Ein Linearsystem ist eine Baugruppe, die eine Last entlang einer geraden Achse bewegt und positioniert. Anders als eine einzelne Linearführung, die nur führt, umfasst ein Linearsystem alle Komponenten, die für eine kontrollierte Bewegung nötig sind: Führung, Antrieb, Sensorik und Steuerung. Je nach Hersteller und Ausführung spricht man auch von Linearachse, Linearmodul oder Lineareinheit.
Linearsysteme stecken in Verpackungsmaschinen, Handhabungsanlagen, Medizingeräten und Messsystemen. Überall dort, wo ein Werkzeug, ein Sensor oder ein Bauteil an eine bestimmte Position gefahren werden soll, arbeitet ein Linearsystem.
Aufbau eines Linearsystems
- Führung: Sie trägt die Last, nimmt Kräfte und Momente auf und gibt die Bewegungsrichtung vor. Meist ist das eine Linearführung aus Führungsschiene und Führungswagen.
- Antrieb: Er erzeugt die Bewegung, zum Beispiel über einen Zahnriemen, eine Gewindespindel, eine Zahnstange oder einen Linearmotor.
- Sensorik:Endschalter begrenzen den Verfahrweg, Wegmesssysteme melden die Position an die Steuerung.
- Steuerung: Sie gibt Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung vor und regelt den Antrieb.
- Tragstruktur: Profile oder Grundplatten nehmen Führung und Antrieb auf und verbinden das Linearsystem mit der Maschine.
Antriebsarten im Überblick
Welcher Antrieb passt, hängt vor allem von Hub, Geschwindigkeit, Kraft und Genauigkeit ab:
| Antrieb | Stärken | Grenzen |
|---|---|---|
| Zahnriemen | hohe Geschwindigkeiten, lange Verfahrwege | mittlere Genauigkeit und Kräfte |
| Kugelgewindetrieb (Spindel) | hohe Genauigkeit, präzise Kraftübertragung | für sehr lange Verfahrwege wenig geeignet |
| Zahnstange | lange Verfahrwege, hohe Lasten | moderate Geschwindigkeit |
| Linearmotor | Kraftübertragung ohne mechanische Zwischenglieder, hohe Dynamik | in der Regel höhere Kosten |
Wie eng Führung und Antrieb zusammenwirken können, zeigt das Anwendungsbeispiel Wasserstrahlschneidegerät: Dort ist ein Linearmotor direkt in das Schienenprofil der Franke Linearführung integriert und bewegt den Schneidkopf exakt.
Ein Linearsystem auslegen: sechs Schritte
- Lastfall bestimmen: Gewicht der bewegten Teile, Bearbeitungskräfte und Momente um alle drei Achsen.
- Hub und Bauraum festlegen: Verfahrweg, Einbauhöhe und verfügbare Breite. Bei großen Breiten bietet sich ein Profilschienenpaar mit Rollenschuhpaar an, weil die Führungsbreite frei wählbar ist.
- Dynamik klären: Geschwindigkeit, Beschleunigung und Taktzeit. Für hohe Dynamik ist die Linearführung Typ FDH mit Laufwagen mit Schrägkugellagern ausgelegt.
- Umgebung prüfen: Feuchtigkeit (Typ FDC mit Laufwagen), Magnetfelder (Typ FDD mit Laufwagen), Lebensmittelbereich und Reinraum (Typ FDE mit Laufwagen) oder Vakuum (Typ FDI mit Laufwagen).
- Antrieb wählen: passend zu Hub, Kraft und Genauigkeit, siehe Tabelle oben.
- Sensorik und Zubehör ergänzen: Endschalter für die Endlagen, Kassetten mit Klemmung zum Arretieren von Positionen, Metallräumer gegen groben Schmutz und Abdeckkappen für die Bohrungen der Schiene.
Die Führung als Basis des Linearsystems
Die Linearführung bestimmt, wie viel Last ein Linearsystem trägt, wie genau und leise es läuft und wie viel Wartung es braucht. Franke liefert diese Basis: Linearführungen aus Aluminium mit eingelegten Laufbahnen aus Draht und großen Laufrollen. Die Wälzlager in den Laufrollen sind lebensdauergeschmiert, die Führung arbeitet wartungsfrei. Mehr dazu unter Das Franke Prinzip bei Linearführungen.
Weil Schienen und Laufwagen aus Aluminium bestehen, passen sie besonders gut in Linearsysteme mit Aluminiumprofilen: Temperaturbedingte Verwindungen zwischen Führung und Tragstruktur sind ausgeschlossen. Gleichzeitig sinkt die bewegte Masse, was dem Antrieb und der Dynamik zugutekommt. Wie weit sich das Gewicht reduzieren lässt, zeigt die Seite Linearführungen im Leichtbau.
Den Einstieg bildet die Profilschiene mit Laufwagen Typ FDA: leise, leichtlaufend und mit abgedichteten nadelgelagerten Laufrollen. Für kostensensible Linearsysteme gibt es den Typ FDB mit Laufwagen mit kugelgelagerten Laufrollen.
Standard oder individuelles Linearsystem?
Viele Linearsysteme lassen sich mit Führungen aus dem Standardprogramm aufbauen. Wenn Bauraum, Gewicht, Profilform oder Werkstoff besondere Anforderungen stellen, passt Franke Schienenprofile und Laufwagen an. Beispiele zeigen die Seiten Individuelle Linearführungen und Alternative Werkstoffe. Antworten auf häufige Fragen zu Kompatibilität, Geschwindigkeiten und Wartung bietet die FAQ zu Linearführungen.
Häufige Fragen zum Linearsystem
Was ist der Unterschied zwischen Linearführung und Linearsystem?
Eine Linearführung führt eine Last entlang einer geraden Bahn und nimmt Kräfte und Momente auf. Ein Linearsystem umfasst zusätzlich Antrieb, Sensorik und Steuerung und bewegt die Last damit kontrolliert an eine bestimmte Position.
Welche Antriebe werden in Linearsystemen eingesetzt?
Üblich sind Zahnriemen für hohe Geschwindigkeiten und lange Wege, Kugelgewindetriebe für hohe Genauigkeit, Zahnstangen für lange Wege und hohe Lasten sowie Linearmotoren für hohe Dynamik.
Welche Rolle spielt die Linearführung im Linearsystem?
Sie bestimmt Tragfähigkeit, Laufgenauigkeit, Laufruhe und Wartungsaufwand des Linearsystems. Wartungsfreie Linearführungen wie die von Franke senken den Aufwand über die gesamte Lebensdauer.
Wie lege ich ein Linearsystem aus?
Zuerst werden Lastfall, Hub, Bauraum und Dynamik bestimmt, dann die Umgebungsbedingungen geprüft. Daraus ergeben sich Führungstyp und Antrieb. Zum Schluss werden Sensorik wie Endschalter und Zubehör wie Klemmungen ergänzt.
Warum eignen sich Aluminiumführungen für Linearsysteme?
Sie haben eine geringe bewegte Masse und dehnen sich bei Temperaturänderungen genauso wie Tragstrukturen aus Aluminium. Temperaturbedingte Verwindungen zwischen Führung und Profil sind dadurch ausgeschlossen.
Weitere Begriffe im Franke-Glossar: Linearführung | Linearsysteme | Rollenführungen | Lineartechnik | Endschalter
Franke fertigt Linearführungen auch individuell nach Ihren Vorgaben: Individuelle Linearführungen