Lineargleitlager als bessere Alternative zu Linearkugellagern
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Igus nennt es auch „Trocken rutschen“: das Lagern von Wellen oder Achsen in der Lineartechnik und Antriebstechnik. Wie bei allen Lagern wird hier gemäß Wirkprinzip grundsätzlich zwischen den zwei Arten Gleit- und Wälzlager unterschieden. Während Kugellager oft noch als Maß aller Dinge bevorzugt eingesetzt werden, gibt es dank innovativer Hochleitungskunststoffe eine ständig wachsende Schnittmenge an Einsatzfällen, die für die Lineargleitlager sprechen.
Inhalt des Fachartikels
- Tribo-Kunststoffe machen Gleitlager wettbewerbsfähig
- Vergleich Lagerwerkstoff Kunststoff versus Metall
- Lineargleitlager für sensible Anwendungsfelder
- Anwendungsbeispiele Manus Wettbewerb
- Die Zukunft der Lineargleitlager
Historisch betrachtet sind Gleitlager die einfachste und älteste Form der Lagerung. „Schon die alten Ägypter transportierten die Steinblöcke für ihre Pyramiden auf Schlitten, die über speziell gehärtete Transportrampen und mit einer Schmierung aus Schlamm und Wasser gezogen wurden“, beginnt Martin Kochmann, Head of Sales Germany Drylin den Fachpresseworkshop 2017 in Köln. „Dieses uralte Prinzip, welches im Grunde heute noch gilt, garantiert eine hohe statische Tragfähigkeit und zugleich einen enormen Bewegungswiderstand.“
Mit der Entwicklung von Wälzlagern wurde der Flächen- zu einem Punktkontakt vermindert und es konnte eine reibungsarme Führung der Welle oder Achse mit reduzierter Wärmeentwicklung erreicht werden. Auch Verschleiß und Schmiermittelbedarf waren im Vergleich zu Gleitlagern geringer. Elementarer Bestandteil aller Wälzlager sind die Wälzkörper – am häufigsten in Form von Kugeln, die meist aus Stahl gefertigt werden.
Bei Linearkugellagern werden die Wälzkörper in einer Kugelreihe in einem axialen Umlauf bewegt. „Kugellager waren solange alternativlos, bis spezielle Materialien die Gleitlager zur leistungsstärkeren und zudem wartungsfreien Lager-Variante machten“, erklärt Martin Kochmann den Stand der Technik.
Tribo-Kunststoffe machten Gleitlager wettbewerbsfähig
Tribologisch optimierte Materialcompounds erlauben inzwischen die Herstellung von Polymergleitlagern, die gänzlich ohne Schmierung auskommen. „Wir verstehen uns hier als Köche auf der Suche nach der perfekten Rezeptur“, umschreibt Michael Hornung, Internationaler Produktmanager Drylin die Vorgehensweise der Materialentwicklung. „Dazu stellen wir uns Fragen wie: Welche Töpfe habe ich; welchen Herd benutze ich in welcher Umgebung und für wen koche ich überhaupt?
Haben wir alle Antworten vom Kunden erhalten, stellen wir die Zutaten zusammen in Form eines Werkstoffs der leitend ist, der Unterwasser eingesetzt wird für die Gäste aus der Lebensmittelindustrie oder dem Werkzeugbau und so weiter. Jedes Gericht wird dann so individuell gekocht“, fasst Michael Hornung bildlich zusammen.
Gleitelemente und Gegenlaufpartner aus Tribokunststoffen weisen optimale Verschleiß- und Reibwerteigenschaften auf. Im Gegensatz zu korrosionsanfälligen Metalllagern sind Kunststofflager universell verwendbar. Widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit und Hitze profitieren sie von hoher Lebensdauer und Verschleißfestigkeit der Kunststoffe.
Vergleich Lagerwerkstoff Kunststoff versus Metall
Exemplarisch kann der technische Vorteil der Polymergleitlager (Gleitbuchsen) gegenüber den Kugellagern (Kugelbuchsen) im Bereich der Linear- und Antriebstechnik nachgewiesen werden. Durch die größere Kontaktfläche und geringere Flächenpressung kann auch ein weicherer Wellen- oder Achsen-Werkstoff aus beispielsweise Aluminium oder Kohlefaser eingesetzt und über das Material Gewicht eingespart werden.
Weil kein mechanisches Abrollen harter Reibungspartner und keine Kollision der Wälzkörper erfolgt, erzeugt das Gleiten weit weniger Geräusche oder Vibrationen. Auch das Aneinanderreihen von Führungsschienen für größere Hub Längen ist mit Lineargleitlagern weitaus einfacher, weil die entstehenden Nuten von Gleitelementen weitaus besser überfahren werden können als von Kugeln.
in wesentlicher, materialbedingter Nachteil aller Wälzlager besteht in der Begrenzung der zulässigen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Die Maximalwerte sind limitiert, gerade bei geringen Lasten. Polymere Gleitbuchsen warten hingegen mit hohen Gleitgeschwindigkeiten und Beschleunigungen auf und erhöhen in vielen Anwendungen die Taktzahlen deutlich.
Unschlagbarer Vorteil ist aber die Lebensdauer. Lager aus Hochleistungspolymeren sind oftmals langlebiger als es ein herkömmliches Kugellager jemals sein kann. Darüber hinaus lässt sich diese sich durch Programme berechnen. In den letzten Jahren gab es auch große Fortschritte in puncto Präzision und Reibwert. In Einsatzgebieten, in denen bisher auf Alternativen gesetzt wurde, werden bereits heute Kunststoffgleitlager eingesetzt und ersetzen dort die herkömmliche Kugel buchse.
Lineargleitlager für sensible Anwendungsfelder
Wartungs- und schmiermittelfreie Lineargleitlager aus dem „Drylin“-Programm des Motion Plastics Spezialisten aus Köln finden aufgrund ihres Leistungsspektrums bereits jetzt Anwendung in zahlreichen Branchen. Für Produktionsprozesse, die besondere Anforderungen an Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, Chemikalien oder Schmutz stellen, eignen sich polymere Lineargleitlager von der Profilschiene bis zur kompletten Linearachse.
Material und Filament 3D Drucker – langlebig!
Komplette Lineareinheiten werden in hygienisch empfindlichen Bereichen wie Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Reinraumtechnik und bei Hochtemperaturanlagen verbaut und garantieren einen verschmutzungsresistenten und sicheren Antrieb, der selbst hohe Geschwindigkeiten bei minimalen Laufgeräuschen ermöglicht. Die Drylin-Systeme warten zudem mit ein paar Alleinstellungsmerkmalen auf: Nur Igus bietet Gleitelemente mit integrierten Schmutzkanälen an, welche die Schmutzpartikel von der Führungsbahn abstreifen und durch das Lager leiten. So kann sich kein Druck vor dem Lager aufbauen. Und bei extremer Verschmutzung und erhöhtem Verschleiß lassen sich die Gleitfolien leicht und kostengünstig auswechseln.
Beim Manus-Wettbewerb eingereichte Anwendungsbeispiele
Getränkeindustrie aus China
Eine Anlage von Zhengzhou Lichuang Equipment setzt PET-Flaschen in eine Reihe und transportiert sie zur Abfüllanlage. Eingesetzt werden soll sie für unterschiedliche Formen – bislang genutzte Systeme sind sehr limitiert. Die optimierte Version hat einen hohen Automatisierungsgrad, ist langlebig, wartungsfrei und in Bezug auf den Flaschentyp universell. Ihre Kapazität liegt bei 10.000 Einheiten pro Stunde. Herkömmliche Linearlager haben bei dieser Beanspruchung hohe Ausfallraten. Die eingesetzten Lineargleitlager von Igus sind schmiermittel- und wartungsfrei, verschleißfest und leicht zu montieren. Für diese Anlage wurde ein Patent angemeldet.
Papierindustrie aus Frankreich
Bei der Heißfolienprägung auf Papier von DCM ATN werden Polyesterstreifen in variabler Breite gestanzt und dann auf das Papier übertragen. Wichtig ist es, dass die Spannung dieser Streifen homogen bleibt. Reibung ist zu vermeiden und Beschleunigungsvariationen sollen möglich sein. Mit Drylin lässt sich die Anlage optimal nutzen, zudem werden Produkte aus dem Sortiment „Iglidur P210“ verwendet.
Jachtbau aus Polen
Pegazus Boats baut Yachten und Fischerboote aus Spezial-Polyester-Glaslaminat. Jetzt ist im Unternehmen ein innovatives Schiebesystem für die Konsole entwickelt worden. Eingesetzt werden dabei Produkte aus dem Drylin WJRM-Sortiment. Die Gleitkonsole ermöglicht die Steuerung von Schnellbooten aus der Kabine oder auf offenem Deck: Dank hybrider Drylin-Roll- und Lineargleitlager, die auf doppelten Drylin-Führungen aus anodisiertem Aluminium montiert sind, lassen sich die Position des Lenkgetriebes einfach und schnell verändern und das Boot so innerhalb des gesamten Bewegungsbereichs steuern. Die Lager sind einfach zu installieren und außerdem wartungsfrei.
Reinigungstechnik aus Indien
In den Reinigungssystemen von Cleantech Systems werden Sprühdüsen verbaut, die über lineare Lager gesteuert werden. Standard-Lösungen rosten schnell und blockieren. In der Umgebung von alkalischem Wasser können sie nicht geschmiert werden. Polymer-Produkte von Igus lösen hier beide Probleme. Zudem kann mit den verdrehgesicherten Vierkant-Linearführungen Drylin Q auf eine zweite Führung komplett verzichtet werden.
3D-Druck aus Bulgarien
Ein Prototyp eines 3D-Druckers mit FDM-Technologie von Rast druckt mit einer Geschwindigkeit von bis zu 450 mm/s und einer Beschleunigung von bis zu 4000 mm/s² bei einer Genauigkeit von 0,01 mm auf der X- und Y-Achse und bis zu 50 µm Auflösungsvermögen auf der Z-Achse. Die Maschine hat mit den Abmessungen 360 x 360 x 400 mm einen großen Arbeitsraum. Für die Achsen werden Kunststofflager von Igus verwendet. Der Drucker kann alle Filament-Materialien verarbeiten. Die leichte Aluminium-Linearwelle funktioniert auch bei hoher Beschleunigung geräuscharm.
Die Zukunft der Lineargleitlager
Low Cost Automation 
ist das Zauberwort, welches Tobias Vogel, Prokurist Gleitlager + Lineartechnik als Zukunftsmusik für die Linearführungen vorstellt: „Neben der Industrie sehen wir den Erfolg künftig auch bei den Konsumer-Produkten“. Dazu zählen u. a. E-Bikes, Pizzaautomaten, Badarmaturen, Dunstabzugshauben, Fitnessgeräte, Bürostühle oder Drohnen. Im Business to Customer Bereich sei der 3D Drucker als Bausatz oder die Kameratechnik stark im Kommen.
In der Low Cost Industrieroboter-Produktion sieht Tobias Vogel ebenfalls einen großen Anstieg. Allein in Asien würde sich von 2014 bis 2018 der Bedarf fast verdoppeln. „Wir sehen uns im Bereich Portale für kartesische Roboter, wo wir leicht, wartungsfrei, preiswert Lösungen anbieten können – und zwar aus einem Baukasten nach Legovorbild“, kündigt der Prokurist die neue Produktstrategie an.
Die Idee ist, sowohl die einzelnen Linearkomponenten als auch ganze Bausätze anzubieten, die sich der Kunde selbst zusammenstellen kann. "Ausgehend von der Idee des Kunden bieten wir ihm über einen Online-Konfigurator Auswahlmechanismen an, mit denen er sich ganz individuell zu seiner Lösung klickt. Am Ende gibt es eine Stückliste, einen Preis, die CAD-Daten sowie Informationen zu Lieferzeit, Gewicht etc."
Wie man 40 % Kosten einsparen kann
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.