NSK, Motion & Control
Linear - Neuigkeiten
23.05.2012
Schadensanalyse bei Linearführungen
Auch wenn der Konstrukteur einer Maschine oder Anlage die Linearführungen mit großer Sorgfalt ausgewählt hat, kann es im Betrieb zu vorzeitigen Ausfällen und Schäden kommen. In diesem Fall sind schnelle Schadensanalyse und –beseitigung gefragt. Der folgende Beitrag beschreibt typische Schadensbilder und gibt Hinweise zur Optimierung der Auswahl von Linearführungen.
Ausbrüche in der Laufbahn, Eindrücke, Korrosion, Tribokorrosion, Elektrokorrosion: Die Schäden, die während des Betriebs an Linearführungen auftreten können, sind vielfältig, und sie haben höchst unterschiedliche Ursachen. Wenn mit bloßem Auge ein Schadensbild zu erkennen oder gar schon ein Ausfall aufgetreten ist, gilt es zunächst den Schaden zu klassifizieren und anschließend die Ursache zu finden.
Ausbrüche in der Laufbahn
Wenn an den Kontaktflächen von Schiene und Führungswagen oder Kugeln Ausbrüche sichtbar sind, kann das – sofern die standardmäßige Lebensdauer der Linearführung noch nicht erreicht ist – u. a. daran liegen, dass die Einheit mangelhaft montiert ist oder unzureichend geschmiert wird. Möglich ist auch, dass Fremdkörper oder Wasser in die Führung eingedrungen sind. In diesem Fall empfiehlt es sich also, die Abdichtungen bzw. Schutzabdeckungen der Lineareinheit zu überprüfen. Auch eine Verbesserung der Montagegenauigkeit sowie eine Überprüfung der Ebenheit der Montagefläche können Abhilfe schaffen.
Tribokorrosion
Bei Kurzhub- oder oszillierenden Anwendungen wird der Schmierstoff von den Berührpunkten zwischen Kugel und Laufbahn verdrängt. Es kommt dort zum metallischen Kontakt, der zu Mikroverschweißungen führt. Bei erneuter Bewegung brechen diese Punkte wieder auf, und es werden Partikel aus der Laufbahn gerissen, die dann korrodieren. In Verbindung mit dem Schmierstoff bilden diese Partikel ein abrasives Gemisch, das zu einer Folgeschädigung führt. Diesem Verhalten ist aus Sicht von NSK entgegenzuwirken mit drei Hauptmaßnahmen. Erstens sollte man einen Schmierstoff mit spezieller Kurzhubeignung verwenden. Zweitens ist es sinnvoll, regelmäßig Verteilhübe durchzuführen, um Fett und Kugeln neu zu mischen. Drittens empfiehlt sich ein verkürzter Wartungszyklus, um einer Mangelschmierung frühzeitig vorzubeugen
Eindrücke
Wenn sich Fremdkörper wie z.B. Metallteilchen im Bereich der Kontaktstellen befinden, kommt es zu Eindrücken in der Laufbahn oder im Wälzkörper. Dieses Problem kann der Anwender der Maschine beheben, indem er das Eindringen von Verunreinigungen in die Führungseinheit verhindert, z.B. durch eine bessere Abdichtung oder durch häufigere Reinigung. Spezielle Abstreifer für hohen Verschmutzungsgrad führen hier zu deutlich erhöhter Lebensdauer der Linearantriebe. Ein Sonderfall sind Eindrücke, deren Abstand dem der Wälzkörper entspricht (Brinell-Eindrücke). Sie entstehen bei unsachgemäßer Montage der Linearführungen oder durch zu hohe Schocklasten.
Korrosion und Elektrokorrosion
Der Eintritt von Wasser, Bearbeitungsemulsion oder anderen korrosiven Medien hat zur Folge, dass Laufbahn und Kugeln korrodieren können (Bild 4). In diesem Fall muss die Schmierung und/oder die Dichtungsfunktion verbessert werden. Man kann z.B. ein Fett mit Kalziumseife als Verdicker insetzen, das sich im Vergleich zu Standardschmierstoffen besser für die Beaufschlagung mit Flüssigkeiten eignet. Ein Sonderfall der Korrosion ist die Elektrokorrosion, die dann auftritt, wenn Strom durch die sich bewegende Linearführung fließt und es auf dem dünnen Ölfilm zwischen Laufbahn und Kugeln zu Funkenschlag kommt. Das Schadensbild – das häufiger auftritt, als oft vermutet wird – sind schwarze, grübchenartige Vertiefungen in den Laufbahnen der Schiene. Selbstverständlich sollte kein Strom durch die Linearführung geleitet werden!
Beschädigte Kugelumlaufteile
Gebrochene Kugelumlenkteile führen dazu, dass die Kugeln aus dem Wagen austreten. Dies kann seine Ursache in überhöhter Vorschubgeschwindigkeit haben oder darin, dass der Kugelumlauf aufgrund von Schmierungsausfall oder eingedrungener Partikel klemmt. Wenn es sich um ein System mit zusammengesetzten Schienen handelt, kann der Schaden auch dadurch verursacht sein, dass ein Teil der Kugelrückführung bzw. Halterung aufgrund fehlerhafter Ausrichtung der Schienen mit der Schiene kollidiert. In diesem Fall muss man die Montagegenauigkeit verbessern.
Im Schadensfall: schnelles „Troubleshooting“
Wenn es zu solchen Schäden kommt, können die Lineartechnik-Experten von NSK Unterstützung leisten. Sie bieten nicht nur dem Maschinenbauer, sondern auch dem Anwender der linearen Antriebs- und Führungssysteme schnelles „Troubleshooting“ und kompetente Beratung bei der Auswahl der optimalen Führungseinheit. Für viele Einsatzbedingungen – z.B. sehr hohe Geschwindigkeiten, hohe Genauigkeit, verschmutzte Umgebung, Feuchtigkeit… – stehen spezielle Baureihen zur Verfügung, durch deren Einsatz die eingangs beschriebenen Schäden vermieden werden können.
Ein Beispiel aus der Praxis erläutert die Vorgehensweise der NSK-Ingenieure. Ein holzverarbeitendes Unternehmen wandte sich an NSK, weil die Lebensdauer der Linearführung einer Maschine nur drei bis vier Wochen betrug. Eine Besichtigung der Umgebungsbedingungen und die nachfolgende Schadensanalyse ergaben, dass das Schmiermittel der Linearführung durch Sägemehl aufgesaugt wurde, das im Arbeitsraum reichlich vorhanden war. Im nächsten Schritt drangen Verunreinigungen in das Innere des Führungswagens ein und zerstörten die Endkappen des Wagens.
Wirkungsvolles Dichtungskonzept
NSK empfahl dem Anwender daraufhin, hochabdichtende Linearführungen der V1-Serie einzusetzen. Diese Antriebselemente zeichnen sich durch ein besonderes Dichtungskonzept aus, bei dem sowohl die Dichtungsform als auch der eingesetzte Werkstoff optimiert wurde. Die Dichtlippe, die sich spaltfrei an das Profil der Kugelführung anschmiegt, wird aus einem extrem abrasionsfesten Werkstoff hergestellt. Die Dichtung wird zur Stabilisierung auf metallische Grundplatten aufvulkanisiert. Diese Konstruktion schaffte die Voraussetzung für eine präzise „Aufgabenteilung“ von Abstreifen und Abdichten. Damit gewährleistet sie bestmöglichen Schutz vor dem Eintrag von Verschmutzungen auf der Kontaktfläche zwischen Führungselement und Schlitten. Besonders wirkungsvoll ist das neue V1-Dichtungskonzept, das immer in Kombination mit der K1-Schmiereinheit eingesetzt wird. Der Schmierstoff ist hier in ein Polyolefin inkorporiert, das beim Kontakt mit der Lauffläche kleinste Mengen Öl durch Kapillarwirkung abgibt. So wird ein sehr ruhiger, reibungsarmer Lauf der Linearführung erzeugt und eine Versorgung mit Schmierstoff über lange Zeiträume sichergestellt.
Für abrasive Werkstoffe entwickelt
Die Linearführungen mit V1-Dichtung wurden ursprünglich für die Linearachsen von Maschinen entwickelt, die abrasive Werkstoffe wie Graphit, Keramik oder Sintermaterialien bearbeiten. Ebenso gut bewähren sie sich in der Holzverarbeitung: Im hier beschriebenen Fall konnte der Anwender, nachdem er der Empfehlung von NSK gefolgt war, die Lebensdauer der Führung auf weit mehr als ein Jahr verlängern. Die Wartung der Führung ist nun planbar, die ungeplanten Ausfälle wurden drastisch minimiert und die Anlage erreicht wieder die gewünschte Produktivität.