Eine Linearführung ist ein Maschinenelement, das ein Bauteil entlang einer geraden Bahn führt und dabei Kräfte und Momente aufnimmt. Sie besteht aus einer Führungsschiene und einem darauf laufenden Führungswagen. Zwischen beiden sorgen Wälzkörper, Laufrollen oder Gleitflächen dafür, dass sich der Wagen mit geringer Reibung und hoher Genauigkeit bewegt. Linearführungen sind das zentrale Bauelement der Lineartechnik und stecken überall dort, wo Achsen verfahren, Lasten positioniert oder Werkzeuge geführt werden.
Diese Seite gibt einen Überblick über die Arten von Linearführungen, die Kriterien für die Auswahl und die Bauformen, die Franke entwickelt und fertigt.
Aufbau einer Linearführung
Jede Linearführung besteht aus zwei Hauptteilen: der Führungsschiene, die fest mit der Maschine verschraubt wird, und dem Führungswagen, der die bewegte Last trägt. Je nach Hersteller heißt der Wagen auch Laufwagen oder Kassette. Im Wagen sitzen die Elemente, die auf der Schiene abrollen oder gleiten: umlaufende Kugeln, Laufrollen oder Gleitbeläge. Dichtungen und Abstreifer halten Schmutz von den Laufflächen fern.
Wie Schiene und Wagen zusammenspielen, bestimmt die Eigenschaften der Linearführung: Tragfähigkeit, Steifigkeit, Geschwindigkeit, Laufruhe und Wartungsaufwand.
Arten von Linearführungen
Linearführungen lassen sich nach dem Funktionsprinzip zwischen Schiene und Wagen einteilen. Die vier wichtigsten Arten sind:
Kugelumlaufführungen
Bei der Profilschienenführung mit Kugelumlauf laufen Kugeln zwischen Schiene und Wagen ab und werden im Wagen ständig zurückgeführt. Kugelumlaufführungen sind meist aus Stahl gefertigt, erreichen hohe Führungsgenauigkeit und Steifigkeit und sind deshalb im Werkzeugmaschinenbau verbreitet. Sie werden geschmiert ausgeliefert und je nach Ausführung und Einsatz in Intervallen nachgeschmiert.
Rollenführungen
Bei einer Rollenführung rollen Laufrollen auf den Laufbahnen der Schiene ab. In den Rollen sitzen Wälzlager. Rollenführungen sind leichtgängig, für hohe Geschwindigkeiten geeignet und vergleichsweise unempfindlich gegen Schmutz. Weil Schienen und Wagen oft aus Aluminium bestehen, sind sie zudem leicht.
Gleitführungen
Gleitführungen kommen ohne Wälzkörper aus: Wagen und Schiene gleiten über Kunststoff oder Metallflächen aufeinander. Sie sind einfach, robust und unempfindlich gegen Schmutz, Ausführungen mit Kunststoffgleitern arbeiten oft ohne Schmierung. Dafür ist die Reibung höher als bei Wälzkörpern. Geschmierte Gleitführungen können zudem zum Ruckgleiten neigen (Stick Slip), was die Positioniergenauigkeit beeinträchtigt.
Wellenführungen
Bei der Wellenführung läuft ein Linearkugellager auf einer runden, gehärteten Welle. Wellenführungen sind kostengünstig und einfach zu montieren. Weil sich eine Welle unter Querlast durchbiegen kann, ist die Steifigkeit geringer als bei Profilschienenführungen. Bei längeren Hüben werden deshalb unterstützte Wellen eingesetzt, gegen Verdrehen meist zwei parallele Wellen.
Linearführungen im Vergleich
| Art | Funktionsprinzip | Stärken | Grenzen |
|---|---|---|---|
| Kugelumlaufführung | Kugeln laufen im Wagen um | hohe Genauigkeit, hohe Steifigkeit | Schmierung erforderlich, höheres Gewicht |
| Rollenführung | Laufrollen rollen auf der Schiene ab | hohe Geschwindigkeit, geringes Gewicht, unempfindlich gegen Schmutz | für sehr hohe Lasten größere Baugrößen nötig |
| Gleitführung | Gleitflächen aus Kunststoff oder Metall | robust, unempfindlich gegen Schmutz, oft schmierfrei | höhere Reibung, Ruckgleiten möglich |
| Wellenführung | Linearkugellager auf Rundwelle | einfache Montage, günstig | Durchbiegung der Welle, geringere Steifigkeit |
Die passende Linearführung auswählen
Welche Linearführung zu einer Anwendung passt, hängt von diesen Faktoren ab:
- Belastung: Größe und Richtung der Kräfte sowie Momente um alle drei Achsen.
- Geschwindigkeit und Beschleunigung: Bei hoher Dynamik zählen geringe bewegte Masse und leichtgängige Wälzkörper.
- Genauigkeit und Steifigkeit: Geforderte Positioniergenauigkeit und zulässige Verformung unter Last.
- Hub und Bauraum: Schienenlänge, Einbauhöhe und verfügbare Breite.
- Umgebung: Schmutz, Feuchtigkeit, Reinraum, Lebensmittelbereich, Vakuum oder Magnetfelder. Hier entscheiden Werkstoff, Dichtung und Schmierung.
- Werkstoff und Gewicht: Eine Aluminiumführung passt zu Konstruktionen aus Aluminium und spart Gewicht.
- Wartung: Ob nachgeschmiert werden muss oder die Linearführung wartungsfrei arbeitet.
Das Franke Prinzip bei Linearführungen
Franke überträgt das Prinzip des Drahtwälzlagers auf lineare Bewegungen: In die Profile aus Aluminium sind Laufbahnen aus Draht eingelegt, auf denen große Laufrollen abrollen. Die eingelegten Laufbahnen sorgen für die Belastbarkeit, die übrige Konstruktion kann aus leichtem Aluminium bestehen. Mehr dazu auf der Seite Das Franke Prinzip bei Linearführungen.
- Wartungsfrei: Die Nadellager oder Kugellager in den Laufrollen sind lebensdauergeschmiert.
- Leise: Franke Linearführungen laufen mit einem leisen, gleichmäßigen Rauschen und eignen sich für geräuschsensible Anwendungen.
- Homogen mit Aluminium: Schienen und Laufwagen bestehen aus Aluminium. In Aluminiumkonstruktionen sind temperaturbedingte Verwindungen dadurch ausgeschlossen.
- Patentierte Führung: Die Laufrollen haben eine an die Drahtlaufbahnen angepasste Nut. Sie verhindert, dass sich die Rollen auf ihren Bolzen verschieben und am Gehäuse reiben.
Bauformen
- Profilschiene mit Laufwagen: besteht nur aus zwei Baugruppen, der Profilschiene und dem darauf laufenden Führungswagen. Ein breiteres Profil stabilisiert die Basis, siehe auch Doppelschiene.
- Profilschienenpaar mit Rollenschuhpaar: Die Führungsbreite ist über den Abstand der beiden Schienen frei wählbar. Die Rollenschuhe werden direkt mit der Anschlusskonstruktion verschraubt, eine Laufwagenplatte ist nicht nötig. Siehe auch Einzelschienenpaar.
Typen für unterschiedliche Einsatzbedingungen
- Typ FDA mit Laufwagen: Standard, leise und leichtlaufend, aus Aluminium mit wartungsfreien, abgedichteten nadelgelagerten Laufrollen
- Typ FDB mit Laufwagen: Low Cost mit kugelgelagerten Laufrollen, kostengünstig und für nahezu alle Branchen geeignet
- Typ FDC mit Laufwagen: korrosionsbeständig, leise und leichtlaufend für anspruchsvolle Umgebungen
- Typ FDD mit Laufwagen: amagnetisch, etwa für Medizintechnik und Elektronikfertigung
- Typ FDE mit Laufwagen: schmierstofffrei, für Lebensmittelherstellung und Reinräume
- Typ FDG mit Laufwagen: Laufbahnen aus Niro und kugelgelagerte Laufrollen, unempfindlich und wirtschaftlich
- Typ FDH mit Laufwagen: hochdynamisch mit Schrägkugellagern für höchste Beschleunigung und Geschwindigkeit, etwa bei Pick and Place
- Typ FDI mit Laufwagen: vakuumtauglich, mit Schmierstoffen und Werkstoffen gegen Ausgasung im Hochvakuum
Passendes Zubehör sind zum Beispiel Kassetten mit Klemmung. Alle Produkte im Überblick: Produktübersicht Linearführungen
Standardführung oder individuelle Linearführung?
Für viele Anwendungen findet sich die passende Linearführung im Standardprogramm. Wenn Bauraum, Gewicht, Profilform oder Werkstoff besondere Anforderungen stellen, passt Franke Schienenprofile und Laufwagen individuell an. Beispiele zeigen die Seiten Individuelle Linearführungen und Linearführungen im Leichtbau.
Einsatzbereiche von Linearführungen
Franke Linearführungen werden unter anderem eingesetzt in Maschinenbau, Medizintechnik, Verpackung, Apparatebau und Gerätebau, Robotik und Handling, Forschung und Entwicklung, Fahrzeugbau, Energiegewinnung und Automatisierungstechnik. Beispiele zeigt die Übersicht Anwendungen für Linearführungen.
Häufige Fragen zu Linearführungen
Was ist eine Linearführung?
Eine Linearführung ist ein Maschinenelement, das ein Bauteil entlang einer geraden Bahn führt. Sie besteht aus einer Führungsschiene und einem Führungswagen, zwischen denen Kugeln, Laufrollen oder Gleitflächen für eine reibungsarme und genaue Bewegung sorgen.
Welche Arten von Linearführungen gibt es?
Die wichtigsten Arten sind Kugelumlaufführungen, Rollenführungen, Gleitführungen und Wellenführungen. Sie unterscheiden sich im Funktionsprinzip zwischen Schiene und Wagen und damit in Tragfähigkeit, Geschwindigkeit, Laufruhe und Wartungsaufwand.
Was ist der Unterschied zwischen Rollenführung und Kugelumlaufführung?
Bei einer Kugelumlaufführung laufen Kugeln im Wagen um, das ergibt hohe Genauigkeit und Steifigkeit, erfordert aber Schmierung. Bei einer Rollenführung rollen Laufrollen auf der Schiene ab. Rollenführungen sind leichtgängig, leicht und eignen sich für hohe Geschwindigkeiten.
Sind Linearführungen wartungsfrei?
Das hängt von der Bauart ab. Kugelumlaufführungen werden je nach Ausführung und Einsatz in Intervallen nachgeschmiert. Bei Franke Linearführungen sind die Wälzlager in den Laufrollen lebensdauergeschmiert, sie arbeiten daher wartungsfrei.
Wie wähle ich die passende Linearführung aus?
Entscheidend sind Belastung und Momente, Geschwindigkeit und Beschleunigung, geforderte Genauigkeit, Hub und Bauraum sowie Umgebungsbedingungen wie Schmutz, Reinraum oder Vakuum. Bei besonderen Anforderungen hilft die Beratung durch Franke.
Weitere Begriffe im Franke-Glossar: Führungswagen | Rollenführung | Lineartechnik | Aluminiumführung
Franke fertigt Linearführungen auch individuell nach Ihren Vorgaben: Individuelle Linearführungen