Vorspannungsstufen der Linearführung: Leicht, mittel und schwer im Vergleich

Die Vorspannung der Linearführung ist eine interne Last, die zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen wirkt, bevor die Führung eine externe Arbeitslast trägt. Es verringert oder beseitigt das Innenspiel, hält die Kugeln oder Rollen in Kontakt mit den Laufbahnen und erhöht die Steifigkeit des Schlittens.

Vorspannung wird üblicherweise als Spiel, leichte Vorspannung, leichte Vorspannung, mittlere Vorspannung oder starke Vorspannung beschrieben. Diese Namen und ihre entsprechenden Werte sind jedoch nicht universell. Eine „mittlere Vorspannung“ einer Linearführungsserie entspricht möglicherweise nicht der gleichen Klasse eines anderen Herstellers.

Die richtige Vorspannungsstufe ist die niedrigste Stufe, die unter der tatsächlichen Belastung die erforderliche Steifigkeit und Bewegungsstabilität bietet. Die Wahl einer höheren Vorspannung als nötig erhöht die Reibung, die Wärme, die Antriebskraft und die Empfindlichkeit gegenüber Installationsfehlern, ohne automatisch die Positionierungsgenauigkeit oder Belastbarkeit zu verbessern.

So wird die Vorspannung erstellt

Bei einer Kugelprofilschienenführung wird die Vorspannung im Allgemeinen dadurch erzeugt, dass Kugeln ausgewählt werden, die etwas größer sind als der verfügbare Raum zwischen der Schiene und den Laufbahnen des Schlittens. Die Kugeln bleiben an den Kontaktpunkten bereits vor einer äußeren Belastung elastisch komprimiert.

Eine Rollenlinearführung nutzt das gleiche Grundprinzip, allerdings sind die Wälzkörper Rollen und keine Kugeln. Da Rollenführungen unterschiedliche Kontaktgeometrien und Steifigkeitseigenschaften aufweisen, sollten ihre Vorspannungsklassen nicht direkt mit denen von Kugelführungen verglichen werden.

Hersteller können die Vorspannung als Klassencode, als Spielbereich oder als ungefähren Prozentsatz der dynamischen Tragzahl der Führung angeben. Verwenden Sie immer die technischen Daten der ausgewählten Serie, anstatt für jede Anleitung einen allgemeinen Prozentsatz anzugeben.

Vergleich der Vorspannungsniveaus

Diese Tabelle zeigt eher allgemeine Tendenzen als universelle Spezifikationen. Die tatsächliche Vorspannkraft, der zulässige Installationsfehler und der Bewegungswiderstand müssen anhand der ausgewählten Führungsserie bestätigt werden.

Abstand oder nahezu-Null-Vorspannung

Ein Wagen vom Typ Spiel-hat ein kleines positives Innenspiel, während ein Wagen mit einem Spiel von nahezu -Null- so montiert ist, dass das Spiel minimiert wird, ohne dass eine nennenswerte Vorspannung aufgebracht werden muss. Diese Konfigurationen erzeugen einen relativ geringen Bewegungswiderstand und reagieren weniger empfindlich auf geringfügige Montageabweichungen.

Sie können geeignet sein, wenn:

• Geringe Reibung ist wichtiger als maximale Steifigkeit
• Äußere Belastungen und Kippmomente sind begrenzt
• Die Führung dient hauptsächlich dem Transport und nicht der Präzisionsbearbeitung
• Die Montagebasis kann nicht die Genauigkeit erreichen, die ein vorgespanntes System erfordert
• Es wird eine manuelle Bewegung oder ein Antrieb mit geringer-Leistung verwendet

Eine Freigabe sollte nicht automatisch als Mangel behandelt werden. Eine kontrollierte Freiraumklasse kann für allgemeine Fördergeräte, Schutztüren, Einstellmechanismen und andere Systeme geeignet sein, die keinen hohen Widerstand gegen Durchbiegung erfordern.

Leichte Vorspannung

Eine leichte Vorspannung beseitigt das interne Spiel und hält gleichzeitig den Bewegungswiderstand relativ gering. Es ist oft ein praktischer Ausgangspunkt für Automatisierungsgeräte, die eine stabile Positionierung, reibungslose Bewegung und mäßige Steifigkeit erfordern.

Typische Auswahlbedingungen sind:

• Leichte oder mittelschwere Belastungen
• Relativ hohe Fahrgeschwindigkeit
• Häufiges Beschleunigen und Abbremsen
• Geringe Vibrationsanforderungen
• Begrenzte Schnitt- oder Prozesskraft
• Präzise bearbeitete, aber nicht besonders steife Montagestrukturen

Leichte Vorspannung kann in Inspektionsplattformen, Ausgabegeräten, Montagemaschinen, Verpackungssystemen und Bestückungsachsen verwendet werden. Der Anwendungsname allein bestimmt nicht die Vorlast; Schlittenabstand, Lastposition und Momentbelastung müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Mittlere Vorspannung

Eine mittlere Vorspannung führt zu einer größeren inneren Kontaktkraft und einer höheren Schlittensteifigkeit. Sie wird häufig gewählt, wenn die Führung wechselnden äußeren Kräften, Vibrationen oder Verschiebungen aufgrund einer Querlast standhalten muss.

Es kann geeignet sein für:

• CNC-Vorschubachsen, die Bearbeitungskräften ausgesetzt sind
• Automatisierungsplattformen, die versetzte Lasten tragen
• Ausrüstung mit häufigen Richtungswechseln
• Anwendungen, die eine geringere elastische Durchbiegung erfordern
• Systeme, die mäßigen Vibrationen oder Stößen ausgesetzt sind

Der Maschinenfuß und die Montageschultern müssen ausreichend genau und steif sein. Andernfalls kann eine Schienenfehlausrichtung zu einer unbeabsichtigten internen Belastung zusätzlich zur angegebenen Vorspannung führen.

Starke Vorspannung

Eine hohe Vorspannung ist für Anwendungen gedacht, bei denen eine hohe Steifigkeit und eine minimale elastische Verschiebung unerlässlich sind. Es entsteht eine erhebliche innere Last, bevor die Führung die äußere Arbeitslast der Maschine trägt.

Diese Stufe sollte nicht allein deshalb gewählt werden, weil die Maschine eine schwere Last trägt. Eine größere Führungsgröße, ein größerer Schienenabstand, zusätzliche Schlitten oder eine Rollenführung können eine bessere Lösung darstellen, als eine übermäßige Vorspannung auf eine kleinere Kugelführung anzuwenden.

Eine starke Vorspannung kann in Betracht gezogen werden, wenn:

• Bei wechselnder Belastung ist eine sehr geringe Durchbiegung erforderlich
• Die Maschinenstruktur und die Montageflächen sind präzisionsgefertigt
• Das Antriebssystem kann den höheren Widerstand überwinden
• Betriebstemperatur und Schmierung können gesteuert werden
• Die Vorspannung fließt in die Belastungs- und Lebensdauerberechnung ein

Eine hohe Vorlast ist nicht automatisch ideal für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Bei höherer Geschwindigkeit kann ein erhöhter Innenwiderstand zu einem zusätzlichen Wärme- und Antriebskraftbedarf führen. Die zulässige Geschwindigkeits- und Vorspannungskombination muss für die jeweilige Führung überprüft werden.

Vorspannung und Steifigkeit

Die Steifigkeit beschreibt, wie stark sich ein Wagen unter einer aufgebrachten Last durchbiegt. Wenn eine Führung ein Innenspiel aufweist, kann ein Teil der anfänglichen Verschiebung auftreten, während die Wälzkörper in vollständigen Kontakt mit den Laufbahnen gelangen. Die Vorspannung stellt den Kontakt im Voraus her und reduziert diese anfängliche Bewegung.

Der Vorteil ist besonders wichtig, wenn der Arbeitspunkt weit über oder außerhalb des Schlittenmusters liegt. Eine kleine Verschiebung an der Führung kann zu einer größeren Positionsänderung am Ende eines freihängenden Werkzeugs, Roboterarms oder Prüfsensors führen.

Die Vorspannung verbessert die Steifigkeit des Schlittens, aber die Systemsteifigkeit hängt auch ab von:

• Schienengröße und Querschnitt-
• Kugel- oder Rollenkontaktgeometrie
• Anzahl und Abstand der Wagen
• Abstand zwischen parallelen Schienen
• Steifigkeit der Maschinenbasis und der Montageplatte-
• Schraubverbindung und Montage-Oberflächengenauigkeit

Eine zunehmende Vorspannung kann eine flexible Maschinenbasis, einen unzureichenden Schlittenabstand oder eine falsch dimensionierte Führung nicht ausgleichen.

Die Vorspannung erhöht die Tragzahl nicht

Die Vorspannung kann dazu führen, dass sich eine Führung unter Last stabiler anfühlt, sie erhöht jedoch nicht die vom Hersteller veröffentlichte dynamische oder statische Belastbarkeit. Die Nennkapazität der Führung wird durch ihre Wälzkörper, Laufbahnen, Kontaktgeometrie, Material und Abmessungen bestimmt.

Die Vorspannung selbst ist eine interne Last. Bei der Überprüfung der Lebensdauer und der statischen Sicherheit müssen sie zusammen mit externen Radiallasten, Umkehrlasten sowie Roll-, Nick- und Giermomenten berücksichtigt werden.

Wenn die ausgewählte Führung nicht die erforderliche Tragfähigkeit erfüllt, besteht die Lösung normalerweise darin, die Führungsgröße, den Schlittentyp, die Schlittenanzahl oder die Führungsanordnung zu ändern-und nicht einfach eine stärkere Vorspannung auszuwählen.

Vorspannung vs. Genauigkeitsgrad

Vorspannungsklasse und Genauigkeitsgrad beschreiben unterschiedliche Eigenschaften.

Wenn Sie beispielsweise einen DLY H-- oder P--Genauigkeitsleitfaden auswählen, wird die Vorlast nicht allein angegeben. Die erforderliche Genauigkeit und Vorspannung sollten entsprechend den Positionierungs- und Steifigkeitsanforderungen der Maschine separat bestätigt werden.

Eine ausführlichere Erläuterung der Führungsgenauigkeit finden Sie unterSo wählen Sie eine Genauigkeitsklasse für Linearführungen aus.

Vorspannung der Kugelführung im Vergleich zur Rollenführung

Kugel--- und Rollen--Linearführungen reagieren unterschiedlich auf die Vorspannung, da ihre Kontaktstrukturen unterschiedlich sind.

Die DLY HD-Serie verwendet Umlaufkugeln für schwere allgemeine Bewegungen, während die DLY RD-Serie Rollen für Anwendungen verwendet, die eine höhere Steifigkeit und geringere Verformung erfordern. Eine stark vorgespannte HD-Führung sollte nicht automatisch einer RD-Rollenführung gleichgesetzt werden.

Wenn eine sehr hohe Steifigkeit erforderlich ist, vergleichen Sie die kompletteLinearführungsoptionen für schwere-Lastenanstatt nur die Vorspannung auszuwählen.

Die Installation wird wichtiger

Ein Schlitten mit Spiel kann eine kleine Schienen- oder Montageabweichung ausgleichen, bevor starke interne Zwänge entstehen. Ein vorgespannter Schlitten verfügt über viel weniger Bewegungsfreiheit, sodass derselbe Installationsfehler zu einer größeren unerwünschten internen Belastung führen kann.

Wichtige Installationsfaktoren sind:

• Ebenheit jeder Schienenmontagefläche
• Parallelität zwischen zwei Schienen
• Höhenunterschied zwischen parallelen Montageflächen
• Geradheit der Anschlagschulter
• Anzugsreihenfolge und Drehmoment der Schrauben-
• Steifigkeit der beweglichen Platte, die mehrere Schlitten verbindet

Wenn sich eine Führung reibungslos bewegt, bevor die bewegliche Platte festgezogen wird, danach aber schwer oder uneben wird, liegt das Problem möglicherweise eher an einer Montageverzerrung als an einer übermäßigen werkseitigen Vorspannung.

Detaillierte Montageprüfungen finden Sie inwie man Linearführungen installiert.

Zeigt an, dass die Vorspannung möglicherweise zu hoch ist

Ein hoher Bewegungswiderstand bedeutet nicht automatisch, dass die werkseitige Vorspannung zu hoch ist. Fehlausrichtung, Verschmutzung, beschädigte Dichtungen, ungeeignete Schmierung und ungleichmäßige Montage können ähnliche Symptome hervorrufen.

Mögliche Warnzeichen sind:

• Die Antriebskraft ist über den gesamten Hub höher als erwartet
• Während des Betriebs steigt die Wagentemperatur
• Nach der Montage wird die Bewegung deutlich schwerer
• Der Motorstrom ist auch bei geringer äußerer Belastung hoch
• Die Führung kann die erforderliche Beschleunigung nicht gleichmäßig erreichen
• Verschleißspuren entwickeln sich ungleichmäßig auf den Laufbahnen

Vergleichen Sie vor dem Ändern der Vorspannungsklasse den Widerstand der Führung vor und nach der Montage und prüfen Sie die Schienenausrichtung, Montageflächen, Schmierung und Dichtungen.

So wählen Sie die Vorspannungsstufe aus

Die Auswahl der Vorladung sollte mit dem erforderlichen Systemverhalten und nicht mit einer Anwendungsbezeichnung beginnen.

1. Berechnen Sie äußere Lasten und Momente.Berücksichtigen Sie die Lastposition, Beschleunigung, Prozesskraft sowie Roll-, Nick- und Giermomente.
2. Definieren Sie die zulässige Durchbiegung.Bestimmen Sie, wie viel Schlitten- und Systemverschiebung die Anwendung akzeptieren kann.
3. Überprüfen Sie zunächst die Größe und Anordnung der Führungen.Stellen Sie sicher, dass die Schienengröße, die Anzahl der Schlitten und der Abstand ausreichend Kapazität und Steifigkeit bieten.
4. Bewerten Sie Geschwindigkeit und Antriebskraft.Eine höhere Vorspannung erhöht den Widerstand, daher müssen Motor und Getriebe in der Lage sein, die Achse zuverlässig zu bewegen.
5. Montagegenauigkeit beurteilen.Geben Sie kein Vorspannungsniveau an, das die Maschinenbasis und der Montageprozess nicht unterstützen können.
6. Verwenden Sie die serienspezifische Preload-Tabelle.Bestätigen Sie den Vorspannungscode, den Kraftbereich und die Anwendungsbeschränkungen des Herstellers.

Leitfaden zur Anwendungsauswahl

Abschluss

Die Vorspannung der Linearführung beseitigt das interne Spiel und verbessert die Steifigkeit des Schlittens, aber jede Erhöhung der Vorspannung erhöht auch die interne Belastung, den Bewegungswiderstand und die Installationsempfindlichkeit.

Spiel oder leichte Vorspannung sind geeignet, wenn sanfte Bewegung und geringere Reibung Priorität haben. Eine mittlere Vorspannung wird häufig verwendet, wenn eine Achse wechselnden Kräften standhalten und elastische Verschiebungen begrenzen muss. Eine hohe Vorspannung sollte Anwendungen vorbehalten bleiben, die wirklich eine sehr hohe Steifigkeit erfordern und über die erforderliche Montagegenauigkeit, Antriebskapazität und Schmierungsbedingungen verfügen.

DLY liefert HD-Kugel-Typen, ED-Low-Typen, MD-Miniaturtypen und RD-Rollen-TypenLinearführungenmit H- und P-, SP- und UP-Genauigkeitsoptionen. Die erforderliche Vorspannung, Schienengröße, Schlittentyp und Genauigkeitsklasse sollten je nach Maschinenlast und Steifigkeitsanforderungen separat bestätigt werden.

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