Aufgaben & Anwendungsgebiete
Führungen im Maschinenbau
Eine Führung ist eine Verbindung zweier Körper, die eine Bewegung nur entlang einer Achse zulässt. Führungen können mit festen oder variablen Anfahrpunkten ausgestattet sein. Durch die Kombination von mehreren Führungen sind definierte Bewegungen im dreidimensionalen Raum möglich.
Aufgabe von Führungen
Eine Führung bewegt einen Körper ausschließlich entlang einer definierten Achse. Die Führung bestimmt nicht nur die Richtung, sondern auch die Geschwindigkeit, die Vorschubkraft und die Haltepunkte entlang der gewünschten Richtung. Pro Führung sind nur zwei Freiheitsgrade möglich. Je nach Positionierung können diese Freiheitsgrade folgendermaßen aussehen:
- vor und zurück - auf und ab - links und rechts
- radial im oder gegen den Uhrzeigersinn
Entlang der Führungsstrecke lassen sich beliebige Stopp-Punkte definieren. Dazu dienen wahlweise feste oder verschiebbare Sensoren oder eine Programmsteuerung mit Servomotor und Inkrementalgeber. Einfache Führungen im Maschinenbau, wie beispielsweise rollengeführte Fördersysteme, können mit Anschlägen oder Sperren die gewünschten Haltepunkte definieren.Der angetriebene Körper kann seinerseits wiederum ein Führungssystem sein. Dies lässt sich beliebig fortsetzen, sodass XYZ-Führungen mit hoher Präzision heute herstellbar sind. Grundsätzlich gilt aber, dass eine Führung umso steifer ist, je weniger Achsen sie anfahren kann. Für hängende oder stehende Führungen sind besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich wie beispielsweise formschlüssige Gleitschuhe.
Führungen im Maschinenbau müssen in erster Linie präzise und zuverlässig funktionieren. Je nach Anwendung kann eine Abweichung von der definierten Richtung zu erheblichen Qualitätsverlusten am Produkt führen. Das gilt besonders für CNC-Zerspanungsmaschinen oder 3D-Koordinatenmessgeräte. Weitere Anforderungen sind folgende:
- störungsfreie Bewegung
- Aufnahme von hohen Kräften
- preiswerte Ausführung
Anwendungsgebiete von Führungen im Maschinenbau
Typische Einsatzfälle für Führungen finden sich im Maschinenbau bei folgenden Anwendungen:
- Pick-and-Place Systeme
- CNC-Zerspanungsmaschinen, insbesondere Fräsen
- 3D-Koordinatenmesssysteme
- 3D-Drucker
- Zu- und Abfuhrsysteme von unfertigen oder fertigen Erzeugnissen in bestimmten Bearbeitungsmaschinen
- Inhouse-Transport von unfertigen, fertigen, verpackten Erzeugnissen oder Containern
Welche Arten von Führungen gibt es?
Bei Führungen unterscheiden Experten primär zwischen Rollen- und Gleitlagerführungen. Bei rollengeführten Systemen hat entweder der Schlitten oder die Bahn eine Rollenunterstützung. Diese Systeme sind ungebremst und können die Schwerkraft bzw. einen Beschleunigungsimpuls für die Produktverschiebung verwenden.
Gleitlagerführungen arbeiten mithilfe einer Öl- oder Fettschmierung, auf einem Luftkissen oder mithilfe magnetischer Abstoßungskräfte.
Zu einer Führung gehört stets ein bewegender Aktor. Dies kann ein hydraulischer, pneumatischer oder elektromagnetischer Linearmotor oder ein Radialantrieb mit Spindel- oder Zahnstangenführung sein.
Die Anwendung entscheidet darüber, welche Art von Führung zum Einsatz kommt. Rollengeführte Systeme benötigen geringere Anschubkräfte. Sie können die Schwerkraft als Vortrieb nutzen und ohne Schlitten ausgeführt werden. Dafür verschmutzen sie leicht und sind aufgrund ihrer vielen Bauteile teuer.
Gleitlagerführungen bremsen sich bei einem Energieausfall selbst. Sie müssen beim Anfahren ein hohes Reibmoment überwinden, gefolgt von einem ebenso hohen Beschleunigungsimpuls. Der Antrieb der Gleitlagerführung muss dies berücksichtigen. Sie sind besonders kompakt und einfach im Aufbau. Die Kombination aus Führungsschiene und umschließendem Gleitschuh machen diese Führungsarten sehr sicher. Der Gleitfilm, bestehend aus Schmierstoff, Druckluft oder magnetischen Abstoßungskräften, hat dämpfende Eigenschaften. Damit erzeugen Gleitlagerführungen, sofern man den Anfahrtsimpuls unter Kontrolle bekommt, eine besonders ruhige Fahrt. Für die Impulsdämpfung eignen sich beispielsweise Zahnstangen-, Spindel- oder Kettenantriebe. Sie haben impulsbrechende Eigenschaften, was sie für den Antrieb von Gleitlagerführungen optimal macht.
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