Profilschienenführungen - Arten / Funktion / Nutzungsdauer / Wartung / Alternativen

Profilschienenführungen: Tauchen Sie mit uns in die Welt der Profilschienenführungen ein! Unser Artikel beleuchtet die verschiedenen Arten von Profilschienenführungen und ihre Funktionen. Erfahren Sie, wie Sie die Nutzungsdauer durch die richtige Wartung maximieren können, und werfen Sie einen Blick auf mögliche Alternativen in diesem entscheidenden Bereich der linearen Bewegungstechnik.

Allgemeine Beschreibung von Profilschienenführungen

Profilschienenführungen sind mechanische Komponenten welche eine geführte Linearbewegung ermöglichen sollen. Durch unterschiedliche Ausführungen und Bauarten können diese Systeme speziellen Anforderungen angepasst und unter den verschiedensten Einsatzbedingungen verwendet werden. Der Einsatz reicht von einer rauen und anspruchsvollen Betriebsumgebung bis hin zur hochpräzisen Prozessautomation.

Ihr Einsatz hat sich in vielen Branchen und der industriellen Automatisierung bewährt. So werden Profilschienenführungen unter anderem im Maschinenbau und Sondermaschinenbau, der Pharmatechnik, Medizintechnik und Lebensmittelindustrie sowie in der Fördertechnik eingesetzt. Auch bei Verpackungsmaschinen und bei Palettierern werden häufig Profilschienenführungen genutzt. Die Anwendung und Integration in der Handhabungstechnik und Automatisierung ist heute gängige Praxis.

Arten von Profilschienenführungen

Eine Profilschienenführung ist eine im Maschinenbau häufig eingesetzte Möglichkeit eine lineare Bewegung mit fest definierten Freiheitgraden zu ermöglichen. Die Linearbewegung kann abhängig von der Ausführung und Art der Linearführung sowohl auf einer geraden als auch auf einer gebogenen Bahn erfolgen.

Linearführungen können in der Art der Lagerung unterschieden werden.

Bei einer Linearlagereinheit kommen beispielsweise runde oder rechteckige Stangen zum Einsatz, die über ein oder mehrere Linearkugellager oder Gleitlagerbuchsen bzw. Kugellagerbuchsen geführt werden.

In diesen Artikel beschäftigen wir uns vorrangig um die Profilschienenführung mit Wälzkörperlagerung und Gleitlagerung.

Beschreibung und Funktion von Profilschienenführungen

Profilschienenführungen sind Vorrichtungen um eine lineare Bewegung zu Führen und zu Positionieren. Die lineare Bewegung wird über eine Profilschiene und über eine oder mehrere Führungswagen geführt. Dabei werden Kräfte aus allen Querrichtungen aufgenommen.

Je nach Anforderung kann die Profilschiene aus Stahl, Edelstahl oder auch entsprechend oberflächenbehandelt sein.

Bei wälzgelagerten Profilschienenführungen werden Wälzkörper zur Lagerung zwischen der Linearschiene und dem Führungswagen, oft auch als Laufwagen bezeichnet, eingesetzt. Als Wälzkörper können Kugeln, Rollen oder Nadeln verwendet werden, wobei sich die verschiedenen Ausführungen vor allem im Reibungskoeffizienten, der Tragfähigkeit und der Baugröße unterscheiden.

Über die Wälzkörper werden die einwirkenden Kräfte aufgenommen und abgeleitet. Wälzlager mit Rollen können sehr hohe Tragkräfte aufnehmen. Um zu verhindern, das sich die Wälzkörper untereinander berühren, werden zusätzlich Trennelemente verwendet. Hier wird in der Regel von einem Wälzkörperkäfig bzw. auch einer Wälzkörperkette gesprochen. Diese Konstruktion führt zu einer Reduzierung von Geräuschen, Vibrationen sowie einer Verschleißreduktion und ermöglicht einen komfortableren Umgang bei Instandhaltungstätigkeiten.

Je nach Schienengeometrie und Auswahl des Wälzkörpers entsteht an den Kontaktflächen der Laufbahn eine entsprechende Lastverteilung, welche sich auf die Tragfähigkeit und den Reibwiderstand auswirkt. Durch die relativ kleine Kontaktfläche zwischen Wälzkörper und Lauffläche der Führungsschiene ist der Reibkoeffizient im Vergleich zu Gleitführungen sehr gering, was ein sehr geringes Anlaufmoment verlangt und weniger Reibwärme entstehen lässt.

Trotz des Eigengewichtes haben sich wälzgelagerte Systeme beim Transport von höheren Lasten bei hoher Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit bewährt. Wird eine hohe Präzision von der Profilschienenführung gefordert, so kann über eine entsprechend hohe Vorspannung die erforderliche Steifigkeit des Führungssystems erreicht werden. Eine Profilschienenführung mit geringer Vorspannung zeichnet sich vor allem durch Leichtgängigkeit und geringeren Verschleiß einhergehend mit geringerer Präzision aus.

Der Einsatz in sensiblen Bereichen der Medizintechnik, Pharmaindustrie und Elektronikverarbeitung sowie ein Einsatz in einer sauberen Industrieumgebung und Reinraumtechnik stellt hohe Anforderungen an die Abdichtung und die Schmierung von Linearführungen. Hier stehen Ausführungen mit spezieller Dichtung, Abdeckungen, sowie Schmiermöglichkeiten zur Verfügung.

Um die Profilschienenführung vor Schmutz und eindringenden Partikeln zu schützen, können allseitig Dichtungen und Abstreifer vorgesehen werden. Je nach Dichtmaterial und Anbaukonzept wirkt sich eine hohe Dichtheit auch als Widerstand auf den Laufflächen aus. Eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung sind in jeden Fall notwendig. Ebenso ist eine angemessene Schmierung zur Vermeidung von Korrosion und für die Reduzierung von Reibung und Verschleiß unerlässlich.

Die Auswahl des richtigen Schmierstoffes spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Durch das Umlaufprinzip werden alle Wälzkörper gleichmäßig belastet und der eingebrachte Schmierstoff kann sich gleichmäßig verteilen. Entsprechend dem jeweiligen Einsatzgebiet der Profilschienenführung können die Profilschiene und auch der Führungswagen beschichtet werden. Die Wälzkörper werden in aller Regel nicht beschichtet. Sie werden durch die regelmäßige Schmierung vor Korrosion geschützt.

Gleitführungen sind neben den Wälzlagern im klassischen Maschinenbau und im Sondermaschinenbau die am häufigsten eingesetzte Lagerungsart. Gleitlager sind einfach aufgebaut und besitzen keine beweglichen Teile, dadurch haben sie nur ein sehr geringes Eigengewicht, welches während dem Verfahren mit beschleunigt werden muss.

Bei gleitgelagerten Führungen werden die Gleitflächen aus speziellen Werkstoffen gefertigt, durch eine geeignete Beschichtung behandelt und falls notwendig geeignete Schmiermittel eingesetzt, um eine möglichst geringe Gleitreibung zu erzielen. Auch ist es möglich in den Materialien der Gleitführung ein trockenes Schmiermittel einzulagern, was eine fettfreie und ölfreie Schmierung möglich macht. Diese Art der Schmierung verringert das Verschmutzungsaufkommen der Gleitführung. Anhaftende Schmutzpartikel werden über die Gleitlagerbuchse von der Führungsschiene geschoben. Im Vergleich zu Wälzlagern haben Gleitlager eine relativ große Kontaktfläche zwischen Gleitkörper und Lauffläche was sie widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse wie Vibrationen und Stöße macht. Neben einer sehr guten Schwingungsdämpfung zeichnen sie sich häufig durch gute Notlaufeigenschaften aus.

Ein großer Vorteil von Gleitführungen ist das geringe Eigengewicht wodurch beim Transport von geringeren Lasten extrem hohe Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit möglich sind. Ein weiterer Vorteil ist die geringe, über den Verfahrweg gleichbleibende, Geräuschemission.

Wartung und Schmierung von Profilschienenführungen

Durch ein intelligentes Schmierkonzept ist es möglich, die Lebensdauer zu erhöhen, die Wartungsintervalle auf ein Minimum zu reduzieren und die Instandhaltungskosten gering zu halten.

Um Reibung und Verschleiß zu verringern, müssen Linearführungen, wie auch Profilschienenführungen, regelmäßig geschmiert werden. Das Schmierintervall ist je nach Anwendungsfall und Umgebungsbedingung unterschiedlich.

Es sollte nicht zu viel Schmiermittel in die Linearführung eingebracht werden, da eine zu hohe Menge Schmiermittel zu einem erhöhten Widerstand und zu Beschädigungen führen kann.

Es ist zu empfehlen, die Schmierleistung anfänglich in kürzeren Intervallen zu prüfen und diese nach und nach an die vorhandenen Betriebsbedingungen anzupassen.

Bei kleineren Profilschienenführungen, wie z.B.: die Miniatur-Linearführungen, kann die Linearführungen über die Linearschiene geschmiert werden. Hierfür kann das Schmiermittel auf die Laufflächen der Linearschiene aufgetragen werden. Größere Linearführungen haben oft Führungsschlitten mit einem Schmieranschluss, um den Schmierstoff an die gewünschten Stellen zu führen.

Es gibt verschiedene Schmierstoffe und Schmierarten die bei Linearführungen eingesetzt werden können. Ob eine Ölschmierung oder eine Fettschmierung sinnvoll ist, ist von der Bauart der Lagerung, den Anforderungen und den Einsatzbedingungen abhängig. Die Schmierung kann über verschiedene Arten erfolgen.

Bei einer manuellen Schmierung wird der Schmierstoff von Hand über Pinsel, Ölkanne oder über Fettpressen den Schmierstellen zugeführt. Bei einer Lebensdauerschmierung sind die Materialien schon ab Werk mit Schmierstoff versehen, welcher für die Lebensdauer der Lagerung ausreichend ist. Um ein vorzeitiges Entweichen oder Verschmutzen des Schmiermittels zu verhindern sind die Schmierstellen durch Dichtungen und Abdeckungen gesichert.

Neben der Schmierung ist es natürlich wichtig den Zustand der Linearführung durch eine regelmäßige Inspektion und Wartung zu überwachen.

Dazu gehört die zyklische Sichtprüfung der Komponenten und der Profilschiene auf Verschleißerscheinungen, Abrieb und Verunreinigungen. Auch regelmäßiges Reinigen der Führungsbahnen und ggf. weitere dem Wartungsplan der Montageanleitung zu entnehmende Tätigkeiten sind durchzuführen.

Nutzungsdauer von Linearführungen

Um die Nutzungsdauer zu bestimmen ist es notwendig die Betriebsbedingungen und Traglasten festzulegen. Diese ist nicht nur von der anliegenden Last, dem Anfahrmoment und der Schmierung abhängig, sondern noch von vielen weiteren Einflussgrößen.

Nach Ermittlung der zulässigen Traglast kann die Nutzungsdauer einer Profilschienenführung je nach Anwendungsfall rechnerisch ermittelt werden.

In den folgenden Links finden Sie Informationen, die für die Berechnung der Nutzungsdauer einer Linearführungen und Auslegung von Profilschienenführungen benötigt werden.

Link zur Berechnung Teil 1

Link zur Berechnung Teil 2

Berechnungstool

Alternativen zu Profilschienenführung

Schwalbenschwanzführungen sind eine mögliche Alternative zu Profilschienenführungen, insbesondere in Anwendungen, bei denen hohe Belastbarkeit, Stabilität und Präzision erforderlich sind.

Schwalbenschwanzführungen bestehen aus einem trapezförmigen Aussparung und einer passenden Führungsbahn. Der Schlitten hat einen Schwalbenschwanz, der in die Führungsbahn passt. Dieser Aufbau bietet eine stabile und reibungsarme Führung. Schwalbenschwanzführungen sind in der Regel für hohe Belastungen ausgelegt und können schwere Werkstücke tragen. Sie bieten eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit, was sie für Anwendungen mit engen Toleranzen eignet.