415 N )

4 – (( –4415 N ) · ( –50 mm))

2 · 450 mm ((–4415 N) · 300 mm) – ((–900 N) · 250 mm)

2 · 600 mm

Fz1 3 = + + Fwz, 1 – (Fwz, 1 · yw, 1) ( Fwz, 1 · xw, 1) – (Fwx, 2 · zw, 2)

4 2 · L S 2 · L W

Fz1 4 = + + = –433 N ( –4415 N )

4 –(( –4415 N ) · ( –50 mm))

2 · 450 mm((–900 N ) · 250 mm) – ((–4415 N) · 300 mm)

2 · 600 mm

Fz1 4 = + + Fwz, 1 – (Fwz, 1 · yw, 1) ( Fwx, 2 · zw, 2) – (Fwz, 1 · xw, 1)

4 2 · L S 2 · L W




Bei einer 2-Schienen-4-Wagen-Anordnung müs-sen nur Kräfte berechnet werden, denn an den Führungswagen treten (unter der Annahme einer unendlich steifen Anschlusskonstruktion) keine Momente auf.

Berechnung der Kräfte nach den Formeln:(3-25) bis (3-28) für die Belastungen der Füh-rungswagen in z-Richtung(3-29) und (3-30) für die Belastungen der Führungswagen in y-Richtung

❚

❚

2. Schritt:Belastungen durch Kräfte und Momente berechnen

Belastung der Führungswagen durchGewichtskraft Fg = –4415 NBeschleunigungskraft Fa1 = –900 N beim Anfahren

❚

❚

Berechnen der Lagerbelastungen pro Wagen in Phase 1

Lastfall j Fwx, j Fwy, j Fwz, j xw, j yw, j zw, j

1 – – Fwz, 1 = –4415 N xw, 1 = 300 mm yw, 1 = –50 mm zw, 1 = 250 mm

2 Fwx, 2 = –900 N – – xw, 2 = 300 mm yw, 2 = –50 mm zw, 2 = 250 mm

Zug-/Druckbelastung in z-Richtung

Lagerbelastungen in z-Richtung während Phase 1


Fy1 1 = = = –38 N – (Fwx, 2 · yw, 2 ) –((–900 N ) · (–50 mm))

2 · L W 2 · 600 mm

Fy1 2 = – = = 38 N – (Fwx, 2 · yw, 2 ) ((–900 N ) · (–50 mm))

2 · L W 2 · 600 mm

Fy1 3 = = = –38 N – (Fwx, 2 · yw, 2 ) –((–900 N ) · (–50 mm))

2 · L W 2 · 600 mm

Fy1 4 = – = = 38 N – (Fwx, 2 · yw, 2 ) (–900 N ) · (–50 mm)

2 · L W 2 · 600 mm

xy

z

z w

xw

yw

LS

1

2

4

3

Fwx, 2

Fy1 1

Fy1 4

Fy1 3

Fy1 2

L W

Fwx, 2

Fz2 4

Fz2 3

Fz2 1

Fz2 2

y x

L W

LS

1

2

4

3

z w3

xw3

yw3

z w1

z w1

xw1yw1

Fy2 1

Fy2 4

Fy2 3

Fy2 2

Fwz,1

Fwy, 3

z



Belastung der Führungswagen durchGewichtskraft Fg = –4415 NProzesskraft Fp = –4500N beim Bearbeiten

❚

❚




3 – Fwy, 3 = –4500 N – xw, 3 = 200 mm yw, 3 = 150 mm zw, 3 = 500 mm


Seitenbelastung in y-Richtung

Lagerbelastungen in y-Richtung während Phase 1

Lagerbelastungen in z- und y-Richtung während Phase 2


Fy 2 1 = + = + = –1875 N (–4500 N ) (–4500 N ) · 200 mm

4

Fy 2 2 = – = –375 N Fwy, 3 · xw, 3

2 · L W

Fwy, 3 · xw, 3

2 · L W

Fwy, 3 · xw, 3

2 · L W

Fwy, 3

Fwy, 3 · xw, 3Fwy, 3

4

Fy 2 3 = + = –1875 NFwy, 3

4

Fy 2 4 = – = –375 NFwy, 3

4

2 · L W 4 2 · 600 mm

Fz 2 1 = + +

Fz 2 1 = + + = 538 N (–4415 N ) (–4415 N ) · (–50 mm) – ((–4500 N ) · 500 mm) (–4415 N ) · 300 mm

4

(Fwz, 1 · yw, 1) – (Fwy, 3 · zw, 3 )2 · L S

(Fwz, 1 · xw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

Fz 2 2 = + + = 2745 N(Fwz, 1 · yw, 1) – (Fwy, 3 · zw, 3 )

2 · L S

– (Fwz, 1 · xw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

Fz 2 3 = + + = –4953 N(Fwy, 3 · zw, 3) – (Fwz, 1 · yw, 1)

2 · L S

(Fwz, 1 · xw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

Fz 2 4 = + + = –2745 N(Fwy, 3 · zw, 3) – (Fwz, 1 · yw, 1)

2 · L S

– (Fwz, 1 · xw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

2 · 450 mm 2 · 600 mm







Fz 3 1 = + +

Fz 3 1 = + + = –2150 N (–4415 N ) (–4415 N ) · (–50 mm) ((–4415 N ) · 300 mm) – (900 N · 250 mm)

4

(Fwz, 1 · xw, 1) – (Fwx, 4 · zw, 4)2 · L S

Fwz, 1 · yw, 1

2 · L W

Fwz, 1

4

(Fwx, 4 · zw, 4) – (Fwz, 1 · xw, 1)2 · L S

Fwz, 1 · yw, 1

2 · L W

Fwz, 1

4

(Fwz, 1 · xw, 1) – (Fwx, 4 · zw, 4)2 · L S

–(Fwz, 1 · yw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

(Fwx, 4 · zw, 4) – (Fwz, 1 · xw, 1)2 · L S

–(Fwz, 1 · yw, 1)2 · L W

Fwz, 1

4

Fz 3 2 = + + = 433 N

Fz 3 3 = + + = –2640 N

Fz 3 4 = + + = –58 N

2 · 450 mm 2 · 600 mm

Fy 3 1 = = = 38 N –(Fwx, 4 · yw, 4) – (900 N · (– 50 mm))

Fy 3 2 = – = – 38 N –(Fwx, 4 · yw, 4)

Fy 3 3 = = 38 N –(Fwx, 4 · yw, 4)

2 · L W

2 · L W

Fy 3 4 = – = – 38 N –(Fwx, 4 · yw, 4)

2 · L W

2 · L W

2 · 600 mm



Führungswagen i Phase 1 Phase 2 Phase 3

Fz 1 i Fy 1 i Fz 2 i Fy 2 i Fz 3 i Fy 3 i1 –1775 N –38 N 538 N –1875 N –2150 N 38 N

2 58 N 38 N 2745 N –375 N 433 N –38 N

3 –2265 N –38 N –4953 N –1875 N –2640 N 38 N

4 –433 N 38 N –2745 N –375 N –58 N –38 N


Belastung der Führungswagen durchGewichtskraft Fg = –4415 NBeschleunigungskraft Fa3 = 900 N beim Abbremsen

❚

❚




4 Fwx, 4 = 900 N – – xw, 4 = 300 mm yw, 4 = –50 mm zw, 4 = 250 mm



Vergleiche Abbildungen zu Phase 1.

Zwischenergebnisse: Lagerbelastungen pro Wagen und Phase


Fcomb 1 1 = Fz 1 1 + Fy 1 1 = –1775 N + – 38 N = 1813 N

Fcomb 1 2 = Fz 1 2 + Fy 1 2 = 58 N + 38 N = 96 N

Fcomb 1 3 = Fz 1 3 + Fy 1 3 = –2265 N + – 38 N = 2303 N

Fcomb 1 4 = Fz 1 4 + Fy 1 4 = –433 N + 38 N = 471 N

Fcomb 2 1 = Fz 2 1 + Fy 2 1 = 538 N + –1875 N = 2413 N

Fcomb3 4 = Fz 3 4 + Fy 3 4 = –58 N + – 38 N = 96 N

. . .




Es ist auch möglich, die Belastungen der Füh-rungswagen für jeden Lastfall (Gewichtskraft, Beschleunigungskräfte und Prozesskraft) einzeln zu berechnen.

Anmerkung Anschließend müssen dann die berechneten Ein-zelbelastungen, je nach Kombination der Lastfälle in einer Phase, addiert werden. Hierdurch wird die Berechnung übersichtlicher.

Kombinierte äquivalente Lagerbelastung in Phase 1 für Führungswagen 1 bis 4 berechnen:

Kombinierte äquivalente Lagerbelastung in Phase 2 und Phase 3 für Führungswagen 1 bis 4 berechnen:


Fcomb 1 i Fcomb 2 i Fcomb 3 i

1 1813 N 2413 N 2188 N

2 96 N 3120 N 471 N

3 2303 N 6828 N 2678 N

4 471 N 3120 N 96 N

Zwischenergebnisse: Kombinierte äquiva-lente Lagerbelastun-gen pro Wagen und Phase

3. Schritt:Kombinierte äquiva-lente Lagerbelastung berechnen

Berechnung der kombinierten äquivalenten Lager-belastung nach Formel (3-31).


Fpr = Xpr · C = 0,08 · 40000 N = 3200 N

Flim = 2,8 · Fpr = 2,8 · 3200 N = 8960 N




Feff 1 i Feff 2 i Feff 3 i

1 4219 N 4576 N 4441 N

2 3252 N 5009 N 3456 N

3 4510 N 7485 N 4737 N

4 3456 N 5009 N 3252 N

Zwischenergebnisse: Effektive äquivalente Lagerbelastung pro Wagen und Phase


Phasen 1, 2 und 3 für Führungswagen 1 bis 4 berechnen:

Gewählt wurde folgende Kugelschienenführung:Größe 30, Führungswagen Flansch Lang Standardhöhe (FLS)Vorspannungsklasse C2 (entspricht einer Vorspannung von 8 % der dynamischen Tragzahl C, Xpr = 0,08)Dynamische Tragzahl C = 40 000 N

❚

❚

❚

4. Schritt:Berücksichtigung der Vorspannung

Kugelschienführungswagen Flansch Lang Standard-höhe (FLS)

Vorspannkraft Fpr für den Führungswagen nach Formel (3-37) berechnen:

Zur Beurteilung, ob die Vorspannung Einfluss auf die Lebensdauer hat, wird die Ausklinkkraft Flim nach Formel (3-38) berechnet:

Da für alle oben berechneten Führungswagen i und Phasen n die kombinierten äquivalenten Lagerbelastungen kleiner als die Ausklinkkraft sind, muss die Vorspannung bei der Berechnung berücksichtigt werden.

Fcomb n i < Flim für alle Lagerlasten

Für die weitere Berechnung werden die effektiven äquivalenten Lagerbelastungen für alle Führungs-wagen und Phasen nach Formel (3-40) berech-net.

32

32

32

32

32

Feff 1 1 = · Fpr = · 3200 N = 4219 N Fcomb1 1

2,8 · Fpr

1813 N2,8 · 3200 N

+1+1

Feff 1 2 = · Fpr = · 3200 N = 3252 N Fcomb1 2

2,8 · Fpr

96 N2,8 · 3200 N

+1+1

Feff 3 4 = · Fpr = · 3200 N = 3252 N Fcomb 3 4

2,8 · Fpr

96 N2,8 · 3200 N

+1+1

. . .

32


Fm i = (Feff 1 i) · + (Feff 2 i) · + (Feff3 i) · 3 3 3 3qs1

100 %

qs3

100 %

qs2

100 %

Fm 1 = (4219 N) · + (4576 N) · + (4441 N) · = 4518 N3 3 3 3 12,5 %100 %

Fm 4 = (3456 N) · + (5009 N) · + (3252 N) · = 4698 N3 3 3 3 12,5 %100 %

75 %100 %

75 %100 %

12,5 %100 %

12,5 %100 %

. . .




Führungswagen i Dynamisch äquivalente Lagerbelastung Fm i

1 4518 N

2 4698 N

3 6974 N

4 4698 N

Zwischenergebnisse: Dynamisch äquiva-lente Lagerbelastung

Somit ergibt sich für den Führungswagen 3 die höchste Belastung. Die folgende Lebensdauer-berechnung konzentriert sich daher auf Führungs-wagen 3.

Die Ermittlung der dynamisch äquivalenten Lagerbelastung Fm für die Berechnung der Lebensdauer erfolgt nach Weganteilen qsn entsprechend Formel (3-43).

5. Schritt:Dynamisch äquiva-lente Lagerbelastung berechnen

Weganteile aus dem Dynamikzyklus:

Phase n Weganteil qsn

1 12,5 %

2 75,0 %

3 12,5 %


Li = · 105 m CFm i

3

L3 = · 105 m = · 105 m = 18 868 000 mCFm 3

340000 N6974 N

3

vm = = 19,212 · 20 % + 24 · 60 % + 12 · 20 %m

minm

minm

min mmin100 %

vm = v1 · qt1 + v2 · qt2 + ... + vn · qtn

100 %

18 868 000 m

60 · 19,2

L3

L h i =

Lh 3 = = = 16 379 h

L i

60 · vm

60 · vm mmin

minh



Führungs-wagen i

Lebensdauer Li Lebensdauer Lh i

1 69 397 000 m 60 241 h

2 61 722 000 m 53 578 h

3 18 868 000 m 16 379 h

4 61 722 000 m 53 578 h

Ergebnisse: Nomi-nelle Lebensdauer

Für den höchstbelasteten Führungswagen 3 be-trägt die nominelle Lebensdauer 16 379 Betriebs-stunden. Die geforderte Lebensdauer von 10 000 Betriebsstunden wird also erreicht.


Auf Grund der veränderlichen Geschwindigkeit beträgt die nominelle Lebensdauer in Betriebs-stunden nach Formel (3-53):

Zeitanteile und mittlere Geschwindigkeiten der Phasen:

Phase n Zeitanteil qtn

Mittlere Geschwindigkeit vn

1 20 % 12 m/min

2 60 % 24 m/min

3 20 % 12 m/min

Mittlere Geschwindigkeit über den gesamten Zyklus nach Formel (3-52) berechnen:

Nun wird die geforderte Lebensdauer von 10 000 Betriebsstunden überprüft.

Die nominelle Lebensdauer in Metern für den Kugelschienenführungswagen Größe 30 mit einer dynamischen Tragzahl von 40 000 N beträgt nach Formel (3-48):

6. Schritt:Nominelle Lebens-dauer berechnen


C0

FmaxS0 =

57800 N7485 N

S0 = = 7,72

Fmax = Feff 2 3 = 7485 N




Mit C0 = 57 800N errechnet sich nach Formel (3-60) eine statische Tragsicherheit:

8. Schritt:Statische Tragsicher-heit berechnen

Die maximale Belastung Fmax tritt in Phase 2 am Führungswagen 3 auf. Bei der Berechnung der statischen Tragsicherheit wird auch die Belastung durch die Vorspannung berücksichtigt.

7. Schritt:Statisch äquivalente Lagerbelastung berechnen




3.1 Grundlagen3.1.6 Komplettierung der Führungseinheit

3.1.6.1 Schmierung

Für Profilschienenführungen ist ein vielseitiges Programm an Serienteilen, Sonderteilen und Zubehörteilen verfügbar. Dies ist notwendig, um allen Anwendungen gerecht zu werden. Für die Auslegung des Schmiersystems und der Schmierintervalle gibt es Empfehlungen und Zubehör, die die Montage und Wartung des Systems vereinfachen. Zum Sicherstellen der Funktion bei Lebensdauer verkürzenden Umge-bungsbedingungen werden spezielle Dichtungen

bzw. Dichtungspakete angeboten. Für feuchte Umgebung können spezielle Führungen mit Kor-rosionsschutz geliefert werden.Neben der Hauptaufgabe „Führen“ können Führungseinheiten in speziellen Ausführungen Zu-satzfunktionen erfüllen. Hierzu zählen „Klemmen und Bremsen“, „Antreiben“ und „Messen“.

Rexroth hat zur Vervollständigung des Führungs-systems die folgenden Lösungen im Programm:

Lösungen Kapitel

Schmierung 3.1.6.1

Abdichtung 3.1.6.2

Korrosionsschutz 3.1.6.3

Zusatzfunktionen Klemm- und Bremselemente 3.1.6.4

Zahnstangenantriebe 3.1.6.4

Integriertes Wegmesssystem 3.7

Hinweis:Zu beachten ist, dass nicht alle Lösungen für alle Typen und Baugrößen von Profilschienen-führungen erhältlich sind. Dies sollte bereits

frühzeitig bei der Produktauswahl berücksichtigt werden. Verfügbarkeit und Details sind den ent-sprechenden Produktkatalogen zu entnehmen.

Bei der Auswahl des Schmierstoffes müssen folgende Bedingungen beachtet werden:

BelastungGeschwindigkeitHublängeTemperaturFeuchtigkeitKühlschmiermittel-BeaufschlagungSchmutz/Späneanfall

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Betriebsbedingungen

Erfolgt der Einsatz von Linearführungen bei extremen Betriebsbedingungen, z. B. bei starker Kühlschmiermittel-Beaufschlagung, muss dies bei der Wahl des Schmierstoffes und der Schmier-mittelmenge berücksichtigt werden. Kühlschmier-stoff, der in den Führungswagen eingedrungen ist, kann das Schmiermittel auswaschen. Dies kann durch kürzere Schmierzyklen kompensiert werden.





Bei Ölschmierung beeinflusst die Einbaulage die Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Systems. Je nach Einbaulage ist es notwendig, die Anzahl und Position der Schmieranschlüs-se sowie die Schmiermittelmenge festzulegen. Genauere Informationen sind in den Produktkata-logen zu finden.

Einbaulage

Vorsatzschmiereinheiten werden an den Stirnsei-ten des Führungswagens angeschraubt. Sie ver-sorgen die Wälzkontakte und die Dichtungen mit Schmierstoff. Durch die spezielle Schmierstoff-verteilung wird hauptsächlich dort geschmiert, wo es erforderlich ist: Direkt an den Laufbahnen und der Kopffläche der Führungsschienen. Hierdurch verlängern sich die Nachschmierintervalle. Am Führungswagen ist eine Grundschmierung mit Schmierfett sinnvoll. Die Vorsatzschmiereinheiten werden mit Schmieröl befüllt. Sie ermöglichen unter normalen Belastungen Hubwege bis zu 10 000 km ohne Nachschmierung. Die maximale Betriebstemperatur von Vorsatzschmiereinheiten beträgt 60° C.

Vorsatzschmier-einheiten

Je nach Einsatzbedingungen und Schmierstoff sind unterschiedliche Nachschmierintervalle notwendig. Die Nachschmierintervalle sind lastab-hängig. Genaue Angaben hierüber enthalten die Produktkataloge von Rexroth.

Nachschmier-intervalle

Vorsatzschmiereinheit für Kugelschienenführungen

Horizontal1 Schmieranschluss wahlweise an linker oder rechter Abschlusskappe

Einbaulage I Einbaulage II

Horizontal über KopfGleicher Anschluss

Vertikal bis schräg horizontal1 Schmieranschluss an oberer Abschlusskappe

0° bis max. ±90°

Informationen zu Einbaulage und Schmieranschlüssen bei Normalhub (Beispiele aus Produktkatalog Rollenschienenführungen; vollständige Informationen siehe dort)

Einbaulage IIIWandmontage1 Schmieranschluss wahlweise an linker oder rechter Abschlusskappe

0° bis max. ±90°


1

2




3.1.6.2 Abdichtung

Die Wälzkörper und die Laufbahnen im Führungs-wagen müssen vor Fremdpartikeln geschützt werden. Fremdpartikel können die Lebensdauer der Führungseinheit stark reduzieren.

Rexroth bietet zusätzlich zur standardmäßigen Abdichtung ein breites Spektrum von Zubehörtei-len an. So kann sich jeder Kunde ein Dichtsystem nach seinen Ansprüchen zusammenstellen.

Die Frontdichtungen (1) sind in den Endkappen integrierte Dichtungen, die serienmäßig geliefert werden. Hierbei unterscheidet man Standard-dichtungen (Universaldichtungen), Leichtlaufdich-tungen und verstärkte Dichtungen (Schwerlast-dichtungen).

Universaldichtungen sind standardmäßig in Rexroth Führungswagen eingebaut. Diese Stan-darddichtung zeichnet sich durch eine gute Dicht-wirkung bei geringem Verschiebewiderstand aus. Sie ist die Lösung für Applikationen, die normalen Umwelteinflüssen unterliegen.Leichtlaufdichtungen haben die geringste Rei-bung bei entsprechend reduzierter Dichtwirkung. Eingesetzt werden sie überall dort, wo ein sehr kleiner Verschiebewiderstand gefordert wird und keine bis geringe Verschmutzung vorliegt.In Bereichen mit extremen Umgebungsbedin-gungen findet die verstärkte Dichtung ihren Einsatz. Sie zeichnet sich durch ihre sehr gute Dichtwirkung aus. Hierdurch wird die Linearfüh-rung effektiv geschützt.

Frontdichtungen

Integrierte Frontdichtung beim Kugelführungswagen

Die meisten Profilschienenführungen haben zwei oder vier Längsdichtungen (2) in der Standard-ausführung. Sie dichten das Innere der Führungs-wagen quer zur Verfahrrichtung ab.

Längsdichtungen

Variante Dichtung Verschmutzungsgrad

Integrierte Abdichtungen

Leichtlaufdichtung

Standarddichtung (Universaldichtung)

Verstärkte Dichtung

Zusatzab-dichtungen

Vorsatzdichtung(Standard bei Rollenschienenführungen)

Viton-Dichtung

Dichtungssatz

Faltenbalg

Integrierte Längsdichtungen beim Kugelführungswagen


12

3




Die Vorsatzdichtung schützt den Führungswagen effektiv gegen Eindringen von Schmutz und Flüs-sigkeit. Sie wird an der Stirnseite des Führungs-wagens montiert und ist je nach Profilschienentyp einteilig oder zweiteilig. Bei Rollenschienenfüh-rungen ist sie bereits Standardzubehör.

Vorsatzdichtung

Zweiteilige Vorsatzdichtung

Eine weitere Zusatzabdichtung ist die so genann-te Viton-Dichtung. Sie besitzt eine noch bessere Dichtwirkung als die Vorsatzdichtung. Dies hat jedoch aufgrund des Materials Viton eine deutlich größere Reibung zur Folge. Viton-Dichtungen sind chemisch beständig und haben eine hohe Temperaturbeständigkeit.

Viton-Dichtung

Viton-Dichtung

Der Blechabstreifer dient als zusätzliches Element zum Abstreifen grober Partikel. Er besteht aus nicht rostendem Federstahl. Aufgrund seines De-signs entfernt er wirkungsvoll Späne und groben Schmutz.

Blechabstreifer

Blechabstreifer

Der Dichtungssatz kommt bei der Kombination aus grobem oder feinem Schmutz sowie Flüssig-keitsbeaufschlagung zum Einsatz. Er besteht aus einem Blechabstreifer (1), einem Stützblech (2) und einer zweiteiligen Vorsatzdichtung (3).

Dichtungssatz

Dichtungssatz

Faltenbälge können in diversen Varianten be-zogen werden. Zum einen sind sie ohne oder mit Schmierplatte lieferbar. Zum anderen sind Faltenbälge auch in hitzebeständiger Ausführung erhältlich. Diese sind einseitig metallisiert und resistent gegen einzelne Funken, Schweißspritzer oder heiße Späne. Ihre Temperaturbeständigkeit beträgt kurzzeitig bis zu 200 °C und sie halten einer Betriebstemperatur von 100 °C stand.

Faltenbalg

Faltenbalg





3.1.6.3 Korrosionsschutz

Ausführung Beschreibung

Aluminium Führungswagen aus Aluminium

Resist NR Führungswagen aus korrosionsbeständigem Stahl

Resist NR II Führungswagen und Führungsschienen aus korrosionsbeständigem Stahl

Resist CR Führungswagen und Führungsschienen aus hartverchromtem Stahl

Bei dieser Ausführung sind die Führungswagen-körper aus Aluminium. Die Führungswagen haben die gleiche dynamische Tragzahl (100 % C) wie die Standard-Ausführung aus Stahl, sind aber in ihrer Belastbarkeit auf Grund der geringeren

Aluminium Festigkeit von Aluminium begrenzt. Rexroth gibt deshalb eine maximale Belastung Fmax an. Durch die Verwendung von Aluminium ergibt sich bei Führungswagen eine Gewichtseinsparung von ca. 60 %.

Die Führungswagenkörper sind aus korrosions-beständigem Stahl. Alle anderen Stahlteile sind zur Standardausführung unverändert. Es wird eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht mit

Resist NR gleichen dynamischen und statischen Tragzahlen (100 % C und 100 % C0) wie bei der Standard-ausführung.

Bei dieser Ausführung sind alle Stahlteile aus korrosionsbeständigem Stahl. Somit hat diese Ausführung eine besonders hohe Korrosionsbe-ständigkeit. Nachteil dieser Ausführung sind die gegenüber der Standard-Ausführung reduzierten Tragzahlen (65 % C), da die Laufbahnen von Führungswagen und Führungsschiene sowie die Wälzkörper nicht aus Wälzlagerstahl sind.Profilschienenführungen aus Resist NR II werden speziell in Verbindung mit wässrigen Medien, stark verdünnten Säuren, Laugen oder Salzlö-sungen eingesetzt. Sie eignen sich hervorragend

Resist NR II für den Einsatz bei relativer Luftfeuchtigkeit über 70 % und Temperaturen über 30 °C. Solche Bedingungen findet man vor allem in Reinigungs-anlagen, Galvanik- und Beizanlagen, Dampfent-fettungsanlagen und auch Kältemaschinen. Da kein zusätzlicher Korrosionsschutz erforderlich ist, eignen sie sich sehr gut für den Einsatz in Rein-räumen und im Vakuum. Weitere Einsatzmöglich-keiten ergeben sich in der Leiterplattenfertigung, der Pharma- und der Nahrungsmittelindustrie.

Bei dieser Ausführung sind die Führungswa-genkörper und die Führungsschienen mattsilber hartverchromt. Hierdurch ergibt sich eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Die dynamischen und statischen Tragzahlen (100 % C und 100 % C0) der „Resist CR“-Ausführung entsprechen der

Resist CR Standardausführung. Durch die Schichtdicke der Hartverchromung auf Führungswagen und Führungsschiene ändern sich die Toleranzen der Genauigkeitsklassen (Außenabmessungen).

Im Prinzip gibt es für Profilschienenführungen folgende Möglichkeiten des Korrosionsschutzes. Welcher Korrosionsschutz bei den einzelnen

Profilschienenführungen verfügbar ist, kann den jeweiligen Produktkatalogen entnommen werden.





3.1.6.4 Zusatzfunktionen

Als Zubehör hat Rexroth Klemmelemente und Bremselemente im Programm. Mit Klemm-elementen kann man die Linearführung im statischen Zustand gegen Verschieben sichern. Mit Bremselementen kann man die Linearführung im dynamischen Zustand abbremsen und sie im Ruhezustand gegen Verschieben sichern. Die Elemente haben keine Führungsfunktion.

Hinweis:Bremselemente sind keine Sicherheitsbremsen!

Klemm- und Bremselemente

Hydraulisches Klemmelement auf Kugelführungsschiene

Pneumatisches Klemm- und Bremselement auf Rollenführungsschiene

Klemm- und Bremselemente werden in den fol-genden Ausführungen angeboten:

Hydraulische KlemmelementePneumatische KlemmelementeElektrische KlemmelementeHydraulische Klemm- und BremselementePneumatische Klemm- und BremselementeHand-Klemmelemente

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Hand-Klemmelement auf Rollenführungsschiene

Pneumatisches Klemmelement auf Kugelführungsschiene


1

3

2 4

5

6

2




ZahnstangeRitzel (verschiedene Übersetzungen möglich)Schrumpfscheibe

1�2�3�

GetriebeKupplungMotor

4�5�6�

Die Zahnstange kann mit der Schiene zusam-men direkt am Maschinenbett ausgerichtet und verschraubt werden. Hierdurch minimiert sich der Montageaufwand erheblich. Zahnstangenantriebe erfordern eine ausrei-chende Schmierung. Deshalb ist eine perma-nente Schmierung über ein Filzrad, das mit einer Zentralschmiereinrichtung gekoppelt ist, empfeh-lenswert.

Vorteile von Zahnstangenantrieben:Lange Verfahrwege realisierbarHohe Verfahrgeschwindigkeiten möglichBei Mehrtischanwendungen ist jede Achse unabhängig verfahrbarReduzierte Massen bei z-Achsen durch Verfah-ren der Schiene möglich (Motor und Wagen stehen, Schiene und Zahnstange werden bewegt)Hohe Steifigkeit, vor allem bei langen Hubwegen

❚

❚

❚

❚

❚

Die Zahnstange ermöglicht eine kompakte Antriebskonstruktion für lineare Bewegungen. Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wird bei Rexroth ein bewährter, hochwertiger Stahl verwendet und die Verzahnungsoberflä-che induktiv gehärtet. Zusätzlich sind neben den rein mechanischen Komponenten auch alle Anbauteile, wie Getriebe, Motor und Steuerung, verfügbar. Durch die Schrägverzahnung ist die Übertragung großer Kräfte auf kleinem Bauraum bei geringem Geräuschniveau realisierbar.

Zahnstangenantriebe

Kugelschienenführung mit Zahnstangenantrieb

Komponenten eines Zahnstangenantriebs




3.2 Kugelschienenführungen3.2.1 Systemeigenschaften

Kugelschienenführung KSF

Eine Kugelschienenführung KSF besteht aus Führungsschiene und Führungswagen. Die KSF hat 4 Kugelreihen in O-Anordnung, die unter einem Druckwinkel von 45° angeordnet sind. Die Kugeln stehen im 2-Punkt-Kontakt zu Schiene und Wagen (siehe Abbildung).

Die Führungsschiene besitzt vier Laufbahnen auf denen sich ein oder mehrere Wagen verfahren lassen. Die Führungsschiene kann entweder von oben oder von unten verschraubt werden. Die V-Führungsschiene wird verstemmt. Der Füh-rungswagen besitzt je nach Anforderung Durch-gangsbohrungen oder Anschraubgewinde für die direkte Montage mit der Anschlusskonstruktion. Je nach Anwendungsfall sind Kugelschienenfüh-rungen in verschiedenen Größen, Bauformen und Vorspannungsklassen verfügbar. Von allen Profilschienenführungen ist die Kugelschienen-führung die Vielseitigste. Sie wird in zahlreichen Ausführungen angeboten (siehe 3.2.3.1).

Hohe Tragzahlen in allen vier Hauptlastrich-tungenHohe SystemsteifigkeitProblemlose Austauschbarkeit durch Präzisionsfertigung (Austauschbau)Leichtgängiges AblaufverhaltenSpielfreie BewegungHervorragende SchnelllaufeigenschaftenEinfach zu realisierende LaufgenauigkeitSehr gute Ablaufgenauigkeit mit Führungs-wagen der HP-BaureiheLangzeitwartungsfreiMinimalmengenschmiersystem mit integriertem Depot bei Ölschmierung (abhängig von der Ausführung)

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Merkmale Allseitig SchmieranschlüsseOptional mit KugelketteBreites Zubehörprogramm für spezielle Branchenlösungen (Dichtungen, Abstreifer)Hohe Dynamikwerte mit Hochgeschwindig-keits-FührungswagenHohe Einbaufehlerkompensation mit Super-FührungswagenIntegriertes, induktives und verschleißfreies Messsystem als Zusatzfunktion verfügbarFührungswagen in rost- und säurebeständiger Ausführung nach DIN EN 10088 verfügbarBei Führungswagen aus Aluminium bis zu 60 % Gewichtseinsparung

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Produktdaten Werte

Geschwindigkeit vmax Bis 10 m/s

Beschleunigung amax Bis 500 m/s2

Temperaturbeständigkeit tmax 100 °C kurzzeitig, 80 °C im Dauerbetrieb

Vorspannungsklassen 4 C0, C1, C2, C3

Steifigkeit Exemplarische Steifigkeitsdiagramme im Produktkatalog, sonstige Typen auf Anfrage

Genauigkeitsklassen 6 N, H, P, XP, SP, UP

Baugrößen 11 15, 20, 25, 30, 35, 45, 55, 6520/40, 25/70, 35/90

Produktdaten

Vier Kugelreihen in O-Anordnung


1

34

5

6

9

7

11

12 10

2

8



3.2 Kugelschienenführungen3.2.2 Aufbau

Die Kugelführungswagen werden erstbefettet ausgeliefert. Der Kunde kann entscheiden, welchen Schmierstoff er in seiner Applikation verwenden möchte. Möglich sind Fettschmierung und Ölschmierung. Als Korrosionsschutz sind Resist CR, Resist NR und Resist NRII erhältlich.

Führungswagen allgemein

Für zusätzliche Abdichtung der Führungswa-gen sind Vorsatzdichtungen, Viton-Dichtungen, Blechabstreifer, Dichtungssätze und Faltenbälge verfügbar.

Schmieranschluss (Schmiernippel)GewindeblechDichtplatte (Frontdichtung)Kugelführung (Teil der Endkappe)Umlenkplatte (Teil der Endkappe)SchmiereinlageFührungswagen-GrundkörperEndkappeKugeln (Wälzkörper)Kugelkette (optional)LängsdichtungFührungsschiene

1�2�3�4�5�6�7�8�9�10�11�12�

Aufbau am Beispiel einer Kugelschienenführung der neuesten Generation


12

3

4

5 6 7




Komplette Endkappe

In die vier Rücklaufbohrungen des Führungs-wagen-Grundkörpers sind so genannte Rück-laufhülsen (3) eingelegt. Hierdurch ist ein guter, reibungsarmer Rücklauf der Kugeln im Führungs-wagen möglich. Zudem führt die Rücklaufhülse die optionale Kugelkette im Rücklauf.

Rücklaufhülse

Die Endkappe (4) setzt sich aus der Umlenkplatte (6), der Schmiereinlage (7), der Kugelführung (5), der Dichtplatte und dem Gewindeblech zusam-men.

Endkappe

Die Umlenkplatte (6) hat spezielle Schmierkanäle, welche den Schmierstoff direkt zu der Schmier-einlage weiterleiten. Hierdurch erreicht man ein optimales Schmierergebnis. Erst dies ermöglicht lange Wartungsintervalle oder sogar Gebrauchs-dauerschmierung. Zudem bildet die Umlenkplatte die innere Umlenkung der Kugeln.

Die Schmiereinlage (7) besteht aus einem offenporigen PU-Schaum. Dieser speichert den Schmierstoff und gibt ihn an die Kugeln weiter. Mit der Schmiereinlage ist Öl- und Fettschmie-rung möglich.

Umlenkplatte

Schmiereinlage

Umlenkplatte mit Schmiereinlage

Der Führungswagen-Grundkörper besteht je nach Ausführung aus Vergütungsstahl oder Wälzlager-stahl. Für spezielle Anwendungen insbesondere für den Einsatz bei Industrierobotern wird der Grundkörper aus Aluminium gefertigt. Hierdurch ist eine Gewichtseinsparung von bis zu 60 % gegenüber der Stahl-Ausführung möglich. Jeder Führungswagen ist mit einer seitlichen Anschlag-kante (1) versehen. Diese liegt an der Anschluss-konstruktion an und dient zur exakten Ausrich-tung bei der Montage und der Übertragung von seitlichen Belastungen.

In den Führungswagen werden zwei gehärtete Stahleinlagen (2) aus Wälzlagerstahl eingebracht. Sie übertragen die Last vom Führungswagen-Grundkörper auf die Kugeln.

Führungswagen-Grundkörper

StahleinlageStahleinlagen und Anschlagkante beim Führungwagen

Rücklaufhülsen


3

1 2



Als Wälzkörper werden Kugeln eingesetzt. Diese bestehen standardmäßig aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6. Für Führungswagen in extrem ungünsti-gen Umgebungsbedingungen, die korrosionsbe-ständige Elemente erfordern, werden nicht ros-tende Edelstahlkugeln verwendet. Bei Hochge-schwindigkeits-Führungswagen kommen spezielle Keramikkugeln zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch ihre geringe Masse aus und ermöglichen somit beste Dynamikwerte. Außerdem sind die Keramikkugeln elektrisch isolierend.

Kugeln

Keramikkugeln bei Hochgeschwindigkeits-Führungs-wagen


Die Kugelführung wird von der Umlenkplatte fixiert. Zwischen beiden werden die Kugeln innerhalb des Systems umgelenkt. Im nicht montierten Zustand ist der Kugelhalt im Vorlauf des Führungswagens durch die Kugelführung gewährleistet. Außerdem hat die Kugelführung Schmier-anschlüsse. Diese nehmen die Schmiernippel oder Anschlüsse für ein Zentralschmiersystem auf. Die Schmieranschlüsse sind an der Stirnsei-te und jeweils seitlich vorhanden. So kann man ohne Schmieradapter wahlweise von drei Seiten schmieren. Zusätzlich ist die Schmierung von oben durch die vorbereitete Öffnung möglich. Sie wird durch Einstechen mit einer heißen Metallspit-ze geöffnet. Dies ermöglicht das Schmieren vom Maschinentisch aus. Ein O-Ring sorgt für das Abdichten zum Maschinentisch. Bei Führungs-wagen in hoher Ausführung wird ein Schmierad-apter benötigt. Dieser gleicht die Höhendifferenz zwischen Endkappe und Führungswagen-Grund-körper aus.

Kugelführung

Schmieranschlüsse

Die stirnseitige Dichtplatte (2) schützt das Innere des Führungswagens vor Schmutzpartikeln, Spä-nen und Flüssigkeiten. Außerdem vermindert sie das Austragen des Schmierstoffs. Durch die opti-mierte Form der Dichtlippen wird die entstehende Reibung auf ein Minimum reduziert. Dichtplatten sind wahlweise als Standarddichtung, Leichtlauf-dichtung oder als verstärkte Dichtung lieferbar.

In Längsrichtung schützen zusätzlich Dichtleisten die Tragzonen vor Verschmutzung und Spänen. In jedem Führungswagen sind vier solcher Längs-dichtungen (3) angebracht.

Dichtplatte

Längsdichtung

Schmieranschlüsse an Endkappe

Dichtplatte und Gewindeblech

Das Gewindeblech (1) erfüllt neben der Aufnahme von Schmiernippeln auch den Schutz der kom-pletten Endkappe. Es ist aus einem rostträgen Edelstahl gefertigt.

Gewindeblech

Integrierte Längsdichtungen beim Kugelführungswagen





Optional sind Führungswagen mit Kugelkette verfügbar. Die Kugelkette verhindert das Zu-sammenprallen der Kugeln und verhilft zu einem ruhigeren und geschmeidigeren Lauf. Es wird ein niedrigeres Geräuschniveau erreicht. Auf Grund der geringeren Anzahl von tragenden Kugeln beim Führungswagen mit Kugelkette können sich teilweise niedrigere Tragzahlen ergeben.

Kugelkette

Die Kugelführungswagen werden auf Trans-portsicherungen ausgeliefert. Diese Elemente sichern die Kugeln während des Transportes vor Beschädigung und erleichtern die Montage und Demontage der Führungswagen auf der Füh-rungsschiene.

Transportsicherung

Kugelkette

Transportsicherung

Die Führungsschiene ist aus Vergütungsstahl. Dieser Stahl ist speziell für die Anforderungen einer Linearführung ausgelegt und hat deshalb optimale Systemeigenschaften. Die vier geschlif-fenen Laufbahnen sind als Kreisbogenlaufrillen mit Schmiegung ausgeführt. Sie haben wegen der geometrischen Eigenschaften ein ideales Ablaufverhalten und kompensieren Fluchtungsfeh-ler in gewissem Maße. Die einzelnen Laufbahnen sind induktiv gehärtet und präzisionsgeschliffen. Außerdem sind Rexroth Führungsschienen hartverchromt (Resist CR) oder aus korrosi-onsbeständigem Stahl (Resist NR II) lieferbar. Hierdurch können Schienen in Umgebungen mit aggressiven Medien, wie verdünnten Säuren, Laugen oder Salzlösungen, eingesetzt werden.Abhängig von der Baugröße können einteilige Schienen bis zu 6 m Länge bestellt werden. Für größere Längen besteht die Möglichkeit mehrere Führungsschienen zusammenzusetzen.Führungsschienen können von oben oder von unten verschraubt werden. V-Führungsschienen werden im Unterbau direkt verstemmt.

Führungsschiene

Führungsschiene von oben verschraubbar (mit Abdeck-band zum Verschließen der Bohrungen)

Führungsschiene mit vier Laufbahnen (Kreisbogenlaufril-len mit Schmiegung)




3.2 Kugelschienenführungen3.2.3 Hinweise zur Produktauswahl

Kugelschienenführungen werden in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Hier einige Beispiele:

Bereich Anwendungen

Werkzeugmaschinen spanend BearbeitungszentrenDrehmaschinen und DrehzentrenBohrmaschinenFräsmaschinenSchleifmaschinen

❚

❚

❚

❚

❚

NibbelmaschinenHobelmaschinenElektroerosionswerkzeug-maschinenLaser-, Licht- und Photostrahl-werkzeugmaschinen

❚

❚

❚

❚

Montagetechnik, Handhabungs-technik und Industrieroboter

MontagemaschinenMontageroboter

❚

❚

Mehrzweck-IndustrieroboterGreif- und Spanneinrichtungen

❚

❚

Holzbearbeitung und Holzverarbeitung

BandsägemaschinenKreissägemaschinenHobelmaschinenBohrmaschinen

❚

❚

❚

❚

StemmmaschinenSchleifmaschinenSpaltmaschinen

❚

❚

❚

Gummi- und Kunststoff-verarbeitung

KalanderWalzwerkeExtruder

❚

❚

❚

BlasformmaschinenSpritzgießmaschinen

❚

❚

Nahrungsmittelindustrie AbfülleinrichtungenFormeinrichtungen

❚

❚

Konditoreitechnik❚

Druck- und Papiertechnik Papier- und Zellstoffherstellungs-maschinenSchneidemaschinen für Papier und Zellstoff

❚

❚

VerpackungsmaschinenAbwickeleinheitenDruckereimaschinenPapierverarbeitungsmaschinen

❚

❚

❚

❚

Automobilindustrie Produktionsanlagen für Autos❚ Schweißsysteme ❚

Werkzeugmaschinen umformend und zerteilend

BiegemaschinenRichtmaschinen

❚

❚

PressenDrahtbiegemaschinen

❚

❚

3.2.3.1 Ausführungen

3.2.3.2 Anwendungsbereiche

Führungswagen mit und ohne KugelketteSuper-Führungswagen mit SelbsteinstellungFührungswagen aus AluminiumHochgeschwindigkeits-FührungswagenHochpräzisions-FührungswagenKorrosionsbeständige Kugelschienenfüh-rungen

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Für ein breites Spektrum von Anwendungen bietet Rexroth viele verschiedene Bauformen und Ausführungen:

Bauformen Breite F S B

Länge N N L K K N N N L L K K N

Höhe S N S S N S N H S H S N N

Kurzbez. FNS FNN FLS FKS FKN SNS SNN SNH SLS SLH SKS SKN BNN




3.3 Miniatur-Kugelschienenführungen3.3.1 Systemeigenschaften

Der Trend zur Miniaturisierung ist unaufhaltsam. Gründe hierfür sind:

Komplexe Bauteile werden immer kleinerVerlangen nach kleinen und hochpräzisen Anwendungen zur Durchführung von Pick-and Place-VorgängenReduktion der Momentenbelastung und der Massenträgheit durch kleinere bewegte MassenVerkleinerung des Einbauraums zugunsten neuer konstruktiver Möglichkeiten

Diesem Trend wurde Rexroth mit der Minitatur-Kugelschienenführung gerecht. Sie enthält zwei Kugelreihen, die unter einem Druckwinkel von 45° angeordnet sind. Die Wälzkörper haben 4-Punkt-Kontakt.

❚

❚

❚

❚

Extrem kleine Baugröße bei hoher Tragfähig-keitGleich hohe Tragzahlen in allen vier Haupt-lastrichtungenHohe Tragfähigkeit in allen Lastrichtungen einschließlich Momente um alle Achsen durch eine Konstruktion mit größtmöglichen KugelnRuhiger, geschmeidiger Lauf durch optimal gestaltete Umlenkung und Führung der KugelnGeringe Reibung durch Leichtlaufdichtung trotz 4-Punkt-KontaktProblemlose Austauschbarkeit durch Präzisionsfertigung (Austauschbau)Wartungsfrei über die Gebrauchsdauer von mindestens 5 000 km Verfahrweg bei:

F < 10 % C, vm = 0,65 m/s, Hub = 90 mm, Leichtlaufdichtung

Reinraumzertifikat (Klasse 10 nach US Fed. Std. 209E)Hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit und BeschleunigungProblemlose Montage durch Kugelhalt

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Merkmale

Miniatur-Kugelschienenführung

Produktdaten Werte




Vorspannungsklassen 2 Spiel, Vorspannung

Steifigkeit Steifigkeitsdiagramme für abhebende und aufliegende Lasten im Produktkatalog

Genauigkeitsklassen 3 N, H, P

Baugrößen 8 7, 9, 12, 15, 209B, 12B, 15B

Produktdaten

2 Kugelreihen mit 4-Punkt-Kontakt


6

1

2

7

4

5

3

8



3.3 Miniatur-Kugelschienenführungen3.3.2 Aufbau

FührungsschieneAbdeckbandFrontdichtungKugelumlenkung

1�2�3�4�

Führungswagen-GrundkörperGehäuseSchmierbohrungenTrichterschmiernippel

5�6�7�8�

Alle Stahlteile der Miniatur-Kugelschienenführung bestehen aus korrosionsbeständigem Stahl nach ISO 683-17/DIN EN 10088. Durch diesen Werk-stoff ist eine Resistenz gegenüber aggressiven Medien gegeben. Die erhöhte Beständigkeit ermöglicht ein gleichbleibendes Aussehen über die gesamte Gebrauchsdauer des Systems.

Miniatur-Kugelschienenführung Größe 12

Miniatur-Führungswagen Größe 15 mit Trichterschmier-nippel


2

4

1

1

3




Die Führungswagen sind in Standardausführung mit Abmessungen nach DIN 645-2 verfügbar. Zusätzlich gibt es breite und lange Ausführungen. Die Führungswagen können mit Grundschmie-rung oder ohne Grundschmierung bestellt wer-den, wodurch eine individuelle Schmierung mit Fett oder Öl möglich ist. Für die Nachschmierung der Führungswagen sind Nachschmierbohrungen vorhanden. Ab Größe 15 der Miniatur-Kugelschie-nenführung gibt es sowohl stirnseitige Schmier-nippel als auch seitliche Nachschmiermöglichkeit.


Schmierbohrungen oder Schmiernippel

Der Führungswagen-Grundkörper (1) hat auf der Oberseite vier Gewinde zum Befestigen der Anschlusskonstruktion. Das Stahlteil ist durchge-härtet und außerdem korrosionsbeständig. Die beidseitigen Anschlagkanten ermöglichen einen einfachen Einbau in die Anschlusskonstruktion.


Am Führungswagen-Grundkörper (1) schließen sich auf beiden Stirnseiten die Kugelumlenkungen (2) an. Je eine Kugelreihe zirkuliert pro Längs-seite. Die Kugelumlenkung setzt sich aus dem Umlenkstück und der Abdichtplatte zusammen, in der sich die Schmierkanäle befinden.

Kugelumlenkung

Die Kugeln im Rücklauf werden durch einen Kanal, der durch das Gehäuse (3) und den Grundkörper gebildet wird, geschützt und zurück geleitet. Das Gehäuse umschließt den Grundkör-per und dient der Aufnahme aller Anbauteile.

Für den sicheren Kugelhalt im Vorlauf des Füh-rungswagens ist der Haltedraht (4) zuständig. Hierdurch vereinfacht sich die Handhabung bei der Montage und Demontage des Führungswa-gens, was zur Reduzierung der Montagezeit führt.

Gehäuse

Haltedraht


Kugelumlenkung und Gehäuse mit Haltedraht

Schmierbohrungen (Beispiel Größe 12)


1

2




Die Kugeln des Führungswagens sind aus nicht rostendem und besonders gehärtetem Stahl. Der verschleißfeste Werkstoff eignet sich für den Einsatz in der Miniatur-Kugelschienenführung besonders gut.

Kugeln

Bei Miniatur-Führungswagen ist die Frontdich-tung (1) standardmäßig als Leichtlaufdichtung ausgeführt. Es kann aber auch eine Normaldich-tung (Standarddichtung) mit sehr guter Abstreif-wirkung gewählt werden.

Frontdichtung

Alle Miniatur-Führungswagen werden auf einer Montagehilfe geliefert. Sie sichert die Kugeln während des Transports vor Beschädigung und erleichtert die Montage bzw. Demontage.

Montagehilfe und Transportsicherung

Die durchgehärtete Miniatur-Führungsschiene hat standardmäßig Durchgangsbohrungen zur Verschraubung von oben. Ab Größe 9 kann ein Abdeckband geliefert werden. Es sind aber auch Führungsschienen erhältlich, die von unten verschraubt werden können. Bei Rexroth sind einteilige Führungsschienen bis zu einer Länge von 2 m erhältlich. Bei größeren Schienenlängen werden vom Werk abgestimmte Teilstücke anein-andergesetzt.

Führungsschiene

Das Abdeckband ist aus rostträgem Stahl und wird auf die Schiene geklipst. Es verhindert das Ansammeln von Schmutz in den Befestigungs-bohrungen der Schiene und gewährleistet die bestmögliche Abstreifwirkung der Dichtungen.

Abdeckband

Frontdichtung

Führungsschiene von oben verschraubbar (mit Abdeck-band zum Verschließen der Bohrungen)

Längsdichtungen (Beispiel Größe 15)

Miniatur-Führungswagen Größe 12 auf Montagehilfe

In Kombination mit einer Standarddichtung ist für einige Baugrößen eine zweiteilige Längsdichtung (2) erhältlich, die die Unterseite des Führungswa-gens abdichtet. Somit ist das System komplett abgedichtet.

Längsdichtung




3.3 Miniatur-Kugelschienenführungen3.3.3 Hinweise zur Produktauswahl

Bereiche Anwendungen

Textiltechnik SpinnmaschinenZwirnereimaschinenHilfsmaschinen

❚

❚

❚

WebmaschinenTextilveredelungsmaschinenWirk- und Strickmaschinen

❚

❚

❚

Gummi- und Kunststoff-verabeitung

Entnahmeeinrichtungen für KunststoffmaschinenExtruder

❚

❚

BlasformmaschinenSpritzgießmaschinen

❚

❚

Montagetechnik, Handhabungs-technik und Automationstechnik

MontagemaschinenMontageroboterMehrzweck-Industrieroboter

❚

❚

❚

Greif- und SpanneinrichtungenKleinteilehandlingIndustrieroboter

❚

❚

❚

Medizintechnik MikroskopeDiagnosegeräte

❚

❚

Analysegeräte❚

Elektrische/Elektronische Industrie

MikroelektronikHalbleiterfertigung

❚

❚

ComputerperipherieBestückungsautomaten

❚

❚

Nahrungsmittel- und Verpackungsindustrie

ReinraumanwendungenEtikettiermaschinen

❚

❚

AbfülleinrichtungenKartonierer

❚

❚

Druck- und Papiertechnik Schneidemaschinen für Papier und Zellstoff

❚ PapierverarbeitungsmaschinenBuchbindereimaschinen

❚

❚

Präzisionswerkzeugebau Messmaschinen❚ Kleinwerkzeuge❚

Beispiele für das breite Einsatzspektrum von Miniatur-Kugelschienenführungen:

Bauformen

Breite S B

Länge N L N

Höhe S S S

Kurzbez. SNS SLS BNS






3.4 eLINE-Kugelschienenführungen3.4.1 Systemeigenschaften

Das Rexroth eLINE-Kugelschienenführungspro-gramm wurde insbesondere für den Leichtma-schinenbau sowie für Handlings- und Positio-nierbewegungen entwickelt, bei denen es auf ökonomische Realisierung bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit ankommt. eLINE-Führungen weisen ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis auf.

Die eLINE-Führung ist eine zweireihige Ku-gelschienenführung mit 4-Punkt-Kontakt. Die Kugelreihen haben einen Druckwinkel von 45°. Die Führungswagenkörper und das Führungs-schienenprofil bestehen aus Aluminium. Die Tragfähigkeit wird durch gehärtete Stahleinlagen in Schiene und Wagen erreicht. eLINE-Kugelschienenführung

Produktdaten Werte



Temperaturbeständigkeit tmax 60 °C im Dauerbetrieb

Vorspannungsklassen 2 C0, C1

Steifigkeit Steifigkeitsdiagramme auf Anfrage

Genauigkeitsklassen 2 E, N

Baugrößen 3 15, 20, 25

Produktdaten

Niedriges GewichtKompakte BaumaßeGleiche Tragfähigkeit in allen vier Haupt-lastrichtungenGeringe Genauigkeitsanforderungen an die Montageflächen der AnschlusskonstruktionDeutlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu StahlausführungenProblemlose Austauschbarkeit durch Präzisionsfertigung (Austauschbau)Große Kugeln machen die Führung unempfind-lich gegen VerschmutzungOptionale DichtschmiereinheitVerfügbar in den marktgängigsten Größen und Ausführungen nach DIN

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Merkmale

Zwei Kugelreihen mit 4-Punkt-Kontakt


2

3

4

5

7

6

1



3.4 eLINE-Kugelschienenführungen3.4.2 Aufbau

Dichteinheit (Frontdichtung)Endteil (Endkappe)Führungswagen-Grundkörper mit integrierter Stahleinlage

1�2�3�

KugelreiheGehäuseFührungsschienen-GrundkörperFührungsschienen-Stahleinlage

4�5�6�7�

Komponenten der eLINE-Kugelschienenführung


5

2

3

3

4

1




Die Führungswagen sind in Flanschausführung und in schmaler Ausführung verfügbar. Sie sind erstbefettet und dadurch mit einer Langzeit-schmierung versehen. Mit Hilfe einer stirnseitig ansetzbaren Dichtschmiereinheit, die als Zubehör erhältlich ist, können die Führungswagen mit Öl nachgeschmiert werden.


Stahleinlagen im Führungswagen

Der Führungswagen-Grundkörper (1) ist aus Alu-minium. Hierdurch verringert sich das Gesamtge-wicht des Wagens erheblich. Die Verschraubung erfolgt je nach Ausführung von oben oder unten mittels vier Befestigungsschrauben.


Im Grundkörper integriert sind gehärtete Stahl-einlagen (2). Sie bilden die Kugellaufbahnen im Führungswagen.

Stahleinlage

Die Stahlkugeln werden durch ein Halteblech gegen Herausfallen gesichert. Aufgrund dieses Kugelhaltes sind die Führungswagen problemlos von der Schiene zu ziehen. Hierdurch wird die Montage und Demontage des Führungswagens wesentlich vereinfacht.

Die beiden seitlichen Gehäuse (3) führen die Kugeln vom Vorlauf in den Rücklauf und bilden zusammen mit dem Aluminium-Grundkörper den Rücklauf. Sie schützen die Kugeln vor Umge-bungseinflüssen.

Die Endteile an den Stirnseiten (4) sind ebenfalls ein Teil der Kugelumlenkung vom Vorlauf in den Rücklauf. Sie fixieren die Kunststoffteile über eine Schnappverbindung (5) am Aluminium-Grundkör-per. Außerdem dient das Endteil zur Aufnahme der Dichteinheit oder der Dichtschmiereinheit.

Halteblech

Gehäuse

Endteile Endteile mit Schnappverbindung


2

1

3

4

4




Zum Abdichten der Stirnseiten des Führungs-wagens sind standardmäßig zwei Dichteinheiten (1) montiert. Sie können abgezogen werden, um sie gegen Dichtschmiereinheiten auszutauschen. Dichteinheiten sind zweiteilig und bestehen aus einem Halter und einem Schaumstoffeinsatz.

Dichteinheit

Mit Dichtschmiereinheiten (3) kann der Führungs-wagen nachgeschmiert und abgedichtet werden. Dichtschmiereinheiten sind als Zubehör erhältlich.

Dichtschmiereinheit

Der Führungswagen wird auf einer Montagehilfe (2) ausgeliefert. Sie schützt den Führungswagen vor Kugelverlust bei Transportstößen und dient als Hilfe beim Aufschieben auf die Führungsschiene.

Montagehilfe und Transportsicherung

Die eLINE-Kugelführungsschiene besteht aus einem Führungsschienen-Grundkörper und zwei Stahleinlagen (4). Die beiden Stahleinlagen bilden die Kugellaufbahnen und sind deshalb aus gehärtetem Stahl. Die Befestigung der Schie-ne erfolgt durch Verschraubung von oben oder von unten. Die Befestigungsbohrungen können anschließend mit Abdeckkappen aus Kunststoff verschlossen werden.

Führungsschiene

eLINE-Führungswagen mit Dichteinheit

Dichtschmiereinheit als Zubehör

eLINE-Führungsschiene (mit Abdeckkappen aus Kunststoff)

Stahleinlagen in der eLINE-Führungsschiene




3.4 eLINE-Kugelschienenführungen3.4.3 Hinweise zur Produktauswahl

Die Anwendungsbereiche der eLINE-Kugelschie-nenführung unterscheiden sich von denen der bisher erwähnten Profilschienenführungen. Daher wurde die Lebensdauerberechnung für eLINE-Kugelschienenführungen vereinfacht. Im Detail bedeutet dies, dass die Lagerbelastung Pist über bestimmte Faktoren berechnet wird. Die Faktoren sind Beiwerte für den jeweiligen Betriebszustand kf und Beiwerte für die Belastung mit Torsions-momenten kt und Längsmomenten kL. Mittels der berechneten Lagerbelastung Pist und einer maxi-malen Lagerbelastung Pmax kann die erforderliche Baugröße ausgewählt werden. Abhängig von der Schmierung erhält man eine Gebrauchsdauer in Kilometern.


Generell kommen eLINE-Kugelschienenführungen überall dort zum Einsatz, wo es auf ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis ankommt. Dies können beispielsweise folgende Bereiche sein:


Haus- und GebäudetechnikMesse- und Ladenbau

Tür- und FenstertechnikMöbelelementeRaumausstattung

❚

❚

❚

Montagetechnik, Handhabungstechnik und Industrieroboter

MontagemaschinenMontagelinienPositioniereinheitenHandverschiebesystemeGreif- und Spanneinrichtungen

❚

❚

❚

❚

❚

Sondermaschinenbau VorrichtungenLeichtmaschinenMaschineneinhausungen

❚

❚

❚

Heimwerken Verschiedener Heimwerkerbedarf❚

Bei Bedarf kann die exakte Lebensdauer aber wie üblich über die äquivalente Lagerbelastung und die dynamische Tragzahl bestimmt werden (siehe Kap. 3.1.5). Aufgrund der gewichtsoptimierten Konstruktion der eLINE-Kugelschienenführungen sind die maximal zulässigen Kräfte Fmax sowie die maximal zulässigen Torsionsmomente Mt max und Längsmomente ML max zu beachten.

Nähere Angaben zur vereinfachten Lebensdauer-berechnung sowie zur exakten Lebensdauerbe-rechnung sind im Produktkatalog eLINE-Kugel-schienenführung zu finden.

3.4.3.3 Vereinfachte Berechnung

Bauformen

Breite F S

Länge N N

Höhe S S

Kurzbez. FNS SNS





3.5 Rollenschienenführungen3.5.1 Systemeigenschaften

Rexroth Rollenschienenführungen wurden insbe-sondere für Anwendungen in Werkzeugmaschi-nen und Industrierobotern entwickelt. Rollenge-lagerte Längsführungen sind in verschiedenen Genauigkeitsklassen erhältlich und zeichnen sich durch ihre extrem hohe Tragfähigkeit und Steifig-keit aus.

Rollenschienenführungen haben vier Rollenum-läufe in O-Anordnung. Der Druckwinkel des Linienkontaktes hierbei beträgt 45°.


Produktdaten Werte




Vorspannungsklassen 4 C2, C3 (C1 auf Anfrage)

Steifigkeit Steifigkeitsdiagramme für alle Typen für Zug-, Druck- und Seitenbelastung im Produktkatalog

Genauigkeitsklassen 4 H, P, SP, UP

Baugrößen 9 25, 35, 45, 55, 65, 100, 12555/85, 65/100

Produktdaten

Wälzkörper: RolleSehr hohe statische TragzahlenSehr hohe dynamische TragzahlenHohe statische DrehmomentbelastbarkeitSehr hohe Steifigkeit in allen Hauptlast-richtungenSehr gutes Ablaufverhalten auch unter extrem hoher BelastungProblemlose Austauschbarkeit durch Präzisionsfertigung (Austauschbau)Integrierte KomplettabdichtungBreites Zubehörprogramm für spezielle Branchenlösungen (Dichtungen, Abstreifer)Integriertes, induktives und verschleißfreies Messsystem als Zusatzfunktion verfügbarKlemm- und Bremselemente verfügbar

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Merkmale

Vier Rollenreihen in O-Anordnung


1 2

3

4

5

6



3.5 Rollenschienenführungen3.5.2 Aufbau

Abschlusskappe (Endkappe)Schmieranschluss (Schmiernippel)Führungswagen-GrundkörperZylinderrollen (Wälzkörper)VorsatzdichtungFührungsschiene

1�2�3�4�5�6�

Rollenführungswagen werden konserviert ausge-liefert. Es besteht die Möglichkeit mit Fett oder Öl zu schmieren. Für Minimalmengenschmierung mit Öl, für Wandmontage und für die Schmierung von oben bietet Rexroth spezielle Führungswagen an. Für Langzeitschmierung gibt es eine Vorsatz-schmiereinheit. Zur optimalen Abdichtung kann die Einheit mit Zubehörteilen (z.B. Viton-Dichtung, Blechabstreifer, Faltenbalg) erweitert werden.




F

Rollenvorlauf (Belastungszone)RollenrücklaufRückführrinnenLängsdichtungen (4x)Rahmen

1�2�3�4�5�

3

1 2

45




Führungswagen-Grundkörper sind bei Rexroth in vier Varianten entsprechend der DIN 645-1 sowie in diversen Sonderformen verfügbar. Alle Füh-rungswagenkörper werden aus Wälzlagerstahl hergestellt. Je nach Bauform ergeben sich bei gleicher Größe unterschiedliche Tragzahlen und Steifigkeiten.Die Führungswagen-Grundkörper enthalten die Befestigungsgewinde für die Anschlusskonstruk-tion, sowie die vier Laufbahnen und Rücklaufboh-rungen für die Wälzkörper.



Spannungsverteilung bei logarithmischem Rollenprofil

Die Wälzkörper in den Führungswagen sind Rollen mit logarithmischem Profil. Dieses Profil verhindert Spannungsspitzen an den Kanten und trägt somit zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Führungswagens bei. Die Rollen sind aus Wälzlagerstahl 100Cr6.

Logarithmische Rolle

Die Rollenführung besteht aus Umlenkungen und einem Rahmen. Um die Reibung möglichst gering zu halten, kommt bei allen Rollenführungsteilen ein Kunststoff mit sehr guten Gleitreibungseigen-schaften zum Einsatz.

Die Umlenkung führt die Rollen vom Vorlauf in den Rücklauf. In der von Rexroth ausgeführten O-Anordnung werden die Wälzkörper über Kreuz umgelenkt. Durch integrierte Schmierkanäle ist eine sichere Schmierstoffversorgung aller Lauf-bahnen gewährleistet.

Die seitliche Führung der Rollen im Vorlauf des Führungswagens ist die Hauptaufgabe der Rah-men. Bei der Montage oder Demontage des Füh-rungswagens sichern die Rahmen den Rollenhalt und verhindern so, dass die Rollen herausfallen.

Zwei integrierte Längsdichtungen pro Rahmen schützen die Wälzkörper und die Laufbahnen vor Verschmutzung.

Der Rücklauf des Rollenführungswagens besteht im Wesentlichen aus den Rückführrinnen. Wie bei der Rollenführung wird auch hier ein Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften verwendet. Seitliche Vertiefungen ermöglichen einen ausreichenden Schmierstofftransport und verringern die Reibung.

Rollenführung

Umlenkung

Rahmen

Längsdichtungen

Rückführrinne

Rollenführungen und Rückführrinnen


2

1




Die Abschlusskappe (1) hat die Aufgabe, die inneren Kunststoffteile vor Verschmutzung zu schützen und den Schmierstoff zu verteilen. Die Schmieranschlüsse sind durch Gewindestifte verschlossen. Bei Fettschmierung und Ölschmie-rung können Führungswagen mit den standard-mäßigen schwarzen Abschlusskappen verwendet werden. Bei Minimalmengenschmierung mit Öl kommt ein Führungwagen mit grauen Abschluss-kappen zum Einsatz. Für Wandmontage hat Rex-roth einen Führungswagen mit zwei stirnseitigen Schmieranschlüssen in jeder Abschlusskappe für getrennte Laufbahnschmierung im Programm. Der Führungswagen mit Abschlusskappen aus Aluminium bietet besonderen Schutz bei grobem Schmutz und heißen Spänen. Abgerundet wird die Führungswagenvielfalt durch eine Adapter-ausführung für die Schmierung von oben.

Die integrierte Dichtplatte (2) schützt den Füh-rungswagen vor äußerer Verschmutzung und hält den Schmierstoff im Führungswagen. Um eine gute Dichtwirkung bei geringer Reibung zu erreichen, hat die Dichtlippe eine geringe Vor-spannung zur Führungsschiene und ist elastisch ausgeführt.

Abschlusskappe

Dichtplatte

Alle Rollenführungswagen werden mit einer stabilen Zusatzdichtung, der Vorsatzdichtung, ausgeliefert. Zusammen mit der inneren Dicht-platte ergibt sich ein Dichtungssystem, das unter allen Standardumgebungsbedingungen ausreichend ist. Die Vorsatzdichtung besteht aus einer elastischen Dichtlippe, die auf ein Blechteil gespritzt ist.

Die Transportsicherung schützt die Rollen während des Transportes gegen Herausfallen und erleichtert Montage und Demontage des Führungswagens. Alle Führungswagen werden mit Transportsicherung ausgeliefert.

Vorsatzdichtung

Transportsicherung

Die Führungsschiene ist aus Vergütungsstahl und hat vier gehärtete Laufbahnen. Rexroth bietet Führungsschienen für Verschraubung von oben und von unten an. Für die Verschraubung von oben stehen wiederum mehrere Abdeckvarianten für die Befestigungsbohrungen zur Verfügung. V-Führungsschienen in Schwalbenschwanzaus-führung ermöglichen die Befestigung mit Druck-stücken am Unterbau.

Führungsschiene

Abschlusskappe mit integrierter Dichtplatte

Vorsatzdichtung

Führungsschiene mit Abdeckband




3.5 Rollenschienenführungen3.5.3 Hinweise zur Produktauswahl


Werkzeugmaschinen spanend BearbeitungszentrenDrehmaschinen und DrehzentrenBohrmaschinenFräsmaschinen

❚

❚

❚

❚

SchleifmaschinenNibbelmaschinenElektroerosionswerkzeug-maschinenLaser-, Licht- und Photostrahl-werkzeugmaschinen

❚

❚

❚

❚


BiegemaschinenRichtmaschinenPressen

❚

❚

❚

DrahtbiegemaschinenDrahtziehmaschinen

❚

❚

Gummi- und Kunststoff-verarbeitung

SpritzgießmaschinenExtruder

❚

❚

KalanderBlasformmaschinen

❚

❚

Automobilindustrie Produktionsanlagen für AutosSchweißsysteme

❚

❚

PresswerkanlagenLackieranlagen

❚

❚

Papier- und Drucktechnik Papierauf- und PapierabrollerDruckmaschinen

❚

❚

Schneidemaschinen❚

Montagetechnik/Handhabungs-technik/Industrieroboter

SchwerlasteinrichtungenKabel- und Bandaufroller

❚

❚

Palettierroboter❚

Hütten- und Walzwerks-einrichtungen

Walzenverstellung❚ Bandauf- und Bandabroller❚

Schweißtechnik SchweißmaschinenWarmschweißen

❚

❚

Reibschweißen❚

Nahrungsmittel- und Verpackungsindustrie

PalettiereinrichtungenFormmaschinen

❚

❚

Schneideeinrichtungen❚

Holzbearbeitung und Holzverarbeitung

Schwere Holzbearbeitungs- zentren

❚ Sägemaschinen❚

Bauformen

Breite F S B

Länge N L N L N

Höhe S S H H N

Kurzbez. FNS FLS SNH SLH BNN



Rollenschienenführungen Resist CRBreite RollenschienenführungenSchwerlast-RollenschienenführungenFührungswagen für Wandmontage

❚

❚

❚

❚

Führungswagen mit Abschlusskappen aus AluminiumFührungswagen für Öl-Zentralschmierung (Minimalmengenschmierung)

❚

❚

Für ein breites Spektrum von Anwendungen bietet Rexroth verschiedene Bauformen und Ausführungen an:


2 31



3.6 Laufrollenführungen3.6.1 Systemeigenschaften

Rexroth Laufrollenführungen sind insbesondere für die Handhabungs- und Automationstechnik entwickelt worden. Sie sind keine typischen Profilschienenführungen, da es keinen Umlauf von Wälzkörpern zwischen Führungswagen und Führungsschiene gibt. Die wichtigsten Bauteile der Laufrollenführung sind die wälzgelagerten Laufrollen (1). Diese Laufrollen aus Stahl führen den Wagen auf den Führungsbahnen (2) der Führungsschiene (3).

Laufrollenführung

Produktdaten Werte

Geschwindigkeit vmax 10 m/s

Beschleunigung amax 50 m/s2

höhere Beschleunigungen sind zulässig, wenn Schlupf vermieden wird

Temperaturbeständigkeit tmax 80 °C

Vorspannungsklassen keine Einstellbar über Exzenter

Steifigkeit Abhängig von der Exzentereinstellung

Genauigkeitsklassen 1 Eine Genauigkeitsklasse; höhere Genauigkeiten auf Anfrage lieferbar

Baugrößen 5 20, 25, 32, 42, 52

Produktdaten

Hohe Tragfähigkeit in allen vier Hauptlast-richtungen Hohe Momentbelastbarkeit um alle AchsenSehr hohe zulässige GeschwindigkeitKompakte BauweiseSehr geringes GewichtEinfache MontageGeringe ReibungGeräuscharmer LaufKomplette FührungseinheitenRobuste AusführungAustauschbare Elemente ab LagerGeringe Anforderung an die Genauigkeit der Anschlusskonstruktion

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Merkmale

Laufrollenführung – Prinzipdarstellung

Durch die Einstellung des Exzenters mit größe-rer Vorspannkraft kann eine erhöhte Steifigkeit erreicht werden.

Laufrollenführungen haben im Gegensatz zu allen anderen Profilschienenführungen keine Genau-igkeitsklassen. Über alle Größen gelten die glei-chen Genauigkeitswerte (siehe Produktkatalog).


12

3

5

6

78

4



3.6 Laufrollenführungen3.6.2 Aufbau

Laufrollenführungen gibt es in vielen Ausfüh-rungen. Laufrollenführungen bestehen grund-sätzlich aus mindestens einer Führungsschiene und mindestens einem Führungswagen inklusive Laufrollen. Der Aufbau wird am Beispiel eines Laufrollenführungswagens erklärt. Er ist die typische Bauform. Weitere Ausführungen siehe Kap. 3.6.3.1.

Abstreif- und SchmiereinheitenFührungswagen-GrundkörperLaufrollenzapfen exzentrischLaufrollenzapfen zentrischLaufrollen

1�2�3�4�5�

Schmieranschluss (Schmiernippel)Führungsschienen-GrundkörperPräzisions-Stahlwelle

6�7�8�

Komponenten der Laufrollenführung


21

3

3

4



3.6 Laufrollenführungen3.6.2 Aufbau

Der Führungswagen ist über die exzentrisch gela-gerten Laufrollen spielfrei mittels Exzenterzapfen (1) einstellbar. Der Führungswagen-Grundkörper (2) ist aus Aluminium.Er hat auf beiden Seiten eine Abstreif- und Schmiereinheit mit großer Ölvorratskammer (3). Hierdurch werden lange Wartungsintervalle, bis hin zur Gebrauchsdauerschmierung realisiert. Zur Nachschmierung mit Öl sind beidseitig Schmier-nippel montierbar. Neben den Schmier- und Abstreifeinheiten haben die Führungswagen auch Längsdichtungen (4), welche die Führungswagen nach unten abdich-ten.Die Führungswagen können mittels Schrauben an der Umgebungskonstruktion befestigt werden.

Führungswagen

Elemente des Laufrollen-Führungswagens

Längsdichtungen

Laufrollen mit zweireihigen Schrägkugellagern

Der Führungsschienen-Grundkörper besteht aus eloxiertem Aluminium. Die eingebrachten Führungsbahnen bestehen aus einer oder zwei gehärteten, nichtrostenden Präzisions-Stahlwel-len. Auf diesen laufen die Laufrollen ab. Je nach Anforderung sind die Führungsschienen in ver-schiedenen Ausführungen erhältlich. Die Befesti-gung erfolgt durch Verschraubung von oben oder mit Nutensteinen von unten. Bei Verschraubung von oben können die Befestigungsbohrungen mit Abdeckkappen geschlossen werden.

Führungsschiene

Führungsschiene Standard mit Abdeckkappe

Die Laufrollen sind durch zweireihige Schrägku-gellager gelagert. Diese Schrägkugellager sind abgedichtet und gebrauchsdauergeschmiert. Innenring und Außenring sind aus Wälzlagerstahl. Der Außenring steht im Wälzkontakt zur Präzisi-ons-Stahlwelle der Führungsschiene.Die Laufrollen, die in den Führungswagen verbaut werden, sind auch einzeln erhältlich.

Laufrollen




Wichtigstes Merkmal des Super-Führungswa-gens ist die Fähigkeit, Fluchtungsfehler kompen-sieren zu können.

Super-Führungs-wagen

Der Profil-Führungswagen enthält zwei T-Nuten für die einfache Befestigung des Kundenaufbaus mit Schrauben und Nutensteinen. Er ist ab Werk spielfrei eingestellt.

Profil-Führungs-wagen

3.6 Laufrollenführungen3.6.3 Hinweise zur Produktauswahl

Sowohl Einzel-Kassetten als auch Doppel-Kas-setten bieten die Möglichkeit individuelle Kons-truktionen schnell und effektiv zu realisieren. Eine komplette Führungseinheit besteht aus mindes-tens zwei Doppel- oder vier Einzelkassetten. Die Kassetten besitzen integrierte Schmiereinheiten, wodurch hohe Laufleistungen und gleichzeitig eine Abstreiffunktion erreicht werden. Die Kas-setten eignen sich vorzugsweise für Schmierung mit Fett.

Einzel-Kassette

Doppel-Kassette

Der U-Form-Führungswagen läuft in einer U-förmigen Führungsschiene mit innen liegenden Führungsbahnen. Aufgrund der Bauform ist der kompakte U-Form-Führungswagen durch die Füh-rungsschiene geschützt. Hierdurch ergeben sich je nach Applikation Vorteile für den Anwender, da zusätzliche Abdeckungen entfallen können.

U-Form-Führungs-wagen

Ausführungen

Führungswagen Profil-Führungswagen Einzelkassette Laufrolle mit exzentrischem Zapfen

Super-Führungswagen U-Form Führungswagen Doppelkassette Laufrolle mit zentrischem Zapfen


Führungseinheit mit vier Einzelkassetten und zwei Führungschienen Standard halb (Beispiel)

Der Super-Führungswagen hat ebenfalls Exzen-terlaufrollenzapfen und Schmiereinheiten.

Auch bei diesem Typ können durch zusätzliche Abstreif- und Schmiereinheiten lange Wartungs-zyklen erreicht werden.

U-Form-Laufrollenführung




3.6 Laufrollenführungen3.6.3 Ausführungen, Anwendungsbereiche, abweichende Berechnung

Die Berechnung der Lebensdauer einer Laufrol-lenführung weicht von den Berechnungen der an-deren Profilschienenführungen ab. Die statischen Tragzahlen C0 y, z und die dynamischen Tragzahlen Cy, z errechnen sich bei Laufrollen-Führungen aus den Tragzahlen der eingebauten Schrägkugel-lager und nicht aus dem Wälzkontakt zwischen Führungsbahn und Laufrolle. Aus den Tragzahlen ergeben sich für die Berechnung bei Momenten-belastung die statischen Tragmomente M0 x, y, z und die dynamischen Tragmomente Mx, y, z.

Laufrollenführungen werden in den folgenden Bereichen vorwiegend in Anwendungen mit nied-rigen Belastungen und hohen Geschwindigkeiten eingesetzt. Die Laufrollenführungen werden häu-fig in der Peripherie und sonstigen Einrichtungen der Maschinen verwendet.

Bereiche

Montage- /Handhabungs- /Industrieroboter

Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen

Werkzeugmaschinen spanend

Druck- und Papiertechnik

Elektrische/Elektronische Industrie

Gummi- und Kunststoffmaschinen

Baustoff-, Keramik- und Glasmaschinen

Fördertechnik

Präzisionswerkzeuge


3.6.3.3 Abweichende Berechnung


Zusätzlich gibt es Belastungsgrenzen für wirk-same dynamische Kräfte Fmax y, z, statische Kräfte F0 max y, z sowie dynamische Momente Mmax x, y, z und statische Momente M0 max x, y, z .Hierbei werden die Bauteilfestigkeit der Füh-rungsschiene und des Führungswagens, die Belastbarkeit der Laufrollen, sowie die Schrau-benverbindungen berücksichtigt. Für alle Ausführungen und Größen sind die Tragzahlen und die maximalen Belastungen im Produktkatalog aufgeführt.


Lineare Wegmesssysteme

Beispiel: Maßstab

Direkt

Wegmesssysteme

Code

Laufzeitmessung (Laser, Ultraschall)

Kapazitiv

Resistiv

Induktiv

Magnetisch

Optisch

InkrementalInkremental Absolut

Rotatorische Wegmesssysteme

Indirekt

Inkremental AbsolutAbsolut

Beispiel: Drehgeber



3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.1 Grundlagen Wegmesssysteme

In der Längenmesstechnik werden die unter-schiedlichsten Messverfahren angewendet. Zum Verständnis der Vor- und Nachteile des jeweiligen Systems müssen zunächst einige Begriffe geklärt werden.

Es gibt direkte und indirekte Wegmesssysteme. Bei direkten Wegmesssystemen wird die lineare Verschiebung mit einem Maßstab gemessen, der die Länge des kompletten Verfahrweges haben muss. Bei indirekten Wegmesssystemen hinge-

Direkte und indirekte Wegmesssysteme

gen wird die lineare Verschiebung über die rota-torische Winkeländerung am Antrieb gemessen. Das Rexroth Messsystem zählt zu den direkten linearen Wegmesssystemen.

Man unterscheidet zwischen inkrementalen und absoluten Systemen. Bei inkrementalen Weg-messungen wird nur die Wegänderung gemes-sen. Zur Erfassung der Absolutposition muss eine Referenzfahrt durchgeführt werden. Dieses inkrementale System wird von Rexroth eingesetzt.

Inkrementale und absolute Wegmess-systeme

Bei absoluten Systemen ist jederzeit, auch un-mittelbar nach Systemstart, die genaue Position bekannt. Es werden keine Referenzen für den Nullpunkt benötigt.




3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.1 Grundlagen Wegmesssysteme

Ein weiteres Merkmal der Längenmessung ist die Ausführung der Sensoren. Vorteilhaft sind Wegmessverfahren mit elektrischem Messsignal-ausgang. Üblich sind optische, magnetische und

Funktionsprinzipien von Wegmesssyste-men

Diese Verfahren nutzen die wegabhängige Beein-flussung der elektromagnetischen Induktion durch gegenseitige Verschiebung von wechselspan-nungsgespeisten Spulensystemen und Eisen-kernen (Tauchanker- und Queranker-Prinzipien).

Induktive Wegmesssysteme

In optischen Strahlengängen können durch Verwendung von Messblenden oder Maßstab-systemen mit codierten oder inkrementalen lichtdurchlässigen Flächen oder Rastern analoge

Optische Wegmess-systeme

Magnetische Messsysteme basieren auf der wegabhängigen Beeinflussung magnetischer Effekte in geeigneten Sensoren, z. B. Hall-Sen-soren.

Magnetische Wegmesssysteme

Wegmesssysteme Vorteile Nachteile

Optische Systeme Hohe Auflösung und Linearität❚ Kaum integrierbarEmpfindlich gegen Schmutz

❚

❚

Magnetische Systeme Einfache Applikation (Aufsetzelement)

❚ Empfindlich gegen magnetisier-bare Partikel (Späne, Abrieb)Empfindlich gegen extreme sta-tische Magnetfelder (Linearmotor)

❚

❚

Induktive Systeme Unempfindlich gegen Schmutz und SpäneLeicht integrierbar (nichtmagne-tisches Band)Unempfindlich gegen Magnet-felder (Linearmotor)Berührungslos

❚

❚

❚

❚

Relativ hoher Stromverbrauch❚

Vorteile und Nach-teile der Wegmess-systeme

Wegmesssystem Kühlschmierstoff-Verträglichkeit

Unempfindlichkeit gegen Späne

Trockene Bearbeitung

Bauraum Montage

Optisch o o ++ + ++

Magnetisch + o ++ +++ +++

Induktiv +++ +++ +++ +++ +++

Wegmesssystem Nachrüstbarkeit Konstruktion Genauigkeits-klasse

Auflösung Wiederholgenauigkeit

Optisch o o +++ +++

Magnetisch ++ +++ + +++

Induktiv +++ +++ ++ ++

+++ Sehr gut ++ Gut + Befriedigend o Ausreichend

induktive Messprinzipien. Zur Verdeutlichung des induktiven Messprinzips von Rexroth müssen zunächst die einzelnen Funktionsprinzipien erklärt werden.

Signale erzeugt werden. In Verbindung mit Zähl- und Auswerteeinheiten können somit digitale Wegmesssignale erzeugt werden.




3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.2 Systemeigenschaften

Das integrierte Messsystem von Rexroth hat folgende Merkmale:

Direktes WegmesssystemBerührungsloses induktives AbtastsystemWartungsfrei, unterliegt kaum Alterungs-prozessenVereinigung der Funktionen „Führen“ und „Messen“Unempfindlich gegen MagnetfelderAustauschbarHohe Schock- und Vibrationsbeständigkeit Keine Messungenauigkeiten durch Paralleli-tätsabweichungenMehrere Abtasteinheiten auf einer Schiene möglichKeine Beeinträchtigung durch Wasser, Öl, Kühlschmierstoff, Späne, Staub usw. (Schutzart IP67)Kein zusätzlicher Bauraum für externes Mess-system notwendigProblemlos nachrüstbar (kompatibel zu Standard-Führungskomponenten)Keine Kosten durch externen AnbauUnempfindlich gegen jede Art von Verschmut-zungHohe Genauigkeit und AuflösungHohe Verfahrgeschwindigkeiten möglichIntegrierte Referenz, auch abstandscodiert

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Kugelschienenführung mit integriertem Messsystem

Die Rexroth Kugel- und Rollenschienenführungen sind mit dem integrierten Messsystem, einem direkten, induktiven Längenmesssystem lieferbar. Hiermit werden die Funktionen „Führen“ und „Messen“ zu einer Einheit zusammengefasst. So eröffnen sich neue Wege in der Maschinenkon-zeption. Das integrierte Messsystem besteht aus einem am Führungswagen befestigten Messkopf (Ab-tasteinheit) und einer in der Schiene integrierten hochgenauen Maßverkörperung. Es ist das einzige lineare Messsystem, das extreme Robustheit und die Genauigkeit von optischen Systemen in sich vereint.

Rollenschienenführung mit integriertem Messsystem


2

5

1

4

6

3

89

13

711

12

10



3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.3 Aufbau

Das direkte, induktive Längenmesssystem besteht aus dem Messkopf, der Maßverkörperung und Referenzmarken, die in eine Kugel- oder Rollen-schienenführung integriert sind. Der Messkopf mit Sensoren ist am Führungswagen angebracht.

Er wertet beim Überfahren die Maßverkörperung und die Referenzmarken aus, die in die Führungs-schiene eingebracht sind.

Führungsschiene mit MaßverkörperungVorsatzdichtungStützplatteMesskopfAdapter mit ZwischenplatteFührungswagenReferenzmarken (auf der gegenüberlie-genden Seite der Führungsschiene)

1�2�3�4�5�6�7�

Komponenten des induktiven Messsystems

Funktionselemente des integrierten Messsystems

MaßverkörperungAbdeckung durch verschweißtes Edelstahl-bandReferenzsensorMesssensorAuswerteelektronikKabel und Stecker

8�9�

10�11�12�13�




3.7.3.1 Funktionsbeschreibung der Bauteile


In die eine Längsseite der Führungsschiene ist die sogenannte Maßverkörperung eingebracht. Sie ist aus einem nichtmagnetischen Gitterband, das eine hochgenaue Teilung von 1 000 µm aufweist. Die Verbindung zur Führungsschiene erfolgt durch Schweißen. Die Abdeckung aus Edelstahlband schützt die Maßverkörperung vor Verschmutzung. Das Edelstahlband wird durch Laserschweißen mit der Schiene verbunden.

Maßverkörperung

Abdeckung

Auf der anderen Seite der Führungsschiene, die der Maßverkörperung gegenüberliegt, sind Refe-renzmarken eingebracht. Hierbei handelt es sich um Bohrungen an definierten Positionen.Sie werden ebenso durch ein Edelstahlband abgedeckt. Damit es nicht zur Verwechslung der Längsseiten kommt, ist diese Seite der Führungs-schiene mit einer Bohrung in der Anschlagkante gekennzeichnet. Alternativ kann eine Einzelmarke an einer vom Anwender spezifizierten Position eingebracht werden.

Die Führungsschiene wird entweder von unten oder von oben verschraubt. Die Befestigungs-bohrungen können mit einem Abdeckband oder Abdeckkappen verschlossen werden.

Referenzmarken

Befestigung

Maßverkörperung

Referenzmarken

In der Führungsschiene für das Messsystem sind die Maßverkörperung und die Referenzmarken integriert. Damit sind sämtliche Justierarbeiten bereits im Werk abgeschlossen. Es entstehen

Führungschiene somit keine zusätzlichen Montagekosten beim Anwender. Außerdem wird kein zusätzlicher Bau-raum benötigt.





Der prinzipielle Aufbau des Messkopfes wird am Beispiel eines Kugelführungswagens erklärt.

Messkopf am Führungswagen

Der Messkopf ist an einer Endkappe des Füh-rungswagens befestigt und ist genauso breit und hoch. Auch das Bohrbild der Befestigungsboh-rungen des Führungswagens bleibt unverändert. Vorteil: Die Befestigung des Führungswagens an der Anschlusskonstruktion bleibt auch mit Mess-system gleich.Der Messkopf enthält das berührungslose Abtastsystem und die Einheit zum Erkennen der Referenzmarken. Daneben ist im Messkopf auch die benötigte Elektronik enthalten. Der Messkopf liefert nach Wunsch sowohl analoge als auch digitale Signale.

Das Messkopf-Gehäuse aus Aluminium nimmt alle sonstigen Bauteile des Messkopfes auf. Es ist über einen Adapter mit dem Führungswagen verschraubt und bildet damit eine Einheit. Durch den Adapter kann im Servicefall der Messkopf ausgetauscht werden, ohne den Führungswagen zu demontieren.Zusammen mit den drei Gehäusedeckeln schützt es die elektronischen und mechanischen Bauteile vor Schmutz und Stößen. Die Deckel werden mit dem Messkopf-Gehäuse dicht verschraubt und dürfen vom Anwender nicht geöffnet werden.

Messkopf-Gehäuse

Auf der einen Seite des Messkopfes befindet sich der Messsensor, der die Maßverkörperung in der Führungsschiene berührungslos abtastet. Der Messsensor besteht aus einer Vielzahl von Sender- und Empfängerspulen (siehe Funkti-onsprinzip Kapitel 3.7.3.2) und wird durch einen Sensorhalter aus Aluminium geschützt.

Messsensor

Messkopf-Gehäuse mit Adapter

Messsensor

Auf der gegenüberliegenden Seite des Mess-kopfes ist der Referenzsensor angebracht. Dieser tastet die Referenzmarken der Führungsschiene ab und ermöglicht so eine Bestimmung der Abso-lutposition des Führungswagens auf der Füh-rungsschiene. Zum Schutz ist der Referenzsensor in einem Sensorhalter aus Aluminium fixiert. Beide Sensorhalter sind mit dem Messkopf-Gehäuse verschraubt.

Referenzsensor

Referenzsensor

Der Aufbau des Messkopfes am Rollenführungs-wagen unterscheidet sich nur unwesentlich.


1

2



Die Auswerteelektronik (Platine) enthält die gesamte Elektronik zur Erzeugung, Verarbeitung, Kalibrierung und Weiterleitung des Signals. Die Interpolationsfunktion ist bei der digitalen Ausfüh-rung bereits in der Platine integriert.

Auswerteelektronik

Platine


Zum Erreichen der Schutzart IP67 werden die oben erwähnten Bauteile im Messkopf-Gehäuse montiert und die Hohlräume anschließend mit Vergussmasse verschlossen. Hierdurch wird das System unempfindlich gegen Wasser, Öl und Kühlschmierstoff.

Vergussmasse

Der Stecker und das Kabel verbinden den Mess-kopf mit der Steuerung. Je nach Anforderung und Ausführung der Steuerung können Stecker und Kabel ausgewählt werden.

SteckerKabel

Die Stützplatte (2) ist zwischen Vorsatzdichtung und Messkopf montiert. Sie weist 0,1 mm Spiel zur Führungsschiene auf und verhindert bei extre-men Schwingungen und Stößen eine Berührung zwischen Sensor und Schiene.

Stützplatte

Vorsatzdichtung und Stützplatte

Als zusätzlicher Schutz wird auf den Messkopf eine Vorsatzdichtung (1) aufgeschraubt. Hierdurch wird das Eindringen von Wasser, Öl, Kühlschmier-stoff, Späne und Staub in den Messkopf von der Stirnseite verhindert. Die Unterseite des Mess-kopfes wird durch Längsdichtungen geschützt.

Vorsatzdichtung


cos

sin

cos

sin

1000 µm

2

1

3

4




3.7.3.2 Funktionsbeschreibung der induktiven Sensoren

Das integrierte Messsystem funktioniert nach dem Transformatorprinzip. Im Messkopf ist eine Anordnung von Spulen untergebracht, die gegen

Funktion Messsensor – Maßverkörperung

mechanische Beschädigungen und elektromag-netische Störungen geschützt sind.

Maßverkörperung (Gitterband: Stahlband mit Aussparungen)Spulen im Messsensor des MesskopfesPrimärwicklungenSekundärwicklungen

1�

2�3�4�

Die Maßverkörperung besteht aus einem Stahl-band, in das mit einem Präzisionsverfahren in glei-chen Abständen Aussparungen eingebracht sind. Die magnetische Kopplung der einzelnen magne-tischen Kreise zwischen den Primär- und Sekun-därspulen ändert sich mit der relativen Lage zur

Maßverkörperung. Die in die Sekundärwicklungen induzierten Spannungen werden weiterverarbeitet und als ein um 90° phasenverschobenes Signal weitergegeben. In der Auswerteelektronik werden daraus die genaue Position und die Bewegungs-richtung ermittelt.

Funktionsprinzip von Maßverkörperung und Messsensor


L

R1R2R3R4R5

TR TR TR TR

10 mm

TR + 1 mmTR + 1 mmTR + 1 mmTR + 1 mm

L

1

2

2

1

4

4

3

3



Die Referenzmarken sind als Bohrungen in der zur Maßverkörperung gegenüberliegenden Seite in die Führungsschiene eingebracht und zum Schutz vor Verschmutzung verschlossen. Die abstandscodierten Referenzmarken stellen ein Referenzmarkensignal zur Verfügung und sind durch ein dicht verschweißtes Edelstahlband

Abstandscodierte Referenzmarken

Referenzmarken mit AbstandscodierungBohrung zum Kennzeichen der Refenzmarken-seiteMaßverkörperung gegenüberliegend

1�2�

3�

R1 ... Rn ReferenzmarkenTR Abstand ReferenzmarkenL Schienenlänge

geschützt. Die Seite mit den Referenzmarken ist durch eine Bohrung in der Anschlagkante der Führungsschiene gekennzeichnet. Durch die eindeutige Anordnung ist bereits nach Überfahren zweier Referenzmarken eine absolute Position verfügbar.

Eine einzelne, absolute Referenzmarke ist eine Bohrung, die auf der zur Maßverkörperung gegenüberliegenden Seite in die Führungsschie-ne eingebracht ist. Die Bohrung ist durch einen Messingstift verschlossen und so vor Verschmut-

Einzelne, absolute Referenzmarke

zung und Beschädigung geschützt. Zur Positions-bestimmung muss diese Referenzmarke überfah-ren werden. Die Position der Referenzmarke ist innerhalb des Messbereiches vom Kunden frei definierbar.

3 Maßverkörperung gegenüberliegend4 Einzelne, absolute Referenzmarke (Position frei definierbar)


Die Maßverkörperung allein liefert bei der Ab-tastung lediglich auf- oder absteigende Signale (Inkrementalsignale). Mit diesem inkrementalen Messverfahren ist es nicht möglich, die absolute Position des Messsystems zu erfassen.

Funktion Referenzsensor – Referenzmarken

Zur Bestimmung der absoluten Position des Füh-rungswagens auf der Führungsschiene wird ein zusätzlicher Bezug benötigt. Dies kann alternativ erfolgen durch:

Abstandscodierte Referenzmarken Einzelne Referenzmarke

❚

❚

Abstandscodierte Referenzmarken

Einzelne, absolute Referenzmarke


Usin

UcosU0

URI



3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.4 Elektronik

Die Elektronik des Messkopfes hat Analogfunkti-onen und Digitalfunktionen, d.h. es stehen nach Wunsch analoge bzw. digitale Signale zur Verfü-

Die relative, kontaktlose Bewegung zwischen Messkopf und Maßverkörperung erzeugt sinusför-

Analoge Signalform

Durch ein Verrechnen der Sinussignale mit den Cosinussignalen ergeben sich Zwischenwerte. Diesen Vorgang nennt man Interpolation.

Interpolation

Analoge Signale in Sinusform

Signalperiode (1000 µm)

90° ± 0,5° elektrisch

Usin/Ucos Sinusförmige SpannungssignaleU0 Null-Durchgang U0 = 2,5 V ± 0,5 V

URI Referenzmarkensignal

gung. Beide Signalausgänge verfügen über eine Echtzeit-Auswerteelektronik, so dass hochdyna-mische Antriebe bedient werden können.

mige Spannungssignale (1VSS), die während des Abtastens direkt vom Messkopf geliefert werden.

Da die Interpolationseinheit im Messkopf inte-griert ist, wird keine externe Interpolationseinheit benötigt.

Integrierte Interpolationsfaktoren nach 4fach-Flan-kenauswertung:

Faktor Berechnung Auflösung25fach

= 10 µm1000 µm

4 · 25

10 µm

50fach= 5 µm

1000 µm

4 · 50

5 µm

256fach= 0,976 µm ≈ 1 µm

1000 µm

4 · 256

1 µm

1024fach 1000 µm

4 · 1024= 0,244 µm ≈ 0,25 µm

0,25 µm

Je nach Interpolation ergeben sich unterschied-liche Auflösungen für das Messsystem. Die Auflösung gibt die kleinstmögliche messbare Positionsänderung des Messsystems vor. Bei einer Gitterbandteilung von 1000 µm und einer 4fach-Flankenauswertung in der Steuerung erge-ben sich die folgenden Auflösungen.

Auflösung

Auflösung = Gitterbandteilung

Auswertung · Faktor

360° elektrisch


A

1 2 3 4 1

B

RI

td td



3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.4 Elektronik

Die Genauigkeit der Interpolation ist für alle Auflö-sungen gleich und beträgt ± 3 µm.

Genauigkeit der Interpolation

Nach der Interpolation stehen Rechteck-Aus-gangssignale (TTL-Signale) zur Verfügung. Rechteck-Ausgangssignale sind digitale Signale.

Digitale Signale Für die TTL-Signale ergeben sich, wie vorher beschrieben, die Auflösungen 0,25 µm, 1 µm, 5 µm und 10 µm.

Digitale Rechtecksignale

Durch die unterschiedlichen Auflösungen ergeben sich die Wiederholgenauigkeiten des Systems. Die Wiederholgenauigkeit ist die Genauigkeit, mit der ein und derselbe Punkt wiederholt gemessen werden kann.

Wiederholgenauigkeit Auflösung bei TTL-Signal

µm

0,25

1

5

10

Wiederhol- genauigkeit

µm

2

2

5

10

Flankenabstand 90° ± 5° elektrisch

A/B Inkrementale TTL-RechtecksignaleRI Referenzmarkensignaltd Verzögerungszeit |td| < 0,1 µs




3.7 Integriertes Wegmesssystem3.7.5 Hinweise zur Produktauswahl

Die Genauigkeit des Messsystems setzt sich aus der Genauigkeit der Teilung und Führung und der bereits erwähnten Genauigkeit der Interpolation zusammen. Die Summe der Abweichungen wird im Begriff Systemgenauigkeit zusammengefasst.

Es werden vier verschiedene Genauigkeiten der Teilung der Maßverkörperung und Führung angeboten. Die Werte werden bei einer Umge-bungstemperatur von 20 °C garantiert.Die Auswahl der Teilungsgenauigkeit erfolgt über die Materialnummer der Führungsschienen. Auf Anforderung kann ein detailliertes Genauig-keitsprotokoll der Teilungsgenauigkeit mitgeliefert werden.

Es ergeben sich die folgenden Systemgenauigkeiten:

Genauigkeit der Teilung und Führung

± 3 µm

± 5 µm

± 10 µm

± 30 µm


± 3 µm


Genauigkeit der Interpolation Systemgenauigkeit (Summe)

± 3 µm ± 3 µm ± 6 µm

± 5 µm ± 3 µm ± 8 µm

± 10 µm ± 3 µm ± 13 µm

± 30 µm ± 3 µm ± 33 µm

Die Genauigkeit der Interpolation erreicht stan-dardmäßig ± 3 µm.



Die Systemgenauigkeit ist die maximale Abwei-chung vom Mittelwert einer jeden Position auf einer Messstrecke von 1 m, ausgedrückt in ± a (µm).

Bereich Anwendungen

Holzbearbeitung und -verarbeitung SägemaschinenHandhabungsgeräte

❚

❚

Elektrische/Elektronische Industrie Leiterplatten-Herstellung❚

Werkzeugmaschinen spanend BearbeitungszentrenSchleifmaschinenFräsmaschinen

❚

❚

❚

Werkzeugmaschinen umformend und zerteilend Pressen, Stanzen❚

Textiltechnik Textilmaschinen❚

Druck- und Papiertechnik Druckwalzmaschinen❚

Schweißtechnik Laserschweißanlagen❚

3.7.5.1 Genauigkeit des Messsystems


Systemgenauigkeit

4-1Bosch Rexroth AG

5

1

3

6

7

8

9

10

2

4

4 Kugelbüchsenführungen


Die Kugelbüchsenführung ist ein Produkt zur kostengünstigen Realisierung linearer Bewe-gungen. Ihre Variantenvielfalt erlaubt Anwen-dungen in zahlreichen Industriebereichen.

Eine Kugelbüchsenführung besteht aus:Einer oder mehreren Kugelbüchsen (1, 5)Einer oder mehreren Präzisions-Stahlwellen (3) zur Führung der KugelbüchsenEinem Gehäuse (2) zur Anbindung der Kugel-büchsen an die AnschlusskonstruktionWellenböcken (4) oder Wellenunterstützungen zur Lagerung der Präzisions-Stahlwellen

❚

❚

❚

❚

Kugelbüchsen enthalten:Eine Stahlhülse oder mehrere StahlsegmenteEinen Führungskäfig aus Stahl oder KunststoffKugeln aus Wälzlagerstahl

❚

❚

❚


4.1.1.1 Aufbau einer Kugelbüchse

Beispiel: Compact-Kugelbüchse

Elemente einer Kugelbüchsenführung

KugelbüchseGehäuse

1�2�

StahlwelleWellenbock

3�4�

Kugelbüchse komplettHalteringDichtung

5�6�7�

StahlsegmenteKugelnFührungskäfig

8�9�10�

4.1 Grundlagen


Je nach Ausführung sind Stahlhalteringe und Dichtungen möglich

❚


C

d D

123

6

54



4.1.1.2 Aufbau eines Linear-Sets

Kugelbüchsen werden in Gehäuse eingebaut, um sie mit der Anschlusskonstruktion zu verbinden. Dies ist grundsätzlich mit kundeneigenen Gehäu-sen möglich, die extra konstruiert und angefertigt werden müssen. Einfacher und kostengünstiger ist in der Regel die Verwendung kompletter stan-dardisierter Lagereinheiten. Rexroth bietet solche Einheiten in Form von Linear-Sets an. Diese Linear-Sets lassen sich einfach an der Anschluss-konstruktion festschrauben.

Linear-Sets bestehen aus Einem Gehäuse mit Bohrungen oder Gewinde für den Anbau an die KundenapplikationEiner oder zwei KugelbüchsenDichtungen

❚

❚

❚ Elemente eines Linear-Sets

4.1 Grundlagen

Im Führungskäfig zirkulieren die Kugelreihen in geschlossenen Kreisläufen. In der belasteten Zone (2) liegen die Kugeln direkt an der Welle an. Am Ende der belasteten Zone heben die Kugeln ab und werden ohne Kontakt zur Welle durch die unbelastete Zone (1) zurückgeführt. Der Führungs-käfig nimmt dabei keine äußeren Kräfte auf.

Die Stahlhülse bzw. die Stahlsegmente (3) über-tragen die von außen eingeleiteten Kräfte auf die Kugeln. Auf Grund der hohen Flächenpressung im Punktkontakt zwischen Kugel und Welle bzw. Kugel und Führungsfläche sind die einzelnen Komponenten auf mindestens 60 HRC gehärtet. Wellen aus nicht rostendem Stahl werden auf 54 HRC gehärtet.

Die Dichtungen schützen die Kugelbüchse vor Verunreinigung, und die Halteringe fixieren die Stahlsegmente an der gewünschten Position.

Die Hauptabmessungen einer Kugelbüchse wer-den beschrieben durch:

Wellendurchmesser d (= Größe der Kugel-büchse)Außendurchmesser DBreite C der Kugelbüchse

❚

❚

❚

FührungskäfigFührungskäfig

StahlhülseStahlsegmenteKugeln

StahlhülseStahlsegmenteKugeln

DichtungenHalteringeDichtungenHalteringe

HauptabmessungenHauptabmessungen


Kugelkreislauf in einer Kugelbüchsenführung

Unbelastete KugelreiheBelastete KugelreiheStahlsegment

1�2�3�

Hauptabmessungen einer Kugelbüchse

Dichtung KugelbüchseGehäuse

4�5�6�

4-3Bosch Rexroth AG

1 2

2

3

1




Die Präzisions-Stahlwellen (2) gibt es als Voll- und als Hohlwellen. Zur Lagerung der Wellen gibt es Wellenböcke (1) oder Wellenunterstüt-zungen (3). Ebenso wie die Linear-Sets können diese standardisierten Einheiten die Montagezeit deutlich verkürzen. Eine aufwändige Anschluss-konstruktion entfällt, da die Wellen durch ein-faches Anschrauben befestigt werden.

Präzisions-StahlwellePräzisions-Stahlwelle

4.1.1.3 Aufbau von Wellen, Wellenböcken und Wellenunterstützungen

Beispiel: Wellenbock aus Aluminium mit bearbeiteter Anschlagkante

WellenbockPräzisions-StahlwelleWellenunterstützung

1�2�3�

Mit Wellenböcken (1) können die Präzisions-Stahlwellen (2) ohne zusätzliche Bearbeitung befestigt werden. Die Welle wird in die Bohrung des Wellenbocks eingeschoben und mit einem Gewindestift fixiert.

WellenböckeWellenböcke

Der Einsatz von Wellenunterstützungen (3) ver-meidet die Wellendurchbiegung. Zur Befestigung der Wellen auf einer Wellenunterstützung müssen über die gesamte Wellenlänge radial Gewinde in die Welle eingebracht werden, über die dann beide Teile verschraubt werden.

WellenunterstützungWellenunterstützung

Kugelbüchsenführung mit Wellenböcken

4.1.1.4 Normen

Kugelbüchsenführungen sind Linear-Kugellager, deren Hauptmaße, Toleranzen und Begriffe in der DIN ISO 10 285 festgelegt sind.

Das Zubehör für Linear-Kugellager beschreibt die DIN ISO 13 012. Zubehör sind Lagergehäuse, Wellen, Wellenböcke und Wellenunterstützungen.

Kugelbüchsenführung mit Wellenunterstützung




4.1.1.5 Typenbezeichnungen und Bauformen der Kugelbüchsen

Jeden Kugelbüchsentyp gibt es in unterschiedlichen Bauformen, Ausführungen und Größen sowie mit verschiedenen Dichtungssystemen. Je nach Einsatzfall kann aus einer Vielzahl von Kugelbüch-sen gewählt werden. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Produktvielfalt der Kugelbüchsen von Rexroth.

Kugelbüchsentyp Bauformen Dichtungssystem Ausführungen Eigenschaften

Compact-Kugelbüchse eLINE-KugelbüchseSiehe Kapitel 4.2.1

Geschlossen❚ Ohne DichtringeIntegrierte DichtringeSeparate Dichtringe

❚

❚

❚

Auch in nicht rostender Ausführung 1)

❚ Kleine AbmessungenKeine zusätzliche axiale Sicherung nötigPreisgünstig

❚

❚

❚

Super-Kugelbüchse A Siehe Kapitel 4.2.2

GeschlossenOffen

❚

❚

Ohne DichtringeIntegrierte DichtringeSeparate Dichtringe

❚

❚

❚

Gleicht Fluchtungsfehler aus

❚

Super-Kugelbüchse BSiehe Kapitel 4.2.2

GeschlossenOffen

❚

❚

Ohne DichtringeIntegrierte DichtringeSeparate Dichtringe

❚

❚

❚

Ohne Fluchtungsfehler-ausgleich

❚

Standard-KugelbüchseSiehe Kapitel 4.2.3

GeschlossenEinstellbarOffen

❚

❚

❚

Ohne DichtringeIntegrierte Dichtringe

❚

❚


❚ Außerordentlich robustFür hohe TemperaturenGanzmetallausführung

❚

❚

❚

Segment-KugelbüchseSiehe Kapitel 4.2.4

Geschlossen❚ Ohne DichtringeSeparate Dichtringe

❚

❚


❚ Preisgünstig❚

Super-Kugelbüchse HSiehe Kapitel 4.2.5

GeschlossenOffen

❚

❚

Ohne DichtringeIntegrierte DichtringeKomplett abgedichtet

❚

❚

❚

Für hohe BelastungenGleicht Fluchtungsfehler aus

❚

❚

Super-Kugelbüchse SHSiehe Kapitel 4.2.5

GeschlossenOffen

❚

❚

Ohne DichtringeIntegrierte DichtringeKomplett abgedichtet

❚

❚

❚

Für sehr hohe Belas-tungenGleicht Fluchtungsfehler aus

❚

❚

Radial-KugelbüchseSiehe Kapitel 4.2.6

Offen❚ Ohne DichtringeKomplett abgedichtet

❚

❚

Für hohe BelastungenFür hohe Steifigkeit

❚

❚

Drehmoment- KugelbüchseSiehe Kapitel 4.2.7

Geschlossen❚ Ohne DichtringeSeparate Dichtringe

❚

❚

Mit 1, 2 oder 4 Laufbahnrillen

❚ Überträgt Drehmomente❚

Kugelbüchse für Längs- und DrehbewegungenSiehe Kapitel 4.2.8

Geschlossen❚ Integrierte Dichtringe❚ Mit Rillenkugel-lager oder Nadellager

❚ Für Längs- und Drehbe-wegungen

❚


Nicht rostend nach DIN EN 10 0881)

4-5Bosch Rexroth AG

2

1

1

2




Je nach Kugelbüchsentyp kann eine geschlos-sene, offene oder einstellbare Bauform gewählt werden. Beim Einsatz von Wellenunterstützungen zur Vermeidung der Wellendurchbiegung müssen offene Kugelbüchsen verwendet werden.

Bei Standard-Kugelbüchsen gibt es zur Einstel-lung der Radialluft eine einstellbare Bauform. Bei allen anderen Kugelbüchsen kann die Radialluft durch die entsprechende Wahl der Passungen von Welle und Bohrung beeinflusst werden.

BauformenBauformen

Geschlossene Kugelbüchse Einstellbare KugelbüchseOffene Kugelbüchse

Bei der tangentialen Umlenkung werden die Ku-geln seitlich an den Laufbahnen zurückgeführt.Diese Kugelbüchsen zeichnen sich durch einen geringen Bauraum (Außendurchmesser) aus.Zu dieser Gruppe gehören:

Compact- und eLINE-KugelbüchsenSuper-KugelbüchsenStandard-KugelbüchsenSegment-KugelbüchsenDrehmoment-KugelbüchsenKugelbüchsen für Längs- und Drehbewe-gungen

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Tangentiale UmlenkungTangentiale Umlenkung

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal für Kugelbüchsen ist die Art der Kugelumlenkung. Sie hat direkt Einfluss auf die Tragzahl und den Bauraum der Kugelbüchse.

KugelumlenkungKugelumlenkung

Bei der radialen Umlenkung werden die Kugeln in Rücklaufbohrungen oberhalb der Laufbahnen zurückgeführt.Dieses Konstruktionsprinzip erlaubt bei gleichem Wellendurchmesser eine größere Anzahl tra-gender Kugelreihen und damit höhere Tragzahlen.Zu dieser Gruppe gehören:

Radial-Kugelbüchsen❚

Radiale UmlenkungRadiale Umlenkung

Standard-Kugelbüchse mit tangentialer Umlenkung für Wellendurchmesser 30 mm, Tragzahl C = 2 890 N

Kugelbüchse mit radialer Umlenkung für Wellendurch-messer 30 mm, Tragzahl C = 8 500 N

Neben diesen Unterscheidungsmerkmalen gibt es noch unterschiedliche Dichtungssysteme und bei einigen Kugelbüchsen nicht rostende Ausfüh-rungen.

Weitere Unterschei-dungsmerkmaleWeitere Unterschei-dungsmerkmale

Unbelastete KugelreiheBelastete Kugelreihe

1�2�





4.1.2.1 Einsatzfälle für Kugelbüchsen

Für freitragende Führungen, die nur an den Enden unterstützt werdenZum Ausgleich von unebenem Unterbau, z. B. unbearbeitete Schweißkonstruktionen (durch den Freiheitsgrad in Umfangsrichtung und Kugelbüchsen mit Pendeleffekt)Für wartungsfreie Führungen (Kugelbüchsen benötigen kaum Schmierung)Für Linearführungen mit Forderung nach gerin-ger ReibungFür integrierte Bauweise (die Kugelbüchse wird in das zu bewegende Teil eingepresst, statt außen angeschraubt zu werden)Für korrosive Umgebungen (nicht rostende Ausführungen)Für Lebensmittelverarbeitung, Chemie, Phar-mazie, Medizin und Bereiche, in denen mit aggressiven Mitteln gereinigt wirdBei extremer Verschmutzung, z. B. Ziegelei, Zementwerk, Holzbearbeitung (robuste Stan-dard-Kugelbüchse komplett aus Stahl, ohne Kunststoffteile)

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Kugelbüchsen können in vielen Bereichen eingesetzt werden. Für die folgenden Anwendungsfälle eignen sich Kugelbüchsen besser als andere Linearführungen:

Bei hohen Temperaturen weit über 100 °C, z. B. Gießerei (Ganzmetallausführung der Standard-Kugelbüchse)Für Anwendungen im Vakuum (Kugelbüchsen ohne Kunststoffteile)Zur Realisierung von Längs- und Drehbewe-gungen (Kugelbüchsen mit montiertem Kugel- oder Nadellager)Für rotierende Anwendungen (rotations-symmetrische Führung)Für versteckte Verlegung von Sensorkabeln, Druckluftleitungen etc. in HohlwellenFür leichten Anbau von Peripherie an Wellen-enden mit kundenspezifischer BearbeitungFür extrem lange Führungen mit zusammen-gesetzten Wellen, bei denen die Stoßstellen mit voller Last überfahren werden können

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

4-7Bosch Rexroth AG



Anforderungen Kugelbüchsentyp

Compact/ eLINE

Super A/B

Standard Segment Super H/SH

Radial Dreh-moment

Längs- und Dreh-bewegung

Einsatzhäufigkeit +++ +++ ++ ++ + + + +

Niedrige Kosten +++ ++ ++ +++ + + + +

Besonders leichte Montage +++ ++ ++ ++ + + + ++

Sehr kleine Abmessungen +++ + + +++ + o + +

Auch nicht rostende Ausführung +++ o +++ +++ o o o o

Hohe Belastungen + ++ + + +++ +++ ++ +

Fluchtungsfehlerausgleich o +++1) o o +++ o o o

Besonders sanfter Ablauf ++ +++ ++ ++ + ++ ++ ++

Hohe Temperatur > 100 °C o o +++ o o o o o

Grobe Verschmutzung o o +++ o o o o o

Feuchte/nasse Umgebung ++ o +++ ++ ++ o o o

Mit wässrigen Kühlschmiermitteln ++ o +++ ++ o o o o

Eignung für Vakuum o o +++ o o o o o

Drehmomentübertragung o o o o o o +++ o

Längs- und Drehbewegungen o o o o o o o +++

Nur Super A1) +++ Sehr gut++ Gut

+ Befriedigendo Ausreichend (Nicht zu empfehlen)

4.1 Grundlagen

4.1.2.2 Eigenschaften und technische Daten der Kugelbüchsen

Für Kugelbüchsenführungen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen. Die nachfolgenden Tabellen dienen als Auswahlhilfe für Kugelbüchsen.


Technische Daten Kugelbüchsentyp

Compact/ eLINE

Super A/B

Standard Segment Super H/SH

Radial Dreh-moment

Längs- und Dreh-bewegung

Dynamische Tragzahl Cmax1) N 5 680 12 060 21 000 3 870 23 500 54 800 9 250 4) 21 000

Durchmesser d mm 8 bis 50 10 bis 50 3 bis 80 12 bis 40 20 bis 60 30 bis 80 12 bis 50 5 bis 80

Reibungszahl µ 2) – 0,001 bis 0,004

0,001 bis 0,004

0,001 bis 0,0025

0,001 bis 0,004

0,001 bis 0,004

0,001 bis 0,002

0,001 bis 0,004

0,001 bis 0,0025

Geschwindigkeit vmax m/s 5 3 2,5 3 5 2 3 2,5

Beschleunigung amax m/s2 150 150 100 150 150 50 150 100

Betriebstemperatur °C –10 bis 100 3)

Die Tragzahl ist abhängig von der Lastrichtung. Siehe Kapitel 4.1.3.1.Werte gelten ohne Dichtung. Unter hoher Last ist die Reibungszahl am kleinsten. Sie kann bei geringen Belastungen auch größer als der angegebene Wert sein.Standard-Kugelbüchsen ohne Dichtungen sind auch über 100 °C einsetzbar.Wert gilt für Drehmoment-Kugelbüchsen mit 1 oder 2 Laufbahnrillen; Ausführung mit 4 Laufbahnrillen bis 36 600 N

1)2)

3)4)





4.1.2.3 Anwendungsparameter

Zu Beginn der Produktauswahl von Kugelbüchsen müssen die folgenden Anforderungen der Anwen-dung definiert werden:

Erforderliche SteifigkeitAbmessungenBelastungLastrichtungKundeneigenes Gehäuse oder einbaufertiges Linear-Set

❚

❚

❚

❚

❚

GeschwindigkeitsbereichDrehbewegung (Freiheitsgrade)Umgebungsbedingungen (Schmutz, Feuchtig-keit etc.)Preis

❚

❚

❚

❚

Wenn Durchbiegung vermieden werden soll, also hohe Steifigkeit gefordert wird, sind Wellenunter-stützungen und die dazu passenden offenen Kugelbüchsen erforderlich. Spielt Durchbiegung eine untergeordnete Rolle, kann auf die kosten-günstigeren geschlossenen Kugelbüchsen (evtl. mit Wellenböcken) zurückgegriffen werden.

Die vorhandene Bauhöhe grenzt im Zusammen-hang mit der anliegenden Belastung die Größe und den Typ der Kugelbüchse ein.

Weicht die Lastrichtung von der Hauptlast-richtung ab, verringern sich die Tragzahlen der Kugelbüchse. Die Abweichung von der Haupt-lastrichtung geht mit einem Abschlagsfaktor in die Auslegungsberechnungen ein.

DurchbiegungDurchbiegung

BauhöheBauhöhe

LastrichtungLastrichtung

4.1.2.4 Auswahl geeigneter Kugelbüchsen

Wellenunterstützungen

Anhand dieser Parameter können geeignete Kugelbüchsen für den jeweiligen Anwendungsfall ermittelt werden.

4-9Bosch Rexroth AG




4.1 Grundlagen

Generell bietet es sich an, einbaufertige Linear-Sets zu verwenden, weil dadurch Zeit und Kosten bei der Konstruktion und der Montage gespart werden können. Beim Einbau von Kugelbüchsen in kundeneigene Gehäuse bitte die Empfehlungen im Produktkatalog beachten.

Bei einer erforderlichen Geschwindigkeit größer als 2 m/s sind nicht alle Kugelbüchsentypen einsetzbar.

Wenn bei Kugelbüchsenführungen mit nur einer Welle Drehbewegungen verhindert werden sol-len, müssen Drehmoment-Kugelbüchsen verwen-det werden.

Bauartbedingt eignen sich einige Kugelbüchsen-typen besser als andere für besondere Umge-bungsbedingungen. Je nach Anwendungsfall gibt es beispielsweise nicht rostende Ausführungen oder unterschiedliche Dichtungssysteme.

Die Analyse dieser Parameter führt zur Vor-auswahl einer geeigneten Kugelbüchse. Unter-stützend bei der Vorauswahl sind außerdem die Tabellen unter Kapitel 4.1.1.5 und 4.1.2.2. Meist eignen sich für bestimmte Anwendungen mehrere Kugelbüchsentypen. Sollte auf Grund besonderer Bedingungen eine Festlegung des Kugelbüchsentyps nicht mög-lich sein, kann auf die langjährige Erfahrung von Rexroth zurückgegriffen werden.

Nach der Vorauswahl des Kugelbüchsentyps ist die rechnerische Auslegung erforderlich.

Anschluss-konstruktionAnschluss-konstruktion

GeschwindigkeitGeschwindigkeit

DrehbewegungenverhindernDrehbewegungenverhindern

Umgebungs-bedingungenUmgebungs-bedingungen

VorauswahlVorauswahl

Linear-Set

Drehmoment-Kugelbüchsenführung


330

300

270

240

210180

15

120

90

60

300

fρ0

fρρ( )

fρ0 fρ

0,90,8 0,7 0,6 0,5

330

300

270

240

210180

15

120

90

60

300

fρ0

fρρ( )

0,90,8 0,7 0,6 0,5




Ein störungsfreier Betrieb von Kugelbüchsenfüh-rungen wird nur erreicht, wenn unten stehende Konstruktionshinweise beachtet werden.

4.1.3.1 Einfluss der Belastungsrichtung auf die Tragzahl

Bei Kugelbüchsen bestimmt die Belastungsrich-tung die wirksame Tragzahl. Diese hängt von der Lage der Lastrichtung zur Stellung der Kugelrei-hen ab. Je nach Lastrichtung werden die maximalen Tragzahlen aus dem Produktkatalog mit den Faktoren fr (dynamische Tragzahl C) oder fr0 (statische Tragzahl C0) multipliziert, um die wirksame Tragzahl zu erhalten. Lastrichtungen, für welche die maximale Tragzahl Cmax gilt, heißen Hauptlastrichtungen. Durch gerichteten Einbau kann die Tragzahl optimal genutzt werden. Ist ein gerichteter Einbau nicht möglich oder ist die Lastrichtung nicht definiert, gelten die minimalen Tragzahlen Cmin.Die jeweiligen Tragzahlen sind im Rexroth Produkt-katalog angegeben.

Wirksame TragzahlWirksame Tragzahl

Dynamische Tragzahl CDynamische Tragzahl CStatische Tragzahl C0Statische Tragzahl C0

HauptlastrichtungHauptlastrichtung

Super-Kugelbüchse SH, Wellendurchmesser 20 bis 25 mm

Ablesebeispiel: Für die Lastrichtung r = 270° muss bei der geschlossenen Super-Kugelbüchse SH mit Wellendurchmesser 20 bis 25 mm die

Beispiele für Maxima und Minima der wirksamen Tragzahlen in Abhängigkeit von der Anordnung der Kugelreihen

Das nachfolgende Beispiel zeigt den Einfluss der Lastrichtung und die zugehörigen Faktoren fr und fr0 anhand einer geschlossenen und einer offenen Super-Kugelbüchse SH.

dynamische Tragzahl C mit fr = 0,8 multipliziert werden. Die statische Tragzahl C0 muss mit dem Faktor fr0 = 0,68 multipliziert werden.

Cmax CmaxCmin

Cmin

Geschlossen Offen

– Faktor fr für dynamischen Lastfall– Faktor fr0 für statischen Lastfall


3

2

1




4.1 Grundlagen

4.1.3.2 Konstruktive Maßnahmen

Bei Führungen mit nur einer Welle sollten zwei Kugelbüchsen eingesetzt werden. Sind zwei Füh-rungswellen vorgesehen, sollte mindestens eine Welle mit zwei Kugelbüchsen versehen sein.

An die Abstandsdifferenzen zwischen zwei Wellen mit zugehörigen Kugelbüchsen sowie an die Parallelität der Wellen und Kugelbüchsen bestehen hohe Anforderungen. Ungenauigkeiten führen zu Verspannungen oder Überlastung und vermindern damit die Lebensdauer der Kugel-büchsenführung. Im Produktkatalog finden sich Richtwerte für die maximale Abstandsdifferenz einschließlich Parallelitätsabweichung.

Kugelbüchsenführungen sind grundsätzlich für einen Temperaturbereich von –10 °C bis +100 °C geeignet. Bei Standard-Kugelbüchsen mit Dichtringen und Radial-Kugelbüchsen mit separaten Dichtringen reduziert sich die maximale Betriebstemperatur auf +80 °C (kurzzeitig bis +100 °C).Höhere Temperaturen sind bei nicht abgedichte-ten Standard-Kugelbüchsen zulässig. Allerdings führen Temperaturen über 100 °C zu Tragzahlmin-derungen.Bei Betriebstemperaturen unter dem Gefrierpunkt muss grundsätzlich Eisbildung vermieden werden.

Bei starren Anschlusskonstruktionen der Kugel-büchsen (Gehäuse etc.) und längeren Auflager-abständen der Wellen wird die Lebensdauer freitragender Kugelbüchsenführungen infolge der Wellendurchbiegung und der dadurch auftre-tenden Kantenpressung beeinflusst. Ausgenom-men hiervon sind die Super-Kugelbüchsen A, H und SH bei Winkelfehlern bis 0,5 °. Zur Berech-nung der Wellendurchbiegung siehe Hinweise in Kapitel 4.1.4.7.

Nicht rostende Stähle sind Stähle entsprechend DIN EN 10 088. Bei besonders kritischer, korrosionsfördernder Umgebung sind die Teile unter Einsatzbedingungen zu prüfen. Es müssen geeignete Konservierungs- und Schmiermittel verwendet werden.

Anzahl der KugelbüchsenAnzahl der Kugelbüchsen

Parallelität bei zwei FührungswellenParallelität bei zwei Führungswellen

Betriebs-temperaturenBetriebs-temperaturen

WellendurchbiegungWellendurchbiegung

Nicht rostende AusführungenNicht rostende Ausführungen

Einbauempfehlungen für Führungen:Eine Führungswelle und zwei KugelbüchsenZwei Führungswellen und drei KugelbüchsenZwei Führungswellen bei Verwendung einer vierten Kugelbüchse

1�2�3�


dD

12

3

5

6

4




4.1 Grundlagen

Die Radialluft ist durch die Wahl der Wellen- und Bohrungstoleranzen bei allen Kugelbüchsen be-einflussbar (Ausnahme: geschlossene Standard-Kugelbüchse). Sie hängt vom Nennmaß und der Passungsauswahl ab.Für die gebräuchliche Radialluft wird die Gehäu-sebohrung in der Toleranzklasse H7 ausgeführt. Spielarme Führungen werden mit Bohrungen der Toleranzklassen K7 oder K6 ausgeführt. Für leich-te Vorspannung sind die Toleranzklassen M7 und M6 geeignet. Vorspannung kann die rechnerische Lebensdauer der Kugelbüchsen und der Wellen reduzieren.

RadialluftRadialluft

Definition der Radialluft

Für spielfreie Führungen muss die Radialluft der Kugelbüchse mit einer Einstellschraube im Gehäuse so weit verringert werden, bis sich beim Drehen der Welle leichter Widerstand bemerkbar macht. Bei Einbaufällen mit Vibrationen muss die Einstellschraube gesichert werden.Um Vorspannung zu erreichen, wird die oben be-schriebene Einstellung zunächst mit einer um das Maß der Vorspannung schwächeren Einstellwelle vorgenommen. Bei geschlossenen Standard-Kugelbüchsen muss die dafür vorgesehene einstellbare Bauform ver-wendet werden, wenn das Einstellen der Radial-luft erforderlich ist.

Spielfreie FührungenSpielfreie Führungen

VorspannungVorspannung

Betriebsspiel Toleranzklasse

Welle d Gehäuse-bohrung D

Spiel nach Produktkatalog

h7 H7

Übergangs-bereich

h7 K7

Leichte Vorspannung

h7 M7

Im Produktkatalog werden für Kugelbüchsen und Linear-Sets Werte für die Radialluft angegeben. Diese Werte wurden statistisch ermittelt und entsprechen den in der Praxis zu erwartenden Werten.

Passungsauswahl

Beispiele für einstellbare Kugelbüchsenführungen

GehäuseKugelbüchseRadialluftWelleEinstellgewindestift Einstellschraube

1�2�3�4�5�6�


D -0,1-0,4

d -0,05-0,15

H




4.1 Grundlagen

Im Produktkatalog sind zu den Höhenmaßen der Linear-Sets Toleranzwerte angegeben. Diese To-leranzwerte sind statistisch ermittelt und entspre-chen den Werten, die in der Praxis zu erwarten sind.

Bei Einbau in kundeneigenes Gehäuse muss die Gehäusebohrung mit einer Fase versehen sein.Kleine Kugelbüchsen (außer Compact- und eLINE-Kugelbüchsen ab Größe 12) lassen sich von Hand montieren. Für Kugelbüchsen mit grö-ßeren Durchmessern sowie für die Compact- und eLINE-Kugelbüchsen empfiehlt Rexroth, einen Montagedorn zu verwenden. Dabei dürfen die Einpresskräfte keinesfalls über die Dichtringe und Stahlhalteringe (Standard-Kugelbüchse) geleitet werden, da sonst Beschädigungen an den Kugel-käfigen auftreten können.Falls eine Compact- oder eine eLINE-Kugel-büchse bei der Montage in die Gehäusebohrung anfangs leicht verkantet wurde, so richtet sie sich beim weiteren Einpressen selbst aus. Ein Zurückziehen und erneutes Ausrichten ist nicht erforderlich.

Bei der Fixierung der Kugelbüchse im Gehäuse gibt es je nach Kugelbüchsentyp unterschiedliche Möglichkeiten sowie Besonderheiten, die beach-tet werden müssen. Im Produktkatalog finden sich entsprechende Hinweise bei den jeweiligen Ku-gelbüchsentypen unter der Überschrift „Kunden-eigene Gehäuse“.

Die Präzisions-Stahlwellen von Rexroth werden mit angefasten Wellenenden geliefert. Die Fasen sind für das Aufschieben der Kugelbüchse auf die Welle erforderlich und schützen die Kugelbüch-sendichtungen vor Beschädigung. Die Kugel-büchse darf beim Aufschieben nicht verkanten. Hammerschläge auf Kugelbüchsenhülse, Halte-ringe oder Käfige führen zu Beschädigungen.Kugelbüchsen mit Dichtringen dürfen nicht über scharfe Wellenkanten geschoben werden, da hierbei die Dichtlippen beschädigt werden können.

HöhenmaßHöhenmaß

Einbau in kunden-eigene GehäuseEinbau in kunden-eigene Gehäuse

MontagedornMontagedorn

FixierungFixierung

Aufschieben auf die WelleAufschieben auf die Welle

Einbau in kundeneigenes Gehäuse mit einem Montage-dorn; Gehäusebohrung ist mit einer Fase versehen

Höhenmaß


100 000

50 000

10 000

5 000

1 000

1000,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

500

43

2

1

2

1




4.1 Grundlagen

4.1.3.3 Schmierung

Kugelbüchsen werden vorzugsweise mit Fett (Dynalub) geschmiert. Das Schmierfett trägt zur Abdichtung bei und haftet in der Kugelbüchse.Eine Nachschmierung ist nur in längeren Zeitinter-vallen erforderlich.

Geringer Schmier-mittelbedarfGeringer Schmier-mittelbedarf

Im Gegensatz zu Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb benötigt die Kugelbüchsen-führung wesentlich weniger Schmierstoff auf Grund der geringeren Kontaktfläche zwischen Wälzkörper und Laufbahn.

Große Kontaktfläche bei Kugelschiene und Kugel-gewindetrieb

Richtwerte für die lastabhängige Nachschmierung am Beispiel einer eLINE-Kugelbüchse

Wird eine eLINE-Kugelbüchse mit 20 % der dynamischen Tragzahl belastet, beträgt ihre Lebensdauer mit Erstbefettung unter Versuchs-bedingungen 3 000 km.

Beispiel zur NachschmierungBeispiel zur Nachschmierung

Bei regelmäßiger Nachschmierung kann eine Lebensdauer von 15 000 km erreicht werden.

– Erstbefettet (ohne Nachschmierung)– Regelmäßig nachgeschmiert

F/C

L (k

m)

F/C = Belastung/dynamische Tragzahl (–)L = Lebensdauer (km)

Richtwerte für die lastabhängige Nach-schmierung

Kleine Kontaktfläche bei der Kugelbüchsenführung

KugelKontaktfläche

1�2�

LaufbahnWelle

3�4�





4.1 Grundlagen

Voraussetzungen für lange Nachschmierintervalle sind eine sorgfältige Erstbefettung und regel-mäßige Überprüfung des Schmierzustandes. Schmiermittel, Schmiermenge und Nachschmier-intervalle sind von vielen Einflüssen abhängig, z. B. von:

BelastungGeschwindigkeitBewegungsablaufTemperatur

Folgende Einflüsse verringern die Nachschmier-intervalle:

Große BelastungHohe GeschwindigkeitKurzhubGeringe Alterungsbeständigkeit des Schmier-stoffes

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Nachschmier-intervalleNachschmier-intervalle

Allgemeine Grundlagen zur Schmierung finden sich in Kapitel 2.5.4.


1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

010 20 30 40 50 60 700

HRC 54

fH = 0,68

L = · fH · ft · fw · 105 mCFm

3(4-1)

(4-2) Lh =L

2 · s · n · 60



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

4.1.4.1 Nominelle Lebensdauer

Die Basis für die Berechnung der Lebensdauer ist die dynamische Tragzahl. Die Festlegung der dynamischen Tragzahlen basiert auf 100 km Hub-weg. Werden 50 km zugrunde gelegt, muss man die Tabellenwerte für C aus dem Produktkatalog mit 1,26 multiplizieren (vergleiche Kapitel 2.4.1.2).Die Berechnung nach DIN ISO 14728 ist nur gültig unter folgenden Vorraussetzungen:

F ≤ 0,5 CF ≤ C0

Bei der Verwendung von Wellen mit einer Härte von weniger als 60 HRC, bei Einsatztempera-turen über 100 °C oder bei Kurzhubanwendungen können die Berechnungen von den Vorgaben der DIN ISO 14728 abweichen.

Für diese Anwendungen gelten folgende Formeln:

❚

❚

Basis für die Lebens-dauerberechnungBasis für die Lebens-dauerberechnung

Erweiterte Lebens-dauerberechnungErweiterte Lebens-dauerberechnung

L = Nominelle Lebensdauer (m)Lh = Nominelle Lebensdauer (h)C = Dynamische Tragzahl (N)Fm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)fH = Härtefaktor der Wellenhärte (–)ft = Temperaturfaktor (nur relevant bei

Temperaturen über 100 °C) (–)fw = Kurzhubfaktor (nur für Segment-, Compact-,

eLINE- und Super-Kugelbüchsen) (–)s = Hublänge (m)n = Hubfrequenz (Doppelhübe) (min–1)

Bei der Berechnung der Lebensdauer spielt die Härte der Wellen eine wichtige Rolle. Über den Härtefaktor fH wird der Einfluss der Wellenhärte in der Lebensdauerformel berücksichtigt.Bei Wellen mit einer Mindesthärte von 60 HRC gilt für fH der Wert 1, d. h. die Lebensdauer der Kugelbüchsenführung wird nicht durch die Wellenhärte begrenzt. Alle Präzisions-Stahlwellen aus Vergütungsstahl von Rexroth weisen eine Mindesthärte von 60 HRC auf. Nicht rostende Stahlwellen von Rexroth haben eine Mindesthärte von 54 HRC. Dem entspricht der Härtefaktor fH = 0,68 (siehe Beispiel).Bei kundeneigenen Wellen muss der Faktor entsprechend dem nebenstehenden Diagramm berücksichtigt werden.

Härtefaktor für WellenhärteHärtefaktor für Wellenhärte

Diagramm für Härtefaktor fH

Beispiel:Für eine Welle aus X46Cr13 mit der Mindesthärte 54 HRC ergibt sich ein Härtefaktor fH = 0,68.

Wellenhärte (HRC)

Här

tefa

ktor

f H

F = Belastung (N)C = Dynamische Tragzahl (N) C0 = Statische Tragzahl (N)


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,520 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

10 12

16

20 25 30 40 50

LKB

LHub



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

Hohe Betriebstemperaturen verursachen im Härtegefüge des Stahls bleibende Gefügeän-derungen. Dies führt zu einem Härteabfall des Werkstoffs. Die dadurch bedingte Reduzierung der Tragzahl wird durch den Temperaturfaktor ft berücksichtigt.

TemperaturfaktorTemperaturfaktor

Man spricht bei Kugelbüchsen von Kurzhub, wenn die Hublänge LHub kürzer als die dreifache Kugel-büchsenlänge LKB ist. Bei Kurzhub ist die Lebensdauer der Wellen niedriger als die der Segment-, Compact-, eLINE- und Super-Kugelbüchsen. Die Tragzahlen C dieser Kugelbüchsentypen müssen mit dem Kurzhubfaktor fW multipliziert werden. Im Produkt-katalog finden sich bei den betreffenden Kugel-büchsentypen Diagramme für die Ermittlung des Faktors fW .

Liegt kein Kurzhub vor oder handelt es sich um einen anderen Kugelbüchsentyp, kann diese Problematik vernachlässigt werden, das heißt der Kurzhubfaktor ist fW = 1.

KurzhubfaktorKurzhubfaktor

Hublänge und Kugelbüchsenlänge

Diagramm zur Ermittlung des Kurzhubfaktors am Beispiel der Super-Kugelbüchsen A und B (Baugrößen 10 bis 50)

Hublänge (mm)

Lagertemperatur 100 °C 125 °C 150 °C 175 °C 200 °C

Temperaturfaktor ft 1 0,92 0,85 0,77 0,70

Kur

zhub

fakt

or f W


C =Fm

fH · ft · fw · fL(4-3)

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,11 2 3 4 5 10 20 4030 50 100 200 500 1000

Diagramm für Lebensdauerfaktor fL



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

Für den Entwurf und die Produktauswahl (siehe Kapitel 4.1.2) kann mit folgender Formel gerech-net werden:

Erforderliche TragzahlErforderliche Tragzahl

C = Dynamische Tragzahl (N)Fm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)fH = Härtefaktor der Wellenhärte (–)ft = Temperaturfaktor (–)fw = Kurzhubfaktor (nur für Segment-, Compact-,

eLINE- und Super-Kugelbüchsen) (–)fL = Lebensdauerfaktor (abhängig von der

geforderten Lebensdauer) (–)

Dieser Wert kann zur Bestimmung von Größe und Typ der Kugelbüchsenführung herangezogen werden. Die eigentliche Lebensdauerberechnung erfolgt dann, wenn die Kugelbüchsenführung festgelegt und die Tragzahl bekannt ist.

Geforderte Lebensdauer L (105 m)

Lebe

nsda

uerf

akto

r f L

Einfluss der geforderten Lebensdauer


Fm = F1 · + F2 · + . . . + Fn · 3 qsn

100 %qs2

100 %qs1

100 % 3 3 3

(4-4)

Fres = F1 + F2 + F3 + ... + Fk(4-5)

200

300

400

500

100

0250

F1

F2

qs1 = 25 % qs2 = 25 % qs3 = 50 %

F3 F3

500 750 10000s (mm)

F (N

)

F1

F2

F3

Fres

F2

F3

F1



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

4.1.4.2 Dynamisch äquivalente Lagerbelastung

Bei veränderlichen Lagerbelastungen gleicher Lastrichtung wird die dynamisch äquivalente Belastung Fm nach Formel (4-4) berechnet:

Veränderliche Lager-belastungen bei gleicher Lastrichtung

Veränderliche Lager-belastungen bei gleicher Lastrichtung

Beispiel für veränderliche Einzelbelastungen und zugehörige Weganteile über einen Zyklus

4.1.4.3 Resultierende Belastung

Greifen an der Kugelbüchse gleichzeitig mehrere Kräfte aus unterschiedlichen Lastrichtungen an, muss aus allen anliegenden Kräften die resultie-rende Belastung ermittelt werden.

Kräfte aus unter-schiedlichen Rich-tungen

Kräfte aus unter-schiedlichen Rich-tungen

F1 ... Fk = Einzelbelastungen aus verschiedenen Richtungen (N)

Fres = Resultierende Belastung (N)k = Anzahl der Kräfte unterschiedlicher

Lastrichtung (–)

Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen (Beispiel)

Anschließend wird der Winkel der resultierenden Belastung berechnet. Mit diesem Winkel wird über das Lastrichtungsdiagramm der Faktor fr bestimmt. Bei nicht zu bestimmender Lastrichtung muss von der minimalen Tragzahl ausgegangen werden (siehe auch Kapitel 4.1.3.1).

Fm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)F1 ... Fn = Stufenförmige, dynamische Einzelbelastungen (N)qs1 ... qsn = Weganteile für F1 ... Fn (%)n = Anzahl der Phasen (–)s = Verfahrweg (mm)

Phase 1 Phase 2 Phase 3


Fres n = F1 n + F2 n + F3 n + ... + Fk n(4-6)

qs2

qs1

qs3

F2 2

F3 2

F1 2

F2 1

F1 1

F1 3

F1 3

x+

y+

z+

+ ... +Fm = Fres1 · qs1

100 % 3

3 + Fres 2 ·

qs2

100 %

3 Fres n ·

qsn

100 %

3(4-7)



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

4.1.4.4 Veränderliche Lagerbelastung in unterschiedlichen Lastrichtungen

Bei veränderlichen Lagerbelastungen und Lastrichtungen wird die dynamisch äquivalente Belastung Fm wie folgt berechnet:

Für jede Phase wird die resultierende Belastung aus allen anliegenden Kräften ermittelt (siehe Kapitel 4.1.4.3).

Für jede einzelne Phase n:

Veränderliche Lager-belastungen und Lastrichtungen

Veränderliche Lager-belastungen und Lastrichtungen

Mit den resultierenden Belastungen jeder ein-zelnen Phase wird anschließend die dynamisch äquivalente Belastung berechnet (siehe Kapitel 4.1.4.2).

Beispiel für veränderliche Einzelbelastungen aus unterschiedlichen Richtungen und die zugehörige Weganteile über einen Zyklus

Die dynamisch äquivalente Belastung Fm wird dann zur Berechnung der Lebensdauer nach Kapitel 4.1.4.1 herangezogen.

Fres n = Resultierende Belastung während Phase n (N)

F1 n ... F k n = Einzelbelastungen aus unterschiedlichen Richtungen in den Phase 1 ... n (N)

k = Anzahl der unterschiedlichen Last- richtungen während Phase n (–)

n = Anzahl der Phasen mit unterschiedlichen Lagerbelastungen (–)

Fm = Dynamisch äquivalente Belastung (N)Fres 1 ... Fres n = Resultierende Belastung

in den Phasen 1 ... n (N)qs1 ... qsn = Weganteile für Fres 1 ... Fres n (%)


Fres

M

Fcomb = Fres + C · M

Mt(4-8)

qs2

qs1

qs3

M3

M2

M1

M3

L = · 105 mMt

Mm

3(4-9)

Mm = M1 · + M2 · + . . . + Mn · 3 qsn

100 %qs2

100 %qs1

100 % 3 3 3

(4-10)



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

4.1.4.5 Berücksichtigung des Drehmomentes bei Drehmoment-Kugelbüchsen

Bei gleichzeitiger Beanspruchung durch eine Radiallast und ein Drehmoment (um die Verfahr-achse) wird die äquivalente Gesamtbelastung ermittelt.

Kombinierte BelastungKombinierte Belastung

Kombination aus Radiallast und DrehmomentFcomb = Äquivalente Gesamtbelastung (N)Fres = Resultierende Radiallast (N)C = Dynamische Tragzahl (N)M = Drehmoment (Nm)Mt = Tragmoment (Nm)

Bei reiner Drehmomentbelastung errechnet sich die Lebensdauer nach Formel (4-9):

Reine Drehmoment-belastungReine Drehmoment-belastung

Veränderliche Drehmoment-Einzelbelastungen und zugehörige Weganteile (Beispiel)

Mm = Dynamisch äquivalentes Drehmoment (Nm)

M1 ... Mn = Stufenförmige Einzelmomente (Nm)qs1 ... qsn = Weganteile für M1 ... Mn (%)

Der Härtefaktor fH und der Temperaturfaktor ft werden bei der Berechnung von Drehmoment-Kugelbüchsen auf 1 gesetzt, da ausschließlich Wellen mit Härte 60 HRC verwendet werden dürfen und die Betriebstemperatur 100 °C nicht übersteigen darf.

L = Nominelle Lebensdauer (m)Mm = Dynamisch äquivalentes

Drehmoment (Nm)Mt = Tragmoment (Nm)

Das dynamisch äquivalente Drehmoment Mm wird bei veränderlichen Drehmoment-Einzelbelastun-gen nach Formel (4-10) berechnet:

Bei n Phasen wird die dynamisch äquivalente Lagerbelastung Fm wie in Formel (4-7) aus den äquivalenten Gesamtbelastungen der einzel-nen Phasen und den zugehörigen Weganteilen berechnet.


fm = f · · lW + b

3 · blW + b

3 · a

tan α = · (3b2 – lW2 + a2)F · a

6 · E · I · lW

f = ·F · lW

3

3 · E · Ia2 · b2

lW4

F

b

x

a

f f m

A BlW

α

S0 =C0

F0 max(4-11)



4.1.4 Berechnungen

4.1 Grundlagen

4.1.4.6 Statischer Tragsicherheitsfaktor

Die statische Tragsicherheit gibt an, wie hoch die Sicherheit gegenüber bleibender Verformung im Wälzkontakt ist. Sie errechnet sich nach Formel (4-11):

4.1.4.7 Wellendurchbiegung

Beim Einsatz von Stahlwellen als Führungen für Kugelbüchsen muss die Wellendurchbiegung innerhalb bestimmter Grenzen bleiben, damit Funktion und Lebensdauer nicht beeinträchtigt werden. Bei den Super-Kugelbüchsen A, H und SH treten bis zu einer Wellenneigung von 0,5° keine Tragzahl- oder Lebensdauerminderungen ein.

Zur Erleichterung der Durchbiegungsberechnung enthält der Produktkatalog in tabellarischer Form folgende Angaben:

Die am häufigsten auftretenden Biegebelas-tungsfälle mit den dazugehörigen Durchbie-gungsformelnDie Formeln zur Berechnung der auftretenden Wellenneigung in der Kugelbüchse (tan a) sowie Werte für die zulässige WellenneigungDie Werte für E · I, abhängig vom Wellendurch-messer

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❚

❚

Beispiel für Angaben im Produktkatalog zur Biegelinie eines typischen Belastungsfalles mit den zugehörigen Formeln für Durchbiegung und Wellenneigung

F = Einzelbelastung (N)f = Durchbiegung am Lastangriffspunkt (mm)fm = Maximale Durchbiegung (mm)a = Wellenneigung am Lastangriffspunkt (°)lW = Wellenlänge (mm)E = Elastizitätsmodul (N/mm2)I = Flächenträgheitsmoment (mm4)a, b = Hebelarmlängen zwischen Last

und Auflagern (mm)

S0 = Statische Tragsicherheit (–)C0 = Statische Tragzahl (N)F0 max = Maximale Belastung (N)

Durchbiegung bei x = b:

Maximale Durchbiegung:

Wellenneigung bei x = b:


90

690

700

1

4

2

5



4.1 Grundlagen

Schlitten (m = 30 kg)Last (m = 50 kg)Massenschwerpunkt von Schlitten und Last

1�2�3�

KugelbüchsenPräzisions-Stahlwellen

4�5�

Aushärteofen

Ein Schlitten mit einem Eigengewicht von 30 kg nimmt 50 kg Last auf. Mit Hilfe von zwei paral-lelen Wellen wird der Schlitten in den Aushärte-ofen geschoben. Die Wellen sind am Schlitten befestigt. Die Kugelbüchsen sind fest fixiert am Aushärteofen.

Belastung der beiden Wellen durch Eigen-gewicht und Last: 80 kgZwei Lagerstellen pro Welle mit ca. 90 mm AbstandIm Lagerbereich sind maximal 100 °C Wärme-abstrahlung zu erwarten.Handbetrieb ca. 6 Hübe pro Stunde (0,1/Minute)

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Technische Daten zur AnwendungTechnische Daten zur Anwendung

4.1.5 Berechnungsbeispiel

Auslegung der Lager inkl. Ermittlung des Wel-lendurchmessers und Festlegung der Kugel-büchsenführungBerechnung der LebensdauerÜberprüfung der Funktionssicherheit über den statischen Tragsicherheitsfaktor

❚

❚

❚

Erforderliche BerechnungenErforderliche Berechnungen

Hublänge: 700 mmMassenschwerpunkt ca. 690 mm vom hinteren Lagermittelpunkt entferntEinsatz von Präzisions-Stahlwellen mit mindes-tens 60 HRCDie geforderte Lebensdauer beträgt mindes-tens 10 Jahre im 24-Stunden-Betrieb.

❚

❚

❚

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3

Berechnungsbeispiel Aushärteofen


FA = FB - F = 3100 N - 400 N = 2700 N

= 392 N 400 N

F = 0,5 · m · g = 0,5 · (30 + 50) kg · 9,81 m/s2

FB = F · = 400 N · = 3067 NlWa

690 mm90 mm

3100 N

BB AA

a = 90 mmb = 600 mmlW = 690 mm

FA

lW

F

b a

FB

L = 7,36 ·105 m

L = Lh · 2 · s · n · 60 = 87600 h · 2 · 0,7 m · 0,1 min-1 · 60 min/h

Lh = 10 · 365 · 24 h = 87600 h

3100 N1 · 1 · 0,50 · 1

FfH · ft · fL · fw

C = = = 6200 N




4.1 Grundlagen

Belastung pro Welle:Lagerauslegung (statische Anwendung)

Lagerauslegung (statische Anwendung)

Gesamtbelastung einer Kugelbüchse

Bei der Wellenhärte 60 HRC ergibt sich aus dem Diagramm für den Härtefaktor fH in Kapitel 4.1.4.1, Unterabschnitt "Härtefaktor für Wellenhärte", der Wert fH = 1.

Bestimmung der KugelbüchsengrößeBestimmung der Kugelbüchsengröße

Der Lebensdauerfaktor fL errechnet sich aus der geforderten Lebensdauer:

Nach dem Diagramm zum Einfluss der Lebens-dauer in Kapitel 4.1.4.1, Unterabschnitt "Einfluss der geforderten Lebensdauer", ist der Lebens-dauerfaktor fL = 0,50. Die maximale Belastung tritt an der Kugelbüchse B auf mit F = 3100N.Nach Formel (4-3) errechnet sich die erforderliche Tragzahl C:

Der Temperaturfaktor ft beträgt nach der Tabelle in Kapitel 4.1.4.1, Unterabschnitt "Temperaturfak-tor" bei 100 °C: ft = 1.

Auf Grund der zu erwartenden Wellendurch-biegung wird eine Super-Kugelbüchse A aus-gewählt. Ausgehend von der Maximalbelastung FB = 3100 N wird anhand des Produktkatalogs eine Kugelbüchse ermittelt, die folgende Bedin-gungen erfüllt:

F < C0 minF < 0,5 Cmin

Dies führt zur Auswahl einer Super-Kugel-büchse A für Wellendurchmesser Ø 40h7 mit Cmin = 8240 N und C0min = 4350 N.

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❚

Für die Lebensdauerberechnung wird die maxi-male Belastung FB als dynamisch äquivalente Gesamtbelastung Fm angenommen.


f =400 N · (600 mm)2 · 690 mm

3 · 2,64 · 1010 Nmm2

f = 1,25 mm

tan α = = 2,73 · 104 400 N · 600 mm · 90 mm

3 · 2,64 · 1010 Nmm2

α = 0,016 ( 1')

L = · fH · ft · fw ·105 m

L = ·1·1·1 ·105 m

L = 18,78 · 105 m

CF

3

8240 N3100 N

3

4350 N3100 N

S0 = = = = 1,40C0

F0 max

C0FB

Lh = 223571 h

Lh = =L

2 · s · n · 6018,78 · 105 m

2 · 0,70 m · 0,1 min-1 · 60

tan α =F · a · b3 · E · I

FA

FB

FlW

b a

f

α




4.1 Grundlagen

Nach Produktkatalog ergibt sich für den Wellendurchmesser Ø 40h7 der Wert E · I = 2,64 . 1010 Nmm2

Rechnerische Wellenneigung ohne Spiel:

Neigung der Welle in der Kugelbüchse:

Die zulässige Neigung der Super-Kugelbüchse Ausführung A ohne Einschränkung der Tragzahl beträgt 0,5° (bzw. 30').

Anmerkung: Die Lebensdauerberechnung wird hier für die oben ermittelte Maximalbelastung F = 3100 N durchgeführt. Durch diese Vereinfa-chung erhält die Lebensdauer eine zusäzliche Si-cherheit. Für die exakte Lebensdauerberechnung müsste ein Dynamikzyklus mit entsprechenden Belastungen in den einzelnen Phasen festgelegt werden. Das Festlegen der Betriebsbedingungen ist ausführlich in Kapitel 3.1.5.2 beschrieben.

Lebensdauer in Stunden nach Formel (4-2):

Unter Berücksichtigung aller vorgegebenen Para-meter und mit der Annahme von 24-h-Betrieb über das gesamte Jahr ergibt sich im Idealfall eine Lebensdauer der Führung von 26 Jahren.

Für diesen Fall mit normalen Einsatzbedingungen reicht ein statischer Tragsicherheitsfaktor S0 = 1,4 aus.

Statischer Trag-sicherheitsfaktor

Belastungsfall

Für die Wellendurchbiegung gilt:WellendurchbiegungWellendurchbiegung

f =F · b2 · lw3 · E · I

Statischer Tragsicherheitsfaktor nach Formel (4-11):

Lebensdauer in Metern nach Formel (4-1):LebensdauerLebensdauer


1

2



4.2 Kugelbüchsen4.2.1 Compact- und eLINE-Kugelbüchsen

Compact- und eLINE-Kugelbüchsen zeichnen sich durch kleine Abmessungen aus, die ver-gleichbar mit denen einer Gleitführung sind. Sie bestehen aus einem Kunststoff-Führungskäfig mit 5 oder 6 geschlossenen Kugelumläufen. Die gehärteten Stahlsegmente mit Laufbahnrillen für die Lastzonen sind in den Käfig integriert und übertragen die auftretenden Kräfte. Die einzelnen Komponenten werden über zwei Metall-Halte-ringe fixiert, welche die stirnseitigen Dichtringe aufnehmen.Bei den Kugelbüchsen für Wellendurchmesser 12 mm bis 50 mm werden die Metall-Halteringe (1) mit Übermaß gefertigt. Dadurch entfällt bei diesen Kugelbüchsentypen die sonst übliche zusätzliche axiale Fixierung in der Aufnahmebohrung.Bei den Kugelbüchsen für Wellendurchmesser 8 mm und 10 mm liegt das Übermaß für die Fixie-rung an der Kunststoff-Außenhülse (2). Bei Ein-baufällen mit Vibrationen bzw. höheren Beschleu-nigungen ist zusätzliches Fixieren notwendig.Die Compact-Kugelbüchse ist auch in nicht ros-tender Ausführung oder als eLINE-Kugelbüchse mit reduzierter Radialluft erhältlich.

Durch den Einbau von Compact- und eLINE- Kugelbüchsen ergeben sich folgende Vorteile:

Sehr preiswerte Kugelbüchse für allgemeine AnforderungenKleine Außenabmessungen für besonders kompakte KonstruktionenHohe Tragzahlen und lange Lebensdauer durch gehärtete Stahlsegmente mit Kugel-schmiegung in der LaufbahnHohe Verfahrgeschwindigkeit (5 m/s)Mit integrierten oder vorgesetzten Dichtringen sowie ohne DichtringeLeichte Montage: Nur Einpressen, keine zu-sätzliche Fixierung notwendigViele Hohlräume als Schmierstoffreservoir für lange Nachschmierintervalle oder Gebrauchs-dauerschmierungWerkseitig gebrauchsdauergeschmiert (eLINE-Kugelbüchse)Optional mit reduzierter Radialluft für spielfreie Führung (eLINE-Kugelbüchse)Optional nicht rostend für Anwendungen in der Medizin, Chemie und LebensmittelindustrieLinear-Sets mit Gehäuse aus Aluminium oder nicht rostendem Stahl verfügbar

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Kompakte BauweiseKompakte Bauweise

AufbauAufbau

Axiale FixierungAxiale Fixierung

VorteileVorteile

Axiale Fixierung bei unterschiedlichen Größen der Compact-Kugelbüchsen

Metall-Haltering (Compact-Kugelbüchse für Wellendurchmesser 12 mm bis 50 mm)Kunststoff-Außenhülse (Compact-Kugelbüch-se für Wellendurchmesser 8 mm und 10 mm)

1�

2�

Compact-Kugelbüchsenführung


21



Die Super-Kugelbüchsen A und B haben Stahl-einlagen mit geschliffenen Laufbahnrillen und optimierten Kugeleinlaufschrägen für besonders ruhigen Lauf und hohe Lebensdauer.Sie bestehen aus einem Kunststoff-Führungskäfig mit 5 oder 6 geschlossenen Kugelumlaufbahnen, abhängig vom Durchmesser. In die Kunststoff-Au-ßenhülse sind die gehärteten Stahlsegmente mit geschliffenen Laufbahnen integriert. Diese Seg-mente sind die eigentlich tragenden Elemente. Die Kunststoff-Außenhülse bildet einen geschlos-senen Außenmantel und deckt die Kugeln beim Rücklauf ab.Abgedichtet wird die Super-Kugelbüchse entwe-der mit integrierten oder vorgesetzten Dichtrin-gen. Bei den vorgesetzten Dichtringen dient eine Metallkapsel zur Aufnahme der Dichtung. Diese hat ein Übermaß und kann gleichzeitig als axiale Fixierung der Kugelbüchse verwendet werden.Bei den integrierten Dichtringen werden schwim-mende Dichtungen (1) eingesetzt, womit trotz der pendelnden Bewegungen der Kugelbüchse eine sehr gute Abdichtung erzielt werden kann. Dadurch wird die Lebensdauer wesentlich erhöht.

Auf Grund der leicht balligen Außenform der Stahlsegmente (2) der Super-Kugelbüchse A können Fluchtungsfehler bis zu 0,5° zwischen Welle und Aufnahmebohrung kompensiert werden. Fluchtungsfehler werden hervorgerufen durch:

Ungenauigkeiten in der BearbeitungMontagefehlerWellendurchbiegung

Die Winkelselbsteinstellung sorgt für einwand-freien Einlauf der Kugeln in die belastete Zone und für konstante Lastverteilung über die ge-samte Kugelreihe und den gesamten Hubweg.Außerdem wird eine kritische Kantenpressung, wie sie durch Verspannungen entstehen kann, vermieden. Es tritt keine Tragzahl- oder Lebens-dauerminderung ein und es wird ein besonders ruhiger Ablauf erreicht.Parallelitätsabweichungen zwischen den Wellen einer Tischführung kann die Selbsteinstellung allerdings nicht ausgleichen.Das nebenstehende Ablaufdiagramm zeigt einen Vergleich mit einer herkömmlichen Kugelbüchse. Grundlage für das Beispiel sind eine Belastung von 800 N und ein Fluchtungsfehler von ca. 8' (0,13°), hervorgerufen durch Wellendurchbiegung.Durch den Fluchtungsfehlerausgleich kann ein leichter Pendeleffekt entstehen. Daher müssen zumindest auf einer Welle der Führung zwei Su-per-Kugelbüchsen verwendet werden.

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❚

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Ruhiger Lauf Hohe LebensdauerRuhiger Lauf Hohe Lebensdauer

AufbauAufbau

AbdichtungAbdichtung

Super-Kugelbüchse ASuper-Kugelbüchse A

Fluchtungsfehler-ausgleichFluchtungsfehler-ausgleich

Winkelselbst-einstellungWinkelselbst-einstellung

PendeleffektPendeleffekt

4.2.2 Super-Kugelbüchsen A und B

4.2 Kugelbüchsen

Schwimmende Dichtungen und Fluchtungsfehler-ausgleich

Fluchtungsfehler und Pendeleffekt

Ablaufdiagramme, aufgenommen bei gleicher Verfahr-geschwindigkeit– Herkömmliche Kugelbüchse, Größe 20– Super-Kugelbüchse A, Größe 20

Verfahrweg

Rei

bkra

ft (

N)

Super-Kugelbüchsenführung A




4.2 Kugelbüchsen4.2.2 Super-Kugelbüchsen A und B

Die Super-Kugelbüchse B hat keinen Fluchtungs-fehlerausgleich. Sie ist die Lösung für Anwen-dungen, bei denen nur eine Kugelbüchse pro Welle eingesetzt wird und die Kugelbüchse nicht auf der Welle pendeln darf.

Da bei Super-Kugelbüchsen A und B eine aus-gezeichnete Schmiegung zwischen den Kugeln und den geschliffenen Laufbahnrillen gegeben ist, sind im Vergleich zu Standard-Kugelbüchsen hö-here Tragzahlen bei gleicher Abmessung möglich.

Durch den Einbau von Super-Kugelbüchsen A oder B ergeben sich folgende Vorteile:

Preiswerte Kugelbüchse für hohe Anforde-rungenSehr gutes und geräuscharmes Ablauf-verhaltenHohe dynamische TragzahlHohe Beschleunigungen und Verfahr-geschwindigkeiten durch sehr gute Führung der Kugeln und verschleißfesten FührungskäfigHohe SteifigkeitMit integrierten oder vorgesetzten Dichtringen sowie ohne DichtringeIdentische Einbaumaße gewährleisten Aus-tauschbarkeit mit Super-Kugelbüchsen H und SH sowie mit Standard-KugelbüchsenLinear-Sets mit Gehäuse aus Aluminium oder nicht rostendem Stahl verfügbar

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Super-Kugelbüchse BSuper-Kugelbüchse B

Super-Kugelbüchsen A und BSuper-Kugelbüchsen A und B

VorteileVorteileSuper-Kugelbüchse B ohne Fluchtungsfehlerausgleich


1

2

3



4.2 Kugelbüchsen4.2.3 Standard-Kugelbüchsen

Die Standard-Kugelbüchse trägt ihren Namen, weil sie als erste Kugelbüchse entwickelt wurde. Durch ständige Weiterentwicklung wurden ihre Präzision und damit die Tragfähigkeit und das Ab-laufverhalten immer weiter verbessert. Nachdem es inzwischen andere Kugelbüchsentypen mit zum Teil erheblich höheren Leistungsdaten gibt, wird die Standard-Kugelbüchse heute vorwie-gend für Anwendungen unter rauen Bedingungen eingesetzt. Typische Anwendungen finden sich in der Holzbearbeitung, in Gießereien oder Zement-werken.Die Außenhülse der Standard-Kugelbüchse ist gehärtet und geschliffen. Der Wellendurchmesser bestimmt die Anzahl der Kugelreihen. Standard-Kugelbüchsen können zwischen 4 und 6 Reihen haben. Geführt werden die Kugeln in einer ge-schlossenen Umlaufbahn innerhalb des Blechkä-figs. Fixiert ist der Blechkäfig mittels Halte- oder Dichtringen in Nuten der Außenhülse. Durch ihren Stahlkäfig ist die Standard-Kugelbüchse beson-ders robust.

Die Standard-Kugelbüchse ist in den drei Bau-formen geschlossen, einstellbar und offen liefer-bar. Für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen gibt es Varianten ohne Dichtung.Die geschlossene Standard-Kugelbüchse ist auch komplett aus nicht rostendem Stahl liefer-bar und wird unter anderem in der Medizin- und Chemietechnik sowie in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.Bei langen Hublängen wird die offene Standard-Kugelbüchse mit Wellenunterstützung eingesetzt. Die Wellenunterstützung verhindert das Durch-biegen der Welle.

Durch den Einbau von Standard-Kugelbüchsen ergeben sich folgende Vorteile:

Hohe LebensdauerHohe GenauigkeitNiedrige ReibungRobuste GanzmetallausführungFür Temperaturbereiche über 100 °C oder Vakuumanwendungen einsetzbarViele Hohlräume als Schmierstoffreservoir für lange Schmierintervalle oder Gebrauchsdauer-schmierungMit integrierten Dichtringen oder ohne DichtringeVerschiedene Flanschbauformen lieferbarLinear-Sets mit Gehäuse aus Gusseisen verfügbar

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Robuste Kugelbüch-se für Einsatz unter rauen Bedingungen

Robuste Kugelbüch-se für Einsatz unter rauen Bedingungen

AufbauAufbau

BauformenBauformen

VorteileVorteile

Bauformen der Standard-Kugelbüchse

Geschlossene Standard-KugelbüchseEinstellbare Standard-KugelbüchseOffene Standard-Kugelbüchse

1�2�3�

Einstellbare Standard-Kugelbüchsenführung


4.2.4 Segment-Kugelbüchsen

Die Segment-Kugelbüchse ist der kürzeste Kugel-büchsentyp. Sie besteht aus einem Kunststoff-käfig mit gehärteten Stahlsegmenten, die durch zwei Kunststoffringe im Käfig fixiert werden.Zur axialen Befestigung dient entweder der Dichtring oder eine Metallkapsel mit integriertem Dichtring.Für Anwendungen unter korrosiven Bedingungen oder bei hohen Anforderungen an die Sauberkeit, wie zum Beispiel in der Lebensmittelverarbeitung, der Halbleiterfertigung oder der Medizintechnik, ist diese Kugelbüchse auch in nicht rostender Ausführung lieferbar.

Durch den Einbau von Segment-Kugelbüchsen ergeben sich folgende Vorteile:

Geräuscharmer LaufGeringes GewichtAls Linear-Set mit verstärktem Kunststoff-gehäuse eine preiswerte Lösung für allgemei-ne AnforderungenBauartbedingt der kürzeste Kugelbüchsentyp; ergibt längsten Verfahrweg bei vorgegebener WellenlängeMit separaten Dichtringen oder ohne Dichtringe

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Kürzester Kugel-büchsentypKürzester Kugel-büchsentyp

AufbauAufbau

Nicht rostende AusführungNicht rostende Ausführung

VorteileVorteile



4.2 Kugelbüchsen

Segment-Kugelbüchsenführung




4.2 Kugelbüchsen4.2.5 Super-Kugelbüchsen H und SH

Die Super-Kugelbüchsen H und SH unterschei-den sich von den Super-Kugelbüchsen A und B durch die höhere Anzahl der tragenden Kugelrei-hen. Je nach Variante sind bis zu 12 Kugelreihen integriert. Die Abdichtung erfolgt mit integrierten, beidseitig wirkenden Dichtringen. Bei den offenen Bauformen werden, wie auch bei den anderen Kugelbüchsentypen, zusätzlich Längsabdich-tungen an den Öffnungsseiten eingebaut. Fixiert werden die Kugelbüchsen über seitliche Aufnah-mebohrungen mittels eines Sicherungsstiftes oder einer Schraube. Gleichzeitig kann bei Super-Kugelbüchsen Typ H über die Aufnahmebohrung gezielt geschmiert werden.Auf Grund der hohen Anzahl an Kugelumläufen sind die dynamischen Tragzahlen fast doppelt so hoch wie bei den Super-Kugelbüchsen A und B.Die höheren Tragzahlen ermöglichen das Be-wegen besonders hoher Massen bei vollem Fluchtungsfehlerausgleich.

Höhere Anzahl der tragenden Kugelreihen

Höhere Anzahl der tragenden Kugelreihen

AufbauAufbau

Dynamische TragzahlDynamische Tragzahl

Fluchtungsfehler-ausgleichFluchtungsfehler-ausgleich

Durch den Einbau von Super-Kugelbüchsen H und SH ergeben sich folgende Vorteile:

Hochpräzise Kugelbüchsen für Bewegung großer MassenHohe Tragzahlen und LebensdauerHohe Verfahrgeschwindigkeit (5 m/s) und Beschleunigung durch verschleißfesten Füh-rungskäfigSelbstständiges Ausgleichen von Fluchtungs-fehlern oder Wellendurchbiegung bis 0,5°Ruhiger und stoßfreier Ablauf der KugelnHohe SteifigkeitMit integrierten Dichtringen oder ohne DichtringeOptional Längsdichtung für offene Kugel-büchseStahleinlagen mit geschliffenen Laufbahnrillen und geschliffenen Rücken für höchste PräzisionNachschmiermöglichkeit über Schmierbohrung oder SchmiertaschenLinear-Sets mit Gehäuse aus Aluminium verfügbar

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VorteileVorteile

Super-Kugelbüchse SH mit 12 Kugelreihen

Fixierung durch seitliche Zentrierschraube

Super-Kugelbüchsenführung H


4.2.6 Radial-Kugelbüchsen

In den Radial-Kugelbüchsen werden die Kugeln radial nach außen gelenkt. Dadurch wird die Anzahl der tragenden Kugelreihen gegenüber herkömmlichen Kugelbüchsen mehr als verdop-pelt und die Tragzonen werden verlängert. Daraus resultieren sehr hohe Tragzahlen und große Steifigkeiten.Die Radial-Kugelbüchse gibt es nur in offener Bauform. Sie besteht aus einer gehärteten und geschliffenen Stahlhülse mit Führungskäfig, in welchem die 12 geschlossenen Kugelumlauf-bahnen integriert sind, sowie zwei Halteringen. Die Last aufnehmenden Kugeln werden in mehre-ren Laufbahnen im Kunststoffkäfig geführt, radial nach außen umgelenkt und in Rücklaufbohrungen wieder in die Lastzone zurückgeführt.Durch diese Eigenschaften eignen sich diese Kugelbüchsen für den Einsatz in Werkzeugma-schinen, zahlreichen Sondermaschinen sowie in Transfer- und Automatisierungseinrichtungen.

Folgende Vorteile ergeben sich beim Einsatz von Radial-Kugelbüchsen:

Hochpräzise Kugelbüchse Für Bewegung sehr großer Massen geeignetSehr hohe TragzahlenSehr hohe SteifigkeitGroße LaufruheMit integrierten Dichtringen und Längsabdich-tung (komplett abgedichtet), mit separaten Dichtringen oder ohne DichtringeSchwerlastführung mit Freiheitsgrad in Um-fangsrichtungFür Anwendungen geeignet, bei denen andere Linearführungen auf Grund ungenauer Unterkonstruktionen zu Verspannungen neigen würdenLinear-Sets mit Gehäuse aus Stahl lieferbarRadial-Compact-Sets für sehr kompakte Bau-weise verfügbar

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Radiale Kugel-umlenkungRadiale Kugel-umlenkung

Hohe Tragzahlen und SteifigkeitenHohe Tragzahlen und Steifigkeiten

AufbauAufbau

VorteileVorteile

1 2



4.2 Kugelbüchsen

Radial-Kugelbüchse

Prinzip des radialen Kugelumlaufs

Belastete Kugeln im VorlaufUnbelastete Kugeln im Rücklauf

1�2�


4321 5



4.2 Kugelbüchsen4.2.7 Drehmoment-Kugelbüchsen

Eine Drehmoment-Kugelbüchse kann ein Dreh-moment um die Verfahrachse aufnehmen.Mit der Drehmoment-Kugelbüchse wurde ein Maschinenelement entwickelt, das eine vollwer-tige, d. h. verdrehfeste Längsführung mit nur einer Welle ermöglicht. Diese kompakte Bauweise wird den Forderungen aus vielen Bereichen des Vor-richtungs- und Sondermaschinenbaus gerecht.Der Grundaufbau entspricht dem der Super-Ku-gelbüchse B, wobei eine oder zwei Kugelreihen abgesenkt sind (2). Die Welle (1) ist mit einer oder zwei Laufbahnrillen versehen, in denen die abgesenkten Kugelreihen geführt werden und Drehmomente übertragen können. Die Laufbahn-rillen in der Welle sowie die betreffenden Stahl-einlagen (3) in der Kugelbüchse sind mit einem gotischen Profil versehen. Dieses Profil bildet mit den Kugeln einen 4-Punkt-Kontakt und ermög-licht so das Übertragen von Momenten in beiden Richtungen um die Verfahrachse.In das Aufnahmegehäuse wird eine Stellschrau-be (4) eingebracht, die in eine Senkung in der Stahleinlage (3) an der abgesenkten Kugelreihe greift. Mit der Stellschraube lässt sich die Dreh-moment-Kugelbüchse spielfrei einstellen. Eine Kontermutter (5) sichert die Stellschraube.

Für spezielle Anwendungen sind Drehmoment-Kugelbüchsen mit bis zu vier geschliffenen Laufbahnen versehen. Hierdurch können höhere Momente übertragen werden.Als weitere Variante gibt es noch die Dreh-moment-Compact-Kugelbüchse. Die Compact-Kugelbüchse hat einen kleineren Außendurch-messer und ist mit einer kompakteren Stell- und Konterschraube versehen. Die kompakte Bauwei-se erleichtert insbesondere den Einbau in Hülsen.

Durch den Einbau von Drehmoment-Kugelbüch-sen ergeben sich folgende Vorteile:

Freitragende, verdrehsteife Führung mit nur einer Welle möglichGroße Auswahl an BauformenMit separaten Dichtringen oder ohne DichtringeVerschiedene Flanschbauformen lieferbarMit Gehäusen aus Stahl oder Aluminium in verschiedenen Bauformen verfügbar

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Verdrehfeste Längs-führung Verdrehfeste Längs-führung

AufbauAufbau

Gotisches ProfilGotisches Profil

Spielfrei einstellenSpielfrei einstellen

VariantenVarianten

VorteileVorteile

Aufbau einer Drehmoment-Kugelbüchse mit einer Lauf-bahnrille (Darstellung als Linear-Set)

Drehmoment-Kugelbüchsenführung mit zwei Laufbahn-rillen

Variante mit vier Laufbahnrillen und Flansch

Drehmoment-Compact-Kugelbüchsenführung

Drehmoment-Kugelbüchsenführung


Kugelbüchsen für Längs- und Drehbewegungen werden mit Rillenkugellager oder Nadellager ausgeliefert. Sie sind für Linear- und Rotationsbe-wegungen geeignet.

Folgende Vorteile ergeben sich beim Einsatz dieses Kugelbüchsentyps:

Präzise Führung bei hoher TragzahlHohe Drehzahl und geringe ReibungGeeignet für Linearanwendungen mit zusätz-licher RotationGeeignet für Greif- und SchwenkfunktionenGeeignet für Wickelanwendungen

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Rillenkugellager NadellagerRillenkugellager Nadellager

VorteileVorteile

1



4.2 Kugelbüchsen

Aufbau einer Kugelbüchse für Längs- und Drehbewe-gungen mit Nadellager (1)

Kugelbüchsenführung für Längs- und Drehbewegungen

4.2.8 Kugelbüchsen für Längs- und Drehbewegungen




Linear-Sets sind komplette Lagereinheiten, bestehend aus einem Gehäuse mit einer oder zwei Kugelbüchsen. Sie sind in zahlreichen verschiedenen Ausführungen lieferbar. Durch die rationelle Fertigung bieten die Linear-Sets dem Anwender erhebliche Kostenvorteile gegenüber Eigenkonstruktionen. Die Gehäuse lassen sich bei der Montage leicht ausrichten und verhindern damit ein Verspannen der Kugelbüchsen.

Die hohe Präzision garantiert die Funktions-sicherheit der Kugelbüchsen und ermöglicht volle Austauschbarkeit dieser Einheiten untereinander.

Komplette Lager-einheitenKomplette Lager-einheiten

KostenvorteileKostenvorteile

AustauschbarkeitAustauschbarkeit

Kugelbüchsentyp Bauarten Bauformen/Ausführungen

Compact-KugelbüchseeLINE-Kugelbüchse

Einstellbar/nicht einstellbarNormal/nicht rostendEinfach/Tandem

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Super-Kugelbüchse ASuper-Kugelbüchse B

Gusseisen/Aluminium- GehäuseEinstellbar/nicht einstellbarMit seitlicher ÖffnungMit FlanschEinfach/Tandem (nur Alumi-nium)

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Standard-Kugelbüchse Geschlossen/offenEinstellbar/nicht einstellbarMit seitlicher ÖffnungMit Flansch

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Segment-Kugelbüchse Normal/nicht rostend❚

Super-Kugelbüchse HSuper-Kugelbüchse SH

Geschlossen/offenEinstellbar/nicht einstellbarMit seitlicher Öffnung

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Radial-Kugelbüchse Einstellbar/nicht einstellbarMit seitlicher ÖffnungRadial-Compact-Sets

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Drehmoment- Kugelbüchse

Mit 1, 2 oder 4 Laufbahn-rillenEinfach/TandemStahl/AluminiumGehäuse/HülseHülse mit Flansch

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4.3 Linear-Sets

Kugelbüchsenführung mit zwei Linear-Sets




4.3 Linear-Sets

Unabhängig von der Lastrichtung bieten Linear-Sets eine hohe Steifigkeit. Ebenso wie bei den Kugelbüchsen muss auch bei den Linear-Sets der Einfluss der Lastrichtung auf die Tragzahl berück-sichtigt werden.Die hohe Präzision garantiert die Funktionssicher-heit der Kugelbüchsen und ermöglicht volle Aus-tauschbarkeit dieser Einheiten untereinander.

Hohe SteifigkeitHohe Steifigkeit

Bauform/Ausführung Einsatzfall

Geschlossen Für präzise Führungen bei einfachster Montage. Ausführung mit festem Hüllkreis.

Einstellbar Für spielfreie oder vorgespannte Führungen. Eine Stellschraube ermöglicht die Einstellung der Radialluft. Diese Linear-Sets werden spielfrei eingestellt geliefert.

Offen Für lange Führungen, bei denen die Wellen unterstützt werden müssen und hohe Anforderungen an die Steifigkeit gestellt werden.

Offen, einstellbar Für spielfreie oder vorgespannte Führungen. Eine Stellschraube ermöglicht die Einstellung der Radialluft. Diese Linear-Sets werden spielfrei eingestellt geliefert.

Seitlich offen Zur Aufnahme der Kräfte aus allen Richtungen ohne Tragzahlminderung.

Seitlich offen, einstellbar Für spielfreie oder vorgespannte Führungen. Eine Stellschraube ermöglicht die Einstellung der Radialluft. Diese Linear-Sets werden spielfrei eingestellt geliefert.

Nicht rostend Gehäuse aus rost- und säurebeständigem Chrom-Nickel-Stahl zum Einsatz in der Lebensmittel-, Halbleiter- und Medizintechnik, in der Pharma- und Chemieindustrie

Flansch-Ausführung Diese Baueinheit ergänzt die Linear-Set-Baureihen und ermöglicht Konstruktionen mit senkrecht zur Aufnahme-fläche angeordneter Welle.

Tandem-Ausführung Linear-Set mit zwei Kugelbüchsen für höhere Lasten.

Bei den Radial-Compact-Sets werden im Gegen-satz zu den Linear-Sets das Gehäuse und die Kugelbüchse zu einem Element integriert. Wie bei den Radial-Kugelbüchsen wird das Konstruktions-prinzip der radialen Kugelumlenkung umgesetzt.

Gegenüber den Linear-Sets mit Radial-Kugel-büchsen bieten die Radial-Compact-Sets ent-scheidende Vorteile:

Kleinere Bauhöhe und geringere Breite durch kompakte BauweiseGeringeres GewichtErhöhte Maßgenauigkeit, engere Toleranzen: Die Radialluft ist um 50 % geringer, die Höhentoleranz ist bis 25 % geringer.Rundum-Abdichtung durch Dichtring und Längsabdichtung der ÖffnungAnschlagkante zur leichteren MontageVorgearbeitete Bohrung zum Verstiften

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Radial-Compact-SetRadial-Compact-Set

VorteileVorteile

Kugelbüchsenführung mit zwei Radial-Compact-Sets




4.4 Präzisions-Stahlwellen

Präzisions-Stahlwellen gibt es in metrischen Durchmessern mit verschiedenen Toleranzen, als Vollwellen, als Hohlwellen, aus Vergütungsstahl, aus nicht rostendem Stahl oder hartverchromt. Rexroth liefert Präzisions-Stahlwellen nach Kundenwunsch passend abgelängt mit beidsei-tigen Fasen oder bearbeitet nach Zeichnung oder Beschreibung.

Querschnitt und Längsschnitt einer gehärteten Stahl-welle

Die Durchmesser der Präzisions-Stahlwellen wer-den in den Toleranzklassen h6 und h7 ausgeführt.

Die Wellen werden induktiv gehärtet und spit-zenlos geschliffen. Die Einhärtungstiefe beträgt, abhängig vom Durchmesser der Welle, zwischen 0,4 mm und 3,2 mm. Oberflächenhärte und Einhärtungstiefe sind in Quer- und Längsrichtung sehr gleichmäßig. Diese Tatsache gewährleistet die große Maßkonstanz und eine lange Lebens-dauer der Präzisions-Stahlwellen.Die nebenstehende Abbildung zeigt Quer- und Längsschnitt einer gehärteten und geschliffenen Präzisions-Stahlwelle. Durch Polieren und Ätzen wurde die gehärtete Randzone sichtbar gemacht.

Wenn Stahlwellen als Rundführungen für Kugel-büchsen verwendet werden, muss die Wellen-durchbiegung berücksichtigt werden (siehe Kapitel 4.1.4.7). Diese tritt infolge der wirkenden Belastungen auf und darf bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Ansonsten können Funktion und Lebensdauer beeinträchtigt werden.

Stahlwellen als Rundführungen für Kugelbüchsen müssen an den Enden angefast werden, damit beim Aufschieben der Kugelbüchsen keine Be-schädigungen an den Kugelkäfigen bzw. Dicht-ringen auftreten.

Neben ihrem Einsatz als Führungswellen für Kugelbüchsen haben sich Präzisions-Stahlwellen bei zahlreichen anderen Anwendungen bewährt, zum Beispiel als Walzen, Kolben oder Achsen.

ToleranzklassenToleranzklassen

HärteHärte


FasenFasen

AnwendungenAnwendungen

Bauarten Ausführungen

Vollwelle VergütungsstahlNicht rostend X46Cr13Nicht rostend X90CrMoV18Hartverchromt

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Hohlwelle VergütungsstahlHartverchromt

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❚

Präzisions-Stahlwellen




4.5 Wellenunterstützungen

Wellenunterstützungen sind einbaufertige Ele-mente mit hoher Maßgenauigkeit.Wellenunterstützungen sind für offene Kugel-büchsen ausgelegt. Sie verhindern das Durchbie-gen der Wellen und erhöhen die Steifigkeit des Gesamtsystems.

Durch die Verwendung von Wellenunter-stützungen ergeben sich folgende Vorteile:

Verhinderung der WellendurchbiegungVerbesserung der Funktion von Längs-führungenGegenüber Profilschienenführungen zusätz-licher Freiheitsgrad in UmfangsrichtungEinsparung von aufwändigen und vielfach kostspieligen EigenkonstruktionenFür Anwendungen geeignet, bei denen andere Linearführungen auf Grund ungenauer Unterkonstruktionen zu Verspannungen neigen würdenAlle Wellenunterstützungen sind auch für korrosionsgeschützte Wellen geeignet.

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Einbaufertige ElementeEinbaufertige Elemente

SteifigkeitSteifigkeit

VorteileVorteile

Wellenunterstützungen

Eignung Bau-arten

Eigenschaften Bau-arten

Eigenschaften

Für Super- und Standard-Kugel-büchsen

Kleine BauhöheBesonders preisgünstigMit FlanschWerkstoff: Aluminium

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Besonders preisgünstigFür hohe BelastungenOhne FlanschWerkstoff: Aluminium

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Für Alu-Profilsysteme geeignetKleine BauhöheBesonders preisgünstigMit FlanschWerkstoff: Aluminium

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Mit AnschlagkanteHohe PräzisionFür hohe BelastungenOhne FlanschWerkstoff: Stahl

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Kleine BauhöheHohe PräzisionFür hohe BelastungenMit FlanschWerkstoff: Aluminium

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Für seitlichen AnbauHohe PräzisionFür hohe Belastungen Werkstoff: Aluminium

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Große BauhöheHohe PräzisionFür hohe BelastungenMit FlanschWerkstoff: Aluminium

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❚

Für Radial- Kugelbüchsen

Kleine BauhöheHohe PräzisionFür hohe BelastungenMit FlanschWerkstoff: Stahl

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Für seitlichen AnbauHohe PräzisionFür hohe Belastungen Werkstoff: Stahl

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Für Radial- Compact-Sets

Mit AnschlagkanteKleine BauhöheHohe PräzisionFür hohe BelastungenMit FlanschWerkstoff: Stahl

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❚

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❚




4.6 Wellenböcke

Bei Führungen mit geschlossenen Linear-Sets sind die Führungswellen an den Enden fixiert. Hierfür wurden Präzisions-Wellenböcke entwi-ckelt.Wellenböcke von Rexroth bieten gegenüber Eigenkonstruktionen erhebliche Preisvorteile. Außerdem zeichnen sie sich durch hohe Steifig-keit aus. Die hohe Maßgenauigkeit ermöglicht die Austauschbarkeit der Elemente untereinander.Die Wellenböcke können leicht montiert und schnell ausgerichtet werden. Bestehen besonde-re Anforderungen an die Präzision, eignen sich Wellenböcke mit Anschlagkante.

Für geschlossene Linear-SetsFür geschlossene Linear-Sets


AustauschbarkeitAustauschbarkeit

Bauarten Ausführungen/Besonderheiten

Kugelgraphitguss❚

AluminiumStarre Einspannung der Welle durch breite BauweiseMit Anschlagkante

❚

❚

❚

FlanschGrauguss

❚

❚

AluminiumFür Linear-Sets mit Compact-KugelbüchseFür besonders raumsparende Konstruktionen

❚

❚

❚

Nicht rostender Chrom-Nickel-StahlZum Einsatz in der Lebensmittel-, Halbleiter-, Pharma- und ChemieindustrieFür besonders raumsparende Konstruktionen

❚

❚

❚

Wellenbock

5-1Bosch Rexroth AG

5 Kugelgewindetriebe


5.1 Grundlagen

In der Lineartechnik ist neben der exakten Füh-rung der Maschinenteile auch das Erzeugen der Vorschubbewegung wichtig. Als Vorschubmecha-nismen spielen neben Zahnstangenantrieben und Linearmotoren die Gewindetriebe (Spindel-Mut-tern-Systeme) eine bedeutende Rolle.

Überblick GewindetriebeÜberblick Gewindetriebe


Hierbei handelt es sich um Einheiten, die eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umset-zen. Die wichtigsten Vertreter dieser Elemente sind der Trapezgewindetrieb, der Kugelgewinde-trieb und der Planetenrollen-Gewindetrieb.

Gewindetrieb Beschreibung

Trapezgewindetrieb Gewindetrieb mit Gleitkontakt zwischen Spindel und Mutter

❚

Kugelgewindetrieb Gewindetrieb mit Wälzkontakt zwischen Spindel, Wälzkörper und MutterWälzkörper: Kugeln

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❚

Planetenrollen- Gewindetrieb

Gewindetrieb mit integriertem PlanetengetriebeGewindetrieb mit Wälzkontakt zwischen Spin-del und Wälzkörper sowie zwischen Wälzkör-per und MutterWälzkörper: Planetenrollen

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❚

❚

In der Lineartechnik findet der Kugelgewindetrieb (KGT) die weiteste Verbreitung. Im Folgenden wird der Kugelgewindetrieb genauer betrachtet.

Die wesentlichen technischen Festlegungen und Begriffe für Kugelgewindetriebe sind in der DIN 69 051-1 bis 6 geregelt. Das Normenwerk behandelt Kugelgewindetriebe für den Einsatz in Werkzeugmaschinen, ist aber auch für andere Einsatzbereiche gültig.

Die DIN 69 051-1 definiert den Kugelgewinde-trieb wie folgt:Der Kugelgewindetrieb ist die Gesamtheit eines Wälzschraubtriebes mit Kugeln als Wälzkörper. Er dient der Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt.

DIN-NormDIN-Norm

Spindel und Mutter eines Kugelgewindetriebes


4

3

B

A

5

2

1

6

C



5.1 Grundlagen

Kugelgewindetriebe bestehen in der Regel aus folgenden Baugruppen:

Kugelgewindemutter mit endlos umlaufenden Wälzkörpern. Mutterngehäuse (optional)KugelgewindespindelEndenlagerung

Die Kugelgewindemutter wird über ein Muttern-gehäuse oder direkt in das zu bewegende Bauteil (Tisch) eingebaut.

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❚

❚


5.1.1.1 Aufbau eines Kugelgewindetriebes

Aufbau eines Kugelgewindetriebes

Die meisten Kugelgewindetriebe werden am Spindelzapfen (1) über einen Motor angetrieben. Die Mutter bzw. das Tischteil werden über die Spindeldrehung positioniert (A).Abweichend hiervon gibt es Kugelgewindetriebe mit dem Funktionsprinzip einer angetriebenen Mutter (siehe Kap. 5.3.2). Hier wird die Mut-ter direkt angetrieben und die Spindel dreht sich nicht. Je nach Anwendung wird dabei die Mutter (B) oder die Spindel (C) positioniert.

Die einzelnen Bauteile der Kugelgewindetriebe werden in den folgenden Abschnitten eingehend behandelt.

FunktionsprinzipFunktionsprinzip

SpindelzapfenEndenlagerung (hier: Festlager)KugelgewindespindelKugelgewindemutterMutterngehäuse oder Tischteil des KundenEndenlagerung (hier: Loslager)

1�2�3�4�5�6�

Funktionsprinzipien bei Kugelgewindetrieben

5-3Bosch Rexroth AG

P

D W

d 2 d 1 d 0

1

2




Gotikbogenform der Laufbahnen in Spindel und Mutter und Kontaktpunkte am Wälzkörper

Über die schraubenförmig in eine Welle einge-brachte Laufbahn (meist in Form eines gotischen Profils) werden die Kugeln bewegt. Im Zusam-menspiel mit dem Abwälzen der Kugeln im Mutterngewinde erfolgt die Umsetzung der Dreh-bewegung in eine Linearbewegung.

SpindelSpindel

Die Spindel wird durch bestimmte geometrische Größen beschrieben. Diese gelten im Allgemei-nen auch für den kompletten Kugelgewindetrieb.

Abmessungen von SpindelnAbmessungen von Spindeln

Geometrie der Spindel

P = Steigung (Linearweg/Umdrehung) (mm)d0 = Spindelnenndurchmesser (Kugel- mittenkreisdurchmesser) (mm)d1 = Spindelaußendurchmesser (mm)d2 = Spindelkerndurchmesser (mm)DW = Kugeldurchmesser (mm)

Spindelnenndurchmesser d0, Steigung P, sowie Kugeldurchmesser DW bilden die Größenbezeich-nung der Spindel: d0 x P x DWDie Angabe der Steigung P enthält auch den Drehsinn des Gewindes (R für rechtsgängig oder L für linksgängig).

Beispiel: 32 x 5R x 3,5 für eine Spindel mit Nenn-durchmesser 32 mm, Steigung 5 mm, rechtsgän-gig, Kugeldurchmesser 3,5 mm

Größenbezeichnun-gen von SpindelnGrößenbezeichnun-gen von Spindeln

In Abhängigkeit von Spindeldurchmesser, Stei-gung und Kugeldurchmesser ist es möglich, auch Spindeln mit mehr als einer Laufbahn zu fertigen. In einem solchen Fall spricht man von mehrgän-gigen Spindeln.

Mehrgängige SpindelMehrgängige Spindel

Eingängige (1) und zweigängige (2) Spindel

Technisch sinnvoll und realisiert werden heute Spindeln mit bis zu vier Gängen. In Kombination mit mehrgängigen Muttern können dadurch hohe Tragzahlen und somit auch höhere Lebensdauer-werte erreicht werden.

Im Allgemeinen werden die Kugelgewindespin-deln mit einer rechtsgängigen Steigung gefertigt. Für Sonderanwendungen (z. B. Schließ- oder Spannbewegungen) können auch Spindeln mit Linksgewinde oder Spindeln mit rechts- und links-gängigem Gewinde zum Einsatz kommen.


5

6

7

4

2

1

3

76




Die Kugelgewindemutter wird an dem zu bewe-genden Maschinenteil der Anschlusskonstruktion befestigt und wandelt die Rotationsbewegung der Spindel über die umlaufenden Kugeln in eine Linearbewegung um.

Am folgenden Beispiel werden die wichtigsten Einzelteile einer Kugelgewindemutter gezeigt.

KugelgewindemutterKugelgewindemutter

Aufbau einer Kugelgewindemutter

Der Wälzkörperkreislauf einer Kugelgewindemut-ter besteht aus dem Vorlauf (7), der sogenannten Tragzone, und dem Rücklauf (6).In der Tragzone übertragen die Wälzkörper die auf-tretenden axialen Kräfte von der Spindel auf die Mutter bzw. umgekehrt. Die Anzahl der Umrundun-gen der Kugeln um die Spindel im Vorlauf wird als Anzahl der Umläufe der Mutter bezeichnet. Im abgebildeten Beispiel sind es 5 Umläufe.Im Rücklauf sind die Kugeln unbelastet und wer-den lediglich zur Tragzone zurückgeführt. Die Um-lenkung (3) leitet die Kugeln aus dem Ende der Tragzone in den Rücklauf, und aus dem Rücklauf zurück in die Tragzone. Für den Rücklauf der Ku-geln sind im Laufe der technischen Entwicklung verschiedene Systeme entstanden. Die Wichtig-sten werden im Folgenden dargestellt.

WälzkörperkreislaufWälzkörperkreislauf

Prinzip des Wälzkörperkreislaufs

Mutternkörper Wälzkörper (Kugeln)UmlenkungUmlenkungsfixierung

1�2�3�4�

DichtsystemRücklaufVorlauf/Tragzone

5�6�7�

5-5Bosch Rexroth AG




Einzelumlenkung Rohrumlenkung mehrfach

Bei der Einzelumlenkung werden die Kugeln innerhalb eines Umlaufs zurückgeführt. Die Kugeln werden über ein im Mutternkörper eingesetztes Umlenkstück über die Spindelschulter gelenkt und in den benachbarten Gewindegang zurückgeführt.

Bei diesem Rückführsystem werden die Kugeln durch eingesetzte Rohre über zwei oder drei Umläufe zurück in den Gewindegang geführt. Eine Mutter mit mehreren Wälzkörperkreisläufen hat mehrere Umlenkrohre.

Rohrumlenkung gesamt Gesamtumlenkung integriert

Bei dieser Rohrumlenkung werden die Kugeln eines Kreislaufes über ein Rohr zurückgeführt, welches über die gesamte Mutter und alle tragenden Umläufe verläuft.

Bei diesem Rückführsystem erfolgt ebenfalls nur einmal eine Umlenkung über alle tragenden Umläufe. Die Kugeln werden innerhalb der Mutter in einer Rücklauf-bohrung zurückgeführt. Eine Mutter kann bei mehr-gängigen Spindeln mehrere Wälzkörperkreisläufe und somit mehrere Umlenkungen enthalten.

RückführsystemeRückführsysteme

Alle vorgestellten Rückführsysteme finden bei den heute am Markt angebotenen Kugelgewinde-trieben Verwendung. Die technisch beste Lösung stellt die integrierte Gesamtumlenkung mit tangen-tialer Kugelabnahme dar.

Vorteile dieses Systems sind:Hohe Tragzahlen durch Nutzung der gesamten Mutterlänge Leiser Ablauf durch die Integration des Rück-laufes in den Mutternkörper; der Rücklauf-kanal wird dadurch sehr steif und hat keine geräuschverstärkende Wirkung (wirkt nicht als Resonanzkörper)Gleichmäßiger Drehmomentverlauf durch tangentiale Kugelabnahme

❚

❚

❚





Für den Einbau einer Kugelgewindemutter in die Umgebungskonstruktion stehen verschiedene Mutternbauformen und Flanschformen zur Verfü-gung.

MutternkörperMutternkörper

Voll Einseitig abgeflacht Beidseitig abgeflacht

Mutter der Speed-Baureihe mit Vollflansch

Mutter der Standard-Baureihe mit einseitig abgeflachtem Flansch

Mutter der Miniatur-Baureihe mit beidseitig abgeflachtem Flansch

Die verschiedenen Flanschformen der Flansch-muttern ermöglichen die Befestigung auch bei beengten Platzverhältnissen. Die Anzahl der

FlanschmutternFlanschmuttern Flanschbohrungen ist auf die Tragzahl bzw. die mögliche Belastung der jeweiligen Kugelgewinde-mutter abgestimmt.

Mutternbauform Befestigung mit der Anschlusskonstruktion und weitere Systemeigenschaften

Einschraubmutter Einschraubmuttern werden direkt in ein entsprechendes Gewinde der Anschluss-konstruktion eingeschraubt.

❚

Zylindermutter Zylindermuttern werden für kompakte Konstruk-tionen verwendet.Das Drehmoment wird über eine Passfeder am Mutternkörper übertragen.Axial wird die Zylindermutter über einen Ge-windering gesichert.

❚

❚

❚

Flanschmutter Mutter wird am Flansch mit der Anschluss-konstruktion verschraubt.Position des Flansches hängt von der Baureihe ab (am Ende oder in der Mitte).

❚

❚

Bauformen von MutternBauformen von Muttern

5-7Bosch Rexroth AG

L

L4D

1

D2

P

D w

d 2 d 1 d 0

D7

D6

D5

8 x

45

Sϕ




Die Abmessungen der Muttern werden mit den gleichen geometrischen Größen wie die Abmes-sungen der Spindel beschrieben.

Abmessungen von MutternAbmessungen von Muttern

P = Steigung (R = rechts, L = links) (mm)d0 = Spindelnenndurchmesser (mm)d1 = Spindelaußendurchmesser (mm)d2 = Spindelkerndurchmesser (mm)DW = Kugeldurchmesser (mm)a = Anzahl der tragenden Umläufe pro Gang (–)b = Anzahl der tragenden Gänge

auf der Spindel (–)

Beispiel für das Anschluss-Bohrbild einer Kugelgewin-demutter mit Flansch

Geometrie der Kugelgewindemutter

Zusätzlich wird die Anzahl der Kugelumrun-dungen (Umläufe) um die Spindel angegeben.

i = Anzahl der Umläufe bei eingängigen Spindeln (–) (i = a x b bei mehrgängigen Spindeln)

D1 = Zentrierdurchmesser des Kugelmutterkörpers (mm)

D2 = Außendurchmesser des Kugelmutterkörpers (D2 < D1) (mm)

L = Länge der Kugelgewindemutter (mm)L4 = Länge der Zentrierung (mm)

Für die Befestigung von Flanschmuttern an die Anschlusskonstruktion sind bei Rexroth Muttern mit Maßen nach DIN 69 051-5 oder mit An-schlussmaßen von Rexroth erhältlich.

Anschlussmaße bei FlanschmutternAnschlussmaße bei Flanschmuttern

D5 = Flanschdurchmesser (mm)D6 = Lochkreisdurchmesser der Schrauben-

Durchgangsbohrungen (mm)D7 = Durchmesser der Schrauben-

Durchgangsbohrungen (mm)S = Gewinde des Schmieranschlusses (–)j = Winkel des Schmieranschlusses (°)

Spindelnenndurchmesser d0, Steigung P, Dreh-sinn des Gewindes, Kugeldurchmesser DW sowie Anzahl der Umläufe bilden die Größenbezeich-nung der Mutter: d0 x P x DW – i

Beispiel: 32 x 5R x 3,5 – 4 für eine Mutter mit Nenndurchmesser 32 mm, Steigung 5 mm, rechts-gängig, Kugeldurchmesser 3,5 mm, 4 Kugelum-läufe bei eingängigem Gewinde.

Größenbezeichnun-gen von MutternGrößenbezeichnun-gen von Muttern


1 2




Abhängig vom Einsatzfall stehen für die Kugel-gewindetriebe verschiedene Dichtungen zur Verfügung. Für Handlingaufgaben, bei sauberen und abgedeckten Achsen oder für Anwendungen, die ein sehr geringes Drehmoment erfordern, kommen Leichtlaufdichtungen zum Einsatz. Stan-darddichtungen eignen sich für den Einsatz unter den im Maschinen- und Anlagenbau üblichen Umgebungsbedingungen. Verstärkte Dichtungen werden bei Anwendungen mit sehr starker Verschmutzung, z. B. bei der Holzbearbeitung, eingesetzt.

DichtsystemDichtsystem

Um die Befestigung der Mutter an die An-schlusskonstruktion einfach und kostengünstig zu gestalten, bietet Rexroth Mutterngehäuse an. Mutterngehäuse sind Präzisionsteile, die sich

MutterngehäuseMutterngehäuse ohne hohen Aufwand an der Anschlusskonstruk-tion befestigen lassen. Die Eigenkonstruktion von Aufnahmewinkeln oder die aufwändige Bearbei-tung von Gussteilen entfällt.

Für die Endenlagerung der Spindel wird üblicher-weise eine Fest-Los-Lagerkombination gewählt. Das Festlager liegt meist auf der Antriebsseite. Rexroth bietet abgestimmte Lager- und Stehlager-einheiten an, die eine aufwändige Konstruktion

EndenlagerungEndenlagerung und die Suche nach geeigneten Lagern ersparen (siehe auch Kap. 5.1.4.2). Für Festlagerungen werden heute überwiegend vorgespannte Axial-Schrägkugellager verwendet. Für die Loslagerung genügen meist Rillenkugellager.

Endenlagerungen

Lager Stehlagereinheiten

Festlager Loslager Festlagereinheit Loslagereinheit

Mutterngehäuse für Flanschmutter Mutterngehäuse für Zylindermutter

Dichtungen für eingängige (1) und zweigängige (2) Spindel

5-9Bosch Rexroth AG

FF




5.1.1.2 Tragfähigkeit

Anders als Linearführungen können Kugel-gewindetriebe nur axiale Kräfte aufnehmen. Die Belastung durch radiale Kräfte sowie durch Dreh-momente ist nicht zulässig. Diese Belastungen müssen von den Linearführungen des Systems aufgenommen werden.

BelastbarkeitBelastbarkeit

Kraftfluss im Kugelgewindetrieb

Die Tragfähigkeit eines Kugelgewindetriebs in axi-aler Richtung wird durch die statische Tragzahl C0 und die dynamische Tragzahl C der Kugelgewin-demutter beschrieben (genaue Definitionen siehe unten). Die Tragzahlen sind die wesentlichen Kennwerte, welche die Leistungsfähigkeit des Systems beschreiben. Angaben zu den Trag-zahlen C und C0 finden sich in den Produktkata-logen. Die dynamischen Tragzahlen wurden bei Rexroth durch Lebensdauerversuche bestätigt. Die Berechnung der Tragzahlen ist in der Norm DIN 69 051-4 festgelegt.

TragzahlenTragzahlen

Beispiel für ein System mit Kugelgewindetrieb und zwei Führungsschienen

Je nach Einsatzbedingungen können auch die Spindel (Knickgefahr) und die Endenlagerung die zulässigen Belastungen begrenzen oder die Produktauswahl beeinflussen. Erläuterungen zu Knickung und Endenlagerung finden sich in Kap. 5.1.3.

Die dynamische Tragzahl C ist die in Größe und Richtung unveränderliche axiale Belastung, die ein Kugelgewindetrieb theoretisch für eine nominelle Lebensdauer von 106 Umdrehungen aufnehmen kann.

Definition der dyna-mischen Tragzahl CDefinition der dyna-mischen Tragzahl C

Die statische Tragzahl C0 ist die statische Belas-tung in Belastungsrichtung, die in der Mitte der am höchsten belasteten Berührfläche zwischen Kugel und Laufbahn eine bleibende Gesamtver-formung erzeugt, die dem 0,0001-fachen des Kugeldurchmessers entspricht.




D W

a

2 2

1

1



5.1 Grundlagen

5.1.1.3 Vorspannung


Zu den Vorteilen des Kugelgewindetriebes gegen-über dem Trapezgewindetrieb gehört neben der wesentlich geringeren Reibung auch die Möglich-keit, die Mutter vorzuspannen. Hierdurch wird Spielfreiheit erreicht und die Mutternsteifigkeit er-höht. Rexroth bietet, je nach Mutterntyp, Muttern mit Axialspiel sowie vorgespannte Muttern an. Die Höhe der Vorspannung kann abhängig vom Anwendungsfall variiert werden.

SpielfreiheitSpielfreiheit


Je nach Art der Vorspannung stellt sich Vierpunkt- oder Zweipunktkontakt ein. Die verschiedenen Va-rianten zum Einstellen der Vorspannung werden nachfolgend erläutert:

Über KugelsortierungEinstellbare MutterDoppelmutterGeshiftete Einzelmutter

❚

❚

❚

❚

Ähnlich wie bei den Profilschienenführungen wird die Vorspannung bei diesen Muttern durch den Einbau von Kugeln mit definiertem Übermaß dÜ erzeugt. Im eingebauten Zustand werden die Ku-geln bereits ohne äußere Belastung geringfügig elastisch verformt. Es entsteht Vierpunktkontakt zwischen Kugeln und Laufbahnen.Vorteile dieser Art der Vorspannungserzeugung sind die geringen Kosten und die geringe Bau-länge der Mutter.

DW = a + dÜ

DW = Durchmesser Kugel (mm)a = Abstand der Kontaktpunkte in Spindel

und Mutter (mm)dÜ = Übermaß (mm)

Vorspannung durch KugelsortierungVorspannung durch Kugelsortierung

Vorspannung durch Einbau von Kugeln mit Übermaß

Bei diesem Mutterntyp erfolgt die Einstellung der Vorspannung über den wirksamen Durchmesser des Muttergewindes. Der Mutternkörper ist mit einem feinen Schlitz versehen, dessen Breite (und damit die Vorspannung) mit einer Stellschraube

eingestellt wird. Die Kugeln laufen bei geringer äußerer Belastung im Vierpunktkontakt.Vorteil dieses Systems ist die stufenlose Einstell-barkeit der Vorspannung.

Einstellbare MutterEinstellbare Mutter

Schlitz und Stellschraube an einer spielfrei einstellbaren Mutter

SchlitzStellschraube

1�2�

Vorspannung einstellbar durch tangentiale Stell-schraube


FF FF

FF FF

FF FF

FF FF

PP PP + ∆P P

FF FF

FF FF

P + ∆P P + ∆P

P – ∆P P – ∆P

P + ∆P

FF FF FF FF FF FF

1 23

41 2




Bei dieser Art der Vorspannungserzeugung werden zwei Muttern definiert gegeneinander ver-spannt und anschließend fixiert. Auf diese Weise wird Zweipunktkontakt kombiniert mit O-Anord-nung erzeugt. Je nach Belastungsrichtung wird die Betriebskraft von einer der beiden Muttern-hälften übertragen. Die Höhe der Vorspannung lässt sich bei der Standard-Baureihe über die Dicke des Distanzrings (3) einstellen. Die beiden Einzelmuttern haben üblicherweise Spiel. Vorteil dieses Systems ist das sehr gute Reib-momentverhalten. Die Abstimmung der Muttern mit dem Distanzring und die Fixierung sind aber aufwändig und somit kostenintensiv. Nachteilig ist auch die sehr große Baulänge im Vergleich zu Einzelmuttern.

DoppelmutterDoppelmutter

Doppelmutter mit Distanzring

Doppelmutter der Werkzeugmaschinen-Baureihe

Neben der Variante mit Distanzring gibt es bei Rexroth eine Baureihe für Werkzeugmaschinen und Schwerlast-Anwendungen mit erhöhter Tragfähigkeit. Die Vorspannung entsteht durch gegeneinander Verdrehen der beiden Muttern-hälften. Die Mutternhälften werden mit Klemm-schrauben fixiert. Einzelmuttern der Werkzeugmaschinen-Baureihe werden über Kugelsortierung oder durch das sogenannte Shiften vorgespannt (siehe unten).

Doppelmutter für WerkzeugmaschinenDoppelmutter für Werkzeugmaschinen

Shiften innerhalb eines Umlaufes

Shiften zwischen den Gängen

Beim Shiften wird das Wirkprinzip der Doppel-mutter in einer Einzelmutter umgesetzt: In der Mitte der Mutter wird ein definierter Steigungs-versatz DP im Gewinde erzeugt. Dadurch werden die Kugelumläufe vor und hinter dem Steigungs-versatz gegeneinander verspannt. Wie bei der Doppelmutter entsteht ein Zweipunktkontakt kom-biniert mit O-Anordnung. Der Versatz (Maß DP) richtet sich nach der Höhe der gewünschten Vor-spannung. Dies wird als Shiften innerhalb eines Umlaufs bezeichnet. Muttern dieses Typs sind in der Herstellung günstiger als Doppelmuttern. Als Nachteil bleibt die große Mutternlänge bestehen.Systeme mit mehrgängigen Spindeln ermöglichen das Shiften zwischen den Gängen. Im Prinzip handelt es sich hierbei um das Zusammenführen einer Doppelmutter.

Geshiftete EinzelmutterGeshiftete Einzelmutter

Shiften innerhalb eines UmlaufesShiften innerhalb eines Umlaufes

Shiften zwischen den GängenShiften zwischen den Gängen

Mutter AMutter BDistanzring

1�2�3�

KlemmschraubeF Vorspannkraft P Steigung

4�


1Rtot

1RaL

1RS

1Rnu

= + +

R =∆F∆ l




5.1.1.4 Steifigkeit

Die Steifigkeit eines Kugelgewindetriebes wird neben der Mutternsteifigkeit auch durch sämt-liche Anschlussteile wie Lagerungen, Aufnahmen, Mutterngehäuse etc. beeinflusst.

Die axiale Gesamtsteifigkeit Rtot setzt sich aus den Einzelsteifigkeiten der Lagerung RaL, der Spindel RS und der Mutterneinheit Rnu zusam-men.

Steifigkeit eines KugelgewindetriebesSteifigkeit eines Kugelgewindetriebes

Definition der axialen Gesamtsteifigkeit Rtot

Definition der axialen Gesamtsteifigkeit Rtot

Rtot = Axiale Gesamtsteifigkeit (N/µm)RaL = Steifigkeit der Lagerung (N/µm)RS = Steifigkeit der Spindel (N/µm)Rnu = Steifigkeit der Mutterneinheit (N/µm)

Das Bauteil mit der geringsten Einzelsteifigkeit ist somit ausschlaggebend für die Höhe der axialen Gesamtsteifigkeit Rtot des Kugelgewindetriebes. In vielen Fällen ist die Steifigkeit RS der Spindel wesentlich geringer als die Steifigkeit Rnu der

Mutterneinheit. Bei Baugröße 40 x 10 (d0 . P) beträgt z. B. die Steifigkeit Rnu der Mutterneinheit das Zwei- bis Dreifache der Steifigkeit RS einer Spindel von 500 mm Länge.

Die Steifigkeit der Lager entspricht den Werten, die der Lagerhersteller angibt. Angaben zu den Steifigkeiten der Lagerungen von Rexroth finden sich in den Produktkatalogen der Kugelgewinde-triebe.

Steifigkeit der Lagerung RaL

Steifigkeit der Lagerung RaL

Die Steifigkeit im Bereich der vorgespannten Mut-terneinheit wird auf Grundlage der DIN 69 051-5 berechnet. Angaben zu den Steifigkeiten der Mutterneinheiten finden sich ebenfalls in den Produktkatalogen.

Steifigkeit der Mutterneinheit Rnu

Steifigkeit der Mutterneinheit Rnu

Unter Steifigkeit versteht man den Widerstand gegen elastische Verformung. Die Steifigkeit R bezeichnet die Kraft, die erforderlich ist, um eine bestimmte Verformung in Belastungsrichtung zu erzielen.

Definition der SteifigkeitDefinition der Steifigkeit

(5-1)

R = Steifigkeit (N/µm)DF = Kraftänderung (N)Dl = Elastische Verformung (µm)

(5-2)

Die Steifigkeit der Spindel hängt von der Spindel-querschnittsfläche, der Spindellänge, der Position der Mutter auf der Spindel und der Art der Lage-rung ab. Die Berechnung der Spindelsteifigkeit erfolgt nach DIN 69 051-6. Die beiden folgenden Einbaubeispiele verdeutlichen den Rechengang zur Ermittlung der Spindelsteifigkeit.

Für den Vergleich von Spindelsteifigkeit und Mutternsteifigkeit bei der Grobauswahl enthalten die Produktkataloge entsprechende Tabellen. Die Angaben zur Spindelsteifigkeit beziehen sich auf 1 m Spindellänge.

Steifigkeit der Spindel RS

Steifigkeit der Spindel RS


lS1lS2

lS

RS1 = 165 · (d0 – 0,71 · DW)

lS1

2 Nµm

RS2 = ·π · ( d0 – DW · cos α) · E

4 · lS2 · 103

2 Nµm

lS

lS – lS2

RS2 = 165 · · (d0 – 0,71 · DW)

lS2

lS

lS – lS2

2 Nµm

RS2min = 660 · (d0 – 0,71 · DW )

lS

2 Nµm

RS1 =π · ( d0 – DW · cos α) · E

4 · lS1 · 103

2 Nµm




Beispiel 1: Einseitige Festlagerung der Spindel Beispiel 2: Beidseitige Festlagerung der Spindel

(5-4)

RS1 = Steifigkeit der Spindel bei einseitiger Festlagerung (N/µm)

RS2 = Steifigkeit der Spindel bei beidseitiger Festlagerung (N/µm)

E = Elastizitätsmodul (N/mm2) d0 = Nenndurchmesser (mm)DW = Kugeldurchmesser (mm)

Die vollständige Formel für die Berechnung der Spindelsteifigkeit RS2 lautet:

Durch Einsetzen der Werte für Werkstoff (E = 210 000 N/mm2) und Laufbahngeometrie (a = 45 °) sowie Zusammenfassen der dimen-sionslosen Zahlenwerte ergibt sich die verein-fachte Formel:

(5-5)

Die vereinfachte Formel für die Berechnung der Spindelsteifigkeit RS2 lautet:

(5-6)

(5-7)

Die geringste Steifigkeit der Spindel RS2min tritt dabei in der Spindelmitte (lS2 = lS/2) auf. Sie beträgt:

Die vollständige Formel für die Berechnung der Spindelsteifigkeit RS1 lautet:

(5-3)

lS1 = Abstand Lager – Mutter (mm)lS2 = Abstand Lager – Mutter (mm)lS = Abstand Lager – Lager (mm)a = Kontaktwinkel zwischen Kugel und

Laufbahn (°)





5.1.1.5 Genauigkeit

In der DIN 69 051-3 werden die Abnahmebedin-gungen und Abnahmeprüfungen für Kugelgewin-detriebe definiert. Es werden verschiedene Toleranzklassen fest-gelegt und dabei Positioniergewindetriebe und Transportgewindetriebe unterschieden.

NormNorm Die wichtigsten Begriffe, Toleranzen und Prüfungen werden im Folgenden erläutert:

Wegabweichungen und WegschwankungenLaufabweichungenReibmomentschwankungen

❚

❚

❚

Auch mit den modernsten Fertigungsverfahren ist es nicht möglich, die Spindel eines Kugelgewin-detriebes ohne Abweichungen zu fertigen. Die Größe der Wegabweichung wird in verschiedene

Wegabweichungen und Wegschwan-kungen

Wegabweichungen und Wegschwan-kungen

Toleranzklassen eingeteilt. Die Gesamtbeurteilung erfolgt in drei Bewertungsstufen, die anhand des Diagramms auf der gegenüberliegenden Seite erklärt werden.

Vor der Bewertung wird gegebenenfalls eine Sollweg-Abweichung festgelegt. Die Sollweg-Ab-weichung c ist die gewünschte Abweichung von der Nennsteigung über den Nutzweg.

Sollweg-AbweichungSollweg-Abweichung Sie wird vom Anwender festgelegt und hängt von Einsatzbedingungen und Anwendungszweck ab. Standardmäßig beträgt die Sollweg-Abwei-chung Null.

Die zweite Bewertung erfolgt über eine Referenz-länge von 300 mm. Hierbei darf abhängig von der Toleranzklasse der Wert ν300p an jeder beliebigen Spindelstelle bezogen auf 300 mm nicht über-schritten werden. Die Toleranz der Wegschwankung über 300 mm Weg wird bei Positioniergewindetrieben und Transportgewindetrieben geprüft.

Bewertung über eine ReferenzlängeBewertung über eine Referenzlänge

Toleranzklasse1 3 5 7 9

ν300p (µm) 6 12 23 52 130

Auszug aus dem Produktkatalog KGT: Werte für ν300P in Abhängigkeit von der Toleranzklasse

Die erste Bewertung der Wegabweichung erfolgt über die gesamte Nutzlänge:Über den Nutzweg lu wird die Istweg-Abweichung erfasst. Aus der schwer zu bewertenden Istweg-Abweichung wird über den Nutzweg das geome-trische Mittel bestimmt: die mittlere Istweg-Abwei-chung. Die Differenz zwischen der Sollweg-Ab-weichung und der mittleren Istweg-Abweichung am Ende des Nutzweges bildet das Grenzmaß für die mittlere Istweg-Abweichung ep. Das Grenz-maß für die mittlere Istweg-Abweichung ep gibt also Auskunft über die mittlere Genauigkeit der Spindel über den Nutzweg lu. Unter Umständen kann eine Spindel größere Ungenauigkeiten auf-weisen, die sich über den Nutzweg aber nahezu kompensieren. Die mittlere Istweg-Abweichung ep würde dann eine hohe Genauigkeit der Spindel

Bewertung über die gesamte NutzlängeBewertung über die gesamte Nutzlänge

anzeigen, obwohl sie erhebliche Mängel aufweist. Aus diesem Grund analysiert man die Bandbreite der Wegschwankung um die mittlere Istweg-Ab-weichung. Zwei Parallelen zur mittleren Istweg-Abweichung bilden eine „Hüllkurve“, welche die Istweg-Abweichung einschließt. Der Abstand zwischen diesen Parallelen heißt Toleranz der Wegschwankung über den Nutzweg mit dem Formelzeichen νup . Die Toleranz der Wegschwan-kung über den Nutzweg gibt die Bandbreite der Wegschwankungen an.

Der Wert ep wird bei Positioniergewindetrieben und Transportgewindetrieben geprüft. Bei Positioniergewindetrieben wird zusätzlich νup geprüft. Angaben zu diesen Werten finden sich in den Produktkatalogen.

Auszug aus dem Produktkatalog KGT: Werte für ep und νup in Abhängigkeit vom Nutzweg und der Toleranzklasse

lu ep (µm) Toleranzklasse νup (µm) Toleranzklasse

> ≤ 1 3 5 7 9 1 3 5400 500 8 15 27 63 200 7 13 26500 630 9 16 30 70 220 7 14 29


∆l0

l0

ν up

ν 2πp e p

c

+

–

l1

lu le

2π rad

300

le

ν 300

pν 3

00p



Als dritte Prüfung wird die Wegabweichung je Umdrehung bewertet. Dieser Wert heißt Tole-ranz der Wegschwankung über eine Umdrehung (2 p rad) und trägt das Formelzeichen ν2πp.Diese Prüfung wird nur bei Positioniergewinde-trieben (Präzisionsspindeln) durchgeführt.

Bewertung je UmdrehungBewertung je Umdrehung

Toleranzklasse1 3 5 7 9

ν2πp (µm) 4 6 8 10 10

Auszug aus dem Produktkatalog KGT: Werte für ν2πp in Abhängigkeit von der Toleranzklasse


Beispieldiagramm für die Prüfung von Wegabweichungen und Wegschwankungen bei Kugelgewindetrieben

– Sollweg-Abweichung– Istweg-Abweichung– Mittlere Istweg-Abweichung- - Grenzen ("Hüllkurve") der WegschwankungI0 = NennwegI1 = GewindelängeDI0 = WegabweichungIe = Überlauf (nicht nutzbar)Iu = Nutzweg

c = Sollweg-Abweichung (Standard = 0)ep = Grenzmaß für mittlere Istweg-Abwei-

chungνup = Toleranz der Wegschwankung über den

Nutzweg Iuν300p = Toleranz der Wegabweichung über

300 mm Wegν2πp = Toleranz der Wegschwankung über eine

Umdrehung (2 p rad)


d 0d

C

Ct8p

lu – ln lu – lnT pr

0

min

max

T0 = Tpr0 + TRD




Für Spindeln, Spindelenden und komplette Kugelgewindetriebe werden in der DIN 69 051-3 verschiedene zulässige Laufabweichungen (Rundlauf- und Planlaufabweichungen) festgelegt. Wie bei den Wegabweichungen sind auch für die Laufabweichungen verschiedenen Toleranzklas-sen definiert.

Laufabweichungen (geometrische Genauigkeit)

Laufabweichungen (geometrische Genauigkeit)

Beispiel: Planlaufabweichung t8p der Lagerzapfenschul-ter der Spindel bezogen auf den Lagerzapfen.

Nenndurchmesser d0 (mm)

Planlaufabweichung t8p (µm) für Toleranzklasse

über bis 1 3 5, 7, 96 63 3 4 5

63 125 4 5 6125 200 – 6 8

In der DIN 69 051-3 wird als weiteres Kriterium für die Bewertung eines Kugelgewindetriebes der Reibmomentverlauf (Leerlaufdrehmoment) angegeben. Anzustreben ist vor allem ein gleich-mäßiges Niveau über die gesamte Länge und in beide Bewegungsrichtungen.

Reibmoment-schwankungenReibmoment-schwankungen

Qualitative Darstellung des Reibmomentverlaufes

(5-8)

Tpr0 = Leerlaufdrehmoment ohne Dichtungen (Nm)

lu – ln = Nutzweg minus Länge der Kugelgewindemutter (mm)

Auszug aus dem Produktkatalog KGT: Werte für t8p in Abhängigkeit von der Toleranzklasse

5.1.1.6 Leerlaufdrehmoment

Rei

bmom

ent (

Nm

)

Verfahrweg (mm)

Bei Bedarf sind Messprotokolle zu Weg-abweichung, Laufabweichung und Reib-momentschwankungen bei Rexroth erhältlich.

Das Gesamt-Leerlaufdrehmoment T0 setzt sich aus dem Leerlaufdrehmoment der Mutter ohne Dichtungen Tpr0 und dem Leerlaufdrehmoment der beiden Dichtungen TRD zusammen. Diese Reibmomentwerte werden in den Produktkata-logen in Tabellenform angegeben T0 = Gesamt-Leerlaufdrehmoment (Nm)

Tpr0 = Leerlaufdrehmoment ohne Dichtungen (Nm)TRD = Leerlaufdrehmomente der beiden

Dichtungen (Nm)


100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

µ = 0,005

µ = 0,01

µ = 0,3

µ = 0,2

d0 · n ≤ 150000 mm/min

vmax = = (d0 · n) · P

d0

mmmin150000 · P

d0




5.1.1.7 Drehzahlkennwert und maximale Lineargeschwindigkeit

Die integrierte Gesamtumlenkung der Wälzkörper in den Kugelgewindemuttern von Rexroth ermög-licht sehr hohe Drehzahlen. Je nach Ausführung der Kugelgewindemutter sind Drehzahlkennwerte bis 150 000 mm / min möglich. Aus dem Drehzahlkennwert und der Spindel-steigung P errechnet sich die theoretische maxi-male Lineargeschwindigkeit vmax. Angaben zu vmax finden sich in den Produktkatalogen.

d0 · n = Drehzahlkennwert (mm/min) d0 = Spindelnenndurchmesser (mm)n = Drehzahl (min-1)vmax = Maximal mögliche Linear-

geschwindigkeit (mm/min)P = Steigung (mm)

5.1.1.8 Wirkungsgrad

Durch die Verwendung von Wälzkörpern wird Gleitreibung weitgehend vermieden (Ausnah-me sind z. B. berührende Dichtungen). Kugel-gewindetriebe haben daher einen sehr hohen

Wirkungsgrad. Sie stellen somit ein sehr effi-zientes und leistungsfähiges Maschinenelement für die unterschiedlichsten Aufgabenstellungen dar.

Vergleich der Wirkungsgrade von Kugelgewindetrieb und Trapezgewindetrieb

– Kugelgewindetrieb mit Zweipunktkontakt– Kugelgewindetrieb mit Vierpunktkontakt– Trapezgewindetriebeµ = Reibungszahl

Wirk

ungs

grad

(%

)

Steigungswinkel (°)

Die tatsächlich erreichbaren Geschwindigkeiten hängen unter anderem stark von der Vorspannung und der Einschaltdauer ab und werden in der Regel von der biegekritischen Drehzahl begrenzt, siehe Kapitel 5.1.3.3.

(5-9)


1

1




5.1.1.9 Schmierung

Wie alle anderen Wälzlager müssen auch Kugel-gewindetriebe ausreichend geschmiert werden. Die Schmierung kann mit Öl oder Fett erfolgen.Üblicherweise wird das Schmiermittel über eine Schmierbohrung (1) in die Kugelgewindemutter eingebracht. Bei Flanschmuttern befindet sich die Schmierbohrung am Flansch.Die Schmiermengen richten sich nach der Größe der Mutter. Die Nachschmierintervalle sind von der Steigung und den auftretenden Belastungen abhängig. Alle Angaben zur Schmierung sind in den Produktkatalogen von Rexroth enthalten.

Bei Betrieb mit sehr kurzen Hüben findet kein vollständiger Kugelumlauf statt und der Schmier-stoff wird nicht optimal in der Mutter verteilt. Vorzeitiger Verschleiß ist eine mögliche Folge.Für Abhilfe sorgen gelegentliche längere Hübe, die auch als Schmierhübe bei gleichzeitigem Nachschmieren ausgeführt werden können.

SchmierbohrungSchmierbohrung

KurzhubKurzhub

Flansch-Kugelgewindemutter

Zylindrische Kugelgewindemutter





5.1.2.1 Entscheidungshilfe zur Produktauswahl

Kugelgewindemutter Tragfähigkeit Steifigkeit Genauigkeit Reibung

Einzelmutter der Standard-Baureihe +++ +++ +++ ++

Einstellbare Mutter der Standard- Baureihe

+++ +++ +++ ++

Einzelmutter der Speed-Baureihe ++ + ++ ++

Einzelmutter der eLINE-Baureihe + + + ++

Einzelmutter der Miniatur-Baureihe + + ++ ++

Doppelmutter

+++ +++ +++ +++

Kugelgewindemutter Geschwindigkeit Geräuschverhalten1) Schmiermittelbedarf Kosten

Einzelmutter der Standard-Baureihe ++ ++ ++ ++

Einstellbare Mutter der Standard- Baureihe

++ ++ ++ ++

Einzelmutter der Speed-Baureihe +++ +++ ++ ++

Einzelmutter der eLINE-Baureihe + + ++ +++

Einzelmutter der Miniatur-Baureihe + ++ +++ ++

Doppelmutter

++ ++ + +

+++ Sehr gut ++ Gut + Befriedigend o Ausreichend

Systemeigenschaften

Bei gleicher Lineargeschwindigkeit1)


C = Fm ·L

1063



5.1.2.3 Grobauswahl


Für eine erste Grobauswahl kann auf Basis der gewünschten Lebensdauer und einer ersten Abschätzung der mittleren Belastung die erforder-liche Tragzahl des Kugelgewindetriebes berech-net werden.

(5-10)

C = Dynamische Tragzahl (N)Fm = Dynamisch äquivalente Axialbelastung (N)L = Lebensdauer in Umdrehungen (–)

Nun wird eine geeignete Kugelgewindemutter mit der nächst größeren Tragzahl ausgewählt und die genaue Berechnung durchgeführt.

5.1.2.2 Ablauf der Produktauswahl

Für die Auslegung eines Kugelgewindetriebes ist die reine Berechnung der Lebensdauer nicht aus-reichend. Durch die axiale Belastung der Spindel besteht grundsätzlich die Gefahr der Knickung. Daher muss die zulässige axiale Spindelbelastung geprüft werden. Bei Systemen mit angetriebener Spindel muss die biegekritische Drehzahl bei der Bestimmung der maximalen Lineargeschwin-digkeit berücksichtigt werden. Für eine sichere

Für die Auslegung und Berechnung des Kugelgewindetriebes bietet Rexroth einen Berechnungsservice an.

Vorgehensweise Kapitel

1. Schritt Anforderungen festlegen 5.1.3.1

2. Schritt Geeigneten Kugelgewindetrieb auswählen 5.1.2.15.1.2.3

3. Schritt Lebensdauer berechnen 5.1.3.2

4. Schritt Biegekritische Drehzahl berechnen 5.1.3.3

5. Schritt Zulässige axiale Spindelbelastung berechnen (Knickung) 5.1.3.4

6. Schritt Endenlagerungen berechnen 5.1.3.5

7. Schritt Antriebsmoment und Antriebsleistung berechnen 5.1.3.6

Ergebnis Bestellangaben mit Materialnummern (Produktkatalog)

Funktion des Gesamtsystems ist auch die rech-nerische Überprüfung von Lagerung und Antrieb erforderlich.Die folgende Vorgehensweise ist bei der Auswahl und der Dimensionierung eines Kugelgewinde-triebes sinnvoll.





5.1.3.1 Anforderungen festlegen

Für die Dimensionierung müssen bestimmte Geometriedaten und Arbeitsparameter festgelegt werden. Diese Werte bilden die Grundlage für die Berechnung eines Kugelgewindetriebes. Im Detail sind dies:

KugelgewindetriebAnordnungDynamikzyklusBelastung

Für die Berechnung werden bestimmte Angaben zum ausgewählten Kugelgewindetrieb benötigt. Dies sind die Bauform, die Baugröße, die Abmes-sungen der Mutter sowie ihre spezifischen Kenn-werte. Alle Werte sind in den Produktkatalogen von Rexroth zu finden.

❚

❚

❚

❚

KugelgewindetriebKugelgewindetrieb

Beispiel für einen bei der Grobauswahl festgelegten Kugelgewindetrieb mit Flanschmutter der Standard-Baureihe

Unter der Anordnung werden alle relevanten Geo-metriedaten zusammengefasst. Dies geschieht in der Regel anhand einer Zeichnung der Maschine oder Anlage, aus der alle Konstruktionsmaße hervorgehen. Zudem werden Angaben zu den bewegten Massen benötigt und die Lagerung der Einheit (z. B. Fest-Los-Lagerung) festgelegt. Durch die jeweilige Anwendung ist die gefor-derte Lebensdauer der Anlage bestimmt. Zur Anordnung gehören auch Motor und Getriebe mit Übersetzungen.

AnordnungAnordnung

Beispiel für eine Anordnung eines Kugelgewindetriebs mit Fest-Los-Lagerung und Motor in Kombination mit 2 Führungsschienen und 4 Führungswagen

Angaben zum Kugelgewindetrieb

Größe Einheit

Nenndurchmesser d0 mm

Steigung P mm

Kugeldurchmesser DW mm

Anzahl der Kugelumläufe i –

Dynamische Tragzahl C N

Statische Tragzahl C0 N

Vorspannungsfaktor Xpr –

Maximale Geschwindigkeit vmax m/min


Größe Einheit

Masse des Tisches m kg

Geforderte Lebensdauer in Umdrehungen LSoll –

Geforderte Lebensdauer in Stunden Lh Soll h

Spindellänge l1 mm

Maximale Hublänge ln , lK mm

Beiwerte zur Lagerung fnk , fFk –


FgFgFaFa

FRFR

FRFRFRFR

FRFR

FRFR

FpFp

t3

t2

t1

n1v1

n2v2

n3v3

v (m

/s)

0,6

0,4

0,2

0

- 0,2

- 0,4

- 0,60 1 2 3 4 5 6 7 8

t (s)

t1 t2 t3 t4 t5 t6

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200

0–200

s (m

m)

t (s)

t1 t2 t3 t4 t5 t6

t4

t5

t6

n6v6n6v6

n5v5n5v5

n4v4n4v4

2

1




Für die Anwendung ist als nächstes ein Referenz-zyklus festzulegen. Dieser Zyklus steht für die zu erwartenden dynamischen Vorgänge und ist die Basis für die Lebensdauerberechnung. Zyklen bestehen aus mehreren Phasen, die für einzelne Arbeitsgänge des Kugelgewindetriebes stehen (z. B. Beschleunigen, Bremsen, Bearbeiten etc.). Für jede Phase müssen Zeit, Weg, Geschwin-digkeit, Beschleunigung und Drehzahl festgelegt werden. Die Einschaltdauer des Kugelgewinde-triebes wird für die Umrechnung der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs auf die Maschine bzw. Anlage benötigt.


Beispiel eines einfachen Dynamikzyklus

Weg-Zeit-DiagrammGeschwindigkeits-Zeit-Diagramm

1�2�

Ein Kugelgewindetrieb kann nur Kräfte in axialer Richtung aufnehmen. Alle anderen Belastungen werden von den Führungen aufgenommen. Die axialen Kräfte können sich je nach Anwendung aus Gewichtskräften Fg, Beschleunigungskräf-ten Fa, Prozesskräften Fp und Reibungskräften FR zusammensetzen.

BelastungenBelastungen

Beispiel mit axial wirkender Prozesskraft Fp

Angaben zum DynamikzyklusGröße EinheitPhase n –Zeit der Phase 1 … n t1 … tn sVerfahrweg in der Phase 1 … n s1 … sn mmGeschwindigkeit in der Phase 1 … n v1 … vn m/sBeschleunigung in der Phase 1 … n a1 … an m/s2

Drehzahl in der Phase 1 … n n1 … nn min–1

Einschaltdauer der Maschine EDMaschine %Einschaltdauer des Kugelgewindetriebes EDKGT %

Beispiel eines einfachen Dynamikzyklus: RückwärtshubBeispiel eines einfachen Dynamikzyklus: Vorwärtshub


nm =n1 · qt1 + n2 · qt2 + ... + nn · qtn

100 %

160

120

80

40

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9

n (m

in–1

)

t (s)

t1n2

n3n1

nm

t2 t3




Kraft Formel Beschreibung

Gewichtskraft Fg = m · g Die wirkende Gewichtskraft Fg berechnet sich aus der Masse m und der Fallbeschleunigung g = 9,81 m/s2.

Beschleunigungskraft Fa = m · a Die wirkende Beschleunigungskraft muss aufgebracht werden, um eine Masse m zu beschleunigen.

Reibungskraft FR = µ · FN Die wirkende Reibungskraft ist der Bewegungsrichtung entge-gengerichtet. Ihre Höhe wird u. a. durch Vorspannung, Belas-tung, Dichtungen und Schmierung des Kugelgewindetriebs sowie durch die Führungen und Endenlagerungen bestimmt.

Prozesskraft Fp Die wirkenden Prozesskräfte berechnen sich aus dem jewei-ligen Arbeitsprozess. Dies können z. B. Kräfte beim Urformen, beim Umformen, beim Zerspanen etc. sein.

Bei der Berechnung ist besonders auf die Rich-tung der einzelnen wirkenden Kräfte zu achten.

5.1.3.2 Lebensdauer

Die Lebensdauerberechnung für Kugelgewinde-triebe wurde aus dem Rotationswälzlagerbereich übernommen und ist der Lebensdauerberech-nung von Linearführungen ähnlich. Üblicherwei-se wird mit Anzahl der Umdrehungen und mit Drehzahlen gerechnet. Wichtig für die exakte Lebensdauerberechnung ist die möglichst genaue Kenntnis der Belastungs- und Dynamikdaten.

Bei stufenförmig veränderlicher Drehzahl in n Pha-sen wird die mittlere Drehzahl aus den Beträgen der Drehzahlen der einzelnen Phasen berechnet. Zur Definition von Zyklus und Zeitanteilen siehe Kap. 2.

Mittlere DrehzahlMittlere Drehzahl

(5-11)

nm = Mittlere Drehzahl (min–1)n1 … nn = Drehzahlen in den Phasen 1 … n (min–1)qt1 … qtn = Zeitanteile in den Phasen 1… n (%) Beispiel eines einfachen Drehzahlzyklus

Bei veränderlichen Betriebsbedingungen (Dreh-zahl und Belastung) müssen zur Berechnung der Lebensdauer zunächst die mittleren Werte für die-se Betriebsbedingungen berechnet werden. Dies sind die mittlere Drehzahl nm und die dynamisch äquivalente (mittlere) Belastung Fm.

Die Tabelle gibt einen Überblick über die Kräfte, die an einem System mit Kugelgewindetrieb auftreten können.

-- Tatsächlicher Drehzahlverlauf– Genäherter Drehzahlverlauf-- Mittlere Drehzahl in Phase n– Mittlere Drehzahl über den gesamten Drehzahlzyklus


Flim = 2,8 · Fpr

Feff n = Fn Feff n = +1 · Fpr Fn

2,8 · Fpr

32

Fpr = Xpr · C




Mit Hilfe der Vorspannkraft kann der Lastpunkt berechnet werden, an dem die Laufbahnen der Mutter durch äußere Belastung entlastet werden, d. h. die Vorspannkraft aufgehoben ist.

Diesen Effekt bezeichnet man als Ausklinken. Beschrieben wird dieser Punkt durch die soge-nannte Ausklinkkraft Flim.

(5-13)Flim = Ausklinkkraft (N)Fpr = Vorspannkraft (N)

Dies führt zu einer Fallunterscheidung:

Fall 1: F > FlimIst die äußere Axialbelastung des Kugelgewin-detriebes in der Phase n größer als die Ausklink-kraft, dann hat die Vorspannung keinen Einfluss auf die Berechnung der Lebensdauer.

Fall 2: F ≤ FlimIst die äußere axiale Kraft des Kugelgewinde-triebes in der Phase n kleiner oder gleich der Ausklinkkraft, dann liegt ein Einfluss der Vorspan-nung vor. Es muss die effektive Belastung Feff n berechnet werden.

(5-14)

Kein Einfluss der Vorspannung:Fn > 2,8 · Fpr

Einfluss der Vorspannung:Fn ≤ 2,8 · Fpr

(5-15)

Fn = Belastung des Kugelgewindetriebes während Phase n (N)

Fpr = Vorspannkraft (N)Feff n = Effektive Axialbelastung während

Phase n (N)

Bei vorgespannten Mutternsystemen muss die Vorspannung in der Lebensdauerberechnung berücksichtigt werden. Zur Bewertung, ob die Vorspannung Einfluss auf die Lebensdauer hat, muss zunächst die innere Vorspannkraft der Mut-ter berechnet werden.

Berücksichtigung der VorspannungBerücksichtigung der Vorspannung

(5-12)Vorspannung Vorspannungsfaktor Xpr

2 % von C 0,02

3 % von C 0,03

5 % von C 0,05

7 % von C 0,07

10 % von C 0,10

Fpr = Innere Axialbelastung der Mutter durch die Vorspannung (N)

Xpr = Vorspannungsfaktor (–)C = Dynamische Tragzahl (N)


Fm = Feff 1 · + Feff 2 · + . . . + Feff n · 3 qtn

100 %qt2

100 %qt1

100 %

3 3 3

Fm = Feff 1 · · + Feff 2 · · + . . . + Feff n · · 3 n1

nm

n2nm

nnnm

3 3 3 qtn100 %

qt2100 %

qt1100 %

120

100

80

60

40

20

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9

F (N

)

t (s)

t1 t2

Feff 1

Feff 2 Feff 3

Fm

t3




Ist die Belastung des Kugelgewindetriebes stufenförmig veränderlich, muss eine mittlere Axialbelastung für die Lebensdauerberechnung ermittelt werden. Aus den Einzelbelastungen Fn während der Phasen n wird die dynamisch äqui-valente Axialbelastung Fm gebildet.

Dynamisch äquiva-lente AxialbelastungDynamisch äquiva-lente Axialbelastung

Dynamisch äquivalente Axialbelastung bei konstanter Drehzahl:

(5-16)

Dynamisch äquivalente Axialbelastung bei veränderlicher Drehzahl:

(5-17)

Fm = Dynamisch äquivalente Axialbelastung (N)

Feff 1 … Feff n = Effektive Belastung während der Phasen 1 … n (N)

nm = Mittlere Drehzahl (min–1)n1 … nn = Drehzahl während

der Phasen 1 … n (min–1)qt1 … qtn = Zeitanteile der Phasen 1 … n (%)

Beispiel eines einfachen Belastungszyklus bei konstan-ter Drehzahl

-- Tatsächlicher Kraftverlauf– Genäherter Kraftverlauf– Dynamisch äquivalente Belastung


Lh Maschine = Lh · EDMaschine

EDKGT

L = · 106CFm

3

L h =L

nm · 60




Da meist eine bestimmte Lebensdauer der Maschine gefordert ist, muss die Lebensdauer des Kugelgewindetriebes über das Einschalt-dauerverhältnis umgerechnet werden.

(5-20)

Betriebsstunden der MaschineBetriebsstunden der Maschine

Die nominelle Lebensdauer ist die Anzahl der Umdrehungen oder Anzahl der Betriebsstunden, die 90 % einer genügend großen Anzahl unter-einander gleicher Kugelgewindetriebe erreichen oder überschreiten, bevor die ersten Anzeichen einer Werkstoffermüdung auftreten.

Die nominelle Lebensdauer in Umdrehungen wird mit L bezeichnet und errechnet sich nach folgender Formel:

Nominelle LebensdauerNominelle Lebensdauer

(5-18)

Lebensdauer in UmdrehungenLebensdauer in Umdrehungen

L = Nominelle Lebensdauer in Umdrehungen (–)

C = Dynamische Tragzahl (N)Fm = Dynamisch äquivalente Axialbelastung

des Kugelgewindetriebes (N)

(5-19)

Lebensdauer in StundenLebensdauer in Stunden

Lh = Nominelle Lebensdauer in Stunden (h)L = Nominelle Lebensdauer

in Umdrehungen (–)nm = Mittlere Drehzahl (min–1)

Lh Maschine = Nominelle Lebensdauer der Maschine in Stunden (h)

Lh = Nominelle Lebensdauer des Kugel-gewindetriebes in Stunden (h)

EDMaschine = Einschaltdauer der Maschine (%)EDKGT = Einschaltdauer des

Kugelgewindetriebes (%)

Über die mittlere Drehzahl wird die nominelle Lebensdauer in Stunden Lh berechnet:


nn

nk = fnk · · 107 (min-1)d2

ln2

nk zul = nk · 0,8




5.1.3.3 Biegekritische Drehzahl

Durch die Rotation der Spindel entsteht eine Bie-geschwingung. Die Frequenz dieser Schwingung ist die Drehfrequenz der Spindel. Als biegekri-tische Drehzahl bezeichnet man die Drehzahl, die gleich der ersten Biegeeigenfrequenz der Spindel ist. Wird der Kugelgewindetrieb mit der kritischen Drehzahl betrieben, tritt Resonanz auf, was zur Zerstörung des Systems führen kann. Um diesen Fall zu vermeiden, ist die Ermittlung der kritischen Drehzahl bei der Auslegung des Kugelgewinde-triebs erforderlich.

Die biegekritische Drehzahl nk ist abhängig von:Einbauart der Endenlagerungen, Beiwert fnkKerndurchmesser der Spindel d2Kritische Spindellänge ln, d. h. die maximale ungestützte Spindellänge. Bei Muttern mit Axialspiel ist die kritische Spindellänge gleich dem Lagerabstand l1. Bei vorgespannten Systemen wird die Position der Kugelgewindemutter berücksichtigt.

Im Produktkatalog gibt es Diagramme zur schnel-len Überprüfung der Berechnungsergebnisse.Bei der Auslegung des Kugelgewindetriebs sollte Betriebsdrehzahl nur maximal 80 % der kritischen Drehzahl betragen. Der Drehzahlkennwert bzw. die maximal zulässige Lineargeschwindigkeit dürfen nicht überschritten werden.

❚

❚

❚

Biegekritische Drehzahl nk

Biegekritische Drehzahl nk

nk = Biegekritische Drehzahl (min–1)nk zul = Zulässige Betriebsdrehzahl (min–1)fnk = Beiwert, der von der Endenlagerung

bestimmt wird (–)d2 = Kerndurchmesser (siehe Produktkatalog) (mm)l1 = Lagerabstand (mm)ln = Kritische Spindellänge für vorgespannte

Mutternsysteme (mm) (Bei Muttern mit Axialspiel gilt: ln = l1)

Um mit der Spindeldrehzahl außerhalb des kritischen Bereiches zu bleiben, sind folgende Maßnahmen möglich:

Spindeldurchmesser erhöhen.Spindellagerung anpassen.Vorgespannte Muttern anstelle von Muttern mit Axialspiel verwenden.Spindelunterstützungen verwenden (siehe Kap. 5.3.1.1).

Rexroth bietet auch Antriebseinheiten mit angetrie-bener Mutter an. Bei Verwendung angetriebener Muttern wird dem schwingungsfähigen System weniger Energie zugeführt, da Exzentrizitäten in-nerhalb des rotierenden Systems vermieden und guter Plan- und Rundlauf eingehalten werden. Im Resonanzfall sind die Folgen eines optimierten Systems mit angetriebener Mutter wegen des geringeren Energieeintrages bei weitem nicht so zerstörerisch wie im Falle einer rotierenden Spindel. Zu Antriebseinheiten mit angetriebener Mutter siehe Kap. 5.3.2.

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Angetriebene MutternAngetriebene Muttern

Biegeschwingungen

Endenlagerkonfiguration Beiwert fnk

l1

ln

27,4

l1

ln

18,9

l1

ln

12,1

l1

ln

4,3

fest – fest

fest – lose

lose – lose

fest – frei

(5-21)

(5-22)


FF FF

Fk = fFk · · 104d2

lk

4

2 (N)

Fk zul = Fk

2




5.1.3.4 Zulässige axiale Spindelbelastung (Knickung)

Knickbeanspruchung ist ein Sonderfall der Druck-beanspruchung. Wird ein Stab (hier: die Spindel) in axialer Richtung auf Druck beansprucht, kommt es zu einem seitlichen Ausbiegen. Die Formände-rung wächst mit zunehmender Belastung rasch an.Axiale Belastungen entstehen am Kugelgewinde-trieb durch Beschleunigungsvorgänge, Reibung sowie durch Gewichts- und Prozesskräfte. Die daraus resultierende Beanspruchung hängt ab von:

Endenlagerungen, Beiwert fFkKerndurchmesser der Spindel d2Wirksame Knicklänge der Spindel lk, d. h. die maximale ungestützte Spindellänge im Kraft-fluss zwischen Mutter und Lagerung.

Mit diesen Größen kann die zulässige axiale Spindelbelastung Fk berechnet werden. Im Produktkatalog gibt es zusätzlich Diagramme, die wie bei der biegekritischen Drehzahl ein schnelles Überprüfen ermöglichen. Bei der Auslegung des Kugelgewindetriebs sollte mit mindestens zweifacher Sicherheit gegen Knickung gerechnet werden.

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KnickungKnickung

(5-23)

Zulässige axiale Spindelbelastung Fk

Zulässige axiale Spindelbelastung Fk

Fk = Theoretische Knickbelastung der Spindel (N)Fk zul = Im Betrieb zulässige axiale

Spindelbelastung (N)fFk = Beiwert, der von der Endenlagerung

bestimmt wird (–)d2 = Kerndurchmesser (siehe Produktkatalog) (mm)lk = Wirksame Knicklänge der Spindel (mm)

Um Knickung zu vermeiden, sind folgende Maßnahmen möglich:

Spindeldurchmesser erhöhen.Spindellagerung anpassen.

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Knickung durch axiale Belastung

(5-24)

Endenlagerkonfiguration Beiwert fFk

FF FF

lk

40,6

FF FF

lk

20,4

FF FF

lk

10,2

FF FF

lk

2,6

fest – fest

fest – lose

lose – lose

fest – frei


Mta = F · P

2000 · π · η (Nm)

Pa = Mta · n

9550(kW)

F

Mta

n v

Mte

F

n

Mte = F · P · η´2000 · π (Nm)




5.1.3.5 Endenlagerungen

Basis für die Berechnung der Endenlagerungen sind die ermittelten Drehzahlen und Belastungen des Kugelgewindetriebes. Die Lebensdauer-berechnung muss nach den Vorgaben der Lager-hersteller in Abhängigkeit vom Lagertyp erfolgen.

5.1.3.6 Antriebsmoment und Antriebsleistung

Für eine erste Ermittlung der erforderlichen Antriebsdrehmomente und der Antriebsleistung dienen die nachfolgenden Formeln.

Für die von Rexroth verwendeten Lager sind der Rechengang und die entsprechenden Formeln im Produktkatalog dargestellt.

(5-25)

Mta = Antriebsdrehmoment (Nm)Mte = Abtriebsdrehmoment (Nm)F = Betriebslast (N)P = Steigung (mm)

η = Wirkungsgrad (–) η ≈ 0,9 für Antriebsdrehmoment η´ ≈ 0,8 für Abtriebsdrehmoment

(5-27)

AntriebsleistungAntriebsleistung Pa = Antriebsleistung (kW)Mta = Antriebsdrehmoment (Nm)n = Drehzahl (min-1)

Bei dieser Rechnung handelt es sich nur um eine erste Abschätzung, die ausschließlich den Kugel-gewindetrieb berücksichtigt. Für die genaue Aus-legung müssen weitere Einflussfaktoren wie die Führungen, die Endenlagerung, Massenträgheiten und Leerlaufdrehmomente berücksichtigt werden. Das Gesamt-Leerlaufdrehmoment T0 setzt sich aus dem Leerlaufdrehmoment der vorgespannten Mutter Tpr0 und dem Leerlaufdrehmoment der bei-den Dichtungen TRD zusammen (vgl. Kap. 5.1.1.6).

Angaben zu Tpr0 und TRD finden sich in den Produktkatalogen. Für die exakte Auslegung des Antriebs empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit einem Motoren- und Steuerungshersteller.Weiterhin muss geprüft werden, ob die Festig-keit der Spindelenden für die Übertragung des Antriebsdrehmoments ausreicht. Detaillierte An-gaben zu den Spindelenden finden sich ebenfalls in den Produktkatalogen.

(5-26)

Antriebsdrehmoment Mta:Angetrieben durch das Antriebsdrehmoment Mta dreht sich die Spindel. Als Reaktion ensteht in der Mutter eine lineare Kraft F, die zu einer Linear-bewegung der Mutter führt.

Definitionen von Antrieb und AbtriebDefinitionen von Antrieb und Abtrieb

Abtriebsdrehmoment Mte:Die Spindel bewegt sich unter Einwirkung der Kraft F in axialer Richtung. Als Reaktion entsteht das Abtriebsdrehmoment Mte und die Mutter dreht sich, sofern keine Selbsthemmung auf Grund des Steigungswinkels auftritt.

Umsetzung von Dreh- in Längsbewegung Umsetzung von Längs- in Drehbewegung


600

200

18020

800

980

Ø40




5.1.3.7 Berechnungsbeispiel

In der Bohrstation einer Transferstraße soll ein Kugelgewindetrieb für die Vorschubbewegung verwendet werden. Die Positionierung wird über einen Glasmaßstab geregelt.

Das folgende Berechnungsbeispiel zeigt den kompletten Rechengang für den Kugelgewinde-trieb.

Berechnungsbeispiel Bohrstation

Masse des Tisches inklusive Aufbau m1 = 400 kgFührung des Tisches mit 4 Rollenführungs-wagen auf 2 FührungsschienenGesamte benötigte Verschiebekraft für den Tisch FR = 150 NDie maximale Axialbelastung ist die Prozess-kraft während des Bohrens Fp = 4 500 NFest-Los-Lagerung der SpindelUngestützte Spindellänge: 800 mmMaximale Geschwindigkeit vmax = 0,5 m/s bei nmax = 3 000 min–1

Antrieb durch einen Servomotor über ein Riemenvorgelege mit einer Übersetzung von i = 0,5Die geforderte Lebensdauer der gesamten Bohrstation beträgt mindestens 6 Jahre bei 360 Tagen im Jahr im 3-Schichtbetrieb. Lh Maschine = 6 a · 360 d/a · 24 h/d Lh Maschine = 51 840 h

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Technische Daten zur AnwendungTechnische Daten zur Anwendung

Bei der Grobauswahl wurde ein Kugelgewin-detrieb der Größe 40 x 20 (d0 x P) mit einer Vorspannung von 5 % von C ausgewählt.


Bohrstation

Maße für die Auslegung des Kugelgewindetriebs


1 2 3

6 5 4

0,2 0,1

0 – 0,1– 0,2– 0,3 – 0,4 – 0,5 – 0,6

0 50 100 150 200 250

v (m

/s)

s (mm)

s (m

m)

t (s)

250

200

150

100

50

0

– 50

3

2

1

0

– 1

– 2

– 3

0,2

0

– 0,2

– 0,4

– 0,6

1600

1200

800

400

0

0 1 2 3 3,50,5 1,5 2,5

a (m

/s2 )

t (s)0 1 2 3 3,50,5 1,5 2,5

v (m

/s)

t (s)0 1 2 3 3,50,5 1,5 2,5

n (

min

–1)

t (s)0 1 2 3 3,50,5 1,5 2,5




Für die Berechnung des Kugelgewindetriebes wird ein Referenzzyklus definiert. In diesem Refe-renzzyklus wird während Phase 2 des Vorwärts-hubs eine Bohrung gefertigt. Danach folgt ein schnellerer Rückwärtshub (Phasen 4 bis 6). Die gesamte Zykluszeit beträgt 3 Sekunden. Nach dem Referenzzyklus findet ein Werkstückwech-sel statt, der ebenfalls 3 Sekunden dauert. Dies ergibt eine Einschaltdauer des Kugelgewinde-triebes von 50 % der Maschineneinschaltdauer, was bei der Lebensdauer der Maschine berück-sichtig werden muss.


Referenzzyklus

Phase n

Wegkoor-dinaten sx

Verfahr-weg sn

Lineargeschwin-digkeit vn

Zeit tn Beschleuni-gung an

Betrag der Drehzahl |n|

Betrag der mittle-ren Drehzahl |nn|

Beschreibung

1 0 mm 20 mm 0 m/s 0,4 s 0,25 m/s2 0 min–1 150 min–1 Beschleunigen20 mm 0,1 m/s 300 min–1

2 20 mm 160 mm 0,1 m/s 1,6 s 0 m/s2 300 min–1 300 min–1 Konstante BewegungBohren180 mm 0,1 m/s 300 min–1

3 180 mm 20 mm 0,1 m/s 0,4 s –0,25 m/s2 300 min–1 150 min–1 Verzögern200 mm 0 m/s 0 min–1

4 200 mm –50 mm 0 m/s 0,2 s –2,5 m/s2 0 min–1 750 min–1 BeschleunigenRückhub150 mm –0,5 m/s 1500 min–1

5 150 mm –100 mm –0,5 m/s 0,2 s 0 m/s2 1500 min–1 1500 min–1 Konstante BewegungRückhub50 mm –0,5 m/s 1500 min–1

6 50 mm –50 mm –0,5 m/s 0,2 s 2,5 m/s2 1500 min–1 750 min–1 Verzögern Rückhub0 mm 0 m/s 0 min–1

In die Lebensdauerberechnung gehen nur kons-tante Betriebswerte in jeder Phase ein. Daher muss in den Phasen mit Beschleunigungen oder Verzögerungen eine mittlere Drehzahl nm der jeweiligen Phase ermittelt werden.

Die unten stehenden Diagramme zeigen für alle relevanten kinematischen Größen (Weg sn, Geschwindigkeit vn, Beschleunigung an und Betrag der Drehzahl |nn|) die Verläufe während des Referenzzyklus.

Kinematische Daten des Referenzzyklus





Für die Ermittlung der mittleren Drehzahlen und Belastungen werden die Zeitanteile benötigt.

ZeitanteileZeitanteile

Mit Hilfe der dynamischen Daten werden nun im folgenden Schritt die auftretenden Belastungen Fn während der einzelnen Phasen berechnet. Sie ergeben sich aus der Addition der einzelnen Kräfte.

Die Reibungskraft FR wirkt im gesamten Zyklus entgegen der Verfahrrichtung.Die Beschleunigungskraft Fa wirkt beim Be-schleunigen und beim Verzögern in den Phasen 1; 3; 4; 6Die Prozesskraft Fp wirkt nur in der Phase 2.

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❚

❚

BelastungenBelastungen

Phase n Verfahr-weg sn

Zeit tn Zeitanteil qtn Beschleuni-gung an

Beschleuni-gungskraft Fa

Reibungskraft FR

Prozesskraft Fp Belastung Fn

1 20 mm 0,4 s 13,3 % 0,25 m/s2 100 N 150 N 0 N 250 N2 160 mm 1,6 s 53,3 % 0 m/s2 0 N 150 N 4500 N 4650 N3 20 mm 0,4 s 13,3 % –0,25 m/s2 –100 N 150 N 0 N 50 N4 –50 mm 0,2 s 6,7 % –2,5 m/s2 –1000 N –150 N 0 N –1150 N5 –100 mm 0,2 s 6,7 % 0 m/s2 0 N –150 N 0 N –150 N6 –50 mm 0,2 s 6,7 % 2,5 m/s2 1000 N –150 N 0 N 850 N

qt n = · 100 % tnt

qt 1 = · 100 % = · 100 % = 13,3 % t1t

0,4 s3 s

1,6 s3 s

qt 2 = · 100 % = · 100 % = 53,3 % t2t

t = tn = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6 = 0,4 s + 1,6 s + 0,4 s + 0,2 s + 0,2 s + 0,2 s = 3 s

. . .

Fn = Fa n + FR n + Fp n

F1 = Fa 1 + FR 1 + Fp 1 = 100 N + 150 N + 0 N = 250 N

F2 = Fa 2 + FR 2 + Fp 2 = 0 N + 150 N + 4500 N = 4650 N

. . .

Die Gewichtskraft des Tisches Fg hat auf Grund der waagrechten Anordnung keine Komponente in Achsrichtung des Kugelgewin-detriebs. Fg wird vollständig von der Führung aufgenommen und wirkt nicht als Belastung auf den Kugelgewindetrieb.

❚

Die Zwischenergebnisse für die Belastungen Fn und die zugehörigen Zeitanteile qtn sind in der unten stehenden Tabelle zusammengefasst:


nm = 400,80 min-1

nm =150 min-1

· 13,3 % + 300 min-1 · 53,3 % + 150 min-1

· 13,3 % + 750 min-1 · 6,7 % + 1500 min-1

· 6,7 % + 750 min-1 · 6,7 %

100 %

nm =n1 · qt1 + n2 · qt2 + ... + nn · qtn

100 %

Flim = 2,8 · Fpr = 2,8 · 1895 N = 5306 N

Fpr = Xpr · C = 0,05 · 37900 N = 1895 N




Da es sich im vorliegenden Fall um eine Anwendung mit veränderlicher Geschwindig-keit und Belastung handelt, wird im nächsten

Rechenschritt die mittlere Drehzahl nm über den gesamten Zyklus nach Formel (5-11) berechnet.

Mittlere DrehzahlMittlere Drehzahl

Für die Beträge der oben berechneten Belastun-gen Fn des Kugelgewindetriebes in den Phasen n muss geprüft werden, ob die Vorspannung des Systems Einfluss auf die Lebensdauer hat. Hierfür muss zunächst die Vorspannkraft ermittelt werden.

Gewählt wurde folgender Gewindetrieb:Größe 40 x 20Dynamische Tragzahl C = 37 900 N Vorspannung 5 % von C (Xpr = 0,05)

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❚

❚

Berücksichtigung der VorspannungBerücksichtigung der Vorspannung

Für eine möglichst exakte Lebensdauerberech-nung wird nun geprüft ob diese Vorspannkraft in der Berechnung berücksichtigt werden muss.

Ausklinkkraft Flim nach Formel (5-13):

Vorspannkraft Fpr nach Formel (5-12):

In allen Phasen ist Fn < Flim . Die Vorspannung muss somit in der Lebensdauer-berechnung berücksichtigt werden.

Phase n Betrag der Belastung |Fn | Effektive Belastung Feff n

1 250 N 2030 N2 4650 N 4871 N3 50 N 1922 N4 1150 N 2543 N5 150 N 1976 N6 850 N 2368 N

32

32

32

Feff 1 = · Fpr = · 1895 N = 2030 N F1

2,8 · Fpr

250 N2,8 · 1895 N

+1+1

Feff 2 = · Fpr = · 1895 N = 4871 N F2

2,8 · Fpr

4650 N2,8 · 1895 N

+1+1

. . .

32

Feff n = +1 · Fpr

Fn

2,8 · Fpr

32

Zwischenergeb-nisse: Effektive Axialbelastung

Effektive Axialbelastung des Kugelgewindetriebs nach Formel (5-15):


Fm =

Fm = 3745 N

(2030 N) · · + (4871 N) · · + ... + (2368 N) · ·3 3 150 min-1

400,80 min-1300 min-1

400,80 min-113,3 %100 %

3 750 min-1

400,80 min-1 6,7 %100 %

3 53,3 %100 %

Fm = Feff 1 · · + Feff 2 · · + . . . + Feff n · · 3 n1

nm

n2nm

nnnm

3 3 3 qtn100 %

qt2100 %

qt1100 %

L = · 106CFm

3

L = · 106 = 1036,366 · 10637900 N3745 N

3

L h =L

nm · 60

L h = = 43096 h1036,366 · 106

400,80 · 60 minh

1min

minh




Nach der Berechnung der Belastungen in den einzelnen Phasen liegen nun alle benötigten Da-ten für die Ermittlung der dynamisch äquivalenten Axialbelastung Fm vor.

Fm nach Formel (5-17):

Dynamisch äquiva-lente AxialbelastungDynamisch äquiva-lente Axialbelastung

Mit der dynamisch äquivalenten Belastung Fm kann die nominelle Lebensdauer in Umdrehungen L nach Formel (5-18) berechnet werden:

Lebensdauer in UmdrehungenLebensdauer in Umdrehungen

Mit Formel (5-19) erfolgt die Umrechnung auf Lebensdauer in Stunden:

Lebensdauer in StundenLebensdauer in Stunden

Die Einschaltdauer des Kugelgewindetriebes be-trägt 50 % der Maschineneinschaltdauer. Somit ergibt sich die maximale Laufzeit der Maschine nach Formel (5-20):

Betriebsstunden der MaschineBetriebsstunden der Maschine

Dieser Wert liegt weit über den geforderten 51 840 h. Da hier aber nur ein Referenzzyklus berechnet wurde und die Betriebsdaten sich über die Jahre noch verändern können, wird der Kugelgewindetrieb in dieser Größe und Ausfüh-rung verwendet.

Lh Maschine = Lh · EDMaschine

EDKGT

Lh Maschine = 43069 h · = 86191 h 100 % 50 %


nk = fnk · · 107 (min-1)d2

ln2

nk = 18,9 · · 107 (min-1)

nk = 9982 min-1

33,8

8002

nk zul = nk · 0,8 = 9982 min-1 · 0,8 = 7986 min-1




Größe Wert

Beiwert für Fest-Los-Lagerung fnk 18,9

Kerndurchmesser der Spindel d2 33,8 mm

Kritische Spindellänge ln 800 mm

Maximale Betriebsdrehzahl der Spindel

nmax 1500 min–1

Nach der Lebensdauerberechnung erfolgen nun die weiteren notwendigen Berechnungen und Prüfungen. Im ersten Schritt wird die biegekritische Dreh-zahl nk überprüft. Die Spindel wird in diesem Fall über eine Fest-Loslager Anordnung betrieben.

Biegekritische Drehzahl nk nach Formel (5-21):

Biegekritische DrehzahlBiegekritische Drehzahl

Die zulässige maximale Betriebsdrehzahl beträgt nach nach Formel (5-22):

In der berechneten Anwendung stellt die biege-kritische Drehzahl also keine Einschränkung dar.

Die zulässige axiale Spindelbelastung wird zur Überprüfung der Knicksicherheit der Spindel berechnet. Für die Berechnung wird die maximale Belastung des Kugelgewindetriebes unter Berück-sichtigung der Vorspannung zugrunde gelegt. Diese Last tritt in Phase 2 auf. Für die wirksame Knicklänge der Spindel wird näherungsweise die ungestützte Spindellänge von 800 mm verwen-det. Der Überlauf von 20 mm, in dem keine axiale Belastung vorliegt, wird somit vernachlässigt.

Zulässige axiale SpindelbelastungZulässige axiale Spindelbelastung

Größe Wert

Größte effektive Belastung Feff2 4871 N

Beiwert für Fest-Los-Lagerung fFk 20,4

Wirksame Knicklänge der Spindel lk 800 mm

Die zulässige Axialbelastung sollte mit einer Sicherheit von mindestens 2 berechnet werden. Da es sich in diesem Berechnungsbeispiel um ei-nen Referenzzyklus handelt, der keine Störungen

berücksichtigt (z. B. Werkzeugverschleiß, Werk-zeugbruch oder Kollision im Eilgang) wird eine Sicherheit von 6 für die Berechnung gewählt.

Die beiden durchgeführten Prüfungen ergeben also, dass weder die biegekritische Drehzahl noch die Knickung für den gewählten Kugel-

gewindetrieb ein Problem darstellen.Der Kugelgewindetrieb ist somit sicher ausgelegt.

Fk = fFk · · 104d2

lk

4

2

Fk = 20,4 · · 104

Fk = 416 023 N

33,8

800

4

2

(N)

(N)

Fkzul = = 69 337 N416023 N

6

Theoretische Knickbelastung der Spindel Fk nach Formel (5-23):


2 · d0 2 · d0

∆H∆A

d0

L

A X A




5.1 Grundlagen

Um mit einem Kugelgewindetrieb die berechnete Lebensdauer und Leistungsfähigkeit zu erreichen, müssen die systembedingten Anforderungen und Einschränkungen berücksichtigt werden. Gewindetriebe sind nicht für die Übertragung

von radialen Kräften und Momenten (z. B. durch verkanteten Einbau) geeignet. Die folgenden Abschnitte zeigen die wichtigsten Grundlagen für eine anforderungsgerechte und systemadäquate Konstruktion.

Höhen- und Seitenversatz sowie Angabe zur Rechtwinkligkeit zwischen Spindelachse und Anlagefläche des Muttern-gehäuses

Bei der Verwendung von Kugelgewindetrieben sind Einbautoleranzen vorgegeben, die bei der Gestaltung der Umgebungskonstruktion eingehal-ten werden müssen. Prinzipiell gilt der Grundsatz: Je höher die Genauigkeit und die Vorspannung des Kugelgewindetriebs, desto genauer muss auch die Umgebungskonstruktion gefertigt sein.

5.1.4.1 Umgebungskonstruktion und Einbautoleranzen

Dies gilt vor allem für Anwendungen, bei denen die Mutter bis an die Endenlagerung verfahren wird, da in diesem Bereich die Gefahr von Ver-spannungen und somit zusätzlichen Belastungen sehr groß ist.

L = Abstand der Endenlager (mm)d0 = Nenndurchmesser der Spindel (mm)X = Zulässige Rechtwinkligkeitsabweichung:

Die tolerierte Fläche muss zwischen zwei Ebenen mit Abstand X liegen, die senkrecht zur Bezugsachse A stehen. (mm)

DH = Zulässiger Höhenversatz (mm)DA = Zulässiger Seitenversatz (mm)




5.1 Grundlagen

Die nebenstehenden Tabellen zeigen die wich-tigsten empfohlenen Einbautoleranzen für Kugel-gewindetriebe in Abhängigkeit von der jeweiligen Vorspannung. Zu diesen Einbautoleranzen gehört die Rechtwinkligkeit der Mutternanschlusskon-struktion zur Spindelachse. Des Weiteren sind die Toleranzen für Höhenversatz DH und Seitenver-satz DA der Endenlagerungen einzuhalten.

EinbautoleranzenEinbautoleranzen


Vorspannung X mm

DH mm

DA mm

Spiel 0,05 0,05 0,052 % von C 0,04 0,04 0,045 % von C 0,03 0,03 0,037 % von C 0,01 0,01 0,0110 % von C 0,01 0,01 0,01

Vorspannung X mm

DH mm

DA mm

Spiel 0,10 0,10 0,102 % von C 0,08 0,08 0,085 % von C 0,05 0,05 0,057 % von C 0,02 0,02 0,0210 % von C 0,02 0,02 0,02

Durch geeignete Gestaltung und Montageabläufe ist es möglich, die Herstellung von sehr genauen und somit kostenintensiven Anschlusskonstruk-tionen zu umgehen. Grundsätzlich soll bei der Konstruktion geprüft werden, ob Anschlagkanten, Verstiftungen und der Zentrierdurchmesser der Mutter für die spätere Funktion wirklich benötigt werden. Im Kapitel 5.1.5 "Montagehinweise" wer-den geeignete Vorgehensweisen beschrieben.

Einbautoleranzen für L < 1000 mm, Mindestab-stand der Mutter zu den Endlagern < 2 · d0:

Einbautoleranzen für L > 1000 mm, Mindestab-stand der Mutter zu den Endlagern > 2 · d0:

5.1.4.2 Richtlinien zum kostengünstigen Konstruieren

Die Dimensionierung der Spindelenden und die Auswahl geeigneter Lager ist zeit- und kosten-intensiv. Um die Auslegung für den Kunden zu vereinfachen und den Konstruktionsaufwand zu verringern, bietet Rexroth für die einzelnen Grö-ßen und Anwendungsgebiete der Kugelgewinde-triebe standardisierte Lösungen für die Spindel-lagerung und für die Spindelendenbearbeitung.

Verwendung von StandardelementenVerwendung von Standardelementen

Die folgende Abbildung zeigt einen Ausschnitt verfügbarer Spindelenden und Lagerkonzepte.Ein weiterer Vorteil der Verwendung von erprob-ten Standardelementen sind die schnellere Ver-fügbarkeit und die einfachere Logistik. Der Kunde erhält auf einander abgestimmte Komponenten aus einer Hand.

Spindelenden (Auswahl) Stehlagereinheiten Endenlager


5

3

2

4

1

2

5

4

3

1




5.1 Grundlagen

Auf den Einsatz von Präzisionsspindeln ver-zichten, wenn ein direktes Wegmesssystem an der Verfahrachse vorhanden ist. Die erfor-derliche Positioniergenauigkeit kann über die Wegmessung und die elektronische Regelung erreicht werden.Durch einen einmaligen Abgleich kann auch ohne direktes Messsystem eine hohe Genauig-keit erzielt werden, wenn die Steigungsabwei-chungen in der Steuerung hinterlegt werden (vgl. Kap. 5.1.1.5).Vorgespanntes System nur dann einsetzen, wenn erforderlich. Je höher die Vorspannung, desto höher sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Umgebungskonstruktion.Verwendung von Zylindermuttern prüfen. Zylin-dermuttern ermöglichen kompaktere Konstruk-tionen. Es sind keine Befestigungsbohrungen für die Verschraubung erforderlich.

❚

❚

❚

❚

Einschraubmutter verwenden, sofern möglich.Die Mutter im Gehäuse nur zentrieren, wenn erforderlich. Durch das Zentrieren ergeben sich ein hoher Bearbeitungsaufwand und hohe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen.Möglichst genormte Muttern verwenden. Gängige Baugrößen und Bauarten, die der DIN 69 051 entsprechen, sind meist günstiger. Rexroth kennzeichnet solche Muttern in den Produktkatalogen. Die Verwendung solcher Muttern bietet oft auch den Vorteil der kurzfris-tigen Verfügbarkeit im Falle eines Ersatzteilbe-darfs.Gewindetrieb richtig dimensionieren. Je fundierter die Daten zur Auslegung sind, desto genauer kann die Auslegung erfolgen und eine kostenintensive Überdimensionierung vermie-den werden.

❚

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❚

Für das Mutter-Spindel-System gilt die Regel: Je genauer, desto teurer. Der kostenbewusste Kons-trukteur wird also immer nur so präzise Kugelge-windetriebe einsetzen wie nötig.

Die folgenden Hinweise sollen für die Auswahl und Konstruktion weitere Hilfestellung geben:

5.1.4.3 Fangmutter für vertikale Anwendungen

Bei vertikalen Anwendungen ist zu beachten, dass bei einem Versagen der Kugelgewinde-mutter der gesamte Tisch unkontrolliert absinken kann. Als Absturzsicherung können sogenannte Fangmuttern verwendet werden. Fangmuttern haben ein Profil, das dem nega-tiven Profil der Spindel entspricht. Im Betrieb ist zwischen den beiden Profilen Spiel vorhanden. Im Falle eines Versagens der Mutter, treten die

beiden Profile in Kontakt und verhindern durch Klemmung den Absturz der Mutter und der Tisch-konstruktion. Die Fangmutter wird mittels eines Klemmringes an die Kugelgewindemutter geschraubt. Bei der Konstruktion in vertikalen Anwendungen wird die Fangmutter unter der Kugelgewindemutter angebracht. Nur in dieser Position ist die Sicher-heitsfunktion gewährleistet.

KugelgewindemutterZylinderschraubeKlemmring

1�2�3�

SpindelFangmutter

4�5�

Aufbau einer Fangmutter Einbausituation mit Fangmutter




5.1 Grundlagen5.1.5 Montagehinweise

Bei Kugelgewindetrieben handelt es sich um hochwertige Maschinenteile, die einen erheb-lichen Einfluss auf die Genauigkeit und Lebens-dauer der Gesamtmaschine haben. Aus diesem Grund müssen die folgenden Grundregeln bei der Montage beachtet werden.

Bei langen Spindeln muss geeignetes Hebe-zeug verwendet werden. Über die Spindel-länge sollten mehrere Stützstellen vorhanden sein, um ein zu starkes Durchhängen (Verfor-men) zu vermeiden.Alle Montageflächen der Anschlusskonstruk-tion müssen gratfrei und sauber sein. Bei allen Schraubverbindungen dürfen die zulässigen Anziehdrehmomente nicht über-schritten werden.Bei der Montage muss der Kugelgewindetrieb parallel zu den vorhandenen Führungen ausge-richtet werden. Ist nach der Montage das Drehmoment über den gesamten Hub konstant, ist die Spindel exakt ausgerichtet. Treten Schwankungen auf, kann durch nachträgliches Ausrichten in den Endlagen eine Optimierung erreicht werden.Sofern es notwendig ist, die Mutter von der Spindel zu nehmen, muss eine Montagehülse verwendet werden, um Kugelverlust zu vermei-den. Diese Demontage sollte nur von autori-sierten Fachkräften durchgeführt werden.Doppelmuttern sind auf die Spindel abge-stimmte Systeme und dürfen nicht von der Spindel genommen werden, da sonst die eingestellte Vorspannung verloren geht.Muttern, die nicht erstbefettet sind, müssen vor den ersten Bewegungen der Einheit aus-reichend geschmiert werden.Wird nach der Montage in der Nähe des Kugelgewindetriebes gearbeitet (z. B. Bohren, Schweißen, Lackieren etc.), muss der Gewin-detrieb abgedeckt werden.In den betreffenden Montageanleitungen finden sich weitere wichtige Hinweise und Anweisungen.

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Montagehülse

Anheben mit ausreichend Stützstellen




5.2 Kugelgewindemuttern5.2.1 Einzelmuttern

Einzelmuttern sind die am häufigsten verwen-deten Kugelgewindemuttern. Sie sind in allen üblichen Größen, Vorspannungen und Genau-igkeiten verfügbar. Sie bieten hohe Leistungsfä-higkeit auf kleinem Bauraum. Durch zweigängige (zum Teil sogar viergängige) Systeme werden sehr hohe Tragzahlen und somit lange Lebens-dauern für den Kunden realisiert.

Verschiedene Baureihen von Einzelmuttern sind für die unterschiedlichsten Anwendungen geeig-net:

Standard-BaureiheMiniatur-BaureiheeLINE-BaureiheECOplus-Baureihe mit UmlenkkappenSpeed-Baureihe mit UmlenkkappenWerkzeugmaschinen-Baureihe

Einzelmuttern der Standardbaureihe haben prinzi-piell den in Kapitel 5.1.1.1 beschriebenen Aufbau.

Muttern der ECOplus-Baureihe haben im Gegen-satz zu den Standardmuttern keine Umlenkstücke, sondern komplette Umlenkkappen aus Kunststoff. Diese Bauweise macht sie preisgünstig.

Einzelmuttern der Speed-Baureihe zeichnen sich durch ihre maximal möglichen Lineargeschwindig-keiten aus. Möglich wird dies durch Steigungen gleich oder größer dem Nenndurchmesser.

Einzelmuttern der Werkzeugmaschinen-Baureihe sind vorgespannte Einzelmuttern. Die Vorspan-nung wird durch Shiften erzeugt.

Beispiele von Einzelmuttern aus dem Programm von Rexroth zeigen die nebenstehenden Abbil-dungen.

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Häufigste KugelgewindemutterHäufigste Kugelgewindemutter

Hohe Leistungs-fähigkeitKleiner Bauraum

Hohe Leistungs-fähigkeitKleiner Bauraum

BaureihenBaureihen

Das Anwendungsspektrum von Einzelmuttern ist so breit gefächert wie die Variantenvielfalt. Einzel-muttern kommen in praktisch allen Bereichen des Maschinenbaus zur Anwendung.

5.2.1.1 Systemeigenschaften


Zylindrische Einzelmutter der Standard-Baureihe

Einzelmutter der ECOplus-Baureihe mit Umlenkkappen aus Kunststoff

Einzelmutter der Speed-Baureihe mit Umlenkkappen aus Kunststoff

Einzelmutter der Werkzeugmaschinen-Baureihe




Mutter der Standard-Baureihe mit Flansch

5.2 Kugelgewindemuttern


5.2.2 Einzelmuttern der Standard-Baureihe


Standard-Einzelmuttern sind die gebräuchlichste Baureihe mit den meisten Bauformen. Die Stan-dard-Baureihe enthält Muttern mit Flansch und zylindrische Muttern. Zwei Flanschmuttern gibt es außerdem als spielfrei einstellbare Ausführungen. Die spielfrei einstellbaren Muttern sind mit einem feinen, einstellbaren Schlitz längs des Mutternkör-pers versehen. Diese Bauweise ermöglicht neben der Spielfreiheit auch das Einstellen der Vorspan-nung nach den jeweiligen Anforderungen.Einzelmuttern der Standard-Baureihe sind mit Anschlussmaßen nach DIN 69 051-5 oder mit Rexroth Anschlussmaßen erhältlich. Passende Mutterngehäuse und Endenlagerungen in mehre-ren Ausführungen sind ebenfalls für alle Stan-dard-Einzelmuttern verfügbar.

Gebräuchlichste BaureiheGebräuchlichste Baureihe

Standardisierte BauweiseStandardisierte Bauweise

Auf Grund der Vielfalt an Bauformen haben Ein-zelmuttern der Standard-Baureihe ein sehr breit gefächertes Anwendungsspektrum. In nahezu allen Bereichen des Maschinenbaus können Standard-Einzelmuttern angewendet werden.

Mutter der Standard-Baureihe mit einseitig abge-flachtem Flansch

Zylindrische Mutter der Standard-Baureihe

Spielfrei einstellbare Mutter der Standard-Baureihe





Als Miniatur-Kugelgewindetrieb werden üblicher-weise Systeme mit einem Nenndurchmesser kleiner 12 mm verstanden. Durch die Verwendung von optimierten Umlenksystemen und sehr klei-nen Kugeln werden minimale Mutterngeometrien möglich. Solche Kugelgewindetriebe sind üblicherweise nicht oder nur sehr gering vor-gespannt, um einen möglichst leichtgängigen Ablauf zu realisieren.

Die nebenstehende Abbildung zeigt eine typische Mutter der Miniatur-Baureihe.

Nenndurchmesser kleiner 12 mmNenndurchmesser kleiner 12 mm

Geringe VorspannungGeringe Vorspannung

5.2.3 Einzelmuttern der Miniatur-Baureihe


Auf Grund der kompakten Bauform werden Mi-niatur-Kugelgewindetriebe in allen Bereichen der Technik eingesetzt, bei denen beengte Platzver-hältnisse vorhanden sind.

Typische Anwendungsgebiete sind:Halbleiterproduktion und -verarbeitungMedizintechnik (Diagnose, Dosierung und Rehabilitation)Automation (Vorrichtungen, Handhabungs-systeme, Greifer und Roboter)Elektrotechnik (Schalter)Prozesstechnik (Ventil- und Klappenbetäti-gung)Fertigungstechnik (kleine Bearbeitungsmaschi-nen für Miniaturzerspanung)

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Flanschmutter der Miniatur-Baureihe







5.2.4 Einzelmuttern der eLINE-Baureihe


Bei den eLINE-Kugelgewindetrieben handelt es sich um kostengünstige Gewindetriebe für Anwendungen, welche nicht die höchsten Anfor-derungen an Genauigkeit, Geschwindigkeit und Steifigkeit haben. Durch alternative, rationelle Fertigungsverfahren und die Beschränkung auf wenige Standardbauteile kann eine preiswerte Antriebslösung realisiert werden. Die eLINE-Ku-gelgewindetriebe werden in nicht vorgespannter Ausführung auf gerollten Spindeln mit geringer Genauigkeit geliefert.

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen zwei typische Muttern aus der eLINE Baureihe.

KostengünstigKostengünstig

Ohne VorspannungOhne Vorspannung

Die kostengünstigen Kugelgewindetriebe finden in allen Bereichen der Technik Anwendung. Trotz gewisser Leistungseinschränkungen (z. B. keine Vorspannungsmöglichkeit) sind sie Trapezgewin-despindeln bei Weitem überlegen.

Typische Anwendungsgebiete sind:Fabrikautomation (Teiletransport und Vorrich-tungsbau)Verstellachsen (Holzbearbeitung und Abkant-pressen)Elektrische Zylinder Ergonomie (Höhenverstellung bei Tischen)Verkehrstechnik (Türbetätigung und Hub-einrichtungen)

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Flanschmutter der eLINE-Baureihe mit Umlenkkappen

Einschraubmutter der eLINE-Baureihe







Unter den vorgespannten Gewindemuttern mit Zweipunktkontakt sind Doppelmuttern das klassische System. Die Vorspannung wird durch gegeneinander Verspannen der beiden Muttern auf der Spindel erzeugt (siehe Kap. 5.1.1.3). Der Zweipunktkontakt gewährleistet auch bei sehr hohen Vorspannungen einen sehr guten Ablauf.

Auf Grund der zweiteiligen Ausführung (zwei komplette Muttern) ist eine Doppelmutter relativ teuer. Auch führt der modulare Aufbau zu sehr langen Bauteillängen, die bei der Auslegung der Anschlusskonstruktion berücksichtigt werden müssen.

Rexroth bietet in zwei Baureihen Doppelmuttern an:

Standard-BaureiheWerkzeugmaschinen-Baureihe

Die Doppelmuttern sind vorgespannt und laufen auf speziellen Spindeln. Die Werkzeugmaschinen-Baureihe wurde hinsichtlich der Tragzahlen und der Verfahrgeschwindigkeiten optimiert.

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen zwei typische Doppelmuttern.

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VorspannungZweipunktkontaktVorspannungZweipunktkontakt

Modularer AufbauModularer Aufbau

BaureihenBaureihen

Hauptanwendungsgebiet von Doppelmuttern sind Werkzeugmaschinen. Die Muttern werden hauptsächlich in Achsen mit hohen Anforde-rungen an Genauigkeit und Steifigkeit eingesetzt. Dies können beispielsweise die Hauptachsen in Schleifmaschinen und Bearbeitungszentren sein.

5.2.5 Doppelmuttern

Doppelmutter der Standard-Baureihe

Doppelmutter der Werkzeugmaschinen-Baureihe


3

4

21

5

6

57



5.3 Antriebseinheiten5.3.1 Antriebseinheiten mit angetriebener Spindel

Mit den Antriebseinheiten sind wirtschaftliche Antriebslösungen mit sehr geringem Konstruk-tions- und Fertigungsaufwand bei kurzen Liefer-zeiten realisierbar. Alle Anforderungen an den klassischen Kugelgewindetrieb sind optimal in einer Einheit berücksichtigt. In Verbindung mit den Rexroth Schienenführungen sind alle konstruktiven Freiheiten für das Maschinendesign gegeben.

Rexroth bietet Antriebseinheiten mit angetriebe-ner Spindel in zwei Bauformen an:

Offene Antriebseinheit AOKAntriebseinheit AGK mit Schutzprofil und Bandabdeckung

Die offene Antriebseinheit mit Kugelgewindetrieb ist der klassische Kugelgewindetrieb mit Stehla-gern und Mutterngehäuse. Motor und Getriebe können nach Wahl des Kunden mitgeliefert werden.

Diese Antriebseinheiten bestehen aus einem Präzisions-Kugelgewindetrieb mit Spindel und einer zylindrischen Einzelmutter (spielfrei oder vorgespannt). Das Mutterngehäuse aus Alumi-nium ist allseitig bearbeitet und mit beidseitigen Anschlagkanten versehen. Die Stehlagergehäuse bestehen aus stabilem Aluminium-Strangpress-profil mit beidseitigen Anschlagkanten und Befestigungsbohrungen sowie einer Zentrierung für den Motoranbau.

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen Antriebseinheiten AOK mit unterschiedlichen Varianten der Motoranbindung.

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Antriebseinheit offen(AOK)Antriebseinheit offen(AOK)

Antriebseinheit AOK

Antriebseinheit AOK mit Flansch, Kupplung und Motor

Antriebseinheit AOK mit Riemenvorgelege und Motor

SpindelzapfenStehlagereinheitMutterngehäuse mit KugelgewindemutterKugelgewindespindelMotor Flansch, KupplungRiemenvorgelege

1�2�3�4�5�6�7�


Funktionsprinzip der angetriebenen Spindel


6

1

8

5

4

2

4

6

7

9

9

3




Die Antriebseinheit AGK ist mit Spindelunter-stützungen (SPU) lieferbar. Die mitlaufenden Spindelunterstützungen vor und hinter der Mutter stützen die Gewindespindel zum Gehäuse ab. Dies ermöglicht auch bei großen Hüben höchste Spindeldrehzahlen. Die Anzahl der Spindelun-terstützungen ist frei wählbar und hängt von der maximalen benötigten Drehzahl und der biegekri-tischen Drehzahl der Anordnung ab.

Spindelunterstützung (SPU)Spindelunterstützung (SPU)

Antriebseinheit AGK

Antriebseinheit AGK mit Flansch, Kupplung und Motor

Antriebseinheit AGK mit Riemenvorgelege und Motor

Antriebseinheit AGK mit Spindelunterstützungen

Spindelzapfen der KugelgewindespindelStehlager antriebsseitigBandabdeckungTischteil mit KugelgewindemutterSchutzprofilMotorFlansch und KupplungRiemenvorgelegeSpindelunterstützung

1�2�3�4�5�6�7�8�9�

Die geschlossene Antriebseinheit mit Kugelge-windetrieb ist vom Grundaufbau her eine An-triebseinheit AOK mit zusätzlichem Schutzprofil und einer Bandabdeckung. Der konstruktive Auf-wand für Schutzvorrichtungen entfällt hierdurch. Die Einheit ist mit einem Gehäuse und einer Bandabdeckung ausgestattet. Bandabdeckungen gibt es aus Stahl oder Polyurethan. Das Schutz-profil ist aus Aluminium gefertigt.

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen Antriebseinheiten AGK mit unterschiedlichen Varianten der Motoranbindung.

Antriebseinheit geschlossen (AGK)Antriebseinheit geschlossen (AGK)


v zul

(m

/min

)

L Kenn (mm)

0

20

40

60

80

100

50004000300020001000

1

2




Der Einfluss der Spindelunterstützungen auf die maximal mögliche Lineargeschwindigkeit wird an dem folgenden Beispiel deutlich (vgl. nebenste-hendes Diagramm): Eine Antriebseinheit mit Kugelgewindetrieb der Größe 32 mit einer Steigung von 32 mm und einer Spindellänge von 3500 mm kann ohne Spindelunterstützung mit einer maximalen Ge-schwindigkeit von 17 m/min verfahren werden. Mit 2 Spindelunterstützungen auf jeder Seite der Mutter ist eine maximale Geschwindigkeit von 57 m/min möglich, ohne in den kritischen Dreh-zahlbereich zu gelangen.

Antriebseinheiten mit angetriebener Spindel und Spindelunterstützungen eignen sich für lange Ver-fahrwege. Durch die Integration in ein Schutzprofil ist diese Lösung beispielsweise für die Holzverar-beitung und für die Verwendung in Wasserstrahl-schneidanlagen hervorragend geeignet.

Die mitlaufenden Spindelunterstützungen wirken wie Loslager und verkleinern die freie Spindel-länge zwischen Mutter und Lagerung. Dies führt zur Erhöhung der biegekritischen Drehzahl. Die Spindeldurchbiegung und die durch Bie-geschwingungen der Spindel in das System eingebrachte Anregungsenergie werden ebenfalls reduziert.

Funktionsprinzip der SpindelunterstützungFunktionsprinzip der Spindelunterstützung


Kugelgewindetrieb ohne Spindelunterstützung Kugelgewindetrieb mit einer mitlaufenden Spindelunterstützung auf jeder Seite der Mutter

1�2�

Funktionsprinzip der Spindelunterstützung

Vergleich der maximal möglichen Lineargeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Anzahl der Spindelunterstüt-zungen am Beispiel eines AGK 32 mit eingebautem KGT 32x32

– Ohne Spindelunterstützung– Mit 1 Spindelunterstützung (je Seite)– Mit 2 Spindelunterstützungen (je Seite)– Mit 3 Spindelunterstützungen (je Seite)

vzul = Maximal mögliche Lineargeschwindigkeit (m/min)

Lkenn = Kennlänge (Spindellänge) (mm)




Die Forderung nach höherer Dynamik und der Wettbewerb mit dem Linearmotor (siehe Kap. 6.8.2.2) haben zur Entwicklung von Systemen geführt, bei denen nicht mehr die Spindel ange-trieben wird, sondern die Mutter.

Durch dieses Konzept ergeben sich markante Vorteile gegenüber der angetriebenen Spindel:

Die biegekritische Drehzahl einer rotierenden Spindel als Drehzahlobergrenze entfällt. Die Biege-Eigenfrequenz muss aber auch bei fest-stehenden Spindeln berücksichtigt werden. Allerdings ist der Resonanzfall (Drehzahl der Mutter ist gleich der ersten Biege-Eigenfre-quenz) auf Grund des deutlich geringeren Energieeintrags durch die angetriebene Mutter wesentlich unkritischer als bei Systemen mit angetriebener Spindel. Dies resultiert aus dem optimierten Rund- und Planlauf der angetriebe-nen Muttern von Rexroth. Die Systeme können unter Umständen bis zur Maximaldrehzahl betrieben werden, die durch den Drehzahl-kennwert vorgegeben ist (siehe Kap. 5.1.1.7). Gleichwohl muss der Bereich der Eigen-frequenz möglichst schnell durchfahren wer-den, um das System nicht unnötig zu belasten.Die Spindel muss nicht in Rotation versetzt werden. Hierdurch verringern sich die Massen-trägheiten im System.

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VorteileVorteile

5.3.2.1. Systemeigenschaften

5.3 Antriebseinheiten5.3.2 Antriebseinheiten mit angetriebener Mutter

Die Endenlagerungen für die nicht rotierende Spindel können einfacher und damit kosten-günstiger ausgeführt werden. Die feststehende Spindel kann mit einfachen Mitteln gereckt (vorgespannt) werden. Hierdurch können Längenänderungen durch Temperatureinflüsse kompensiert werden. Temperatureinflüsse können auch durch Verwendung einer Hohlspindel mit Kühlung kompensiert werden.

Nachteil eines solchen Systems ist, dass der Motor zusammen mit dem Tisch bewegt wird und somit entsprechend Bauraum sowie eine Energie-führung vorgesehen werden müssen.

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Funktionsprinzip der angetriebenen Mutter

Antriebseinheit FAR mit Riemenvorgelege Wälzgelagerte Mutter einer Antriebseinheit FAR

Rexroth bietet Antriebseinheiten mit angetrie-bener Mutter in zwei Bauformen an:

Antriebseinheit mit über Riemen angetriebener Mutter FAR mit Riemenvorgelege und MotorAntriebseinheit MHS mit direkt angetriebener Mutter und Hohlwellenmotor

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Bei der Antriebseinheit mit riemengetriebener Mutter FAR wird die wälzgelagerte Mutter vom Motor über einen Zahnriemen angetrieben.Antriebseinheiten FAR sind als komplette

Funktionseinheiten lieferbar, die aus der Muttern-baugruppe, einem Riemenvorgelege und einem AC-Servomotor bestehen.

Antriebseinheit mit riemengetriebener Mutter FAR

Antriebseinheit mit riemengetriebener Mutter FAR





Die Vorteile der angetriebenen Muttern zeigen sich am deutlichsten bei langen Verfahrwegen in Maschinen, z. B. bei Tischen von Schleifmaschi-nen.

Die Antriebseinheit mit direkt angetriebener Mutter und Hohlwellenmotor MHS ist die ideale Konzeption für hochdynamische Anwendungen. Der Kugelgewindetrieb wird in seiner möglichen Dynamik maximal ausgenutzt. So werden Systeme mit angetriebenen Muttern z. B. in Hexapoden erfolgreich eingesetzt. Bei diesen Systemen sind die direkt angetriebenen Muttern axial fixiert und die Spindeln führen die Linearbewegungen aus.

Bei der Antriebseinheit MHS wird die Mutter von einem Hohlwellenmotor direkt angetrieben. Die Spindel des Kugelgewindetriebes wird durch die hohl ausgeführte Rotorwelle des Motors geführt. Der Servomotor und der Kugelgewindetrieb liegen raumsparend in einer Achse. Die Mutter ist ohne zusätzliche Übertragungselemente mit dem Hohlwellenmotor verbunden. Übertragungs-elemente, die die Präzision negativ beeinflussen könnten, wie z. B. Antriebsriemen oder Kupp-lungen, entfallen.

Antriebseinheit mit Hohlwellenmotor MHS

Antriebseinheit mit Hohlwellenmotor MHS

Aufbau der Antriebseinheit MHS

Funktionseinheit aus Mutter und Hohlwellenmotor auf der Spindel

Modell eines Hexapoden mit sechs Antriebseinheiten MHS

5.3 Antriebseinheiten5.3.2 Antriebseinheiten mit angetriebener Mutter

6-1Bosch Rexroth AG

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Linearsysteme sind präzise, einbaufertige Füh-rungs- und Antriebssysteme mit hohen Leis-tungsmerkmalen bei kompakten Abmessungen. Auf Grund der Variantenvielfalt sind sie in vielen Bereichen der Industrie einsetzbar.

Innovative KomplettlösungInnovative Komplettlösung

Mit standardisierten Linearsystemen können viele Maschinen, Einrichtungen und Anlagen schneller, besser und kostengünstiger realisiert werden. Konstruktion, Projektierung, Fertigung und Logis-tik werden erheblich vereinfacht.

Linearsystem

Führung

Antrieb

Motor

Regler und Steuerung

Know-HowEngineering

Beschaffung

Fertigung

Montage

Komplette, abgestimmte Einheit mit definierten Eigenschaften


Für Linearsysteme von Rexroth ergeben sich viele Vorteile:

Komplettes Produktprogramm für nahezu alle AnwendungsfälleViele AntriebsvariantenUniverseller Aufbau von Mehrachskombina-tionen mit Adaption zu Montageprofilen von RexrothLängen bis zu 12 Meter möglichAlle Linearsysteme können komplett mit Motor-anbau, Antriebsverstärker und Steuerung geliefert werden.

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VorteileVorteile

Skalierbare und konfektionierbare SystemeReduzierung des Konstruktions- und FertigungsaufwandesIndividuelle wirtschaftliche Anpassungen an KundenanforderungenUmfangreiches Angebot an ZubehörVertriebs- und Entwicklungsteam mit lang-jähriger Erfahrung steht für die Beratung zur Verfügung

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Parameter für den Einsatz eines Linearsystems

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Eine typische Kundenapplikation für Linearsyste-me wird durch das nachfolgende Bild beschrie-ben: Eine Masse soll in einer vorgegebenen Zeit um einen bestimmten Weg verfahren werden.

Kundenapplikation für LinearsystemeKundenapplikation für Linearsysteme

Wichtige Parameter dabei sind der vorhandene Einbauraum, die vorliegenden Umgebungsbedin-gungen sowie die geforderte Genauigkeit und Steifigkeit.

Taktzeit

Weg

Ablaufgenauigkeit

Positioniergenauigkeit

Verformung

Einbauraum

Umgebungs-bedingungen


Grundsätzlich ist ein Linearsystem immer dann einsetzbar, wenn eine lineare Bewegung automa-tisiert erfolgen soll. Jedoch eignen sich nicht alle Linearsysteme für jedes Einsatzgebiet.

Die Einsatzgebiete lassen sich anhand der zu erfüllenden Aufgabe oder anhand einer Branche definieren. Typische Aufgaben für Linearsysteme sind:

Handling (Pick and Place)MontageMessaufgabenBearbeitung

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EinsatzgebieteEinsatzgebiete Linearsysteme sind in allen Branchen einsetz-bar. Große Bedeutung haben sie in folgenden Branchen:

Elektronik- und HalbleiterfertigungMedizintechnik und PharmaindustrieAllgemeine FabrikautomationHolzbearbeitungLebensmittel- und Verpackungsindustrie

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Geschwindigkeit

Steifigkeit

Masse

6-3Bosch Rexroth AG

Aufbau von Linearsystemen

37

6

54

32

1

5

78

6

9

11

1

10

6 Linearsysteme



6.1.1.1 Grundsätzlicher Aufbau von Linearsystemen

Linearsysteme sind prinzipiell immer ähnlich aufgebaut. Sie bestehen aus den folgenden Komponenten:

Trägerprofil (Hauptkörper) mit Führung (6)Tischteil mit Führungswagen (5)Traverse mit Lagerung (3) bzw. Endkopf An-trieb (11) und Endkopf Spannseite (9)Antrieb, d. h. Kugelgewindetrieb (4), Zahnrie-mentrieb (8), Linearmotor etc.Abdeckung (7), z. B. Abdeckblech, Abdeck-band

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AC-Servomotor, Drehstrommotor oder Schritt-motor (1), entweder direkt über einen Flansch mit Kupplung (2) oder über Vorsatzgetriebe (10) angebaut, mit Regelungs- und Steue-rungseinheitSchalter, Dose und Stecker, KabelkanalOptionale Komponenten wie Spindelunter-stützung, Verbindungsplatten, Spannstücke, Wegmesssysteme etc.

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Compact-Modul mit Kugelgewindetrieb

Linearmodul mit Zahnriementrieb


3

4

1

5

2

4

21

6 Linearsysteme


Die Baugruppe Führung besteht aus einem Trä-gerprofil, dem sogenannten Hauptkörper (1), und der Linearführung (2).

Der Hauptkörper wird in den meisten Fällen über Verbindungselemente mit dem kundenseitigen Unterbau fest verbunden. Er besteht in der Regel aus eloxiertem Aluminiumprofil und gibt dem Line-arsystem eine hohe Eigensteifigkeit. Die Eloxalbe-schichtung hebt den Hauptkörper optisch hervor und schützt das Profil vor Kratzern und Korrosion.Bei den Schienenführungstischen TKK gibt es auch Trägerprofile aus Stahl. Diese weisen im Verhältnis zum Aluminiumprofil höhere Steifig-keiten und Genauigkeiten auf.Bei den Präzisionsmodulen PSK dient der Haupt-körper gleichzeitig auch als U-förmige Führungs-schiene und wird daher ausschließlich aus Stahl gefertigt.Das eigentliche Führungselement im Linearsys-tem ist die Führungsschiene. Sie ist mit dem Hauptkörper fest verbunden. Die Führungsschie-ne wird entweder angeschraubt, als Schwalben-schwanzprofil verstemmt oder in den Hauptkörper integriert. Bei Laufrollenführungen wird die Welle in den Hauptkörper eingepresst.Die unterschiedlichen Führungsvarianten sind in Kapitel 6.1.1.3 näher beschrieben.

Hauptkörper mit LinearführungHauptkörper mit Linearführung


HauptkörperFührungsschieneTischteilZahnriemenFührungswagen

1�2�3�4�5�

Baugruppe TischteilDie Baugruppe Tischteil besteht in der Regel aus einem kompakten Aluminiumprofil mit integrierten oder angeschraubten Führungswagen. Der Kundenaufbau wird üblicherweise am Tischteil befestigt.Das Tischteil ist mit dem Antriebselement des Linearsystems fest verbunden. Wenn der Motor ein Antriebsmoment aufbringt, setzt das Antriebs-element das Tischteil in Bewegung. Typische Antriebselemente sind Kugelgewindetrieb oder Zahnriementrieb.

Alle Linearsysteme sind mit einer Zentralschmie-rung für Fett ausgestattet. Die Schmierung der Führungen erfolgt über das Tischteil, entweder seitlich (z. B. von Hand) oder von oben über den Kundenaufbau.

Tischteil mit FührungswagenTischteil mit Führungswagen

Schmierung über TischteilSchmierung über Tischteil

Schnitt durch ein Linearmodul mit Zahnriementrieb

Hauptkörper mit Führungsschienen

6-5Bosch Rexroth AG

1 2

6 Linearsysteme



Baugruppe Endkopf Antrieb (1) Baugruppe Endkopf Spannseite (2)

An zahnriemengetriebenen Linearmodulen sind ein Endkopf Antrieb (1) und ein Endkopf Spannseite (2) verbaut. Die Hauptkomponente im Endkopf Antrieb ist ein wälzgelagertes Riemen-rad. Über das Riemenrad wird das Antriebsmo-ment des Motors auf den Zahnriemen übertragen.

Im Endkopf Spannseite wird der Zahnriemen über ein zweites wälzgelagertes Riemenrad umgelenkt. Gleichzeitig kann hier der Riemen vorgespannt werden.

ZahnriementriebZahnriementrieb

Der Antrieb eines Linearsystems beinhaltet kraft-erzeugende und kraftübertragende Elemente mit den zugehörigen Lagerungen.Die unterschiedlichen Antriebsvarianten sind in Kapitel 6.1.1.4 näher beschrieben.

Antrieb eines LinearsystemsAntrieb eines Linearsystems

Endköpfe

Antriebsvarianten Kugelgewindetrieb und Zahnriemen-trieb


Endköpfe mit Puffer an einem Linearmodul mit Linear-motor

1

2

6 Linearsysteme



Bei Linearsystemen mit Kugelgewindetrieb werden die Endköpfe als Traversen bezeichnet. Sie nehmen die Lagerung des Kugelgewinde-triebs auf. An einer der beiden Traversen wird ein Spindelzapfen herausgeführt, der mit dem Motor verbunden wird.


Traversen

Baugruppe Traverse mit Loslager (2)Baugruppe Traverse antriebsseitig mit Festlager (1)

Endköpfe mit Puffer an einem Linearmodul mit Zahn-stangenantrieb

Bei Linearsystemen mit Linearmotor oder Zahn-stangenantrieb dienen die Endköpfe als stirn-seitige Abdeckung des Hauptkörpers und als Sicherung gegen Hinausfahren des Tischteils.

LinearmotorZahnstangenantriebLinearmotorZahnstangenantrieb

Traverse AntriebTraverse Spannseite

1�2�

6-7Bosch Rexroth AG

6 Linearsysteme


Flansch mit Kupplung und Schrittmotor

Linearsysteme mit Kugelgewindetrieb, Zahnrie-mentrieb oder Zahnstangenantrieb werden über einen Motor angetrieben. Rexroth bietet hierfür ein breites Spektrum an AC-Servomotoren, Dreh-strommotoren und Schrittmotoren an. Je nach Anwendungsfall und Kombination von Linearsys-tem und Motor werden die Systeme entweder direkt über einen Flansch mit Kupplung oder indirekt über ein Vorsatzgetriebe angetrieben. Als Vorsatzgetriebe kommen Riemenvorgelege oder Planetengetriebe zum Einsatz. Als Sonderform gibt es ein Planetengetriebe, das in das Riemen-rad im Endkopf Antrieb integriert ist.Durch eine Zentrierhilfe und die Befestigungs-gewinde ist ein einfacher Anbau von Motor oder Vorsatzgetriebe möglich. Mit einer Kupplung wird das Antriebsmoment verspannungsfrei auf die Antriebswelle des Linearsystems übertragen.Linearmodule mit Zahnstangenantrieb werden über ein Schneckengetriebe mit dem Motor verbunden.Durch wählbare Übersetzungsverhältnisse kann der Kunde das Antriebsdrehmoment den Erfor-dernissen der jeweiligen Anwendung anpassen sowie Fremdmasse und Motorträgheit optimal aufeinander abstimmen. Dies ist insbesondere für die Optimierung des Antriebsregelkreises von Bedeutung und ermöglicht hochdynamische Antriebe.Bei Verwendung eines Riemenvorgeleges kann außerdem die Gesamtlänge des Linearsystems im Vergleich zum direkten Motoranbau verkürzt werden.

MotorenMotoren

GetriebeGetriebe

Vorsatzgetriebe als Riemenvorgelege und Servomotor


Vorsatzgetriebe als Planetengetriebe und Servomotor

Integriertes Planetengetriebe und Servomotor


3

1 2

6 Linearsysteme



Zum Schutz vor Verschmutzungen sind einige Linearsysteme standardmäßig mit einer Ab-deckung ausgeführt. Bei anderen Linearsystemen kann die Abdeckung optional angebaut werden. Abhängig vom Typ können die Linearsysteme mit Bandabdeckung, Blechabdeckung oder Falten-balg ausgerüstet werden.

AbdeckungAbdeckung

Bandabdeckung

Integriertes induktives Messsystem an der Kugel-schienenführung

Zur Wegmessung können die Linearsysteme mit Messsystemen ausgestattet werden. Systemab-hängig kann zwischen verschiedenen Messprin-zipien ausgewählt werden:

Optische SystemeMagnetische SystemeInduktive Systeme

Außerdem gibt es Messysteme als:Rotatorische Systeme (Drehgeber)Lineare Systeme (z. B. Integriertes Mess-system von Rexroth, Glasmaßstab)

Alle Messsysteme können systemabhängig inte-griert oder extern angebaut werden.

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MesssystemeMesssysteme

Blechabdeckung Faltenbalg

Für alle Motorvarianten stehen auch Regelungs- und Steuerungseinheiten zur Verfügung. Somit kann die gesamte Einheit, d. h. Linearsystem, Mo-tor, Regler und Steuerung von Rexroth bezogen werden.

Regelungs- und SteuerungseinheitenRegelungs- und Steuerungseinheiten

Linearsystem komplett mit Steuerung, Regler und Motor

MotorRegler und SteuerungLinearsystem

1�2�3�

6-9Bosch Rexroth AG

4

32

1

5

6

7

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Verschiedene Bauformen von Linearsystemen mit Kugelgewindegetrieb können optional mit Spin-delunterstützungen ausgerüstet werden. Dadurch kann die Hublänge vergrößert werden oder bei gleich bleibender Hublänge die maximal zulässige Drehzahl deutlich erhöht werden. Die maximal zulässige Drehzahl wird durch die biegekritische Drehzahl der Spindel vorgegeben.

SpindelunterstützungSpindelunterstützung

Compact-Modul mit Spindelunterstützungen

Für den Anbau weiterer Module oder des Kun-denaufbaus gibt es für die Compact-Module Verbindungsplatten (7) mit den Nutformen der Montageprofile von Rexroth. Dies ermöglicht den standardisierten Anbau der Teile. Für Linearmo-dule und Compact-Module gibt es außerdem Verbindungswinkel (6) zum Aufbau von x-y-z- Kombinationen.Zur Befestigung der Linearsysteme am Unterbau können Spannstücke (5) verwendet werden.

Verbindungs-elementeVerbindungs-elemente


Schaltsystem

Für die Linearsysteme gibt es unterschiedliche Schaltsysteme, die als Endschalter oder als Referenzschalter genutzt werden können. An die Linearmodule werden in der Regel mecha-nische (2) und induktive Schalter (3) angebaut. Compact-Module werden mit Magnetfeldsen-soren (Hall- oder Reed-Sensor) ausgerüstet.

Über eine Dose mit Stecker (1) können die zugehörigen Kabel zusammengeführt werden. Dadurch führt nur noch ein Kabel in den Regler anstatt mehrere. Ein angebauter Kabelkanal (4) dient als Schutz der Schalterkabel (siehe Kapitel 6.8.4).

SchaltsystemeSchaltsysteme

Dose und SteckerDose und Stecker

KabelkanalKabelkanal

SteckerMechanischer SchalterInduktiver SchalterKabelkanal

1�2�3�4�

SpannstückVerbindungswinkelVerbindungsplatte

5�6�7�

Verbindungselemente

x yz


6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

6.1.1.2 Typen- und Größenbezeichnungen

Zur einfachen Unterscheidung und Identifikation der vielen Varianten von Linearsystemen setzt Rexroth ein einfaches Kennzeichnungssystem ein, das eine Typen- und eine Größenbezeichnung beinhaltet. Die Typenbezeichnung setzt sich aus drei Buchstaben zusammen, welche die System-, Führungs- und Antriebsvariante definieren. Anschließend folgt die Größenbezeichnung, die sich aus der Größe der Linearführung und dem Profilkennmaß zusammensetzt. Die unten stehende Tabelle erläutert die Syste-matik und zeigt am Beispiel eines Compact-Mo-duls, wie die Typen- und Größenbezeichnungen der Rexroth Linearsysteme codiert sind.

Bezeichnung Typ Größe

Beispiel: Compact-Modul C K K 20 - 145

SystemLinearModul, geschlossene Version Linearmodul, offene Version Compact-Modul Präzisionsmodul SchienenführungsTisch LinearSchlitten

C

FührungKugelschienenführung Integrierte KugelSchienenführung Laufrollenführung Geschlossene Kugelbüchsenführung Offene Kugelbüchsenführung

K

AntriebKugelgewindetrieb ZahnRiementrieb Linearmotor Pneumatikantrieb Zahnstangenantrieb Ohne Antrieb

K

Kennmaß der Führung

A

Schienenbreite bei Kugelschienenführung (Beispiel: A = 20 mm)

20 -

d

Wellendurchmesser bei Laufrollenführung Wellendurchmesser bei Kugelbüchsenführung

Kennmaß des Profils

B

Breite des Hauptkörpers oder der Grundplatte(Beispiel: B = 145 mm)

145


Kennzeichnungssystem für Linearsysteme von Rexroth

Beispiel Compact-Modul CKK 20-145


6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

6.1.1.3 Führungsvarianten

Für Linearsysteme von Rexroth gibt es drei Bau-arten von Linearführungen, die unterschiedliche Vorteile bieten und je nach Anforderung der Applikation ausgewählt werden können.

Genaue Beschreibungen der einzelnen Linear-führungen finden sich in den jeweiligen Kapiteln (Kapitel 3.2: „Kugelschienenführungen“, Kapitel 3.6: „Laufrollenführungen“, Kapitel 4: „Kugelbüch-senführungen“).

Grundsätzlich sind die Führungen immer mit dem Hauptkörper verbunden. Die Verbindung erfolgt durch Verschrauben und/oder Verstemmen der Schiene oder Welle mit dem Hauptkörper (Kugelschienen- oder Laufrollenführung). Bei Kugelbüchsenführungen werden die Wellen an Wellenunterstützungen oder an Wellenböcken, die an den Enden angebaut sind, befestigt (siehe Kapitel 4).

Wichtig für die Auswahl des richtigen Linear-systems sind die Anforderungen der Anwendung hinsichtlich Steifigkeit und Genauigkeit. Die Stei-figkeit wird beeinflusst durch Bauart und Anzahl der Führungen.

Linearführung Beispiel Eigenschaften

Kugelschienenführung Compact-Modul CKK

Hohe SteifigkeitHohe GenauigkeitStandardmäßig mit Vorspannung 2 % C ausgeführtGeschwindigkeiten bis 5 m/s möglich

❚

❚

❚

❚

Laufrollenführung Linearmodul MLR

Niedriger GeräuschpegelHohe Geschwindigkeiten bis 10 m/s möglich

❚

❚

Kugelbüchsenführung Linearschlitten SOK

LeichtgängigUnempfindlich gegenüber SchmutzRobust (insbesondere geschlossene Bauform)

❚

❚

❚

Bauarten von LinearführungenBauarten von Linearführungen


1

2

3

4

5

1 2 4 5 3

6

1

63

1

1

3

6 Linearsysteme



Neben der Auswahl der Führungsvariante ist die Anzahl der Führungen für die Steifigkeit des Linearsystems von Bedeutung. Dabei kön-

nen sowohl die Anzahl der Führungsschienen bzw. -wellen als auch die Anzahl der Tischteile variieren.

Anzahl der FührungenAnzahl der Führungen

Linearmodul MKK mit einer Schienenführung und Compact-Modul CKK mit zwei Schienenführungen

Bei Linearmodulen und Compact-Modulen mit gleicher Schienengröße ergeben sich unterschied-liche Tragzahlen und Momente auf Grund von:

Einschieniger oder zweischieniger AusführungEinem oder mehreren Tischteilen

❚

❚

Tragzahlen und MomenteTragzahlen und Momente

Modul Anzahl Füh-rungsschienen

Anzahl Füh-rungswagen je

Schiene

Dynamische Tragzahl C der

Führung

Dynamische Momente

Torsions-moment Mt

Längsmoment ML

MKK 15-65 1 2 12 670 N 120 Nm 449 Nm

CKK 15-110 2 2 25 340 N 835 Nm 1 075 Nm

TischteilKugelgewindetriebHauptkörper

1�2�3�

FührungswagenFührungsschieneSpindelzapfen für Kugelgewindetrieb

4�5�6�

Compact-Modul CKK mit einem Tischteil und Ausführung mit zwei Tischteilen

Die nachfolgende Beispieltabelle stellt Tragzahlen und Momente von zwei Linearsystemen gegen-über:

Linearmodul MKK mit einem Tischteil, geführt auf einer Führungsschiene und zwei Führungs-wagen Compact-Modul CKK mit zwei Tischteilen, geführt auf zwei Führungsschienen und vier-Führungswagen

Die Schienenbreite ist jeweils gleich.

❚

❚


2

1 1

6 Linearsysteme



Die Systemgenauigkeit zweischieniger Linear-systeme ist ebenfalls höher als bei einschienigen. Der Stützabstand zwischen den Führungschienen reduziert die geometrischen Abweichungen durch Gieren, Nicken oder Rollen.Eine Ausnahme bildet hier das Präzisionsmodul PSK. Die U-förmige Geometrie und die geschlif-fenen Führungsbahnen (1) direkt im Hauptkör-per (2) erlauben den Einsatz für hochgenaue Anwendungen mit hohen Systemsteifigkeiten.

SystemgenauigkeitSystemgenauigkeit

Präzisionsmodul PSK

Die Genauigkeiten des Tischteils bezüglich Gieren, Nicken und Rollen sind genauso wie beim Führungswagen definiert (siehe Kapitel 3.1.1).

Linearführung Tragzahl Vorspannungs-möglichkeiten

Steifigkeit Geschwindig-keit

Ablauf-genauigkeit

Geräusch-verhalten

Kugelschienenführung+++ +++ +++ ++ +++ ++

Laufrollenführung+ ++ + +++ ++ +++

Kugelbüchsenführung++ ++

++ 1)

+ 2) ++ ++ ++

Nachfolgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der unterschiedlichen Führungen auf:

ÜbersichtÜbersicht

Die Genauigkeit des bewegten Tischteils wird bei Linearsystemen definiert über

die Führungsgenauigkeit P1, die in Längsrich-tung in der Tischteilmitte gemessen wird,die Parallelität P2 der Tischteilfläche zur Grundfläche,die Parallelität P3 der Tischteilfläche zur An-schlagkante,die Geradheit P4 des Tischteils in Längsrich-tung.

❚

❚

❚

❚

GenauigkeitskriterienGenauigkeitskriterien

Genauigkeit P1 Genauigkeit P2 Genauigkeit P3 Genauigkeit P4

P1P2

P3 P4 Längs

Die Lebensdauer des Linearsystems bezogen auf die Führung wird errechnet über die dynamische Tragzahl C der Führung bzw. des gesamten Tisch-teils.

LebensdauerLebensdauer Zweischienige Linearsysteme haben daher bei gleicher Führungsschienengröße und äußerer Belastung eine höhere Lebensdauer als Linear-systeme mit nur einer Schiene.

Offene BauformGeschlossene Bauform

1)2)

+++ Sehr gut ++ Gut + Befriedigend


6 Linearsysteme



6.1.1.4 Antriebsvarianten

Antrieb Beispiel Eigenschaften

Ohne Antrieb Linearschlitten SGO

HandverstellungRobustes Linearsystem

❚

❚

Kugelgewindetrieb Compact-Modul CKK

Hohe Steifigkeit in VerfahrrichtungHohe LeistungsdichteWiederholgenauigkeit ± 0,01 mm (spielfrei)Geschwindigkeiten bis 1,6 m/s möglich

❚

❚

❚

❚

Zahnriementrieb Compact-Modul CKR

Hohe Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s möglichGeringe Steifigkeit in VerfahrrichtungWiederholgenauigkeit ± 0,1 mm

❚

❚

❚

Zahnstangenantrieb Linearmodul MKZ

Lange Verfahrwege realisierbarGeschwindigkeiten bis 5 m/s möglichMöglichkeit von Mehrtischanwendungen mit voneinan-der unabhängig verfahrbaren TischteilenGeringes Geräuschniveau

❚

❚

❚

❚

Linearmotor Schienentisch TKL

Hohe Verfahrgeschwindigkeiten bis 8 m/s und hohe Beschleunigungen möglichKurze TaktzeitenHohe Positionier- und WiederholgenauigkeitMöglichkeit von Mehrtischanwendungen mit voneinan-der unabhängig verfahrbaren TischteilenHohe Verfügbarkeit durch wenige VerschleißteileLinearmotor wartungsfreiNiedriger Geräuschpegel

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Pneumatikantrieb Linearmodul MKP

Kein Motor erforderlichAnfahren von Endlagen (keine Zwischenpositionen)Geschwindigkeiten bis 2 m/s möglich

❚

❚

❚

Entscheidend für die Eigenschaften von Linear-systemen ist die Antriebsvariante.

Rexroth bietet verschiedene Antriebe für zahl-reiche Anwendungen an.


6 Linearsysteme



Durch die Antriebsvariante wird festgelegt, welche Dynamik (Geschwindigkeit und Be-schleunigung) und welche Positionier- und Wiederholgenauigkeiten das System hat. Der Verfahrzyklus wird durch die kinematischen Vor-aussetzungen beeinflusst.Alle Antriebsvarianten haben auf Grund ihrer Bauweise spezifische Systemeigenschaften. Dadurch ist es möglich, ein breites Spektrum an Kundenapplikationen mit Linearsystemen abzude-cken. Der Aufbau der einzelnen Antriebsvarianten wird im Folgenden beschrieben.

Antriebsvarianten und SystemeigenschaftenAntriebsvarianten und Systemeigenschaften

Spindel und Mutter eines Kugelgewindetriebs

Bei den Linearsystemen werden Kugelgewinde-triebe vorwiegend mit spielfreien Zylindermuttern eingesetzt. Sie eignen sich daher besonders für Zustellaufgaben mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit. Der Kugelgewindetrieb wird ausführlich im Kapi-tel 5 behandelt.


Zahnriementriebe eignen sich besonders für hochdynamische Anwendungen. Die Zahnriemen für die Linearsysteme bestehen aus abriebfestem Polyurethan (PU) mit integrierten hochfesten Stahlcord-Zugträgern.Der Zahnriemen wird auf beiden Seiten des Tischteiles mit einem Klemmstück befestigt. Im Endkopf Antrieb sitzt ein Riemenrad, über wel-ches das Antriebsmoment des Motors eingeleitet und auf den Riemen übertragen wird. Auf der Spannseite wird der Zahnriemen umgelenkt und vorgespannt, um einen einwandfreien Betrieb zu ermöglichen.

ZahnriementriebZahnriementrieb

Zahnriemen


6 Linearsysteme



Auf Grund der direkten Krafterzeugung wird keine zusätzliche Mechanik zur Umwandlung von einer Dreh- in eine Linearbewegung benötigt. Weil dadurch im Antriebstrang sowohl Spiel wie auch mechanische Nachgiebigkeiten entfallen, ist die Positionier- und Wiederholgenauigkeit über die gesamte Antriebslebensdauer einzigartig. Da der Linearmotor keine innenliegenden beweglichen Teile wie in rotatorischen Antriebssystemen hat, arbeitet er verschleiß- und wartungsfrei.

Schienenführungstisch TKL mit Linearmotor

Ein Linearmotor ist ein Elektromotor, bei dem eine Linearbewegung statt einer Drehbewegung erzeugt wird. Die Vorschubkraft wird direkt am bewegten Bauteil (Tischteil) erzeugt. Ein Antriebs-element zur Transformation und Übertragung der Vorschubkraft ist nicht erforderlich. Der Antrieb mit Linearmotor wird deshalb auch als linearer Direktantrieb bezeichnet.Die Schlüsselkomponenten des Linearmotors sind das Tischteil (Primärteil) und das Sekundär-teil mit Permanentmagneten. Rexroth bietet das Sekundärteil in drei Varianten an: In den Linear-modulen LKL und MKL ist eine runde Vorschub-stange über die Endköpfe mit dem Hauptkörper verbunden. Beim Schienenführungstisch TKL ist der flache und beim Compact-Modul CKL der U-förmige Permanentmagnet direkt mit dem Hauptkörper verschraubt. Das Grundprinzip ist für alle Varianten gleich und wird im Kapitel 6.8.2.2 erklärt.

LinearmotorLinearmotor

Beim Zahnstangenantrieb wird seitlich am Haupt-körper eine schrägverzahnte Zahnstange befes-tigt. Ritzel, Schneckengetriebe und Motor sind am Tischteil befestigt. Dadurch können mehrere Tischteile unabhängig voneinander verfahren und außerdem lange Verfahrwege und hohe Ge-schwindigkeiten realisiert werden.Durch das spielarme Schneckengetriebe erhält der Zahnstangenantrieb eine hohe Steifigkeit. Die Schrägverzahnung reduziert zudem die Geräusch-entwicklung des Zahnstangenantriebs.

ZahnstangenantriebZahnstangenantrieb

Zahnstangenantrieb


6 Linearsysteme



Der Pneumatikantrieb funktioniert durch einen Kolben, der in einem geschlossenen Zylinder-raum geführt wird. Über interne Luftkanäle an einem oder beiden Enden des Linearmoduls kann Druckluft eingespeist werden. Die Druckluft bewegt den Kolben. Ein am Kolben befestigtes Band, das in den Endköpfen umgelenkt wird, überträgt die Bewegung des Kolbens bzw. die Antriebskraft auf das Tischteil. Beim Pneumatikantrieb kann das Tischteil nur in die Endlagen bzw. gegen einen Stoßdämpfer als Anschlag fahren. Zwischenpositionen können im Gegensatz zu allen anderen Antriebsvarianten nicht angefahren werden.

Nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Eigenschaften der unterschiedlichen Antriebe:

PneumatikantriebPneumatikantrieb


Linearmodul MKP

Antrieb Anforderungskriterien

Vorschub-kraft

Steifigkeit Geschwindig-keit

Genauig-keit 1)

Geräusch-verhalten

Kugelgewindetrieb +++ +++ + +++ ++

Zahnriementrieb ++ + +++ + ++

Zahnstangen-antrieb

+++ +++ ++ ++ ++

Linearmotor ++ +++ +++ +++ +++

Pneumatikantrieb + 0 + 0 ++

Abhängig vom verwendeten Messsystem, dessen Genauigkeit und der Regelung

1) +++ Sehr gut++ Gut+ Befriedigend0 Ausreichend


6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

6.1.2.1 Anwendungsparameter

HublängeEinbauraumBelastungZykluszeiten und Geschwindigkeit

❚

❚

❚

❚

Anhand der anliegenden Belastung lassen sich Größe und Typ des Linearsystems eingrenzen. Zweischienige Compact-Module haben höhere Tragzahlen als einschienige Linearmodule mit der selben Größe der Linearführung. Gleiches gilt für Linearsysteme mit mehreren Tischteilen.Im Allgemeinen haben sich Belastungen bis etwa 20 % der dynamischen Kennwerte (C, Mt, ML) als sinnvoll erwiesen. Hierbei dürfen nicht überschrit-ten werden:

Das zulässige AntriebsmomentDie zulässige HöchstgeschwindigkeitDie maximal zulässigen Kräfte und MomenteDie maximal zulässige Durchbiegung

Das zulässige Antriebsmoment, die zulässige Höchstgeschwindigkeit und die zulässigen Kräfte und Momente ergeben sich aus den verwende-ten Führungen und Antrieben. Angaben zu den dynamischen Kennwerten sowie den maximal zulässigen Kräften und Momenten finden sich in den Produktkatalogen.

❚

❚

❚

❚

BelastungBelastung


Über die Hublänge errechnet sich die Gesamtlän-ge eines Linearsystems. Die realisierbare Hublänge eines Linearsystems wird durch die Antriebsvariante begrenzt. Bei Kugelgewindetrieben wird ab einer bestimmten Länge das Problem der biegekritischen Drehzahl relevant. Für größere Längen sind Zahnriemen-triebe daher besser geeignet.

Einige Linearsysteme mit Kugelgewindetrieb gibt es mit Spindelunterstützungen. Diese verkürzen die Länge der freien Spindellänge und stützen das häufig vorhandene Abdeckblech. Dadurch können Drehzahl und Hublänge deutlich erhöht werden.

HublängeHublänge

Mt

Cx Cx

Cy

ML

ML

Dynamische Kennwerte für Kräfte, Biege- und Torsions-momente

Wiederhol- und PositioniergenauigkeitSteifigkeit (inklusive Unterbau)Umgebungsbedingungen

❚

❚

❚

Die Analyse und Definition folgender Anwen-dungsparameter führt zur Vorauswahl eines geeigneten Linearsystems:

Oft eignen sich für bestimmte Anwendungen mehrere Linearsysteme. In diesem Fall und wenn auf Grund besonderer Bedingungen eine Festlegung des Linearsystems nicht möglich ist,

kann auf die langjährige Erfahrung von Rexroth zurückgegriffen werden.Nach der Vorauswahl des Linearsystems ist die rechnerische Auslegung erforderlich.

Bei der Auswahl des Linearsystems ist darauf zu achten, dass der Einbauraum (Höhe, Breite und Länge) ausreicht. Je nach Ausführung kann sich ein Linearsystem durch den Motoranbau noch deutlich verlängern.

EinbauraumEinbauraum


1000 2000 3000 4000 5000 6000

1,5

2,5

3,5

0

4,5

1,0

0,5

2,0

3,0

4,0

0,0

F =

200

0 N

F =

250

0 N

F =

150

0 N

F =

100

0 N

F =

500

NF

= 2

50 N

F =

100

NF

= 0

N

L (mm)

δ (mm)

δ max

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Beispieldiagramm für die Durchbiegung eines Linearmoduls MKK 20-80

L = Modullänge (mm)d = Tatsächliche Durchbiegung (mm)dmax = Maximal zulässige Durchbiegung (mm)– Maximal zulässige Durchbiegung in Abhän-

gigkeit von der Länge des Linearsystems– Durchbiegung bei der angegebenen Kraft

Linearsysteme werden häufig nicht komplett unterstützt, sondern freitragend verbaut, d. h. die Befestigung an den Kundenaufbau erfolgt nahe bei den Enden der Achsen. Bei freitragendem Einbau muss die Durchbiegung des Linearsys-tems beachtet werden. Beim Überschreiten einer maximal zulässigen Durchbiegung dmax muss das Linearsystem zusätzlich unterstützt werden. Die maximal zulässige Durchbiegung dmax ist abhängig von der Länge der Linearachse und der Last F. Entsprechende Diagramme in den Produktka-talogen helfen bei der Ermittlung der maximal zulässigen Durchbiegung.

Unabhängig von der zulässigen Durchbiegung des Linearsystems ist die erforderliche Genauig-keit des Systems zu berücksichtigen. Gegebenen-falls muss das Linearsystem mehrfach unterstützt werden. Gleiches gilt bei hohen Anforderungen an die Systemdynamik.Einige Varianten wie zum Beispiel der Schienen-führungstisch oder das Präzisionsmodul fordern generell eine vollflächige Aufspannung auf einen steifen Kundenaufbau, um die erforderlichen Genauigkeiten zu erreichen.



Die geforderten Zykluszeiten und damit die erforderliche Geschwindigkeit bestimmen maß-geblich den Typ des Linearsystems. Sowohl die Führungs- als auch die Antriebsvariante beeinflus-sen die maximal zulässige Geschwindigkeit.

Zykluszeiten und GeschwindigkeitenZykluszeiten und Geschwindigkeiten

Für sehr hohe Geschwindigkeiten sind Linearsys-teme mit Laufrollenführung und Zahnriementrieb oder Linearmotor besonders geeignet.

Für gute Wiederhol- und Positioniergenauigkeit eignen sich besonders Schienenführungstische oder Präzisionsmodule. Als Antrieb kommen hier

Wiederhol- und Positioniergenauig-keit

Wiederhol- und Positioniergenauig-keit

Kugelgewindetrieb oder Linearmotor in Frage, die gegenüber dem Zahnriementrieb deutliche Vor-teile aufweisen, z. B. ihre hohe axiale Steifigkeit.

Die Steifigkeit senkrecht zur Verfahrrichtung wird als radiale Steifigkeit bezeichnet. Die radiale Steifigkeit eines Linearsystems wird maßgeblich durch die Führung, die Geometrie des Haupt-körpers und die Unterkonstruktion bestimmt. Kugelschienenführungen sind wesentlich steifer als Laufrollen- oder Kugelbüchsenführungen.

SteifigkeitSteifigkeit Mit dem Unterbau kann ein Linearsystem so unterstützt werden, dass die Eigensteifigkeit der Applikation deutlich erhöht wird.

Bauartbedingt eignen sich einige Linearsysteme besser als andere für besondere Umgebungs-bedingungen. Ist beispielsweise mit Staub und Schmutz zu rechnen, sind Linearsysteme mit Lauf-rollenführung oder mit zusätzlichen Abdeckungen von Vorteil.

Umgebungs-bedingungenUmgebungs-bedingungen

Es gibt folgende Abdeckungsvarianten:Ohne AbdeckungBandabdeckung aus StahlBandabdeckung aus KunststoffFaltenbalgSpaltdichtung

❚

❚

❚

❚

❚


6 Linearsysteme



6.1.2.2 Entscheidungshilfen zur Produktauswahl

Rexroth stellt dem Anwender eine breite Palette von Linearsystemen in unterschiedlichen Ausfüh-rungen und Baugrößen zur Verfügung. Anhand

der in Kap. 6.1.2.1 genannten Auswahlkriterien lässt sich für nahezu alle denkbaren Anwendungs-fälle ein geeignetes Linearsystem festlegen.

Durch die Kombinierbarkeit aller möglichen Führungen und Antriebe kann ein Linearsystem auf die besonderen Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt werden. In den Kapiteln 6.1.1.3 und 6.1.1.4 finden sich tabellarische Über-sichten über die Eigenschaften der verschiedenen Führungs- und Antriebsvarianten.

Kombinierbarkeit von Führungen und Antrieben

Kombinierbarkeit von Führungen und Antrieben

Auf Grund der speziellen Ansprüche an die Linear-systeme ist es weder sinnvoll noch wirtschaftlich, alle Systeme mit allen Führungs- und Antriebsva-rianten auszustatten. Die folgende Übersicht zeigt alle bei Rexroth verfügbaren Kombinationen:

System Führung Antrieb

Kugel-schienen-

führung

Laufrollen führung

Kugel-büchsen führung

Ohne Antrieb

Kugel-gewinde-

trieb

Zahn-riemen-

trieb

Zahn-stangen-

antrieb

Pneu-matik-

antrieb

Linear-motor

Linearmodul ✔ ✔ – ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔

Compact-Modul ✔ – – ✔ ✔ ✔ – – ✔

Präzisionsmodul ✔ – – ✔ ✔ – – – –

Schienenführungstisch ✔ – – ✔ ✔ – – – ✔

Linearschlitten – – ✔ ✔ ✔ – – – –

Linearsystem Tragfähigkeit Steifigkeit Genauigkeit Abdeckung MaximaleGeschwindig-

keit

Maximale Länge

Linearmodul MKK ++ ++ ++ +++ 1,6 m/s 6 000 mm

MKR ++ ++ + +++ 5,0 m/s 12 000 mm

MLR + + + +++ 10,0 m/s 10 000 mm

MKZ +++ +++ ++ + 2,2 m/s 6 000 mm

MKP + + 0 +++ 2,0 m/s 5 600 mm

MKL + ++ ++ +++ 5,0 m/s 2 000 mm

LKL + + ++ ++ 5,0 m/s 2 000 mm

Compact-Modul CKK +++ +++ ++ ++ 1,6 m/s 5 500 mm

CKR +++ +++ + ++ 5,0 m/s 10 000 mm

CKL + + ++ + 5,0 m/s 2 800 mm

Präzisionsmodul PSK ++ ++ +++ +++ 1,6 m/s 940 mm

Schienenführungstisch TKK +++ ++ +++ ++ 1,6 m/s 2 860 mm

TKL +++ ++ +++ ++ 8,0 m/s 4 000 mm

Linearschlitten SGO ++ + 0 ++ Ohne Antrieb 5 300 mm

SOO ++ ++ 0 ++ Ohne Antrieb 5 300 mm

SGK ++ + + ++ 1,4 m/s 4 000 mm

SOK ++ ++ + ++ 1,4 m/s 4 000 mm

+++ Sehr gut ++ Gut + Befriedigend 0 Ausreichend

Meist stehen für eine technisch optimale Lösung der linearen Bewegungsaufgabe sogar mehrere verschiedene Linearsysteme zur Auswahl, so dass auch ökonomische und gestalterische

Aspekte berücksichtigt werden können. Die folgende Übersicht zeigt die verschiedenen Linearsysteme mit den wichtigsten und sinnvoll bewertbaren Auswahlkriterien.


6 Linearsysteme



6.1.2.4 Einsatzbedingungen

Bei der Auswahl eines Linearsystems müssen die Einsatzbedingungen, die der Kundenapplikation zugrunde liegen, beachtet werden. Es muss über-prüft werden, ob das Linearsystem in Verbindung mit den vorliegenden äußeren Einflüssen genutzt werden kann, Einschränkungen erforderlich sind oder ein anderes Linearsystem ausgewählt werden muss.

Insbesondere folgende Einflüsse müssen deshalb überprüft werden:

Staub, Schmutz, Späne etc.TemperaturEinbauverhältnisse und vorhandener BauraumStöße und VibrationenSchmierungBesondere Einsatzbedingungen

❚

❚

❚

❚

❚

❚

6.1.2.3 Motor, Regler und Steuerung

Neben der Auswahl des Linearsystems ist auch die notwendige Peripherie einzuplanen. Das umfasst die Auslegung des Schmiersystems inklusive Schmierintervalle und insbesondere die Festlegung von Motor, Regler und Steuerung.Für alle Linearsysteme bietet Rexroth eine große Zahl an Motoren mit Regelgeräten und Steue-rungen, die auf die besonderen Einsatzgebiete und Anwendungsfälle abgestimmt sind. Für jeden Typ und jede Größe der Linearsysteme sind im-mer mehrere Kombinationen mit Motoren möglich, abhängig von benötigter Drehzahl und erforder-lichem Antriebsmoment.

Je nach Anwendung können entweder Servo-, Drehstrom- oder Schrittmotoren angebaut wer-den. Eine Sonderstellung nehmen die Systeme mit Linearmotor ein, die im Komplettsystem bereits integriert sind.Die zugehörigen Regler und Steuerungen ermög-lichen eine optimale Regelkreisparametrierung zur Anpassung des Linearsystems an die spezielle Kundenanwendung.Weiterführende Informationen zur Motorauswahl enthält Kapitel 6.8: „Elektrische Komponenten“.

Eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer eines Linearsystems spielen Staub, Schmutz, Späne etc. Je nach Art und Menge der auf ein Linearsystem einwirkenden Fremdpartikel sind im Hinblick auf störungsfreien Betrieb und Erhöhung der Lebensdauer von Führungs- und Antriebs-elementen entsprechende Abdeckungen vorzu-sehen.

Staub, Schmutz, SpäneStaub, Schmutz, Späne

Grundsätzlich ist es möglich, Linearsysteme in einem Temperaturbereich von 0 °C bis 40 °C zu betreiben. Die tatsächlich mögliche Betriebstem-peratur kann vom verwendeten Führungssystem und durch den Schmierstoff begrenzt werden.

TemperaturTemperatur


6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Die Einbauverhältnisse (z. B. benötigter Arbeits-raum, Anordnung) bestimmen oft Typ und Größe des Linearsystems. Die jeweilige Anwendung entscheidet, ob ein Linearsystem freitragend eingebaut werden kann oder unterstützt werden muss. Einige Linearsysteme müssen vollflächig unterstützt werden, um einwandfreie Funktion und die geforderte Genauigkeit zu gewährleisten.

Einbauverhältnisse und vorhandener Bauraum

Einbauverhältnisse und vorhandener Bauraum

Der vorhandene Einbauraum kann außerdem die Auswahl des Linearsystems und des Motor-anbaus beeinflussen. Unterschiedliche Antriebs-arten bieten die Möglichkeit, auf vorgegebene Platzverhältnisse flexibel zu reagieren. Der Anbau des Motors über Flansch und Kupplung (Direkt-antrieb) verlängert das Linearsystem in seiner Längsachse. Bei Verwendung eines Riemenvor-geleges kann der Motor seitlich, unter oder über dem Linearsystem montiert werden. Durch die Wahl der geeigneten Variante wird der Einbau-raum optimal ausgenutzt.

Stöße und Vibrationen können sich negativ auf die Lebensdauer eines Linearsystems auswirken. Durch Auswahl des geeigneten Linearsystems und einer ausreichenden Baugröße können die Auswirkungen minimiert werden.

Die Lebensdauer eines Linearsystems hängt auch von einer ausreichenden Schmierung der Führung und gegebenenfalls des Kugelgewindetriebs ab. Die Schmierung kann über die vorhandenen Schmiernippel von Hand erfolgen. Bei vielen Linearsystemen gibt es aber auch die Möglichkeit, den Schmierstoff über eine Zentralschmierung am Tischteil einzubringen. Dies hat den Vorteil, dass

Stöße und VibrationenStöße und Vibrationen

SchmierungSchmierung zum Beispiel über Schmierstoffgeber die Versor-gung des Linearsystems während des Betriebes sichergestellt ist.Alle in den Linearsystemen verbauten drehenden Wälzlager (z. B. Spindellagerungen in den Traversen) sind gebrauchsdauergeschmiert und müssen unter normalen Einsatzbedingungen nicht nachgeschmiert werden.

Besondere Einsatzbedingungen einer Anwen-dung z. B. im Reinraum oder im Vakuum mit entsprechenden anwendungsspezifischen Para-metern werden durch speziell darauf abgestimmte Linearsysteme berücksichtigt. Darüber hinaus stellen chemische Einflüsse bzw. aggressive

Besondere EinsatzbedingungenBesondere Einsatzbedingungen

Medien (Kühlschmiermittel, Lösungsmittel, Dämp-fe etc.) besondere Anforderungen an ein Linear-system. Hier kann der Einsatz von besonders geeigneten Schmierstoffen sowie resistenten Werkstoffen erforderlich sein.

Als normale Bedingungen können angesehen werden:

Einsatz bei RaumtemperaturKeine übermäßig starke VerschmutzungKeine übermäßigen Stoßbelastungen und VibrationenAusreichende Schmierung mit geeignetem Schmierstoff

❚

❚

❚

❚

Normale EinsatzbedingungenNormale Einsatzbedingungen



6 Linearsysteme



6.1.3.1 Allgemeine Konstruktionshinweise für Linearsysteme

Bei der Konstruktion von Maschinen, Einrich-tungen und Anlagen mit Linearsystemen können bereits im Vorfeld mögliche spätere Probleme im Betrieb vermieden werden, wenn einige grund-sätzliche Hinweise berücksichtigt werden:

Maximales Drehmoment und maximale Dreh-zahl des Motors dürfen die Grenzwerte des Linearsystems und der Komponenten, wie zum Beispiel der Kupplung, nicht überschreiten.Bei Motoranbau kann der Motor in den Arbeitsbereich benachbarter Systeme ragen. Deshalb das Linearsystem und seine Umge-bung auf mögliche Störkanten prüfen.

Nachschmierfristen und die Hinweise in den Anleitungen für Montage, Inbetriebnahme und Wartung beachten.Bei Kurzhub einen Schmierhub einplanen. Weitere Informationen zum Kurzhub finden sich im Kapitel 2.4.2.2.

Bei Vertikalbetrieb von Linearsystemen mit Kugelgewindetrieb das Festlager der Spindel oben anordnen, um eine Knickgefahr der Spin-del zu vermeiden.

Soweit es die Konstruktion zulässt, die Achse um 180° gedreht montieren (Überkopfmon-tage, Tischteil zeigt nach unten). Die Mechanik des Linearsystems wird auf diese Weise vor Staub geschützt.

Besondere Einsatzbedingungen und mög-liche Auswirkungen auf das Material bereits im Vorfeld mit Rexroth abklären (siehe Kapitel 6.1.2.4).

Linearsysteme mit Linearmotor (MKL, LKL, TKL, CKL) vorzugsweise in horizontaler Ein-baulage einsetzen.Bei vertikaler Einbaulage von Linearsystemen eine Bremsvorrichtung oder Ausgleichs-gewichte vorsehen, um einen Absturz zu vermeiden, wenn der Motor keine Bremse hat (z. B. Linearmotor). Auch beim Transport muss das Tischteil entsprechend gesichert werden.

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

AntriebAntrieb

SchmierungSchmierung

KnickgefahrKnickgefahr

Schutz vor StaubSchutz vor Staub

Besondere EinsatzbedingungenBesondere Einsatzbedingungen

EinbaulagenEinbaulagen


L

L7/3L7/2 L7/2

L

L9/3 L9/2L9/2L9/1 L9/1

6 Linearsysteme



Empfehlungen zum Heben von Linearsystemen Beim Heben von Linearsystemen unbedingt vermeiden

Insbesondere bei langen und somit auch schweren Linearsystemen besteht beim Anhe-ben die Gefahr zu starker Durchbiegung und bleibender Verformung. Daher auf das richtige Handling achten. Nur geeignete Hebezeuge beim Transport verwenden. Das Hebezeug darf das Linearsystem nicht beschädigen und muss seine Durchbiegung minimieren.

❚TransportTransport


min. 5

min

. 1

K

H

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Bei der Anbindung der Linearsysteme an die Unterkonstruktion müssen nachfolgende Aspekte beachtet werden, da hierdurch die System-eigenschaften (z. B. Lebensdauer, Genauigkeit) erheblich beeinflusst werden.

Die Ungenauigkeiten von Linearsystem und Unterbau können sich im schlimmsten Fall addieren. Wenn es das Fundament oder die Unterkonstruktion nicht zulassen, kann auch mit einem hochgenauen Linearsystem die geforderte Genauigkeit des Gesamtsystems nicht erreicht werden.

Linearsysteme dürfen nicht am Endkopf oder an der Endplatte unterstützt werden. Tragen-des Teil ist der Hauptkörper.Die Befestigung der Linearsysteme an den Unterbau oder, bei Mehrachs-Bewegungs-einheiten, der einzelnen Linear-Komponenten untereinander erfolgt am einfachsten über standardisierte Spannstücke, Nutensteine, Gewindeleisten, Verbindungsplatten und -winkel. Dieses Befestigungsmaterial bietet Rexroth abgestimmt zu jedem Linearsystem an und vereinfacht auf diese Weise die Ausle-gung dieser Schnittstellen.Die jeweils angegebene Anzahl der Spann-stücke je Linearsystem ist verbindlich.

Beim Compact-Modul CKL, dem Präzisions-modul PSK und dem Schienenführungstisch TKK ist seitlich am Trägerprofil eine An-schlagkante angebracht, die das Ausrichten erleichtert.

❚

❚

❚

❚

❚

GenauigkeitGenauigkeit

Befestigungs-möglichkeitenBefestigungs-möglichkeiten

AnschlagkanteAnschlagkante

6.1.3.2 Befestigung der Linearsysteme an die Unterkonstruktion

Mindestabstände zwischen Endkopf und Unterbau

Befestigung mit Spannstücken

Befestigung mit Nutensteinen


Präzisionsmodul PSK mit Anschlagkante


3

2

1

55

4

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

6.1.4.1 Angreifende Lasten und Lebensdauerberechnung

6.1.4 Berechnungen

Die grundlegenden Berechnungen für die kun-denspezifische Auslegung von Linearsystemen sind:

Berechnung der am Linearsystem angreifen-den Belastungen und der LebensdauerMotorauslegung inklusive ZykluszeitenDurchbiegung (optional)

Je nach Anwendungsfall können weitere Berech-nungen erforderlich sein.

❚

❚

❚

Die Lebensdauer kann im Prinzip nach den Vorgaben in Kapitel 3 „Profilschienenführungen“ berechnet werden. Die zulässigen Tragzahlen in den Produktkatalogen beziehen sich auf das Tischteil. Daher ist die Berechnung wie für einen einzelnen Führungswagen durchzuführen. Im Allgemeinen haben sich für die Beträge der angreifenden Lasten etwa 20 % der dynamischen Kennwerte (C, Mt und ML) als sinnvoll erwiesen.Bei der Ermittlung der äußeren Lasten muss auch die Einbaulage berücksichtigt werden:

WandmontageVertikalmontageHorizontalmontageÜberkopfmontageSchrägmontage

1�2�3�4�5�

Einbaulagen

Die Koordinatensysteme der Linearsysteme sowie die positiven und negativen Verfahrrichtungen müssen sinnvoll festgelegt werden.Bei Linearsystemen mit Kugelgewindetrieb müs-sen Lebensdauerberechnungen für die Führung, den Kugelgewindetrieb und ggf. die Festlager durchgeführt werden.


6 Linearsysteme



6.1.4.2 Motorauslegung inklusive Zykluszeiten

Grundsätzlich spielt der Motor bereits bei der Auslegung der Kundenapplikation eine wichtige Rolle. Linearsysteme mit Kugelschienenführungen können hohe Lasten tragen. Diese müssen jedoch auch bewegt werden. Deshalb muss neben der Auslegung des Linearsystems auch immer eine Motorenberechnung durchgeführt werden.Anhaltswerte für die Grobauslegung finden sich in den Produktkatalogen. Eine genaue Berech-nung kann von Rexroth durchgeführt werden.

Die Auslegung von Synchron-, Drehstrom- oder Schrittmotoren ist stark typabhängig. Je nach Motor müssen unterschiedliche Gesichtspunkte betrachtet werden. Auf den Folgeseiten wird beispielhaft die überschlägige Berechnung eines Linearsystems mit Kugelgewindetrieb beschrie-ben.

Für alle Motortypen gleich ist jedoch die Überprü-fung des Antriebsmomentes und der Massenträg-heit. Die Werte des Linearsystems werden dem Produktkatalog entnommen bzw. berechnet und dann für die Auswahl des Motors verwendet.

MotortypenMotortypen

Antriebsmoment MassenträgheitAntriebsmoment Massenträgheit

Die Antriebsauslegung von Linearsystemen mit Zahnriementrieb ähnelt der von Systemen mit Kugelgewindetrieb. Vorschubkonstante und Ge-triebeübersetzung fließen in die Berechnung ein. Zur Grobauslegung finden sich Angaben in den Produktkatalogen.In der Antriebsauslegung unterscheiden sich Sys-teme mit Zahnstangenantrieb, Pneumatikantrieb oder Linearmotor von Systemen mit Kugelgewin-detrieb oder Zahnriementrieb. In den Produktkata-logen werden die Unterschiede beschrieben.

AntriebsartenAntriebsarten

Antrieb eines Linearmoduls MKK durch einen Servo-motor

JBR ergänzen?


JRv JS

d2

d1

JM

Mzul mfr

Mmax

nMmax

v Jfr

FLmb

P

JK

6 Linearsysteme


6.1.4 Berechnungen

6.1 Grundlagen

a = Beschleunigung (m/s2)d1 = Durchmesser des treibenden Rades

(an Motorwelle) (mm)d2 = Durchmesser des getriebenen Rades

(an Spindelwelle) (mm)FL = Vorschubkraft (N)i = Übersetzung (–)JBr = Massenträgheitsmoment

Motorbremse (kgm2)Jfr = Fremdmassenträgheitsmoment (kgm2)Jges = Gesamtes reduziertes Massen-

trägheitsmoment am Motorzapfen (kgm2)JK = Massenträgheitsmoment der

Kupplung (motorseitig) (kgm2)JM = Massenträgheitsmoment des Motors (kgm2)JRv = Massenträgheitsmoment des

Riemenvorgeleges (kgm2)JS = Massenträgheitsmoment vom

System mit Fremdmasse (kgm2)

MB = Maximales Beschleunigungs- moment des Motors (Nm)

MG = Gewichtsmoment (Nm)ML = Lastmoment (Nm)Mmax = Maximales Drehmoment des Motors (Nm)MR = Reibmoment (Nm)Mzul = Zulässiges Antriebsmoment

am System (Nm)mb = Bewegte Masse (Tischteil) (kg)mfr = Fremdmasse (kg)mges = Gesamtmasse (mit Linearsystem) (kg)mlin = Linear bewegte Gesamtmasse (kg)n1 = Drehzahl motorseitig (min–1)n2 = Drehzahl der Spindel (min–1)nMmax = Maximale Motordrehzahl (min–1)P = Spindelsteigung (mm)S = Sicherheit (–)sB = Beschleunigungsweg (m)tB = Beschleunigungszeit (s)v = Maximale Geschwindigkeit (nach Wunsch

oder begrenzt durch Mechanik) (m/min)

Berechnungsgrößen

Die folgenden Berechnungsgrundlagen dienen zur überschlägigen Auslegung der Linearsysteme mit Kugelgewindetrieb. Eine exakte Berechnung des kompletten Antriebs (Motor und Regler), insbesondere die thermische Betrachtung, kann nur bei bekanntem Bewegungsablauf inklusive Pausenzeiten, Vorschubkräften und Umgebungs-bedingungen erfolgen.

Systeme mit Kugel-gewindetriebSysteme mit Kugel-gewindetrieb


MG = · mlin · P1,561 · 103

i(6-4)

MB = 0,8 · Mmax -MR -MG ± ML(6-2)

MB = 0,8 · Mmax -MR ± ML

Jges = + JM + JK + JRv + JBrJS i2(6-9)

Jfr = JS + JK + JBr(6-7)

Jfr = + JRv + JBrJS i2

(6-8)

(6-1)

mlin = mb + mfr(6-5)

(6-6)

ML = · FL · P1,592 · 104

i(6-3)

6 Linearsysteme


6.1 Grundlagen

Horizontale Einbaulage:Bedingungen:Mmax ≤ Mzul

ML muss in Bewegungsrichtung addiert, gegen die Bewegungsrichtung subtrahiert werden.

Bedingungen:S · MG < MBremse

S ≥ 2 (Empfehlung)

mges nach Berechnung im Produktkatalog des jewei-ligen Linearsystems plus Gewicht von Motor, Kupplung oder Riemenvorgelege, Kabelschlepp

Beschleunigungs-verhalten bei Servo-motoren

Gewichtsmoment (vertikale Einbau-lage)

Die Berechnung von Schrittmotoren erfolgt ähn-lich, es gelten jedoch Einschränkungen. Rexroth bietet Unterstützung auf Anfrage.

Massenträgheits-moment vom System mit Fremdmasse

Massenträgheits-moment am Motor-zapfen

6.1.4 Berechnungen

Vertikale Einbaulage:

Bedingungen:für Handling Jfr < 6 · JM

für Bearbeitung Jfr < 1,5 · JM

JS aus Produktkatalog des jeweiligen Linearsystems

JS aus Produktkatalog des jeweiligen LinearsystemsJM siehe Motordaten aus Produktkatalog

Motoranbau über Flansch mit Kupplung:

Motoranbau über Riemenvorgelege:

Tischteil fest, Grundplatte verfährt:

mlin = mges – mb

Grundplatte fest, Tischteil verfährt:


tB = Jges ·n1 · 0,10472

MB(6-12)

a = v

tB · 60(6-13)

sB = 0,5 · a · tB2(6-14)

LL/2

δ

F

Drehzahln1 = · 1000i · v

P(6-10)

i = d2d1

= n1n2

(6-11)

6 Linearsysteme


Beschleunigungsweg

Beschleunigungszeit

Beschleunigung

6.1.4 Berechnungen

6.1 Grundlagen

6.1.4.3 Durchbiegung

Eine besondere Eigenschaft von Linear- und Compact-Modulen ist die Möglichkeit des freitragenden Einbaus. Dabei muss jedoch die Durchbiegung beachtet werden. Sie begrenzt die mögliche Belastung.

Die maximal zulässige Durchbiegung dmax hängt ab von:

der angreifenden Last F,der Länge L,der Steifigkeit des Linearsystems,der Steifigkeit des Unterbaus und der Lage-rung.

❚

❚

❚

❚

Freitragender EinbauFreitragender Einbau Die maximal zulässige Durchbiegung dmax darf nicht überschritten werden. Wird die Durchbie-gung zu groß oder bei hohen Anforderungen an die Systemdynamik muss zusätzlich alle 300 bis 600 mm unterstützt werden (1).

Die Durchbiegung kann die Lebensdauer beein-flussen. In der Regel wird dies bei der Lebens-dauerberechnung nicht berücksichtigt.

Durchbiegung d bei freitragendem Einbau

Bedingung: n1 ≤ nMmax

v aus Katalog des jeweiligen Linearsystems

1


6 Linearsysteme


6.2 Linearmodule

Linearmodule sind auf Grund der zahlreichen Varianten vielseitig einsetzbar. Alle Antriebsvarian-ten des Rexroth Programms kommen bei Linear-modulen zur Anwendung. Als Führungen kommen Kugelschiene und Laufrolle zum Einsatz.

Alle Antriebs-variantenAlle Antriebs-varianten

KugelschienenführungLaufrollenführungKugelschienenführungLaufrollenführung

Linearmodul MKR mit Zahnriementrieb auf Rexroth Montageprofil

Antrieb Führung

Kugelschienenführung Laufrollenführung

Kugelgewindetrieb MKK –

Zahnriementrieb MKR MLR

Zahnstangenantrieb MKZ –

Pneumatikantrieb MKP –

Linearmotor MKL/LKL –

Alle Linearmodule sind längenvariabel lieferbar, d. h. jedes Modul kann millimetergenau auf Kundenwunsch abgelängt werden.Generell sind alle Linearmodul-Typen abhän-gig von der Größe und der Antriebsvariante bis zu einer Länge von 6 m lieferbar. Module mit Zahnriementrieb (MKR) können sogar mit Längen bis zu 12 m gefertigt werden.Mit der größten Ausführung der Linearmo-dule können Massen bis zu 1000 kg bewegt werden.Die Module MLR mit Laufrollenführung können Geschwindigkeiten bis 10 m/s fahren.Linearmodule mit Kugelgewindetrieb MKK erreichen eine Wiederholgenauigkeit bis zu 0,005 mm bzw. eine Positioniergenauigkeit bis zu 0,01 mm.

❚

❚

❚

❚

❚

MerkmaleMerkmale

6.2.1 Systemeigenschaften

Bei Bedarf können die Linearmodule mit direkten Messsystemen ausgerüstet werden. Die direkte Wegmessung verbessert die Posi-tioniergenauigkeit.Je nach Typ und Größe sind Linearmodule mit Stahlband, Kunststoffband oder einem Falten-balg abgedeckt, um Führung und Antrieb vor Verschmutzung zu schützen.Die Tischteile sind in verschiedenen Längen und Ausführungen (mit Gewinden oder T-Nuten) lieferbar.

❚

❚

❚

Äußerlich sind die Linearmodule an ihrem fast quadratischen Querschnitt zu erkennen. Die meisten Module sind mit einer einschienigen Kugelschienenführung, das MKZ und eine MKR-Größe mit zwei Kugelschienen, das MLR mit einer

Laufrollenführung ausgeführt. Die Varianten mit zwei Schienen eignen sich besonders für sehr hohe Momentenbelastungen.

Der Anbau der Motoren erfolgt bei MKK über Flansch und Kupplung, bei MKR über ein Ge-triebe. An Linearmodule mit Kugelgewindetrieb

MotoranbauMotoranbau können Riemenvorgelege angebaut werden. Zahnriemengetriebene Linearmodule sind auch mit Vorsatzgetriebe ausführbar.


v (m

/min

)

500

100

80

60

40

20

01700 2900 4100 5300

L (mm)

1

23

4

1

5

6

2

6 Linearsysteme


6.2 Linearmodule6.2.2 Linearmodule MKK mit Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb

Der Kugelgewindetrieb der Linearmodule MKK ermöglicht bei spielfreier Einstellung ein Höchst-maß an Positioniergenaugkeit bei gleichzeitig hohen Tragzahlen.Durch die spezielle Ausführung der Kugelgewin-detrieb-Lagerung können mit Linearmodulen MKK höhere Geschwindigkeiten als normalerweise bei solchen Linearsystemen üblich gefahren werden.

Hohe Präzision und hohe TragzahlenHohe Präzision und hohe Tragzahlen

Linearmodul MKK 25-110 mit Spindelunterstützungen

Zulässige Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Ausrüstung mit Spindelunterstützungen bei einem Linearmodul MKK 25-110

L = Modullänge (mm)v = Geschwindigkeit (m/min)– Zulässige Geschwindigkeit ohne SPU– Zulässige Geschwindigkeit mit jeweils 1 SPU

(beidseitig des Tischteils)– Zulässige Geschwindigkeit mit jeweils 2 SPU (beidseitig des Tischteils)

Geschwindigkeit und Modullänge werden durch die biegekritische Drehzahl des Kugelgewinde-triebs begrenzt (siehe Kap. 5.1.3.3).Eine Größe der Linearmodule MKK kann mit Spindelunterstützungen ausgerüstet werden. Dadurch wird die ausführbare Länge deutlich ver-größert und es können hohe Geschwindigkeiten über die gesamte Länge gefahren werden.

Am Beispiel des Linearmoduls MKK 25-110 wird der Einfluss der Spindelunterstützungen (SPU) auf die Länge ersichtlich. Die Maximalgeschwin-digkeit kann über deutlich längere Hübe gefahren werden.

Spindelunter-stützungenSpindelunter-stützungen

BeispielBeispiel

KugelgewindetriebFührungsschieneSpindelunterstützung (nur bei einer Größe)TischteilHauptkörperFührungswagen

1�2�3�4�5�6�

Aufbau eines Linearmoduls MKK


6

23

4

5

7

8

9

7

6

7

10

9

7

1

6 Linearsysteme


6.2 Linearmodule6.2.3 Linearmodule MKR/MLR mit Kugelschienen-/Laufrollenführung und Zahnriementrieb

Die Linearmodule MKR und MLR sind durch den Zahnriementrieb besonders geeignet für Anwen-dungen mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten. Sie können mit Vorsatzgetriebe oder integriertem Getriebe geliefert werden. Bei den integrierten Getrieben sitzen die Planetenräder im Riemen-rad (3) des Moduls und sorgen so für eine sehr kompakte Bauweise.Durch verschiedene Getriebeübersetzungen kann eine optimale Anpassung der Fremdmasse an die Motorträgheit realisiert werden. Hieraus ergibt sich ein hochdynamischer Antrieb.

Das Führungssystem wird mit einer Spaltdich-tung und durch die Führung des Zahnriemens im Hauptkörper gegen das Eindringen von Schmutz abgedichtet. Dieses Dichtsystem zeichnet sich durch seine Wartungsfreiheit aus.Bei erhöhter Schmutzbeaufschlagung kann das MKR zusätzlich mit Bandabdeckung ausgeführt werden.

Hohe Geschwindig-keitenHohe Geschwindig-keiten

GetriebeGetriebe


BandabdeckungBandabdeckung

Linearmodul MKR mit Bandabdeckung

Linearmodul MLR mit LaufrollenführungLinearmodul MKR mit Kugelschienenführung

BandabdeckungEndkopf Antrieb Riemenrad mit integriertem GetriebeAdapterflanschMotor

1�2�3�4�5�

TischteilZahnriemenKugelschienenführungHauptkörperLaufrollenführung

6�7�8�9�10�


4

3

5

2

1

6

73

2

8

5

3

21

5

3

5

4

21

6

7

1

6 Linearsysteme


6.2 Linearmodule6.2.4 Linearmodule MKR/MKZ mit zwei Kugelschienenführungen und Zahnriemen- /Zahnstangenantrieb

Für hohe Momentenbelastung eignen sich beson-ders die zweischienigen Linearmodule vom Typ MKR und MKZ. Auf Grund der großen Flächen-trägheitsmomente der Hauptkörper und der Stützweite zwischen den beiden Führungsschie-nen können diese Module mit deutlich höheren Lasten betrieben werden als die einschienigen Linearmodule.

Für hohe Geschwindigkeiten und für den Hand-lingbereich eignet sich das Linearmodul mit Zahnriementrieb MKR.

Für das Bewegen großer Massen bei langen Ver-fahrwegen bietet sich das Linearmodul mit Zahn-stangenantrieb MKZ an. Speziell beim Einsatz im Vertikalbetrieb können große Massen sicher gehoben werden. Im Vertikalbetrieb besteht auch die Möglichkeit, das Hauptkörperprofil zu verfah-ren. In diesem Fall steht das Tischteil inklusive Getriebe und Motor.

Hohe Momenten-belastungHohe Momenten-belastung

Zwei Führungs-schienenZwei Führungs-schienen

Hohe Geschwindig-keitenHohe Geschwindig-keiten

Große MassenGroße Massen

VertikalbetriebVertikalbetrieb

Im Gegensatz zu allen anderen Antriebsvarianten ist beim Linearmodul mit Zahnstangenantrieb der Motor nicht mit dem Hauptkörper oder einem der Endköpfe verbunden, sondern direkt am Tischteil befestigt. Dadurch können mehrere Tischteile unabhängig voneinander verfahren werden und außerdem lange Verfahrwege und hohe Geschwindigkeiten realisiert werden.

Mehrtisch-anwendungenMehrtisch-anwendungen

Linearmodul MKZ V (für den Vertikalbetrieb) mit Zahn-stangenantrieb

Linearmodul MKR mit zwei Kugelschienenführungen und Linearmodul MKZ mit zwei Kugelschienenführungen

FührungsschieneFührungswagenTischteilZahnriemenHauptkörper ZahnstangeGetriebeMotor

1�2�3�4�5�6�7�8�

Linearmodul MKR mit Zahnriementrieb


1

3

7

8

4

6

5

1

4

3

4

9

6

2

6 Linearsysteme


6.2.5 Linearmodule MKP mit Kugelschienenführung und Pneumatikantrieb

6.2 Linearmodule

Die Tischteile der Linearmodule MKP werden ausschließlich pneumatisch, d. h. mit Druckluft, betrieben. Ein elektrischer Motor ist nicht erfor-derlich.Beim Pneumatikantrieb fährt das Tischteil in die Endlagen bzw. gegen einen Stoßdämpfer als Anschlag. Zwischenpositionen können im Ge-gensatz zu allen anderen Antriebsvarianten nicht angefahren werden.Die Stoßdämpfer sowie eine einstellbare, pneu-matische Endlagendämpfung ermöglichen stoß-freies Abbremsen selbst aus hohen Geschwin-digkeiten.

DruckluftantriebDruckluftantrieb

Fahren zwischen EndlagenFahren zwischen Endlagen

StoßdämpferStoßdämpfer

Doppelt wirkender Kolben des Pneumatik-antriebsBandTischteilHauptkörperIn den Hauptkörper integrierter ZylinderEndkopf mit UmlaufrolleFührungswagenFührungsschiene Stoßdämpfer

1�

2�3�4�5�6�7�8�9�

Stoßdämpfer für Linearmodul MKP

Die rechnerische Auslegung des Linearmoduls MKP weicht von der anderer Module ab. Die Besonderheiten bei der Berechnung werden im Produktkatalog erklärt.

Rechnerische AuslegungRechnerische Auslegung Linearmodul MKP mit Pneumatikantrieb

Aufbau eines Linearmoduls MKP


6

32

56

3

4

1

2

5

1

4

3

1

4

2

4

1

2

6 Linearsysteme


6.2.6 Linearmodule MKL und LKL mit Kugelschienenführung und Linearmotor

6.2 Linearmodule

Linearmodule mit Linearmotor zeichnen sich be-sonders durch den hohen Geschwindigkeitsbe-reich und die hohe Dynamik bei geräuscharmem Betrieb aus. Die Linearmodule MKL und LKL sind komplette Lineareinheiten, d. h. der Zukauf von Einzel-komponenten wie Motor oder Kupplung entfällt. Bei dem geschlossenen Linearmodul MKL befinden sich Führung und Antrieb innerhalb des Hauptkörpers und werden zusätzlich durch eine Bandabdeckung geschützt. Bei dem offenen Linearmodul LKL liegen Führung und Antrieb offen. Als Schutz sind Faltenbälge erhältlich.

Da der Linearmotor keine innen liegenden beweg-liche Teile hat, gibt es keinen Verschleiß. Eine Wartung des Motors ist nicht erforderlich. Ledig-lich die Kugelschienenführung muss gewartet werden. Die runde Bauform des Sekundärteils hat den Vorteil, dass die Schienenführung nicht zusätzlich durch magnetische Kräfte belastet wird.

Linearmodule MKL und LKL sind hervorragend geeignet, um kleine, gleichmäßig verteilte Lasten hochdynamisch zu positionieren. Besonders in Fertigungsketten kann hiermit die Taktzeit redu-ziert und somit eine wesentlich höhere Produktivi-tät erzielt werden. Sie sind vielseitig einsetzbar in Fabrikautomatisierungssystemen, medizinischer und biomedizinischer Ausrüstung, für Scan- und Drucksysteme oder auch in der Elektronik- und Verpackungsindustrie. Ungeeignet sind die Module mit Linearmotor bei der Bearbeitung von ferromagnetischen Werk-stoffen, da die Gefahr besteht, dass Späne am Permanentmagneten des Sekundärteils haften bleiben.

Hohe Dynamik bei geräuscharmem Betrieb

Hohe Dynamik bei geräuscharmem Betrieb

Verschleiß- und war-tungsfreier MotorVerschleiß- und war-tungsfreier Motor


Geschlossenes Linearmodul MKL

Offenes Linearmodul LKL

Linearmodul in geschlossener Version: MKL Linearmodul in offener Version: LKL

TischteilHauptkörperFührungswagenFührungsschiene

1�2�3�4�

Motorwicklung (Primärteil)Permanentmagnetische Vorschubstange (Sekundärteil)

5�6�


4

2

3

1

1

2

11

1

1

5

6

6 Linearsysteme


6.2.7 Verbindungselemente für Linearmodule

6.2 Linearmodule

Das Verbindungssystem für Linearmodule von Rexroth erleichtert Anwendern den Ein- oder Anbau sowie die Verbindungen zwischen Linear-modulen. Module mit Kugelgewindetrieb und Zahnriemen-trieb können miteinander kombiniert werden. Die Grundelemente (Platten und Winkel) sind so auf-einander abgestimmt, dass Linearmodule gleicher und benachbarter Größen miteinander verbunden werden können. Verbindungswellen erlauben den Parallelbetrieb von zwei Linearmodulen mit Zahnriementrieb.Die Verbindungselemente dienen auch zur einfachen und schnellen Adaption auf Profile und Gestelle aus dem Mechanik-Grundelemente-Programm von Rexroth (MGE). Verbindungen mit anderen Linearsystemen wie z. B. Compact-Modulen oder Schienenführungstischen können ebenfalls realisiert werden.

Da es sich um standardisierte Elemente in Serien-herstellung handelt, ergeben sich beim Anwender Einsparungen in Konstruktion und Herstellung.Außerdem kann der Anwender auf die verschie-denen Aufgaben und Einsatzfälle der linearen Bewegungstechnik flexibel reagieren.

Kombination von MKK, MKR und MLRKombination von MKK, MKR und MLR

Verbindungsplatten VerbindungswinkelVerbindungsplatten Verbindungswinkel

VerbindungswellenVerbindungswellen

Mechanik-Grund-elemente-ProgrammMechanik-Grund-elemente-Programm

MerkmaleMerkmale LinearmodulVerbindungswinkelMGE-ProfilVerbindungsplatteSpannstückVerbindungswelle

1�2�3�4�5�6�

Linearmodul über Verbindungswinkel an MGE-Profil befestigt, Tischteil steht, Hauptkörper kann verfahren werden

Verbindungs- und Kombinationsmöglichkeiten von Linearmodulen


M

M

M

6 Linearsysteme


6.3 Compact-Module

Compact-Module zeichnen sich durch ihre hohe Leistungsdichte auf Grund ihrer kompakten Ab-messungen aus. Alle Compact-Modul-Typen sind mit zwei Kugelschienenführungen und wahlweise mit einem oder zwei Tischteilen ausgestattet. Zwei Tischteile ermöglichen noch höhere Belas-tungen.Äußerlich sind die Compact-Module an ihrer rela-tiv flachen Bauweise zu erkennen. Das Verhältnis von Breite zu Höhe beträgt bei allen Typen und Größen ungefähr 2:1. Im Vergleich mit Linearmo-dulen der gleichen Kugelschienengröße ist der Profilquerschnitt kleiner, obwohl höhere Belastun-gen möglich sind.

Rexroth bietet folgende Varianten in der Compact-Modul-Baureihe an:

Compact-Modul mit Kugelgewindetrieb CKKCompact-Modul mit Zahnriementrieb CKRCompact-Modul mit Linearmotor CKL

Die Varianten CKK und CKR gibt es in geschlos-sener Ausführung, die Baureihe CKL ist offen.

Der Anbau der Motoren erfolgt bei CKK und CKR über Flansch und Kupplung. An Compact-Module vom Typ CKK können auch Riemenvorgelege angebaut werden. Zahnriemengetriebene Com-pact-Module sind mit Vorsatzgetriebe oder mit integriertem Getriebe ausführbar.

Alle Compact-Module sind längenvariabel lieferbar, d. h. jedes Modul kann stufenlos auf Kundenwunsch abgelängt werden.Compact-Module CKR sind, abhängig von der Größe, bis zu einer Länge von 10 m lieferbar. CKK haben eine maximal mögliche Länge von 5,5 m. CKL sind bis 2,8 m ausführbar.Compact-Module sind besonders für sehr hohe Torsions- und Längsmomente geeignet. Bei den Ausführungen mit zwei Tischteilen je Führungsschiene sind außerdem besonders hohe Längsmomentbelastungen möglich.Mit der größten Ausführung der Compact-Module können Massen bis zu 200 kg bewegt werden.Compact-Module mit Kugelgewindetrieb CKK erreichen eine Wiederholgenauigkeit bis zu 0,005 mm bzw. eine Positioniergenauigkeit bis zu 0,01 mm.Um hohe Positioniergenauigkeiten zu errei-chen, können die Compact-Module mit Längen-messsystemen ausgestattet werden.

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Hohe Leistungsdichte Kompakte Abmes-sungen

Hohe Leistungsdichte Kompakte Abmes-sungen

Flache BauweiseFlache Bauweise

Kleiner Profilquer-schnittKleiner Profilquer-schnitt

MotoranbauMotoranbau

MerkmaleMerkmale

Compact-Modul mit Kugelgewindetrieb CKK


Torsions- und Längsmomente


1 57 8433 2

1

5

6

3

2

3

2

1

54

6 Linearsysteme


6.3 Compact-Module6.3.2 Compact-Module CKK mit Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb

Durch die spezielle Ausführung der Kugelgewin-detrieb-Lagerung können mit Compact-Modulen CKK höhere Geschwindigkeiten als normalerwei-se bei solchen Linearsystemen üblich gefahren werden. Geschwindigkeit und Modullänge werden jedoch immer durch die biegekritische Drehzahl des Kugelgewindetriebs begrenzt.

Abhängig von der Anwendung und der Belastung kann zwischen Modulen mit einem oder zwei Tischteilen gewählt werden. Für besonders hohe Belastungen werden Ausführungen mit zwei Tischteilen verwendet.

Antrieb und Führungssystem werden durch eine Aluminiumabdeckung und durch zwei Spaltdich-tungen aus PU-Band geschützt.

Eine der Größen der Compact-Module CKK kann mit Spindelunterstützungen ausgerüstet werden. Dadurch können hohe Geschwindigkeiten über die gesamte Länge gefahren werden.

Höhere GeschwindigkeitenHöhere Geschwindigkeiten

Zwei TischteileZwei Tischteile


Spindelunter-stützungenSpindelunter-stützungen

KugelgewindetriebTischteilPU-Band (Spaltdichtungen)AluminiumabdeckungHauptkörperSpindelunterstützungIntegrierte FührungswagenFührungsschiene

1�2�3�4�5�6�7�8�

Compact-Modul CKK 25-200 mit Spindel-unterstützungen

Aufbau eines Compact-Moduls CKK

Compact-Modul CKK


27 81 6

5

43

2

1

6 Linearsysteme


6.3 Compact-Module6.3.3 Compact-Module CKR mit Kugelschienenführung und Zahnriementrieb

Compact-Modul CKR mit Zahnriementrieb

Compact-Module CKR können mit Vorsatz-getriebe geliefert werden. Durch verschiedene Getriebeübersetzungen können die bewegte Masse und die Motorträgheit optimal aufeinan-der abgestimmt werden. Hieraus ergibt sich ein hochdynamischer Antrieb mit Verfahrgeschwin-digkeiten bis 5 m/s.

Abhängig von der Belastung kann ein langes oder ein kurzes Tischteil eingesetzt werden. Ein langes Tischteil enthält zwei Führungswagen je Führungsschiene und ist daher für hohe Belastun-gen geeignet. Ein kurzes Tischteil enthält einen Führungswagen je Führungsschiene.

Das Führungssystem wird mit einer Spaltdich-tung und durch die Führung des Zahnriemens im Hauptkörper gegen das Eindringen von Schmutz abgedichtet. Dieses Dichtsystem zeichnet sich durch seine Wartungsfreiheit aus.

GetriebeGetriebe

TischteilTischteil


TischteilHauptkörperMotorVorsatzgetriebeEndkopf AntriebZahnriemenFührungswagenFührungsschiene

1�2�3�4�5�6�7�8�

Aufbau eines Compact-Moduls CKR


2 41 3 65

1

23

4

6 Linearsysteme


6.3 Compact-Module6.3.4 Compact-Module CKL mit Kugelschienenführung und Linearmotor

Compact-Module CKL haben einen eisenlosen Linearmotor und ein präzises optisches Weg-messsystem. Eine bearbeitete Anschlagkante ermöglicht eine schnelle und präzise Montage.Durch die U-Form des Sekundärteils entstehen keine zusätzlichen magnetischen Kräfte auf das Tischteil und die Schienenführung wird nicht zusätzlich belastet.

Weil keine mechanischen Übertragungselemente zur Umsetzung von drehender in lineare Be-wegung notwendig sind, steht mit den Com-pact-Modulen CKL ein spiel-, verschleiß- und wartungsfreier Antrieb zur Verfügung. Einziger Wartungspunkt ist die Kugelschienenführung, die auf einfache Weise durch den Zentralschmieran-schluss geschmiert werden kann.

Compact-Module CKL eignen sich besonders für Anwendungen mit hohen Anforderungen in Bezug auf:

Geschwindigkeit (bis 5 m/s)Beschleunigung (bis 250 m/s2)AblaufgenauigkeitPositionierverhaltenKurze Taktzeiten

Die Compact-Module CKL bieten sich daher vor allem für Handlingaufgaben an. Besonders in Fertigungsketten können die Taktzeiten erheb-lich verringert und damit die Produktivität erhöht werden.

Ungeeignet sind die Module mit Linearmotor bei der Bearbeitung von ferromagnetischen Werk-stoffen, da die Gefahr besteht, dass Späne am Permanentmagneten des Sekundärteils haften bleiben.

❚

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❚

WegmesssystemWegmesssystem

AnschlagkanteAnschlagkante

Spiel-, verschleiß- und wartungsfreier Antrieb

Spiel-, verschleiß- und wartungsfreier Antrieb


Compact-Modul CKL mit zwei Kugelschienenführungen und Linearmotor

Führungsschiene FührungswagenTischteilHauptkörperPrimärteilSekundärteil (Permanentmagnet)

1�2�3�4�5�6�

Aufbau eines Compact-Moduls CKL


1

1

9

1

3

4

3 4

5 6 78

2

5

5

6 Linearsysteme


6.3 Compact-Module

6.3.5 Verbindungselemente und Automationssystem Easy-2-Combine

Durch die identischen Außenabmessungen können CKK und CKR über Winkel und Platten miteinander kombiniert werden. Verbindungen mit anderen Linearsystemen wie z. B. Linearmodulen oder Schienenführungstischen können ebenso realisiert werden wie die Adaption auf Profile und Gestelle aus dem Mechanik-Grundelemente-Pro-gramm von Rexroth (MGE).

Die Compact-Module sind über ihre Verbindungs-elemente auch an das Automationssystem Easy-2-Combine von Rexroth angepasst. Dieses modulare System für mehrachsige Automatisie-rungslösungen von Rexroth enthält Komponenten für:

Linearbewegungen (Minischlitten MSC)Rotationsbewegungen (Dreheinheit RCM)Greiffunktionen (Greifer GSP)

Über standardisierte Befestigungsschnittstellen lassen sich die Handlingsmodule form- und kraft-schlüssig miteinander verbinden. Die kundensei-tige Erstellung aufwändiger und teurer Adapter-platten entfällt.

❚

❚

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Standardisierte VerbindungselementeStandardisierte Verbindungselemente

Easy-2-CombineEasy-2-Combine

Compact-Modul CKKCompact-Modul CKRVerbindungswinkelSpannstückVerbindungsplatte

1�2�3�4�5�

Minischlitten MSCDreheinheit RCMGreifer GSPMGE-Profil

6�7�8�9�

Modulkombination mit dem Automatisierungssystem Easy-2-Combine

Compact-Modul CKK über Verbindungswinkel und Verbindungsplatte am Tischteil eines zweiten CKK befestigt


5

4

1

3

3

2

3

7

3

3

6

6 Linearsysteme


6.4 Präzisionsmodule

Präzisionsmodule mit Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb sind hochsteife und hochprä-zise Linearsysteme mit kleinsten Abmessungen. Sie eignen sich besonders für die Aufgaben Antreiben, Transportieren und Positionieren.

Die Präzisionsmodule PSK stellen eine einbaufer-tige, hochintegrierte Lösung für Anwendungen u. a. in der Elektronikindustrie, der Medizintechnik, der Automatisierung und bei Verpackungsmaschi-nen dar.

HochsteifHochpräziseKleinste Abmes-sungen

HochsteifHochpräziseKleinste Abmes-sungen



Präzisionsmodule PSK bestehen aus folgenden Komponenten:

Äußerst kompaktes und steifes Präzisions-Stahlprofil als Hauptkörper (5) mit Anschlag-kante und integrierten FührungslaufbahnenPräzisions-Kugelgewindetrieb (2) mit spiel-freiem MutternsystemTraversen aus Aluminium mit Lagerung; eine Traverse ausgelegt als Festlager (1), die andere als Loslager (4)Tischteile (3) in unterschiedlichen Ausfüh-rungen aus Stahl oder Aluminium mit inte-grierter Kugelführung; abhängig vom Anwen-dungsfall ein oder mehrere TischteileOptional: zum Schutz der Einbauelemente Blechabdeckung (6) aus Aluminium oder Bandabdeckung (7) aus nicht rostendem Stahl

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AufbauAufbau

Präzisionsmodul PSK ohne Abdeckung und mit zwei Tischteilen

Präzisionsmodul PSK mit Blechabdeckung und zwei Tischteilen

Präzisionsmodul PSK mit Bandabdeckung und einem Tischteil


43

1

42

7

43

31

2

8

8

12

5

6 Linearsysteme



6.4 Präzisionsmodule

In den Tischteilen sind Gewinde und Stiftboh-rungen zur Befestigung des Kundenaufbaus vorhanden.Die bearbeitete Anschlagkante am Hauptkörper erleichtert die Montage an den Unterbau. Die Anschlagkante ermöglicht eine schnelle Montage und ein leichtes Ausrichten der Achse.Die Befestigung der Präzisionsmodule erfolgt wahlweise mit Schrauben direkt im Hauptkörper oder mit Spannstücken von außen. Die Variante mit Schrauben findet Verwendung bei den PSK ohne Abdeckung und mit Blechabdeckung. Die Spannstücke eignen sich für alle Abdeckungs-varianten:

Ohne AbdeckungMit BlechabdeckungMit Bandabdeckung

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Befestigung des KundenaufbausBefestigung des Kundenaufbaus

Montage an den UnterbauMontage an den Unterbau

Präzisionsmodule PSK erreichen eine Wieder-holgenauigkeit bis zu 0,005 mm, eine Posi-tioniergenauigkeit bis zu 0,01 mm und eine Führungsgenauigkeit bis zu 0,005 mm.Alle Präzisionsmodule sind in einem fein gestuften Längenraster lieferbar. Die Maximal-länge beträgt 940 mm.Mit der größten Ausführung der Präzisions-module können Massen bis zu 800 kg bewegt werden.Die Maximal-Geschwindigkeit beträgt 1,6 m/s.Durch eine bearbeitete seitliche Anschlagkante am Hauptkörper ist eine schnelle Montage und leichtes Ausrichten der Achse möglich.

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MerkmaleMerkmale

Der Anbau der Motoren erfolgt über Flansch und Kupplung oder Riemenvorgelege.


PSK ohne Abdeckung, befestigt durch direktes Ver-schrauben des Hauptkörpers an den Unterbau

Stahlprofil (Hauptkörper)Führungslaufbahn (im Stahlprofil integriert)Tischteil mit integrierter KugelführungKugelgewindetriebBefestigungsschraubeAnschlagkanteBlechabdeckungSpannstück

1�2�3�4�5�6�7�8�

PSK mit Blechabdeckung, befestigt mit Spannstücken

PSK mit Bandabdeckung (Abdeckband ist in der Schnittdarstellung nicht sichtbar), befestigt mit Spann-stücken

6


M

M

M

F F

1

2

3

6 Linearsysteme


6.5 Schienenführungstische6.5.1 Systemeigenschaften

Schienenführungstische TKK und TKL sind mit zwei Kugelschienenführungen ausgestattet, die auf Grund des großen Schienenabstandes sehr hohe Torsionsmomente aufnehmen können. Zwei Führungswagen je Führungsschiene ermöglichen die Aufnahme hoher Längsmomente. Auf Grund der vier im Tischteil verbauten langen Führungs-wagen und der großen Tischteilplatte können Schienenführungstische zudem hohe Kräfte auf-nehmen, sofern sie vollflächig unterstützt werden.Durch die Bearbeitung des Hauptkörpers und den Einsatz der hochgenauen Antriebsvarianten Kugelgewindetrieb (TKK) und Linearmotor (TKL) sind sehr hohe Wiederhol-, Positionier- und Füh-rungsgenauigkeiten erreichbar.

Hohe Torsions- und LängsmomenteHohe Torsions- und Längsmomente

Hohe LastenHohe Lasten

Hohe Wiederhol-, Positionier- und Führungsgenauigkeit

Hohe Wiederhol-, Positionier- und Führungsgenauigkeit

Schienenführungstische TKK (1) und TKL (2)

Alle Schienenführungstische können abhängig von der Schienenteilung in einem Längenraster von 60 bzw. 80 mm geliefert werden.Die maximal ausführbare Länge beträgt beim TKK 2,86 m und beim TKL 4 m.Schienenführungstische TKK können mit maxi-mal 1,6 m/s verfahren werden. TKL können mit Geschwindigkeiten bis zu 8 m/s betrieben werden.Schienenführungstische sind besonders für die Aufnahme sehr hoher Traglasten F sowie Torsions- und Längsmomente M geeignet.Mit der größten Ausführung können Massen bis zu 2500 kg bewegt werden.TKK und TKL erreichen eine Wiederhol-genauigkeit bis 0,005 mm, eine Positionier-genauigkeit bis 0,01 mm und eine Führungs-genauigkeit bis 0,007 mm. Hochwertige, öl- und feuchtigkeitsbeständige, verschweißte Faltenbälge schützen die Einbau-elemente.Schienenführungstische TKK können mit Dreh-gebern und/oder einem Längenmesssystem ausgerüstet werden. Bei den Schienenfüh-rungstischen TKL wird ein integriertes Mess-system angebaut.Durch eine bearbeitete seitliche Anschlagkante an der Grundplatte ist eine schnelle Montage und leichtes Ausrichten der Achse möglich.

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MerkmaleMerkmale

TKL mit integriertem Längenmesssystem

Torsions- und Längsmomente, vertikale Kräfte

Schienenführungstisch TKK mit KugelgewindetriebSchienenführungstisch TKL mit LinearmotorMaßstab

1�

2�

3�


y

y

x

x

y

y

x

x

1

2

7

6

5 3 4

7

6

4

5

3

6 Linearsysteme


6.5.2 Schienenführungstische TKK mit Kugelschienenführung und Kugelgewindetrieb

6.5 Schienenführungstische

Die Grundplatte der Schienenführungstische TKK besteht aus bearbeitetem Aluminiumprofil oder Stahl.Zur Erhöhung der Steifigkeit besteht bei den TKK-Varianten mit Aluminium-Grundplatte die Möglichkeit, die Grundplatte doppelt untereinan-der zu verbauen (2).Die Steifigkeit kann auch mit einer Grundplatte aus Stahl erhöht werden. Die Stahlausführung zeichnet sich zusätzlich durch erhöhte Genauig-keit aus.

Erhöhung der SteifigkeitErhöhung der Steifigkeit

TKK in flacher AusführungTKK in hoher AusführungFührungsschiene

1�

2�

3�

FührungswagenTischteilGrundplatteKugelgewindetrieb

4�5�6�7�

Schienenführungstisch TKK mit zwei Kugelschienenfüh-rungen und Kugelgewindetrieb

Über sogenannte Kreuzplatten können die Schienenführungstische TKK zu x-y-Einheiten zusammengesetzt werden (Zweiachseneinheiten). Das Verbindungssystem ist so ausgelegt, dass Tische gleicher und benachbarter Größen mitein-ander kombinierbar sind. Wahlweise besteht die Möglichkeit, am Tischteil der x-Achse entweder die Grundplatte (Variante A) oder das Tischteil (Variante B) der y-Achse zu befestigen.Bei einer Zweiachseneinheit addieren sich die Ungenauigkeiten der Einzelachsen inklusive der Kreuzplatte. Hinzu kommt die elastische Verfor-mung der Komponente in der y-Achse, da sie nicht voll unterstützt wird. Durch Verwendung der hohen Ausführung (2) kann die elastische Verfor-mung deutlich reduziert werden.

ZweiachseneinheitenZweiachseneinheiten

Zweiachseneinheiten über Kreuzplatten

Der Motor kann entweder direkt über Flansch und Kupplung oder über ein Riemenvorgelege angebaut werden. Bei der Verwendung eines Riemenvorgeleges liegt der Motor nicht mehr in einer Achse mit dem Modul, sondern ist unter-halb, oberhalb oder seitlich vom Endkopf des Antriebs montiert. Dadurch wird die Gesamtlänge des Linearsystems kürzer als beim Motoranbau mit Flansch und Kupplung.

Die Wartung beschränkt sich auf die Schmierung der Führungswagen und des Kugelgewindetriebs über eine Zentralschmierstelle. Auf jeder Seite des Tischteils ist ein Schmieranschluss frei zugänglich.


WartungWartung

Aufbau eines Schienenführungstisches TKK

Variante A

Variante B

Varianten mit einer und mit zwei Grundplatten


4

5 63

1

2

4

3

21

6 Linearsysteme


6.5.3 Schienenführungstische TKL mit Kugelschienenführung und Linearmotor

6.5 Schienenführungstische

Schienenführungstische TKL eignen sich beson-ders für Anwendungen, in denen hohe Geschwin-digkeit, hohe Beschleunigung und sehr gutes Positionierverhalten gefordert sind. So sind z. B. Positionieraufgaben mit hohen Verfahrgeschwin-digkeiten oder schnell aufeinanderfolgende, kurzhubige Bewegungen mit hohen Beschleuni-gungen, selbst bei sehr hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit, problemlos realisier-bar.

Anwendungsbereiche des TKL sindTransferlinienBearbeitungszentrenHandlingsystemeTextilmaschinenVerpackungsmaschinenPrüffeld

Die hohe Positioniergenauigkeit wird erreicht durch das präzise, abstandskodierte Messsystem. Es ist weitestgehend temperaturunempfindlich durch eine feste Verbindung zwischen Maßverkör-perung und Grundplatte.

Die Führungswagen sind einfach über eine Zen-tralschmierstelle zu schmieren. Der Linearmotor selbst ist wartungsfrei.

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❚

❚

❚

GeschwindigkeitBeschleunigungPositionierverhalten

GeschwindigkeitBeschleunigungPositionierverhalten

KurzhubKurzhub


MesssystemMesssystem

WartungWartung

Sekundärteil (Permanentmagnet)FührungsschieneTischteilGrundplatteFührungswagenPrimärteil

1�2�3�4�5�6�

Schienenführungstisch TKL mit zwei Kugelschienenfüh-rungen, Linearmotor und integriertem Messsystem

Aufbau eines Schienenführungstisches TKL


6 Linearsysteme


6.6 Linearschlitten6.6.1 Systemeigenschaften

Die Führung der Linearschlitten besteht aus Kugel-büchsen, die für einen ruhigen Ablauf sorgen und eine lange Lebensdauer gewährleisten. Linear-schlitten sind eine wirtschaftliche Lösung in vielen Anwendungsbereichen.Linearschlitten in geschlossener Bauform eignen sich für freitragenden Einsatz. Hierbei wird die Führung über Wellenböcke an den beiden Enden mit dem Unterbau verbunden. Linearschlitten in offener Bauform werden über Wellenunter-stützungen am Unterbau befestigt.

KugelbüchsenKugelbüchsen

BauformenBauformen

Bauform Führung Antrieb Bezeichnung Linearschlitten

Linearschlitten geschlossen

Super- Kugelbüchse geschlossen

Ohne Antrieb

SGO

Kugelgewinde-trieb

SGK

Linearschlitten offen

Super- Kugelbüchse offen

Ohne Antrieb

SOO

Kugelgewinde-trieb

SOK

Die Linearschlitten mit Kugelgewindetrieb SGK und SOK erreichen eine Wiederhol-genauigkeit bis 0,005 mm und eine Positio-niergenauigkeit bis 0,01 mm.Alle Linearschlitten sind längenvariabel lieferbar, d. h. jeder Schlitten kann stufenlos auf Kundenwunsch abgelängt werden. Die Maximallänge ist abhängig von der Größe und der Antriebsvariante und beträgt bis 5,3 m.Mit der größten Ausführung können Massen bis 1000 kg bewegt werden.Hochwertige, öl- und feuchtigkeitsbeständige, verschweißte Faltenbälge an beiden Seiten des Tischteils schützen die Einbauelemente.

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MerkmaleMerkmale

Nachfolgend werden alle Varianten vorgestellt. Weitere Informationen zu Kugelbüchsenführungen enthält Kapitel 4.


Geschlossener Linearschlitten SGK mit Kugel-gewindetrieb


x yz

6 Linearsysteme



6.7 Mehrachs-Bewegungssysteme

Mehrachs-Bewegungssysteme CMS (Cartesian Motion Systems) sind im Prinzip die Fortfüh-rung der Linearsysteme hin zu einschaltfertigen kompletten Systemen. Sie können bereits zu den Linearrobotern gezählt werden, weil sie sich durch Mehrachsigkeit, Flexibilität und Program-mierbarkeit auszeichnen.

Mit Linearsystemen kann der Kunde die mecha-nische Seite einer Maschine wesentlich schneller und kostengünstiger konstruieren. Aufwändige Sonderkonstruktionen entfallen.Mehrachs-Bewegungssysteme führen diese Strategie noch weiter fort. Man verwendet einfach Standard-Linearsysteme, kombiniert diese mit Motor, Regler, Verbindungselementen, Kabeln etc. und erhält dann ab Werk ein fertig montiertes und konfiguriertes Bewegungssystem, das bereits den spezifischen Anforderungen der Anwender entspricht.

Cartesian Motion System CMSCartesian Motion System CMS

MehrachsigkeitFlexibilitätProgrammierbarkeit

MehrachsigkeitFlexibilitätProgrammierbarkeit

Keine aufwendigen Sonderkonstruk-tionen

Keine aufwendigen Sonderkonstruk-tionen

MotorReglerVerbindungselemente

MotorReglerVerbindungselemente

3-Achs-Bewegungssystem

Der Kunde muss nicht mehr eine Vielzahl von Linear-Komponenten in seine Konstruktion in-tegrieren. Stattdessen erhält er ein komplettes und aufeinander abgestimmtes CMS mit einer, zwei oder drei Achsen.Der Kunde findet innerhalb aller auswähl-baren Achskonfigurationen die für seine Anforderungen ideale Kombination und erhält dann eine vorprogrammierte und visualisierte Lösung, die nur noch an die konkrete Auf-gabenstellung durch Eingabe von Positionier-sätzen angepasst wird.Für den Kunden ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis, weil sich die gesamte Planungs-phase deutlich verkürzt. Auch die Montagezeit reduziert sich, denn die Komponenten werden einbaufertig geliefert.Die robuste Mechanik der Compact-Module zeigt sich im optimalen Ablauf, den hohen Tragzahlen und der hohen Steifigkeit durch zwei integrierte, spielfreie Kugelschienen-führungen und den Kugelgewindetrieb mit spielfreiem Mutternsystem.Die Anbindung an den Unterbau erfolgt ein-fach über Spannstücke und Verbindungsplat-ten, die auch kompatibel zum Mechanik-Grund-elemente-Programm von Rexroth sind.

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❚

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❚

MerkmaleMerkmale Anbauteile können durch Gewinde und Stift-bohrungen im Tischteil präzise ausgerichtet und sicher befestigt werden.Bis zu den jeweiligen Maximallängen der Ach-sen sind die Längen stufenlos wählbar.Die maximale Zuladung wird begrenzt durch die Achskonfiguration, die Einbaulage und die Achslänge.Einbauelemente und Motoren sind durch Ab-deckungen geschützt.Die Kombination von Motor mit Servoregler ist speziell für das CMS optimiert.Der Servoregler ist werkseitig vorparametriert und mit den Schnittstellen Profibus DB, CANopen, SERCOS und DeviceNet erhält-lich.Für eine schnelle Inbetriebnahme und einen sicheren Betrieb gibt es passende Software, die im Lieferumfang enthalten ist.Im Vergleich zu den Einzelsystemen der Com-pact-Module bietet ein Mehrachs-Bewegungs-system Platzersparnis durch die Integration der Motoren direkt in die Module. Die Flansche mit Kupplung zwischen den Einzelsystemen und den Motoren entfallen.

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x yz

x yz

x yz

6 Linearsysteme


6.7 Mehrachs-Bewegungssysteme6.7.2 Grundsätzlicher Aufbau von CMS

Mehrachs-Bewegungssysteme CMS werden aus Linearsystemen der Compact-Modul-Baureihe CKK aufgebaut.Mehrachs-Bewegungssysteme werden entweder als 1-, 2- oder 3-Achssysteme ausgeführt. Dabei ist die y-Achse immer eine Größe kleiner als die x-Achse und die z-Achse wiederum eine Größe kleiner als die y-Achse.

Mit den Mehrachs-Bewegungssystemen CMS wurden die Mechanik und der elektrische Antrieb inklusive Antriebsverstärker und optionaler Steu-erung in ein Achssystem integriert. Durch das fertig konfigurierte System vereinfachen sich die Projektierung, die Integration vor Ort sowie die Bedienung für den Anwender.Für Anwendungen in zunehmend kleiner wer-denden Zellen ist der kompakte Antriebsverstär-ker für zentralen und dezentralen Einbau geeig-net.Mehrachslösungen sind zudem mit kostenattrak-tiven Steuerungen ausgestattet.

1-, 2- oder 3-Achs-systeme1-, 2- oder 3-Achs-systeme

3-Achssystem mit Servoregler für jede Achse

1-Achssystem

2-Achssystem


6 Linearsysteme


6.8.1 Überblick

6.8 Elektrische Komponenten

Für Linearsysteme gibt es verschiedene Antriebs-arten:

Servo-, Schritt- oder Drehstrommotor (bei Linearsystemen mit Kugelgewindetrieb, Zahn-riementrieb oder Zahnstangenantrieb)Linearmotor

❚

❚

AntriebsartenAntriebsarten

Pneumatikantrieb (Druckluft)Handrad (bei Linearsystemen mit Kugel-gewindetrieb oder Zahnriementrieb)

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❚

Die häufigste Variante ist der Antrieb durch einen angebauten Motor. Bei einem Linearsystem ist der Motor entscheidend für die Auslegung der Kundenapplikation, da er direkt die Leistungs-daten beeinflusst.Linearmodule, Compact-Module und Schienen-führungstische von Rexroth gibt es auch mit

MotorMotor Linearmotor. Linearmodule werden außerdem mit pneumatischem Antrieb angeboten.Handräder haben nur eine untergeordnete Be-deutung für sehr einfache Anwendungen.

Erfolgt der Antrieb der Linearsysteme elektrisch, werden zusätzlich zum Motor noch ein Regelgerät und optional eine Steuerung angeschlossen.Die Steuerung wird mit dem gewünschten Fahrprofil des Linearsystems programmiert. Der Regler und der Antriebsverstärker wandeln die Daten der Steuerung in entsprechende Signale für den Motor um.

RegelgerätRegelgerät

SteuerungSteuerung

Neben den elektrischen Komponenten im Antriebsstrang werden bei den Linearsystemen Schalter und Sensoren entweder als Endlagen- oder Referenzschalter verwendet.

Schalter SensorenSchalter Sensoren

Linearsystem

Servoverstärker

Frequenzumrichter

Schrittmotorendstufe

Postioniersteuerung

Bahnsteuerung


6 Linearsysteme


6.8 Elektrische Komponenten6.8.2 Motoren

Bei Linearsystemen kommen je nach Anwendung Servomotoren, Schrittmotoren oder Drehstrom-motoren zum Einsatz. Eine Sonderstellung nimmt bei den Servomotoren der Linearmotor ein. Der Linearmotor ersetzt den elektromechanischen Antrieb der Linearsysteme. Er führt keine rotatorischen, sondern lineare Be-wegungen aus. Der Linearmotor wird daher auch als linearer Direktantrieb bezeichnet.

ServomotorenSchrittmotorenDrehstrommotoren

Linearmotor

ServomotorenSchrittmotorenDrehstrommotoren

Linearmotor

Motor Dreh-moment

Drehzahl Dynamik Genauig-keit

Geräusch-verhalten

Hand-habung

Kosten

Servomotor (inkl. Linearmotor)

+++ +++ +++ +++ +++ ++ +

Drehstrommotor + +++ + 0 +++ +++ +++

Schrittmotor ++ + ++ ++ 0 ++ +++

Die Tabelle kann für einen Vergleich der Motoren untereinander verwendet werden. Bei der Ausle-gung eines Motors müssen jedoch noch weitere wichtige Gesichtspunkte beachtet werden. Zur Bestimmung des richtigen Motors für ein Linear-system müssen der Regler und die Steuerung beachtet werden, da nur durch eine sinnvolle Kombination dieser Komponenten ein optimaler Antrieb gewährleistet ist.

Auszugsweise findet sich eine Motorauslegung im Berechnungsbeispiel von Kapitel 6.1.4.3.

Die Funktionsweise und die Eigenschaften der je-weiligen Motoren werden im Anschluss beschrie-ben. Eine Auflistung der Einsatzbereiche zu den Motortypen findet sich in nachfolgender Tabelle.

Motor Einsatz

Servomotor Hochdynamische und exakte PositionieranwendungenVielseitiges Anwendungsfeld in allen Bereichen und BranchenAuch für komplexe Bewegungsabläufe und Zyklen geeignetHohe SpitzendrehmomenteSynchron- und Interpolationsbetrieb möglichWechselnde Drehzahlen und Verfahrparameter

❚

❚

❚

❚

❚

❚

Drehstrommotor Einfache Positionieraufgaben ohne Genauigkeitsanforderungen (z. B. über Schalter)ReversierbetriebVerfahraufgaben mit konstanter Drehzahl

❚

❚

❚

Schrittmotor StellaufgabenTransport- und Positionieraufgaben mit geringer Geschwindigkeit und wenigen StationenEinfache Bearbeitungsvorgänge wie Schneiden oder SägenNicht bei Laststößen

❚

❚

❚

❚

Servomotor an einem Linearmodul mit ZahnriementriebDie nachfolgende Tabelle zeigt die Hauptmerk-male und ihre Gewichtung bei den unterschied-lichen Motoren auf.

+++ Sehr gut++ Gut+ Befriedigendo Ausreichend


4

5

1 2 3 1 3

6

6 Linearsysteme



6.8.2.1 Servomotoren

Servomotoren für Rexroth Linearsysteme sind Drehstrom-Synchronmotoren mit einer Einrich-tung zur Bestimmung der aktuellen Drehposition des Rotors (zurückgelegter Drehwinkel bezüglich einer Anfangsposition). Der Motor muss dazu in der Lage sein, sich in beide Richtungen drehen zu können. Die Rückmeldung (Motorfeedback) erfolgt über einen Drehgeber.Der Drehgeber übermittelt dem Antriebsregel-gerät kontinuierlich die aktuelle Motorposition für die Regelung der Motordrehzahl und zum Positio-nieren des Motors.Das Antriebsregelgerät vergleicht das Signal des Drehgebers mit dem durch die Steuerung vorge-gebenen Sollwert. Liegt eine Abweichung vor, so wird der Motor in diejenige Richtung gedreht, die dazu führt, dass sich die Abweichung verringert. Das Antriebsregelgerät steuert die Motorwicklun-gen über eine Leistungsendstufe an.Grundsätzlich ist der Einsatz von absoluten oder von inkrementellen Gebern möglich. Bei den Servomotoren von Rexroth sind beide Varianten im Einsatz.

DrehgeberDrehgeber

AbsolutgeberInkrementeller GeberAbsolutgeberInkrementeller Geber

Aufbau eines Servomotors

Stator mit DrehstromwicklungenDrehstromwicklungen (3 Phasen)Rotor mit Permanentmagneten

1�2�3�

RotorwelleHaltebremseDrehgeber (Rückmeldung vom Motor)

4�5�6�

Servomotoren zeichnen sich durch eine äußerst niedrige Rotorträgheit und hohe Leistungsdichte aus.Servomotoren können hohe Spitzendreh-momente über einen großen Drehzahlbereich leisten.

❚

❚

MerkmaleMerkmale Auf Grund der geringen Rotorträgheit sind Servomotoren hoch dynamisch, d. h. sie errei-chen hohe Beschleunigungen.Die Gleichlaufgüte von Servoantrieben ist sehr gut.Servomotoren sind wartungsfrei und bieten eine hohe Betriebszuverlässigkeit.

❚

❚

❚

Servomotor von Rexroth


1

2

3 4

3

6 Linearsysteme



6.8.2.2 Linearmotoren

Die Linearmotoren von Rexroth sind im Prinzip abgewickelte Servomotoren. Sie bestehen aus einem stromdurchflossenen Primärteil (vergleich-bar mit dem Stator eines Rotationsmotors) und einem Sekundärteil (vergleichbar mit dem Rotor eines Rotationsmotors).Durch das direkte Erzeugen einer linearen Bewegung sind beim Linearmotor keine Antriebs-elemente erforderlich, die die Motordrehung in eine translatorische Bewegung umwandeln (z. B. Kugelgewindetrieb).

Linearmotoren können in unterschiedlichen Bau-formen ausgeführt werden:

Rund (Linearmodule MKL und LKL)Flach (Schienenführungstische TKL)U-förmig (Compact-Modul CKL)

Je nachdem, wie Primärteil und Sekundärteil angeordnet sind, können sich die Magnetkräfte im System gegenseitig aufheben. Durch den Antrieb werden dann keine zusätzlichen radialen Kräfte auf die Führung ausgeübt. Dies ist bei den Modulen MKL, LKL und CKL der Fall.

Durch das Antriebsprinzip ergeben sich Vorteile:Wegfall mechanischer Resonanzstellen und NachgiebigkeitenKein UmkehrspielVerschleißfreiheitHohes Beschleunigungsvermögen

Andererseits kann jedoch keine Anpassung von Geschwindigkeit und Vorschubkraft über ein Getriebe realisiert werden.

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❚

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PrimärteilSekundärteilPrimärteilSekundärteil

MerkmaleMerkmale

Vom Drehstrommotor zum Linearmotor

Schienenführungstisch mit Linearmotor

Rotierender Motor

Linearmotor

Abwicklung

Rotierender Motor:Rotor mit PermanentmagnetenStator mit Drehstromwicklung

1�2�

Sekundärteil mit PermanentmagnetenPrimärteil mit Drehstromwicklung

3�4�

Linearmotor:


6 Linearsysteme


6.8.2.3 Drehstrommotoren

Drehstrommotoren sind bei Rexroth Linearsyste-men Drehstrom-Asynchronmotoren. Sie dienen als Antrieb für unzählige Anwendungen. Der robuste Aufbau ist millionenfach bewährt und die Inbetriebnahme ist denkbar einfach.Wegen dieser guten Eigenschaften ist dieser Antrieb international normiert und er wird weltweit in großen Stückzahlen produziert.

RobustRobust


Drehstromgetriebemotor des Herstellers SEW-EURODRIVE

Die Ansteuerung und die Inbetriebnahme von Drehstrommotoren sind relativ einfach.

Auf Grund der hohen Rotorträgheit ist das Dynamikverhalten eher ungünstig.Drehstrommotoren sind wartungsfrei und haben eine hohe Betriebszuverlässigkeit.Sie zeichnen sich durch einen geräuscharmen Lauf aus.Mit Stirnrad-, Schnecken- und Kegelradgetrie-ben sind Kombinationen aus Motor und Getrie-be erhältlich (Drehstromgetriebemotoren).

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MerkmaleMerkmale

6.8.2.4 Schrittmotoren

Schrittmotoren sind preisgünstige, robuste Antriebe. Sie führen präzise, schrittweise Dreh-bewegungen aus, die von einer Positionier-steuerung vorgegeben werden. Dabei wandeln Schrittmotoren elektrische Impulse in einen entsprechenden analogen Winkel oder Weg bzw. eine Impulsfrequenz in einen Vorschubwert um.Der Motor gibt die von der Steuerung kommende Weg- oder Geschwindigkeitsinformation direkt und ohne Rückmeldung an das anzutreibende System weiter und besitzt somit keinen geschlos-senen Regelkreis.Da Schrittmotoren (solange sie nicht überlastet werden) exakt dem außen angelegten Feld folgen, können sie ohne Sensoren zur Positionsrückmel-dung, d. h. ohne Drehgeber, betrieben werden. Daher können sie im Gegensatz zu Servomotoren gesteuert betrieben werden. Servomotoren müs-sen auf Position geregelt werden.

PreisgünstigRobustPreisgünstigRobust

Schrittmotor des Herstellers Berger Lahr

Beim Schrittmotor wird die aktuelle Lage nicht überwacht. Bei richtiger Dimensionierung ist trotzdem eine hohe Genauigkeit möglich.Auf Grund der geringen Rotorträgheit haben Schrittmotoren ein gutes dynamisches Verhal-ten, d. h. sie können hohe Beschleunigungen fahren.Schrittmotoren sind wartungsfrei und haben eine hohe Betriebszuverlässigkeit.

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MerkmaleMerkmale Der Schrittmotor kann einfach und schnell in Betrieb genommen werden, da ein Einstellen von Regelparametern entfällt.Bereits bei Drehzahlen kleiner 1000 min–1 fällt das Drehmoment ab. Bei höheren Drehzahlen muss daher der Drehmomentabfall berücksich-tigt werden.

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2

1

3

6

10

4

5

987

9 8 7

6 Linearsysteme


6.8 Elektrische Komponenten6.8.3 Regler und Steuerungen

Die Steuerung eines Linearsystems wird mit einzelnen Positionen oder mit einer Bahn inklu-sive den zu fahrenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen programmiert. Die Befehle der Steuerung setzt dann ein Antriebsregelgerät (Regler) in entsprechende Signale für den Motor um. Der Regler überwacht gleichzeitig den Motorbetrieb.Je nach Anwendungsfall werden Servo-, Dreh-strom- oder Schrittmotoren eingesetzt. Die Regelungs- und Steuerungstechnik muss auf den verwendeten Motor abgestimmt werden.Zur Regelung und Überwachung des Motors kann es zudem notwendig sein, zusätzliche Sen-soren und Aktoren anzuschließen (siehe Kapitel 6.8.4).

ReglerRegler

Abstimmung auf den MotorAbstimmung auf den Motor

SensorenAktorenSensorenAktoren

PositioniersteuerungBahnsteuerungRegelgerätDrehstrommotorFrequenzumrichter (Regler)

1�2�3�4�5�

SPS (Steuerung)EndlagenschalterSchalter für Schleichgang-AbschaltungSchalter für Eilgang-AbschaltungLinearmodul

6�7�8�9�10�

Linearsystem mit Sensoren, Steuerung, Regler und Drehstrommotor

Steuerungs- und Reglerkomponenten


6 Linearsysteme



Steuersignal

Feldbus

Digitale Eingänge und Ausgänge

Analogsignal

Schrittmotorsignale

Antriebsverstärker

Servoregler

Antrieb

Servomotor

Linearmotor

6.8.3.1 Servoregler

Analog-Schnittstelle: Der Servoregler erhält von einer NC-Steu-erung analoge ±10-V-Geschwindigkeits-sollwerte. Der Servoregler gibt wiederum inkrementelle oder absolute Istpositionswerte zurück zur NC-Steuerung. Damit ist der Lage-regelkreis geschlossen.

Schrittmotor-Schnittstelle: Der Servoregler arbeitet in Lageregelung und bildet im Prinzip einen Schrittmotor nach. Die Lagesollwerte werden inkremental von der Steuerung an das Regelgerät übertragen.

Positionier-Schnittstelle: Im Servoregler werden bis zu 64 Positionier-sätze abgelegt. Der Antrieb fährt in Lagerege-lung unter Einhaltung der im Positioniersatz definierten Werte auf die Zielposition. Die Positioniersätze werden über die Satzauswahl mittels digitaler SPS-Eingänge ausgewählt und gestartet. Der übergeordneten SPS-Steu-erung wird der Antriebsstatus durch digitale SPS-Ausgänge zurückgemeldet.

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Schnittstellen und BussystemeSchnittstellen und Bussysteme

Die kompakten Regelgeräte von Rexroth enthal-ten die komplette Versorgungs-, Steuerungs- und Regelungselektronik.Standardisierte Schnittstellen ermöglichen die Anbindung an verschiedene Steuerungen und erlauben unterschiedliche Betriebsarten.

Zur Kommunikation zwischen Steuerung und Regler stehen für alle mechanischen Varianten unterschiedliche Rechnerkarten mit abgestimmter Rechenleistung zur Verfügung.

Antriebsbus SERCOS: Das SERCOS-Interface ist ein international genormtes Echtzeit-Kommunikationssystem, bei dem die serielle Datenübertragung über einen störungssicheren Lichtwellenleiter erfolgt. Zwischen dem Servoregler und der CNC-Steuerung findet ein zyklischer Daten-austausch von digitalen Soll- und Istwerten mit exakt gleichem Zeitabstand statt.

Standardisierte Feldbusse: Bei der Kommunikation über ein standardi-siertes, serielles Feldbus-Interface erhält der Servoregler digitale Sollwerte von einer Steu-erung. Der Servoregler gibt wiederum Status- und Diagnosedaten im digitalen Datenpaket an die Steuerung zurück. Es stehen folgende Feldbusse zur Verfügung:– Profibus DP– Interbus-S– CANopen– DeviceNet

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Neben der Umsetzung der Steuerungssignale in Befehle für den Motor überwacht der Regler, ob die Sollposition (vorgegeben durch die Steu-erung) mit der Istposition des Drehgebers am Motor übereinstimmt und regelt gegebenenfalls nach.

SollpositionIstpositionSollpositionIstposition


6 Linearsysteme



6.8.3.2 Frequenzumrichter

Mit einem Frequenzumrichter können die Stator-spannung und die Frequenz eines Drehstrom-motors (Drehstrom-Asynchronmotor) stufenlos verändert werden. Dadurch wird aus einem Stan-dard-Asynchronmotor ein drehzahlveränderliches Antriebssystem.

Die Einsatzgebiete liegen überwiegend bei Transport- und einfachsten Positionieraufgaben mit wenigen Stationen, sowie einfachen Bearbei-tungsvorgängen wie Schneiden oder Sägen.

Drehstrom-asynchronmotorDrehstrom-asynchronmotor


6.8.3.3 Positioniersteuerung

Bei Servomotoren und Schrittmotoren können Positioniersteuerungen eingesetzt werden. Dieser Steuerungstyp wird dann bei Linearsystemen verwendet, wenn durch einfache Eingabe von Programmsätzen Bewegungsabläufe festgelegt oder Ein-/Ausgänge überwacht und verändert werden sollen.

Die Positioniersteuerungen von Rexroth werden bei der Positionierung von bis zu vier Achsen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Zu-sammen mit den digitalen und hochdynamischen Servoreglern lässt sich ein leistungsfähiges und wirtschaftliches Steuerungs- und Antriebssystem erzeugen.

Die Anwendungsgebiete erstrecken sich über viele Bereiche wie zum Beispiel:

VerpackungsmaschinenLinear- und FlächenportaleHolzbearbeitungsmaschinenMitlaufende TrennvorrichtungenZu- und Abführeinheiten

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❚

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Servomotoren SchrittmotorenServomotoren Schrittmotoren

Positionierung von bis zu vier AchsenPositionierung von bis zu vier Achsen


Frequenzumrichter des Herstellers SEW-EURODRIVE

Positioniersteuerung von Rexroth


6 Linearsysteme



6.8.3.4 Bahnsteuerung

Eine Bahnsteuerung kommt bei Servomotoren zum Einsatz, wenn eine vorgegebene Bahn mit definierten Geschwindigkeiten und Beschleuni-gungen abgefahren werden muss. Die Bahn kann sich aus gleichzeitigen Bewegungen in mehreren Achsen zusammensetzen.Spezielle, leistungsstarke, auf Windows-PC basierende Steuerungen von Rexroth können bis zu 24 Achsen hochpräzise koordinieren und ermöglichen bei anspruchsvollen Aufgaben paral-leles Bedienen von bis zu 16 Kinematiken.

Typische Anwendungen für eine Bahnsteuerung sind:

LaserbearbeitungWasserstrahlschneidenFräsenAuftragen von Klebstoff

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ServomotorenServomotoren

24 Achsen16 Kinematiken24 Achsen16 Kinematiken


6.8.3.5 Schaltschranklösungen

Bei einem Paket bestehend aus Einzelkomponen-ten (Linearsystem mit Motor, Antriebsverstärker, Steuerung etc.) obliegt es dem Kunden, die elek-trischen Komponenten miteinander zu verdrahten und in Betrieb zu nehmen.

Bei einer Komplettlösung (Linearsystem mit Motor und Schaltschrank) dagegen sind alle elek-trischen Komponenten bereits fertig verdrahtet, im Schaltschrank eingebaut und betriebsbereit. Der Kunde muss das System nur noch vor Ort in Betrieb nehmen.

Paket aus Einzel-komponentenPaket aus Einzel-komponenten

KomplettlösungKomplettlösung

Bahnsteuerung des Herstellers sm motion control

Linearsysteme Schaltschrank


2

1

6 Linearsysteme


6.8.4 Schalter und Sensoren

Bei Linearsystemen kommen Schalter und Sen-soren zum Einsatz, die zwei wichtige Funktionen erfüllen:

Endlagenschalter (keine Sicherheitsschalter nach DIN EN 60204-1 bzw. VDE 0113)Referenzschalter

Endlagenschalter unterbrechen bei Auslösen des Schalters sofort die Stromzufuhr zum Antrieb. Dies soll verhindern, dass das Tischteil weiter verfährt, als vorgesehen und dadurch Bauteile im Linearsystem oder an der Peripherie beschädigt werden.

Über Referenzschalter wird dem Regler mitgeteilt, an welcher Position sich das Tischteil im Linear-system befindet. Motoren mit Inkrementalgeber benötigen diesen Schalter bei der Inbetriebnahme sowie nach jeder Unterbrechung der Stromzufuhr, sofern der Maßbezug zur Linearachse nicht über ein lineares Messsystem hergestellt wird. Bei Drehstrommo-toren kann die Positionierung über Näherungs-schalter erfolgen. Dann hat der Schalter direkten Einfluss auf die Genauigkeit des Linearsystems.

Je nach Typ des Linearsystems können unter-schiedliche Schaltertypen verbaut werden, die nachfolgend erklärt werden.

❚

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FunktionenFunktionen

EndlagenschalterEndlagenschalter

ReferenzschalterReferenzschalter

Linearsystem Schaltertyp

MechanischerSchalter

InduktiverSchalter

Hall-Sensor Reed-Sensor

Linearmodul ✔ ✔ – –

Compact-Modul ✔ 1) ✔ 1) ✔ ✔

Präzisionsmodul – – ✔ ✔

Schienenführungstisch ✔ ✔ – –

Linearschlitten ✔ ✔ – –

1) Nur eine Größe der Compact-Module ist mit diesem Schalter ausführbar.


Mechanischer Schalter (1) und induktiver Schalter (2) als Endlagenschalter

Hall-Sensor als Referenzschalter


1

2

6 Linearsysteme



6.8.4.1 Mechanischer Schalter

Mechanische Wechselschalter werden als Endlagenschalter eingesetzt. Die von Rexroth standardmäßig eingesetzten Schalter sind jedoch keine Sicherheits-Endlagenschalter, weil sie keine zwangsöffnenden Kontakte haben.Die Wiederholgenauigkeit des Schaltpunktes beträgt ± 0,05 mm.Der Schaltvorgang wird von einem Stößel aus-geführt. Mit Hilfe dieses Stößels wird ein elektro-mechanisches Schaltelement geschaltet.Bei Dauerbetrieb, d. h. bei ständigem Auslösen des Schalters darf eine Anfahrgeschwindigkeit von 1 m/s nicht überschritten werden. Bei einma-ligem Betätigen kann die Geschwindigkeit auch deutlich höher sein, ohne dass die Lebensdauer des Schalters beeinträchtigt wird.


WiederholgenauigkeitWiederholgenauigkeit

Mechanischer Schalter (1) mit Schaltwinkel (2)

6.8.4.2 Induktiver Schalter

Der induktive Schalter (oder auch Näherungs-schalter) wird hauptsächlich als Referenzschalter verwendet. Er kann aber auch als Endlagenschal-ter genutzt werden. Näherungsschalter gibt es mit den Kontaktarten Öffner und Schließer (sowohl PNP als auch NPN).Der Schaltpunkt kann mit einer Genauigkeit von 5 % des Schaltabstandes wiederholt angefahren werden. Bei Linearsystemen von Rexroth mit einem Schaltabstand von 2 mm wird eine Genau-igkeit unter 0,1 mm erreicht.Durch das berührungslose elektronische Schalten gibt es keinen mechanischen Verschleiß.Der induktive Schalter kann bis zu den jeweiligen Maximalgeschwindigkeiten der Linearsysteme eingesetzt werden.

ReferenzschalterEndlagenschalterReferenzschalterEndlagenschalter


6.8.4.3 Hall-Sensor

Hall-Sensor

Der Hall-Sensor wird als Referenzschalter ver-wendet. Er ist ein Magnetfeldsensor und wird als PNP-Öffner und -Schließer verbaut.Der Schaltpunkt kann mit einer Genauigkeit von 0,5 % des Schaltabstandes wiederholt ange-fahren werden. Bei einem CKK mit ca. 7 bis 8 mm Schaltabstand beträgt die Genauigkeit also ca. 0,04 mm.Der Hall-Sensor ist bis zu einer Geschwindigkeit von 2 m/s geeignet.

ReferenzschalterReferenzschalter



Induktiver Schalter


5

3

3

2

1

45

6

7

8

6 Linearsysteme



6.8.4.4 Reed-Sensor

Reed-Sensor

Sensor, am Hauptkörper befestigtMagnet, am Tischteil befestigt

1�2�

Der Reed-Sensor wird als Endlagenschalter verwendet. Er ist ein Magnetfeldsensor und wirkt als Wechselschalter. Auf Grund seines Aufbaus hat er zwei Schaltpunkte; als Referenzschalter ist er daher ungeeignet.Die Wiederholgenauigkeit des Schaltpunktes beträgt ca. 0,1 mm.Der Reed-Sensor ist bis zu einer Geschwindigkeit von 2 m/s geeignet.



6.8.4.5 Schalteranbau

Alle Linearsysteme sind so vorbereitet, dass der Anbau von Schaltern möglich ist. Dazu sind in den Hauptkörperprofilen spezielle Nuten zur Schalterbefestigung vorgesehen. Außerdem gibt es Kabelkanäle, Dosen und Stecker, die zum Ver-drahten und Anschließen an den Regler verwen-det werden können.

Prinzipiell werden entweder mechanische und induktive Schalter oder Magnetfeldsensoren (Hall- und Reed-Sensor) miteinander verbaut.Die meisten Linearsysteme sind nur für eine der Schalter-Varianten vorbereitet. Einige wenige Module können mit allen Optionen ausgerüstet werden.

Nuten in den Haupt-körperprofilenNuten in den Haupt-körperprofilen

Kabelkanäle, Dosen und SteckerKabelkanäle, Dosen und Stecker


Mechanischer Schalter, Schaltwinkel und induktiver Schalter an einem Compact-Modul CKR

Magnetfeldsensor an einem Compact-Modul CKR

Dose und SteckerMechanischer SchalterKabelkanal

3�4�5�

SchaltwinkelInduktiver SchalterHall- oder Reed-Sensor

6�7�8�

7-1Bosch Rexroth AG

7 Anhang


7.1 Bosch Rexroth AG: The Drive & Control Company7.1.1 Ihr starker Partner weltweit

Die Bosch Rexroth AG, ein Unternehmen der Bosch Gruppe, erzielte im Jahr 2004 mit 26.400 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 4,1 Milliarden Euro. Das Unternehmen bietet unter der Marke Rexroth alle relevanten Technologien des Antreibens, Steuerns und Bewegens: von der Mechanik über die Hydraulik und Pneumatik bis zur Elektronik sowie den zugehörigen Service. In über 80 Ländern ist der Global Player für 500.000 Kunden ein starker Partner und umfas-sender Ausrüster für die Industrie- und Fabrikautomation sowie für mobile Anwendungen.

7.1.2 Technologiefeld Linear- und Montagetechnik

Die Produkte der linearen Bewegungstechnik finden überall dort Verwendung, wo Präzision und hohe Belastbarkeit in der automatisierten Fertigung gefordert sind. Sie bilden, beispielsweise in Form von Profilschienenführungen, Kugelbüchsenführungen, Kugelgewindetrieben oder Linearmodulen, die entscheidende Schnittstelle zwischen stehenden und bewegten Maschinenteilen. In der Montagetech-nik werden Mechanik-Grundelemente angeboten, darauf aufbauend Module für Manuelle Produktions-systeme, Montage-Transfersysteme sowie flexible Kettenfördersysteme für den Teiletransport zwischen Werkzeugmaschinen, in der Montage oder im Bereich Verpackung. Rexroth bietet in der Linear- und Montagetechnik ein komplettes Produkt- und Systemprogramm.

Dabei kann auf die speziellen Anforderungen und Einsatzbereiche Rücksicht genommen werden. So gibt es zum Beispiel Kugelbüchsenführungen in Miniaturausführung, um den Anforderungen vieler Maschinen- und Systemhersteller nach mehr Funktionalität auf kleinerem Raum gerecht zu werden Linearführungen aus nicht rostendem Stahl sind für Anwendungen mit besonderen Anforderungen an Sauberkeit und Korrosionsbeständigkeit wie z.B. in der Nahrungsmittel- und Chemiebranche, ebenso im Produktprogramm enthalten.


7 Anhang


Je nach Anforderung und Einsatzbereich lassen sich die Kugelbüchsenführungen beliebig aus einer Summe von über 1.000 Bauformen und Varianten zusammenstellen. Das bedeutet für den Anwender, dass für jeden Zweck die passende Rundführung auswählbar ist.

Über 1000 Bauformen und VariantenÜber 1000 Bauformen und Varianten

Kugelbüchsenführungen

7.1 Bosch Rexroth AG: The Drive & Control Company7.1.2 Technologiefeld Linear- und Montagetechnik

7.1.2.1 Lineartechnik

Ein komplettes System für kugelgelagerte Linear-führungen, das es dem Anwender ermöglicht, Führungsschienen und Führungswagen beliebig zu kombinieren. Die Kugelschienenführungen zeichnen sich in allen Genauigkeitsklassen durch hohe Tragfähigkeit und große Steifigkeit aus und sind für nahezu alle Aufgaben der präzisen Linear-bewegung geeignet.

Ein Schienensystem – viele WagenEin Schienensystem – viele Wagen

Mit den Rollenschienenführungen werden selbst schwerste Lasten mit äußerst geringem Aufwand bewegt. Und das wegen der prinzipbedingten Steifigkeit in einer Art und Weise, wie sie die Anwender von hochleistungsfähigen Werkzeug-maschinen und Robotern fordern. Die rollenge-lagerten Linearführungen sind in verschiedenen Genauigkeits- und Vorspannungsklassen lieferbar.

Präzise Bewegung von hohen LastenPräzise Bewegung von hohen Lasten

Rollenschienenführungen

Kugelschienenführungen

7-3Bosch Rexroth AG

7 Anhang


7.1 Bosch Rexroth AG: The Drive & Control Company

Die Kugelgewindetriebe arbeiten mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit und sind auch schnell verfügbar. Für alle Vorschub-, Positi-onier- und Transportaufgaben steht eine varian-tenreiche Auswahl an Präzisionsspindeln, spielfrei vorgespannten oder einstellbaren Einzelmuttern in unterschiedlichsten Bauformen sowie Doppelmut-tern zur Verfügung. Antriebseinheiten kombinieren Kugelgewindetriebe mit Endenlagerungen und Gehäusen, Spindelunterstützungen oder ange-triebenen Muttern.

Antrieb durch BewegungAntrieb durch Bewegung

Die Compact-Module sind die modernsten Vertreter der Linearsysteme. Diese lassen sich als fertige Module ohne großen Aufwand für die sonst erforderliche Abstimmung der Führung und des Antriebselements beim Einbau in die Ma-schinenkonstruktion integrieren. Diese Monta-geerleichterungen gelten für alle Linearsysteme.Verbindungselemente erleichtern zusätzlich deren Zusammenbau. Je nach Anwendung werden ein-zelne Leistungsmerkmale wie „präzise Bewegung von Lasten“ oder „schnelle Laufgeschwindigkeit“ optimiert.

Montage kinderleichtMontage kinderleicht

Kugelgewindetriebe

Linearsysteme

7.1.2 Technologiefeld Linear- und Montagetechnik

7.1.2.1 Lineartechnik


7 Anhang



7.1.2.2 Montagetechnik

Egal, ob Sie Gestelle, Schutzeinrichtungen, Vorrichtungen, Arbeitsplätze oder eine komplette Fertigungslinie bauen wollen: Unser Aluminium-Profilbaukasten mit über 100 Profilquerschnitten und dem weltweit breitesten Zubehörprogramm lässt Ihnen absolute Freiheit bei der Konstruktion.Die starke 10er-Nut bietet maximale Sicherheit.Schnelle und einfache Montage sichern Ihren wirtschaftlichen Erfolg.

Solide Basis für die FertigungSolide Basis für die Fertigung

Unsere Manuellen Produktionssysteme bringen mehr Effizienz in Ihre Fertigungsprozesse: mit individuell angepassten, ergonomisch gestalte-ten Arbeitsplätzen inklusive Materialbereitstellung, Verkettung und umfangreichem Zubehör – auf Wunsch auch in ESD-Ausführung. Alles frei kom-binierbar, perfekt aufeinander abgestimmt und einfach zu planen – innerhalb weniger Minuten mit der kostenlosen Planungs- und Kalkulations-software MPScalc.

Flexibel und wirt-schaftlichFlexibel und wirt-schaftlich

Manuelle Produktionssysteme

Mechanik Grundelemente

Immer kürzere Innovationszeiten und Produkt-zyklen erfordern Fertigungsanlagen, die sich schnell an veränderte Bedingungen anpassen lassen. Mit den Transfer- und Identifikationssys-temen von Rexroth realisieren Sie wirtschaftliche Lösungen, die auch Ihre zukünftigen Anforde-rungen erfüllen werden. Unabhängig davon, ob Sie kleine, präzise, große oder schwere Produkte zu fertigen haben.

Schnell und effizientSchnell und effizient

Material- und Informationsflusstechnik

7-5Bosch Rexroth AG

7 Anhang


7.1.1.2 Montagetechnik

Ob zur Verkettung von Werkzeugmaschinen, zum Transport von Nahrungsmitteln oder im Verpackungsbereich – die Kettenfördersysteme VarioFlow und VarioFlow S sind schnelle, robuste und wirtschaftliche Transportsysteme für den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen. Damit kommt neuer Schwung in Ihre Produktion.

Leistungsstark und kostengünstigLeistungsstark und kostengünstig

Kettenfördersysteme



7 Anhang

7.2 Glossar

Abrasion: Abrasion ist Abtragen von Material durch Schleifen, Scheuern oder Strahlen.

Aktoren: Aktoren sind die Stellglieder in einem Regelkreis. Sie greifen regulierend in das Regelungssystem ein, indem sie elektronische Signale (z.B. von der Steuerung ausgehende Befehle) in mechanische Bewegung umsetzen (z. B. elektrisch betätigte Ventile).

Austauschbau: Durch besonders präzise Herstellung ist es möglich, Bauteile gleicher Größe (z. B. Führungswagen und Führungsschienen), unabhängig von Ausführung, Genauig-keits- oder Vorspannungsklassen miteinander zu kombinieren.

Biegekritische Drehzahl: Bei Rotation einer Welle (z. B. Kugelgewindespindel) entsteht eine Biegeschwingung. Als biegekritische Drehzahl bezeichnet man die Drehzahl, die gleich der ersten Biegeeigenfrequenz der Welle ist. Wird die Welle mit der kritischen Drehzahl betrieben, tritt Resonanz auf, was zur Zerstörung des Systems führen kann.

Dynamische Tragzahl C: Die dynamische Tragzahl C stellt die Belastung dar, bei der eine ausreichend große Menge gleicher Lager die nominelle Lebensdauer erreicht. Bei Kugelgewinde-trieben und Rotationswälzlagern beträgt die nominelle Lebens-dauer 1 Million Umdrehungen. Der dynamischen Tragzahl von Linearführungen, wie Profilschienenführungen und Kugelbüch-senführungen, liegt eine nominelle Lebensdauer von 100 km zu Grunde.

Dynamische Tragmomente Mt und ML: Das Dynamische Trag-moment ist ein Vergleichsmoment, das eine Belastung hervor-ruft, die der dynamischen Tragzahl C entspricht. Man unter-scheidet zwischen dem dynamischen Torsionstragmoment Mt und dem dynamischen Längsmoment ML.

Endlagenschalter: Endlagenschalter (auch: Endschalter) dienen der Endlagenkontrolle von bewegten Bauteilen. Sie er-zeugen ein Signal, wenn das Bauteil eine bestimmte Position, in der Regel vordere oder hintere Endlage, erreicht. Das Signal kann elektrisch, pneumatisch oder mechanisch ausgegeben werden. Typische Bauformen für Endlagenschalter mit elek-trischem Signal sind Rollenhebelschalter oder berührungslos arbeitende Schalter wie Lichtschranken und Näherungsschal-ter.

Festschmierstoff: Festschmierstoffe sind Substanzen, die allein oder kombiniert mit anderen Stoffen, geschlossene Gleit- und Trennfilme auf Metalloberflächen bilden. Diese Filme sind so dünn, dass Passungen und Toleranzen nicht verän-dert werden müssen. Festschmierstoffe werden meist nur für Schmierungsaufgaben unter extremen Bedingungen (z. B. bei Betrieb im Mischreibungsgebiet) benötigt und eingesetzt. Die bekanntesten sind Graphit, Molybdändisulfid, verschiedene Kunststoffe (z. B. PTFE) und Schwermetallsulfide.

Gieren: Gieren ist eine Drehbewegung um die Hochachse (z-Achse) und damit eine der drei Grund-Rotationsbewegun-gen eines Körpers im Raum.

Gotisches Profil: Eine der möglichen Formen von Laufrillen in Wälzführungen und Kugelgewindetrieben ist das gotische Pro-fil. Im Unterschied zur Kreisbogenform setzt sich die Laufrille bei der Gotikbogenform aus zwei Laufbahnen pro Seite zusam-men. Es ergibt sich ein Spitzbogen. Dies führt zu Vierpunktkon-takt am Wälzkörper.

Hexapod: Ein Hexapod ist eine räumliche Positioniermaschine mit 6 Beinen veränderlicher Länge und 6 unabhängig von-einander ansteuerbaren Antriebselementen. Dies ermöglicht Beweglichkeit in allen 6 Freiheitsgraden (3 translatorische und 3 rotatorische). Typische Anwendungen von Hexapoden sind Spindelführungen von Werkzeugmaschinen oder die Bewe-gungsapparate von Fahr- und Flugsimulatoren.

HRC: Die Abkürzung HRC, gefolgt von einem Zahlenwert, ist eine Härteangabe, die auf einer Härtemessung mit dem Verfah-ren Rockwell C beruht. Andere Verfahren der Härtemessung von Stählen sind Rockwell A, B und F, Brinell und Vickers. Bei allen Härteprüfverfahren wird ein definierter Körper, z. B. ein Diamantkegel bei Rockwell C, mit einer definierten Prüfkraft in die Probe gedrückt. Der bleibende Eindruck in der Probe wird anschließend gemessen und dient als Maß für die Härte der Probe.

Inkrementalgeber: Inkrementalgeber dienen der Erfassung von Lageänderungen von bewegten (linear oder rotierend) Bauteilen. Sie können sowohl Wegstrecke als auch -richtung erfassen. Ein Inkrementalgeber enthält eine Maßverkörperung mit einer sich wiederholenden Zählspur. Zur Messung der La-geänderung wird die Zählspur ausgewertet. Erfasst werden nur Veränderungen, nicht jedoch die absolute Lage des Bauteils. Nach dem Einschalten des Wegmesssystems oder nach einem Stromausfall muss daher erst ein Referenzpunkt angefahren werden, um die absolute Lage des Bauteils zu ermitteln. Man-che inkrementellen Messsysteme haben auch Vorrichtungen, die eine Referenzfahrt überflüssig machen, z. B. abstandsko-dierte Referenzmarken. Inkrementalgeber werden zur Messung von Wegstrecken, Geschwindigkeiten oder Drehwinkeln an Werkzeugmaschinen, in der Handhabungs- und Automatisie-rungstechnik und an Mess- und Prüfeinrichtungen eingesetzt.

Konsistenz: Konsistenz ist ein Maß für die Verformbarkeit von Schmierfetten. Ermittelt wird die Konsistenz nach DIN ISO 2137 mit einem Penetrometer, der die Eindringtiefe (Penetration) eines Normkegels in eine Fettprobe misst. Die DIN 51818 erlaubt die Zuordnung der ermittelten Eindringtiefe des Konus nach DIN ISO 2137 zu einer Konsistenzklasse gemäß NLGI (National Lubricating Grease Institute).


7 Anhang

Kreisbogenform: Die Kreisbogenform ist eine der möglichen Formen von Laufrillen in Wälzführungen und Kugelgewin-detrieben. Im Unterschied zur Gotikbogenform (siehe auch: Gotisches Profil) sind die Laufrillen bei der Kreisbogenform einteilig. Hieraus resultiert ein 2-Punkt-Kontakt zwischen den Laufbahnen und dem Wälzkörper.

Kurzhub: Von Kurzhub spricht man, wenn pro Hub nicht alle im Umlauf befindlichen Wälzkörper in die Tragzone gelangen. Die genaue Definition ist für alle Produkte unterschiedlich. Die Folgen können frühzeitige Materialermüdung und somit Ausfall der Führungselemente sein. Kurzhub muss in der Lebensdauer-berechnung berücksichtigt werden.

Linearmotor: Linearmotoren sind Elektromotoren, die eine geradlinige Bewegung (Translationsbewegung) an Stelle einer Drehbewegung erzeugen. Das Funktionsprinzip des Linearmotors entspricht dem des Drehstrommotors. Die beim Drehstrommotor kreisförmig angeordneten elektrischen Erregerwicklungen (Stator) sind beim Linearmotor auf einer ebenen Strecke angeordnet. Der Läufer wird beim Linearmotor von dem längs bewegten Magnetfeld über die Fahrstrecke gezogen. Linearmotoren ermöglichen es, direkt, d. h. ohne Getriebe, lineare Bewegungen und Kräfte zu erzeugen. Sie werden daher auch Direktantriebe genannt.

Nicken: Nicken ist eine Drehbewegung um die Querachse (y-Achse) und damit eine der drei Grund-Rotationsbewe-gungen eines Körpers im Raum.

Positioniergenauigkeit: Die Positioniergenauigkeit ist die ma-ximale Abweichung zwischen der Ist-Position und Soll-Position nach VDI/DGQ 3441.

Reibungskoeffizient: Der Reibungskoeffizient ist eine dimen-sionslose Zahl, die das Verhältnis zwischen Reibkraft und Be-lastung (Normalkraft) darstellt. Er wird auch als Reibungszahl oder Reibungsbeiwert bezeichnet.

Referenzschalter: Referenzschalter dienen der Positions-erfassung eines bewegten Bauteils, z. B. Tischteil eines Line-arsystems. Der Schalter gibt ein Signal, wenn das Bauteil eine definierte Position (Referenzmarke) erreicht. Referenzschalter werden bei inkrementellen Messsystemen oder Motoren mit Inkrementalgeber bei der Inbetriebnahme sowie nach jeder Unterbrechung der Stromzufuhr benötigt.

Reversierbetrieb: Beim Reversierbetrieb wird ein Bauteil, z. B. Tischteil eines Linearsystems, abwechselnd vorwärts und rückwärts bewegt.

Resonanz: Resonanz ist das erzwungene Mitschwingen eines schwingungsfähigen Systems, wenn es periodisch angeregt wird. Ist die Freqenz der erzwungenen Schwingung in der Nähe der Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems, können sich die Schwingungsausschläge auf ein Vielfaches der Erregeramplitude aufschaukeln. Bei schwacher Dämpfung kommt es zu einem Anstieg der Amplitude bis zur Zerstörung des Systems.

Rollen: Rollen ist eine Drehbewegung um die Längsachse (x-Achse) und damit eine der drei Grund-Rotationsbewe-gungen eines Körpers im Raum.

Schmiegung: Bei Wälzkontakt zwischen Kugeln und Lauf-bahnen entsteht Schmiegung durch eine kreisförmige Ausfor-mung der Laufbahn. Durch Schmiegung vergrößert sich die Auflagefläche und verringert sich die Flächenpressung im Ver-gleich zum Wälzkontakt ohne Schmiegung. Außerdem ergibt sich eine geführte Bewegung des Wälzkörpers.

Statische Tragzahl C0: Die statische Tragzahl C0 ist die sta-tische Belastung, die eine bleibende Gesamtverformung von Wälzkörper und Laufbahn erzeugt, die etwa dem 0,0001fachen des Wälzkörperdurchmessers entspricht. Verformungen in die-ser Größenordnung wirken sich nicht spürbar auf die Laufruhe aus.

Steigung: Bei Gewinden ist die Steigung der Weg, der durch eine Umdrehung der Schraube oder Spindel zurückgelegt wird. Bei einem eingängigen Gewinde ist dies der Abstand zwischen zwei Gewindespitzen bzw. zwei Laufbahnen.

Stick-Slip-Effekt: Als Stick-Slip-Effekt bezeichnet man das Ruckgleiten zwischen gegeneinander bewegten Festkörpern, das bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten auftreten kann. Dabei erfolgt eine schnelle Bewegungsfolge aus Haften, Verspannen, Abtrennen und Gleiten. Dies führt zu Schwingungen, die unter anderem Störgeräusche erzeugen können, z. B. Quietschen einer Straßenbahn in Kurvenfahrt. Abhilfe ist möglich durch höhere Gleitgeschwindigkeiten, Schmierung oder die Wahl der Werkstoffe.

Trockenschmierstoff: Unter Trockenschmierstoffen versteht man Festschmierstoffe, die in eine lackähnliche Matrix or-ganischer oder anorganischer Bindemittel eingebaut sind. Trockenschmierstoffe werden auch als Gleitlacke bezeichnet.

Übersetzung: Die Übertragung und Umformung von Be-wegungen, Geschwindigkeiten, Drehzahlen, Kräften und Drehmomenten in einem Getriebe nennt man Übersetzung. Das Übersetzungsverhältnis ist dabei das Verhältnis zwischen Antriebsgröße und Abtriebsgröße, z. B. der Quotient aus An-triebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl.

7.2 Glossar


7 Anhang

Verformung: Unter Verformung versteht man die Formände-rung eines Festkörpers unter Krafteinwirkung. Man unterschei-det zwischen elastischer und plastischer Verformung. Eine elastische Verformung liegt vor, wenn der Körper nach Wegfall der Krafteinwirkung wieder seine ursprüngliche Form annimmt, die Verformung also nicht dauerhaft ist. Eine plastische Verfor-mung liegt vor, wenn auch nach Wegfall der Krafteinwirkung eine dauerhafte Formänderung zurück bleibt.

Viskosität: Unter Viskosität versteht man die Zähigkeit einer Flüssigkeit. Sie wird definiert durch den Reibungswiderstand, den die Flüssigkeit einer Deformation durch eine Druck- oder Schubspannung entgegensetzt.

Walkpenetration: Penetration dient als Messmethode zur Ein-stufung der Konsistenz von Schmierstoffen. Bei Schmierfetten wird hierfür die Strecke gemessen, die ein Kegel bestimmter Abmessung senkrecht in die zu untersuchende Probe unter vorgeschriebenen Bedingungen (DIN ISO 2137) eindringt. Man unterscheidet zwischen der Ruhepenetration und der Walkpenetration. Unter Walkpenetration wird die Konuspenet-ration verstanden, die unmittelbar nach der Behandlung der Probe mit 60 Doppeltakten innerhalb einer Minute im Schmier-fettkneter bei +25 °C bestimmt wird.

Wiederholgenauigkeit: Die Wiederholgenauigkeit gibt an, wie genau bei mehrmaligem Anfahren einer Position aus der selben Richtung (unidirektional) positioniert wird. Sie wird als Abwei-chung zwischen Ist-Position und Soll-Position angegeben.

7.2 Glossar


7 Anhang

7.3 Index

0...92-Punkt-Kontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-134-Punkt-Kontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13

AAbdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-35, 6-8Abdeckung von Befestigungsbohrungen . . . . . . . . . . . . . . .3-35Abdichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-96Ablauf der Produktauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-30, 5-20Ablaufgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-21Absolute Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Absolutgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-36Abstandscodierte Referenzmarken . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-135AGK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-46Analoge Signalform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-136Anforderungen festlegen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-21Anordnung der Profilschienenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-33Anschlagkanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-5, 3-42, 3-44Anschlusskonstruktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-41Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4, 2-8Antrieb eines Linearsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-5Antriebseinheit geschlossen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-46Antriebseinheit mit Hohlwellenmotor MHS . . . . . . . . . . . . . .5-49Antriebseinheit mit riemengetriebener Mutter FAR . . . . . . . .5-48Antriebseinheit offen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-45Antriebseinheiten mit angetriebener Mutter . . . . . . . . . . . . .5-48Antriebseinheiten mit angetriebener Spindel . . . . . . . . . . . .5-45Antriebsleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-29Antriebsmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-29Antriebsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-15Anwendungsparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8, 6-18Anzahl der Führungswagen und Führungsschienen . . . . . . .3-33AOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-45Äquivalente Lagerbelastungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-18Aufbau einer Kugelbüchse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-1Aufbau einer Profilschienenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-2Aufbau eines Kugelgewindetriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-2Aufbau eines Linear-Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2Aufbau von Linearsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-3Auflösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-136Ausklinkkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-74Auswahl der Genauigkeitsklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-21Auswahl der Vorspannungsklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-15

BBahnsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-59Bauformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4, 3-27, 4-5, 5-6Baugröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-4, 3-26Beanspruchung der Schraubverbindungen

von Führungsschienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-38Befestigung der Führungsschiene . . . . . . . . . . . . . . . 3-34, 3-39Befestigung der Führungswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-40Befestigung der Linearsysteme an die Unterkonstruktion . .6-25Befestigung der V-Führungsschiene mit Druckstücken . . . .3-36Belastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-9Belastungen durch Kräfte und Momente . . . . . . . . . . . . . . . .3-64Belastungsrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10, 4-10

Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-57, 5-21Berechnungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-23, 5-30Berücksichtigung der Vorspannung . . . . . . . . . . . . . . .3-74, 5-24Betriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-24Betriebsbedingungen festlegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-59Bezugsflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-5Biegekritische Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-27Bremselemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-99Bussysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-57

CCartesian Motion System CMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-49Chemische Einflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-23CKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-39CKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-41CKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-40CMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-49Compact-Kugelbüchse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-26Compact-Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-38Compact-Module CKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-39Compact-Module CKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-41Compact-Module CKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-40

DDichtsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-8Dichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30Dichtungsreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-25Dichtwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30Differenzialschlupf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-14Digitale Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-137Direkte Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Doppelmutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11, 5-44Drehführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5Drehmoment-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-33Drehmomentbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-21Drehstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-55Drehzahlkennwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-17Druckbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-16Druckwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-7Dynamikzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-61, 5-22Dynamisch äquivalente Axialbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . .5-25Dynamisch äquivalente Belastung . . . . . . . . . . . . . . . .2-18, 3-75Dynamisch äquivalente Lagerbelastung . . . . . . 3-74, 3-75, 4-19Dynamische Tragmomente Mt, ML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-9Dynamische Tragzahl C . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16, 3-9, 4-10, 5-9Dynamisches Belastungsverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-29

EEasy-2-Combine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-42Effektive äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-74Eigenschaften der Kugelbüchsen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-7Einbau in kundeneigene Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-13Einbaubedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-25Einbaulage der Profilschienenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-34Einbautoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-50, 5-36, 5-37Einlaufgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-23Einsatzbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22, 2-25


7 Anhang

7.3 Index

Einstellbare Mutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-10Einzelmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-40Einzelmuttern der eLINE-Baureihe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-43Einzelmuttern der Miniatur-Baureihe . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-42Einzelmuttern der Standard-Baureihe . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-41Einzelne, absolute Referenzmarke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-135Elastische Verformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-12Elektrischer Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-8Elektromechanischer Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-8Elemente einer Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4ELINE-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-26ELINE-Kugelschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-112Endenlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-8, 5-29Endlagenschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-60Entscheidungshilfe zur Produktauswahl . . . . . . . . . . .3-26, 5-19Erlebenswahrscheinlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-15Erstschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-35

FFangmutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-38Feuchtigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-23Fixierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-13Flanschmuttern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-6Fließfett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-33Fluchtungsfehlerausgleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-27, 4-31Fluidostatische Gleitführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6Frequenzumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-58Frontdichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4, 2-5, 4-12Führungskäfig. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2Führungsschiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2, 3-34, 3-35, 3-39Führungswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-2, 3-33, 3-40, 3-73Führungswagen mit kleinem Abstand . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-73Funktion Messsensor – Maßverkörperung . . . . . . . . . . . . .3-134Funktion Referenzsensor – Referenzmarken . . . . . . . . . . . .3-135Funktionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-2

GGenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-36, 3-18, 5-14, 6-13Genauigkeit des Messsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-138Genauigkeitsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . .2-36, 3-18, 3-19, 3-20Geshiftete Einzelmutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-11Gestell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-7Gewindetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9, 5-1Gleitführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6Gleitreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-25Gotikbogenlaufrille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13Grenzen der Lebensdauerberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . .3-77Grenzschmierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-32Größenbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-10Grobauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-20

HHall-Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-61Halteringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2Härtefaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-16

Hauptkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-4Hauptlastrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9, 4-10Hertzsche Theorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10Hochpräzisionsausführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-22Höhenabweichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-50Höhengenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-18Hydraulischer Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-8Hydrodynamische Gleitführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6

IIndirekte Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Induktive Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-128Induktiver Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-61Inkrementale Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Integriertes Wegmesssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-136

KKlemmelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-99Kombinierte äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . . . . 3-11, 3-71Kombinierte Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-21Konservierungsöle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-34Konsistenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-33Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . . . . . 3-50, 4-10, 5-36, 6-23Kontaktfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-73Kontaktfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10Koordinatensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-5Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-98Kraftfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10, 5-9Kreisbogenlaufrille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4, 4-7, 4-26Kugelbüchsenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-37, 4-1Kugelführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6Kugelgewindemutter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-4Kugelgewindetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9, 2-38, 5-1, 6-6, 6-15Kugelschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-101Kugelsortierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-10Kugelumlenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5, 4-32Kühlschmierstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-23Kurzhub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-24Kurzhubfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-17

LLängsdichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30Lastabhängige Nachschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-14Lastrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-10Lastrichtungsabhängigkeit der Lebensdauer . . . . . . . . . . . .3-12Laufabweichungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-16Laufbahngeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13Laufrillen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-13Laufrollenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5, 2-6, 3-122Lebensdauer . . . 2-15, 2-16, 3-12, 3-76, 3-78, 4-16, 5-23, 5-26Lebensdauer in Betriebsstunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-76Leerlaufdrehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-16Linear-Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2, 4-35Lineare Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1Linearer Direktantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-16


7 Anhang

7.3 Index

Linearführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5Linearmodule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-31Linearmodule MKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-32Linearmodule MKL und LKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-36Linearmodule MKP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-35Linearmodule MKR/MK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-34Linearmodule MKR/MLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-33Linearmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-6, 6-16, 6-54Linearschlitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-48Linearsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-38, 6-1, 6-25Linienberührung bei Rollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10LKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-36Logarithmisches Profil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-11

MMaßverkörperung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-131, 3-134Magnetführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-6Magnetische Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 3-127, 3-128Manuelle Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-57Maximale Lineargeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-17Mechanischer Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-61Mehrachs-Bewegungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-49Mehrteilige Führungsschiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-39Messsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-132, 3-134Messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-8Miniatur-Kugelschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-107Mittlere Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-23MKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-32MKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-36MKP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-35MKR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-33, 6-34MKZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-34MLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-33Modifizierte Lebensdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-16, 3-78Momente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-64, 6-12Montagedorn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-13Montagehinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-39Motor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7, 6-21, 6-52Motor, Regler und Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-21Mutterngehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-8Mutternkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-6

NNachschmierintervalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-95, 4-15Nachschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-35, 4-14Näherungsschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-61Nennberührungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-7NLGI-Klassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-33Nominelle Lebensdauer . . . . . . . . . 2-15, 2-16, 3-76, 4-16, 5-26Normale Einsatzbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-25Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-3

OOberflächengüte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-54Optische Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-128

PParallelität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-18Parallelität der montierten Schienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-53Parallelitätsabweichung der Führung im Betrieb . . . . . . . . .3-19Pendeleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27Platzierung der Anschlagkanten und Seitenfixierung 3-43, 3-44Pneumatikantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-17, 6-35Pneumatischer Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-8Positioniergenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-36Positioniersteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-58Präzisions-Stahlwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-3, 4-37Präzisionsfertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-20Präzisionsmodule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-43Produktauswahl . . . . . . . . . . . .3-26, 3-30, 4-6, 5-19, 5-20, 6-18Profilschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-37, 3-1Profilschienenwälzführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1Punktberührung bei Kugeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10

RRadial-Compact-Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-36Radial-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-32Radiale Kugelumlenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-32Radialluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-12Reed-Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-62Referenzmarken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-131, 3-135Referenzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-60Referenzsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-132, 3-135Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-21, 6-56Reibmomentschwankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-16Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29, 3-24Reibungskoeffizient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-14, 2-29, 3-25Reibungskraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-29Resultierende Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-19Rollenführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6Rollenschienenführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-117Rollreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-25Rotationsführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5Rückführsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-5Rundführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1

SSchadensbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-26Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-60, 6-61Schalteranbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-62Schaltschranklösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-59Schaltsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-9Schienenführungstische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-45Schienenführungstische TKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-46Schienenführungstische TKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-47Schmiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-11Schmierfett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-33Schmierintervalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-35Schmieröle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-34Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-33Schmierstoffreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-25Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . 2-24, 2-31, 3-94, 4-14, 5-18, 6-4Schmutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-22


7 Anhang

Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-57Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-55Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-24Segment-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-30Seitenbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-16Seitenfixierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-43, 3-44Seitengenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-18Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-60Servomotoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-53SGK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-48Shiften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-11SOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-48Spielfreie Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-12Spindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-3, 5-12, 5-45Spindelunterstützung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-46, 6-9SPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-46Stahlhülse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2Stahlsegmente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-2Standard-Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-29Statisch äquivalente Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-18Statisch äquivalente Lagerbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-79Statische Tragmomente Mt0, ML0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-9Statische Tragsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21, 3-81Statische Tragzahl C0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16, 3-9, 4-10, 5-9Statischer Tragsicherheitsfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-22Statisches Belastungsverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-29Steifigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-28, 3-16, 5-12Steifigkeit der Lagerung RaL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-12Steifigkeit der Mutterneinheit Rnu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-12Steifigkeit der Spindel RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-12Steifigkeit eines Kugelgewindetriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-12Steifigkeitsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-17Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4, 6-21, 6-56Stoßdämpfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-35Stöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-24Stribeckkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-31Stromfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-23Super-Kugelbüchsen A und B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27Super-Kugelbüchsen H und SH. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-31Systemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-28Systemgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-13

TTangentiale Umlenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5Technische Daten der Kugelbüchsen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-7Teilschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-32Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-23Temperaturfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-17Tischteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-4TKK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-46TKL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-47Toleranzen der Genauigkeitsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-19Toleranzklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-36Tragfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-9, 5-9Tragzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16, 3-9, 4-10, 5-9, 6-12Translationsführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5Typenbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-10Typenbezeichnungen der Kugelbüchsen . . . . . . . . . . . . . . . . .4-4

UÜberlastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-24Umgebungsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-22Umgebungskonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-36Umrechnungsfaktoren für dynamische Tragzahlen . . . . . . . . .2-1

VV-Führungsschiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-36Verbindungselemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9, 6-37, 6-42Verbindungsplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-37Verbindungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-37Verdrehfeste Längsführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-33Verschrauben der Führungsschiene von oben . . . . . . . . . . .3-34Verschrauben der Führungsschiene von unten . . . . . . . . . . .3-35Verschrauben der Führungswagen von oben . . . . . . . . . . . .3-40Verschrauben der Führungswagen von unten . . . . . . . . . . . .3-40Verstemmen der V-Führungsschiene im Unterbau . . . . . . . .3-36Verstiften der Führungswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-40Viskosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-32Vollschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-32Vorgehensweise bei manueller Berechnung . . . . . . . . . . . . .3-57Vorsatzschmiereinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-95Vorspannkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-74Vorspannung . . . . . . . . . . . . . 2-28, 3-14, 3-74, 4-12, 5-10, 5-24Vorspannung durch Kugelsortierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-10Vorspannungsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-15

WWälzführungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5, 2-6Wälzkontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10Wälzkörperkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-4Wälzkörperreihen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6, 3-8Wälzkörperumlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7, 3-2Wegabweichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-14Weganteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-19Wegmesssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-127Wegschwankungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-14Wellenböcke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-3, 4-39Wellendurchbiegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-22Wellenunterstützung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-3, 4-38Wiederholgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-36, 3-137Winkelselbsteinstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-27Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-17

XX/O-Anordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-6

ZZahnriementrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5, 6-15Zahnstangenantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-100, 6-6, 6-16Zeitanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-20Zugbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-16Zulässige axiale Spindelbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-28Zulässige Höhenabweichung in Längsrichtung S2 . . . . . . . .3-52Zulässige Höhenabweichung in Querrichtung S1 . . . . . . . .3-51Zulässige Seitenkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-41Zusatzdichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-30Zyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-18

7.3 Index


7 Anhang


Bosch Rexroth AGRegionalzentrum Mitte Waldecker Straße 13 64546 Mörfelden-Walldorf Tel. +49 6105 702-3 Fax +49 6105 702-444

Bosch Rexroth AGRegionalzentrum Südwest Siemensstraße 170736 FellbachTel. +49 711 51046-0 Fax +49 711 51046-199

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DeutschlandBosch Rexroth AGRegionalzentrum Nord Walsroder Straße 9330853 LangenhagenTel. +49 511 726657-0Fax +49 511 726657-90

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Bosch Rexroth AGLinear Motion and Assembly TechnologiesErnst-Sachs-Straße 10097424 Schweinfurt, DeutschlandTel. +49 9721 937-0 Fax +49 9721 937-275www.boschrexroth.com/brl

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Verkaufspreis 20,- €

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