Linearkugel- und Lineargleitlager im Vergleich

Gleiten oder Rollen?

In der Lineartechnik wird gemäß dem Wirkprinzip zwischen zwei Arten von Lagerungen unterschieden: den Gleit- und den Wälzlagern. Beide Seiten haben ganz klar ihre Berechtigung, können sie doch je nach Anforderungen unterschiedliche Vorteile ausspielen. Einer auf Gleitlagerseite: Durch moderne Kunststoffe ist es möglich, komplett auf Schmierung zu verzichten, was in einigen Anwendungen Mehrwert bringt.

 (Bild: Igus GmbH)

(Bild: Igus GmbH)

Die neue Zahnriemenachse von Igus erledigt einfache Positionier- und Verstellaufgaben effizient und kostengünstig. Die Schlitten und Traversen sind im Spritzgussverfahren hergestellt – das ist besonders bei großen Serien günstiger als die zeitaufwendigere Herstellung von Metallbauteilen durch maschinelles Fräsen. Ein weiterer Kostenfaktor sind die Gleitlager des Laufschlittens, die aus Kunststoffen gefertigt sind. Die Einstiegsserie drylin ZLW Eco umfasst die zwei Baugrößen. Basis ist jeweils ein anodisiertes drylin-W-Hochprofil aus klar eloxiertem Aluminium. An den Enden des Profils befinden sich Traversen aus Kunststoff für die Antriebstechnik. Zwischen den Traversen ist ein Neoprenzahnriemen gespannt, der einen Vollkunststoffschlitten mit einer Positioniergenauigkeit von 0,3mm vor- und zurückfährt. Die Hublängen können vom Anwender individuell bestimmt werden. Durch die Leichtbauweise wiegen die Zahnriemenachsen nur 0,3 und 0,7kg und können Lasten bis zu 3 bzw. 10kg bewegen. Passende Motorkits sind optional erhältlich.

Historisch betrachtet sind Gleitlager die einfachste und älteste Form der Lagerung. Doch mit der Industrialisierung gewannen Gleitlager und Wälzlager aus Metall zunehmend an Bedeutung. Der Flächenkontakt wurde zum Punktkontakt, weil sich so die Reibung und damit nicht nur die notwendige Antriebskraft reduzieren ließ, sondern auch die Wärmeentwicklung. Auch der Verschleiß und der Bedarf an Schmiermitteln waren im Vergleich zu Gleitlagern geringer.

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Gleiten versus Rollen: Eine höhere Kontaktfläche verteilt die Kraft und lässt den Einsatz ungehärteter Gegenlaufpartner zu. (Bild: Igus GmbH)

Wälzkörper und -lager

Elementarer Bestandteil aller Wälzlager sind die sogenannten Wälzkörper, in dem häufigsten Fällen Kugeln aus Stahl. Bei Linearkugellagern werden die Wälzkörper in einer Kugelreihe in einem axialen Umlauf bewegt. Die Lastaufnahme erfolgt beim linearen Umlauf immer über die innere Kugelführungsreihe, während die äußere entgegen der Bewegung entlastet zurückgeführt wird. Es gilt die Regel, dass, je mehr Kugeln eingesetzt werden, sich die Belastbarkeit erhöht, damit aber auch Reibung und Verschleiß. Der gegenseitige Kontakt der Kugeln erfordert eine permanente Schmierung der Kugellager. Sie sind deshalb wartungsanfällig und empfindlich gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit, weshalb sie oft mit Deck- und Dichtscheiben ausgestattet werden. Der innere Aufbau aus Kugeln und Käfig verursacht außerdem eine Anfälligkeit gegen Stöße und Schwingungen. Folglich ist der Lauf mitunter weder vibrations- noch geräuscharm. Auch die mögliche Laufgeschwindigkeit wird durch die Massenträgheit der Kugeln begrenzt. Insgesamt waren Kugellager aber eine bedeutende technische Neuerung, die lange alternativlos blieben. Durch moderne Werkstoffkunde und neu entwickelte Kunststoffe können Gleitlager in vielen Applikationen aber wieder gleichziehen, sei es z.B. durch hohe Laufleistung oder Wartungsfreiheit.

BU (Bild: Igus GmbH)

 (Bild: Igus GmbH)

Potenzial von Kunststoff

Moderne Kunststoffe erlauben inzwischen die Herstellung von Polymergleitlagern, die gänzlich ohne Schmierung auskommen. Gleitelemente und Gegenlaufpartner weisen dabei gute Verschleiß- und Reibwerteigenschaften auf. Im Gegensatz zu Metalllagern, die korrosionsanfälllig sind und deshalb gerade im Außeneinsatz ständig geölt oder gefettet werden müssen, sind Kunststofflager vielseitiger verwendbar. Sie sind gegen Feuchtigkeit wie Hitze gleichermaßen widerstandsfähig. Kostspielige Stillstandszeiten durch Wartung oder Ausfall der Maschinen entfallen. Exemplarisch kann der technische Vorteil der Polymergleitlager (auch Gleitbuchsen genannt) gegenüber den Kugellagern (Kugelbuchsen) im Bereich der Linear- und Antriebstechnik nachgewiesen werden. Durch die größere Kontaktfläche und geringere Flächenpressung können auch weichere Wellen- oder Achsenwerkstoffe (z.B. Aluminium oder Kohlefaser) eingesetzt werden, was unter anderem eine Gewichtsreduzierung ermöglicht. Weil kein mechanisches Abrollen harter Reibungspartner und keine Kollision der Wälzkörper erfolgt, erzeugt das Gleiten weniger Geräusche oder Vibrationen. Auch das Aneinanderreihen von Führungsschienen, um größere Hublängen zu ermöglichen, ist mit Lineargleitlagern weitaus einfacher, weil die entstehenden Nuten von Gleitelementen besser überfahren werden können als von Kugeln. Ein materialbedingter Wälzlager-Nachteil besteht in der Begrenzung der zulässigen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Die Maximalwerte sind limitiert, gerade bei geringen Lasten. Polymere Gleitbuchsen können hingegen mit hohen Gleitgeschwindigkeiten und Beschleunigungen aufwarten und in vielen Anwendungen die Taktzahlen erhöhen. Der wichtigste Trumpf besteht aber in der höheren Lebensdauer, die sich über Tools berechnen lässt. In den letzten Jahren gab es auch große Fortschritte in puncto Präzision und Reibwerten.

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