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CNC Linearführungen – Grundlagen und Auswahlhilfe

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Die Eisenbahn! Die Eisenbahn braucht stabile Schienen um vorwärts zu kommen. Ansonsten geht nichts. Und bei CNC Linearführungen ist es genauso:
Der Werkzeugtisch kann sich nur bewegen weil er auf einer geeigneten Schiene gelagert ist.

Eine Linearführung die du zusätzlich durch einen elektrischen Antrieb erweiterst, bezeichnet man als so genannte Linearachse oder auch Linearantrieb.

Verschiedene Linearführungen

Profilschienen „Mono Rail“ von Rollon91.
Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons.

Und weil du in der Regel eine Maschine mit hoher Genauigkeit willst, sollen die Führungen eine hohe Präzision und Laufgenauigkeit aufweisen. Aber welcher Arten von Linearführungen gibt es genau und worauf muss man bei der Auswahl achten?

Im folgenden zeige ich dir, wie du eine Auswahl zugunsten oder gegen eine Linearführung treffen kannst.

Wirkprinzipien von Linearführungen

Bei Linearführungen wird grundsätzlich zwischen Gleitführungen und Wälzführungen unterschieden.

Grundlagen zu Linear Gleitführungen

Anwendungsbeispiele

Hydrodynamische Gleitführungen findet man üblicherweise an Drehmaschinen. Oder arbeitest du zum Beispiel mit einer Parallelanschlag-Säge, wird diese in der Regel über Rundstangen gehalten und geführt – die Kreissäge bewegt sich also über parallel zueinander angeordnete runde Stangen, die eine präzise lineare Führung ermöglichen.

Funktion und Konstruktion

Klassische hydrodynamische Gleitführungen bestehen aus einer oder mehreren Führungsschienen, die einen Führungswagen in der Spur halten. Der Führungswagen bewegt sich immer entlang der Führungsschiene.

Durch die Befettung der Gleitführungen bildet sich zwischen dem Gleitwagen und der Schiene ein dünner Schmierfilm aus, auf welchem der Wagen sozusagen aufschwimmt.

Gleitführung

Schwalbenschwanzführung und Rundführung

Dadurch wird die Reibung zwischen den metallischen Kontaktpartnern wesentlich verringert. Die Führungsschienen müssen regelmäßig gereinigt und mit geeignetem Fett oder Öl geschmiert werden, um einen dauerhaften (reibungsfreien 😉 ) Betrieb zu ermöglichen.

Besondere konstruktive Ausführungsformen von Gleitführungen sind unter anderem die Schwalbenschwanz- und die Rundstangenführung.

Vorteile:

  • hohe Funktionalität
  • geringe Kosten
  • gute Dämpfung
  • Nachstellmöglichkeit

Nachteile:

  • hohe Reibung –> Erwärmung
  • Stick Slip Effekte

Grundlagen zu Linear-Wälzführungen

Anwendungsbeispiele

Wälzführungen findest du z.B. bei den Linearführungen einer CNC Fräsmaschine. Häufig werden sie auch bei industriellen Montagelinien und in der Handhabungstechnik eingesetzt, wo hohe Geschwindigkeiten gefordert sind.

Funktion und Konstruktion

Querschnitt Wälzführungen

Wälzführung: Profilführung und Rundführung

Wälzführungen verdanken ihre Bezeichnung dem Prinzip der Umwälzung. Der Führungswagen bewegt sich über Wälzkörper (Rollen oder Kugeln) auf der Führungsschiene.

Das heißt zwischen der Führungsschiene und dem Wagen befindet sich immer die Kugel. Da bei der Umwälzung weniger Reibung entsteht als beim Gleiten, ist weniger Wartung in Form von Schmierung nötig.

Jedoch: Die Wälzkörper müssen für einen reibungsfreien Betrieb frei von Spänen und Schmutzpartikeln sein. Gekapselte Führungen haben hier Vorteile.

Wälzführungen werden gemäß Ihrer konstruktiven Ausführung in Profilschienen-, Wellen- und Teleskopschienenführungen unterteilt. Im Bild siehst du jeweils eine Führung im Querschnitt dargestellt: Links eine Profilrollenführung und Rechts eine Rundführung mit Kugelumlaufbuchse

Vorteile:

  • hohe Laufgenauigkeit
  • verschleißarm

Nachteile:

  • geringe Dämpfung
  • stoßempfindlich
  • keine oder schwierige Nachstellmöglichkeit

Tipps für die Auswahl der richtigen Linearführung

Welche Linearführung für dich geeignet ist, hängt von deinen  Anforderungen ab. Dazu zählen die Belastbarkeit also die notwendige Tragkraft, der zulässige Verschleiß und die Verfahrgeschwindigkeit, mit der sich der Wagen auf der Schiene bewegen soll. Auch die notwendige Führungsgenauigkeit solltest du dir überlegen. Möglicherweise machte es Sinn, wenn du dir deine Anforderungen in einer kurzen Anforderungsliste sammelst.

Reibung

Du musst grundsätzlich beachten, dass je nach Typ der Linearführung mehr oder weniger Reibung im Betrieb der Linearführung erzeugt wird. Und Reibung bedeutet schlussendlich wieder Verschleiß. Um den Einfluß der Reibung zu ermitteln, kommt man um eine Lebensdauerberechnung nicht herum.

Maximalgeschwindigkeit

Die zulässige Maximalgeschwindigkeit solltest du besser nicht überschreiten. Denn danach reißt höchstwahrscheinlich der Schmierfilm ab oder die Kugeln gehen in Gleiten über und das bedeutet dass deine Führung schnell verschleißt.

Tragzahl

Die Tragfähigkeit solltest du bei der Auswahl deiner Linearführung berücksichtigen. Alle Kräfte die im Betrieb auftreten kannst du im Vorfeld berechnen um damit die Last abschätzen zu können. Nur wenn du die Last kennst kannst du diese mit der zulässigen Tragzahl vergleichen.

Achtung: Nicht nur das Gewicht von Werkstück und Maschinentisch spielen eine Rolle, auch die auftretenden Schnittkräfte müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden. Und ein solider Sicherheitszuschlag als Puffer hat auch noch niemandem geschadet 🙂

Führungsgenauigkeit

Führungen können Spiel haben und sind je nach Anforderung unterschiedlich präzise gefertigt. Je höher die Fertigungsgenauigkeit desto teurer die Linearführung. Für höchste Präzision benötigst du spielfreie, vorgespannte Linearführungen.

Hersteller geben für Ihre Führungen Genauigkeitsklassen an. Diese werden durch Kurzzeichen (z.B. Klasse S, C3, C5 o.ä.) gekennzeichnet.

Anordnung

Linearführungen können beliebig im Raum angeordnet werden und ermöglichen sowohl eine horizontale als auch eine vertikale oder windschiefe Bewegung.

 

Du hast weitere Fragen zu Linearführungen oder kommst nicht weiter bei der Auswahl oder Auslegung? Dann hinterlass hier einfach eine kurze Nachricht und wir versuchen dir zu helfen!

7 Gedanken zu „CNC Linearführungen – Grundlagen und Auswahlhilfe“

  1. Pingback: CNC Maschine - Informationen, Überblick & Auswahlhilfe

  2. Hallo Toni,
    Ich bin gerade an einen Projekt wo ich eine Führungsstange mit Anschlägen hoch und runter bewegen möchte.Da die Anschläge im rechten Winkel ziemlich genau nicht mehr wie 0,1mm abweichen sollten,habe ich mir überlegt das geschliffenes Vierkantrohr wo die Anschläge befestigt sind mit LINEAR-WÄLZFÜHRUNGEN zu führen wo die Pneumatikzylinder die auf und ab Bewegung übernehmen
    Würdest du das empfehlen oder kennst du da andere alternativen die sinnvoller sind?

    Mfg Michael

    1. Hallo Michael,
      ganz klar ist mir dein Vorhaben noch nicht, vielleicht kannst du ja eine kleine Skizze mit deiner Linearführung erstellen 🙂
      Generell denke ich, Linear-Wälzführungen sollten schon zum Ziel führen. Da du recht genau anschlagen willst brauchst du vermutlich Führungswägen mit sehr wenig Spiel!
      MfG Toni

        1. Hi,
          ich denke das sollte gehen. Das Einrichten und Einstellen der Anschläge könnte man konstruktive vielleicht durch Einstellschrauben o.ä. vereinfachen. Auch sollten die Linearführungen sehr parallel eingerichtet sein sonst klemmts, aber das kriegst du bestimmt hin 🙂

  3. Hi,
    ist es schlimm oder hat es Nachteile, wenn bei einer Profilführung (Walz) sich die Schienen bewegen und die Wagen fixiert sind? Normalerweise ist es ja umgekehrt.

    LG
    Yannik

    1. Hallo Yannik,
      meiner Meinung nach macht es für die Funktion erst mal keinen großen Unterschied. Wenn sich die Schienen bewegen hast du aber vermutlich mehr bewegte Massen (die Schienen sind schwerer als die Führungswägen) und damit eine höhere Massenträgheit. Also wird vermutlich die Dynamik deiner Maschine geringer sein. Möglicherweise ist die Montage auch etwas schwieriger, aber das hängt von der Konstruktion ab.
      Beste Grüße!

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