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Linearsysteme - 2015-02-15

NH/NS Linearführungen

NSK-Linearführungen lösen LH/LS-Baureihe ab

Die Anforderungen der Industrie an Linearführungen steigen: Sie sollen sich für sehr schnelle Einsätze eignen, erhöhte Laufleistung bei höherer Belastung bieten und auch noch Downsizing ermöglichen. Lassen sich alle diese Wünsche ohne erheblichen technischen und finanziellen Mehraufwand erfüllen?

Mit gemischten Gefühlen beobachten viele Konstrukteure die Einführung von neuen Antrieben, die alte bewährte Technik ablösen und oft wegen neuer Abmessungen eine Neukonstruktion erfordern. Kein Grund zur oft verständlichen Sorge besteht dagegen laut NSK bei den neuen Linearführungen der Baureihen NH und NS, die im ersten Quartal 2015 die alten Serien LH und LS ersetzen. Das Rezept für zufriedene Anwender: Bewährte Einbaumaße beibehalten, Eigenschaften verbessern.

„Die dynamische Tragzahl steigt bei den neuen Baureihen NH und NS um 30% an“, erklärt Marcus Bulgan, Application Engineering Precision im European Technology Centre (ETC) der NSK Deutschland GmbH in Ratingen. „Wir erzielen dieses gute Ergebnis durch geometrisch optimierte Kugellaufbahnen.“  Das neue Design sorgt dafür, dass es zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Kräfte zwischen Kugel und Laufbahn kommt: Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass die Flächenpressungen bei gleicher Belastung sehr viel niedriger ausfallen, womit es möglich ist, die  dynamischen Tragzahlen gemäß den gültigen ISO Richtlinien neu auszulegen.  Das Ergebnis: eine mindestens um 30% höhere  dynamische Tragzahl und somit eine mehr als verdoppelte Ermüdungslebensdauer. Ein Zahlenbeispiel: So erhöht sich die berechnete Lebensdauer einer Linearführung des Typs NH25AN im Vergleich zu LH25AN um das 2,24fache. Gleichzeitig sinkt der Geräuschpegel im Durchschnitt um 3 dB(A).

Doch was ändert sich für den Konstrukteur, der bereits die bisherigen NSK-Linearführungen einsetzt? „Wir haben die Dimensionen zu 100% beibehalten und nichts verändert“, betont Bulgan. „Beibehalten wird auch  das hohe Maß an Selbstausrichtung des Wagens auf der Schiene durch die X-Anordnung der Wälzkörper, dies führt zu vergleichsweise  geringeren internen Belastungen gegenüber einer O-Anordnung.  Dadurch kann die Linearführung größere Fehler bei der Installation kompensieren, ohne die Lebensdauer signifikant zu reduzieren.“ Optional lassen sich die Neulinge auch mit den ebenfalls langjährig bewährten Schmiereinheiten (NSK K1) einsetzen. Daher sei nicht nur der Wechsel zur neuen Baureihe problemlos. Möglich sei auch der gemischte Einsatz von alten und neuen Komponenten in einer Maschine oder Anlage. Wenn die Komponenten gemischt werden, gilt die Tragzahl der alten Baureihe, da im System das schwächere Glied die Lebensdauer bestimmt.

Für die Neuen spreche neben der höheren Lebensdauer auch die Möglichkeit, sie - ebenfalls ohne Änderung einer Maschinenkonstruktion - mit deutlich höherer Verfahrgeschwindigkeit zu betreiben. Dank des Einsatzes von Highspeed-Endkappen steigt die maximale zulässige Geschwindigkeit im Vergleich zu den Vorgängern um das bis zu Dreifache: Statt mit bisher 100 m/min. fahren die Neulinge der NH/NS-Baureihen mit einer Geschwindigkeit von 150 bis 300 m/min. Gleichzeitig verbessern sich dank eines komplett überarbeiteten Kugelumlaufsystems die Laufruhe und die Geräuschentwicklung der neuen Antriebe.  Die Kugeln werden heute nämlich wesentlich sanfter aus der Lastzone heraus in die Umlenkkappe geführt.

Infrage kommen die neuen Baureihen bei einer Vielzahl von möglichen Anwendungen. Bulgan: „Es lassen sich damit prinzipiell alle Applikationen abdecken, in denen sich etwas bewegt und wo es auf Präzision, Tempo, Standzeiten und Prozesssicherheit ankommt.“ Sie eignen sich für den präzisen und spielfreien Einsatz in zerspanenden Maschinen, in der Medizintechnik, Halbleiterproduktion, Verpackungsmaschinen, Robotern und generell im Handling.

Als besonders wichtig sieht NSK aber auch die Möglichkeit des sogenannten Downsizings an: Wegen der höheren Belastbarkeit lassen sich bisher eingesetzte Linearführungen durch deutlich kompaktere Varianten mit der gleichen Lebensdauer ersetzen. Ein typisches Beispiel: Der Konstrukteur nimmt statt einer Führung des Typs LH30AN nun eine kompaktere NH25AN, die 20% schmaler und 10% niedriger ausfällt. Außerdem wiegt sie rund 30% weniger. Bulgan: „Diese Option erleichtert es dem Konstrukteur, eine Anlage ohne Funktionseinschränkung kompakter, leichter und damit auch preisgünstiger als bisher zu gestalten.“


Technik im Detail: Dynamische Traglast
Die Lebensdauer eines Maschinenelementes steht und fällt mit ihrer Tragzahl. Dazu Marcus Bulgan, Application Engineering Precision im European Technology Centre (ETC) der NSK Deutschland GmbH in Ratingen: „Ausgehend von der dynamischen Tragzahl lässt sich die wahrscheinliche Lebensdauer eines sich bewegenden Maschinenelements mit allgemein gültigen Formeln berechnen. Die dynamische Tragzahl einer Linearführung beschreibt eine gleichgerichtete vertikale Kraft, mit der die Führung eine Laufleistung von 100 km erreicht  - und dies mit einer 90%igen Erlebenswahrscheinlichkeit.“ Anhand der wirkenden Kräfte lässt sich die wahrscheinliche Lebensdauer eines Maschinenelementes berechnen. Im Gegenzug bestimmen Konstrukteure anhand einer im Pflichtenheft vorgegebenen Lebensdauer die Tragzahl, die ein Maschinenelement aufweisen muss.

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