Lagertechnik Rollen oder gleiten – lineare Bewegungsabläufe im Test

Konstruktionspraxis hat den Praxistest gemacht: Bei Igus haben wir Linearkugel- und Lineargleitlager verglichen und dabei festgestellt, dass das Auspacken der Kugellager-Produkte aufgrund der Vorbefettung schon eine ziemlich schmierige Angelegenheit ist, dass Sand, Mehlstaub, Holz- und Metallspäne großen Schaden anrichten können und auch Dauerfeuchtigkeit fatale Folgen haben kann.

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In industriellen Anwendungen sind Lager häufig hohen Belastungen und Verschmutzungen ausgesetzt. Bei Igus haben wir Linearkugel- und Lineargleitlager miteinander verglichen.
In industriellen Anwendungen sind Lager häufig hohen Belastungen und Verschmutzungen ausgesetzt. Bei Igus haben wir Linearkugel- und Lineargleitlager miteinander verglichen.
(Bild: Igus)

Päckchen aufreißen, Plastiksäckchen rausholen, aufschneiden, hineingreifen, Ware herausholen – fertig. Ein ganz einfacher Vorgang, den jeder schon zig mal gemacht hat, wenn das Online-Versandhauspäckchen vor der Tür stand. Auch wir haben beim Fachpresseworkshop bei Igus Päckchen aufgerissen. Inhalt waren kugellagergeführte und linearlagergeführte Laufwägen. Die Freude darüber hielt nicht lange an, denn spätestens beim Herausfingern der kugellagergeführten Laufwägen waren die Finger mit Lagerfett verschmutzt und schmierig.

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Bei Linearkugellagern werden die Wälzkörper in einer Kugelreihe in einem axialen Umlauf bewegt. Je mehr Kugeln eingesetzt werden, je höher ist die Belastbarkeit und somit auch Reibung und Verschleiß. Daher erfordert der gegenseitige Kontakt der Kugeln eine permanente Schmierung der Kugellager, was sie wartungsanfällig und empfindlich gegen Verschmutzung und Feuchtigkeit macht. Deck- und Dichtscheiben sollen die Lager davor schützen.

Lager mit Schmutzpartikeln attackiert

Was passiert, wenn ein ungeschütztes Kugellager verschmutzt oder es dauerhafter Feuchtigkeit ausgesetzt ist, konnten wir ebenfalls bei Igus testen. Und das haben wir getan. Wir haben Linearkugellager und Linearführungen mit kugelgelagerten Laufwägen in Mehlstaub gewälzt, in Sand vergraben und mit Holz- und Metallspänen attackiert. Die Schmutzpartikel blieben an der Befettung kleben, verschmutzen das Produkt und blockierten die Laufkugeln.

Natürlich sind die Lager im industriellen Einsatz entsprechend geschützt und werden in genauen Intervallen gewartet, sodass Ausfall bestmöglich reduziert wird. Unser kleiner Praxistest hat dennoch den Unterschied zu den gleitenden Pendants gezeigt. Da sich mit tribologisch optimierten Materialcompounds mittlerweile Polymergleitlager herstellen lassen, die ganz ohne Schmierung auskommen, sind diese im Vergleich zu Kugellagern angenehmer in der Handhabung und auch nicht so schmutzanfällig. Laut Igus weisen die Gleitelemente und Gegenlaufpartner aus Tribokunsstoffen optimale Verschleiß- und Reibwerteigenschaften auf.

Saubere Hände dank Trockenlauf

Auch diese Produkte packten wir aus der Verpackung aus und wälzten sie in den verschiedenen Schmutzpartikelboxen. Nach dem Schmutz-Test gleiteten die Lager zwar auch nicht mehr reibungslos, sie ließen sich allerdings schnell reinigen, da kein Fett im Spiel war. Und die Hände blieben dabei sauber und trocken.

Die Lager hingegen blieben beim abschließenden Test keineswegs trocken. Denn dabei ging es um die Feuchtebeständigkeit. Nach mehreren Tagen im Wasserbad, zeigten sich enorme Rostspuren an den metallenen Komponenten der kugelgelagerten Laufwägen. Die eingerosteten Kugellager legten das gesamte System lahm. Gleitelemente und Gegenlaufpartner aus Tribokunststoffen wiesen im Feuchtetest keine Probleme auf. Natürlich gibt es auch Wälzlager, die aus rostfreien Materialien bestehen, z.B. Edelstahl.

Kugel- oder Gleitlager: auf den Einsatzfall kommt es an

Nach den Tests ist klar: Es kommt auf den konkreten Einsatzfall an, welche Lager sich besser eignen. Bei sehr hohen Belastungen oder einer sehr präzisen Anwendung sind Wälzlager die bessere Wahl. In Produktionsprozessen, die besondere Anforderungen an Robustheit und Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse wie Feuchtigkeit, Schmutz, etc. stellen, können Systeme mit polymeren Lineargleitlagern punkten. Igus nennt noch ein ganz konkretes Beispiel, bei dem sich die Lineargleitlager des Unternehmens bewähren. Um die Parade beim Karneval in Rio aufzuzeichnen, wurde eine 320 m lange Führungsschiene für die Kameraführung montiert. Sie ist nicht aus einem Stück gefertigt und weist daher Stoßkanten auf. Für die Gleitlager von Igus kein Problem. Sie gehen über die Stoßkante hinweg, während sich die Rollen in Wälzlagern verhaken könnten. Eine ähnliche Situation, die vor allem Wintersportler aus ihrer Freizeit kennen, sind kleine Erhebungen oder Vertiefungen auf Skipisten. Skier gleiten problemlos darüber hinweg.

Aufgrund neuer, spezieller Materialien, sogenannten Hochleistungskunststoffen, stellen Gleitlager heute also eine Alternative zu Wälzlagern da. Der Selbstschmiereffekt und die Wartungsfreiheit bringen in vielen Anwendungen Vorteile.

Produktneuigkeit: Zahnriemenachsen für einfache Positionier- und Verstellaufgaben

Die schmier- und wartungsfreie Zahnrimenachse Drylin ZLW Eco von Igus übernimmt einfache Positionier- und Verstellaufgaben.
Die schmier- und wartungsfreie Zahnrimenachse Drylin ZLW Eco von Igus übernimmt einfache Positionier- und Verstellaufgaben.
(Bild: Igus)

Maschinenbauer benötigen für leichte Aufgaben – zum Beispiel für den Flaschentransport in einem Getränkeautomaten – oftmals eine Linearführung, die einfach und platzsparend sein soll. Schließlich sind hier weder hohe Belastungen, hohe Geschwindigkeiten noch eine hohe Positioniergenauigkeit gefragt. Doch viele Lösungen auf dem Markt sind überdimensioniert. Herstellern bleibt die Wahl, für Eigenschaften und Funktionen zu zahlen, die sie nicht benötigen oder zeitaufwendig eigene Alternativen zu entwickeln.

Zahnriemenachse ab 96 Euro

Die Lösung von Igus heißt Drylin Eco – eine montagefertige Einstiegsserie, die einfache Positionier- und Verstellaufgaben höchst effizient und vor allem kostengünstig erledigen soll. „Eine Zahnriemenachse dieser Einstiegsserie mit einer Hublänge von 100 mm kostet ab 96 Euro“, sagt Stefan Niemann, Leiter des Geschäftsbereichs Drylin Linear- und Antriebstechnik. „Eine vergleichbare Zahnriemenachse der Standardbaureihe, die ihre Vorteile bei High-Performance-Anforderungen ausspielt und für einfache Aufgaben daher überdimensioniert ist, kostet hingegen knapp das Dreifache.“

Die Schlitten und Traversen sind im Spritzgussverfahren hergestellt – das ist besonders bei großen Serien günstiger als die zeitaufwendigere Herstellung von Metallbauteilen durch maschinelles Fräsen. „Hierdurch reduzieren wir zudem die Anzahl der Bauteile und damit den Montageaufwand für jede Eco-Linearachse was sich im Endeffekt in den günstigen Preisen dieser Einsteigerserie widerspiegelt“, erklärt Niermann. Ein weiterer Kostenfaktor sind die Gleitlager des Laufschlittens, die aus Iglidur-Hochleistungskunststoffen gefertigt sind. „40 % günstiger als klassische Wälzlager und im Betrieb 100 % wartungsfrei.“ Ohne Abstriche in Leichtläufigkeit und Langlebigkeit im Vergleich zur Standardserie machen zu müssen, sollen Anwender die Eco-Achsen einfach einbauen und durch die Wartungsfreiheit der trockenlaufenden Tribo-Polymerlager Zeit und Geld sparen können.

Einstiegsserie in zwei Größen

Die Einstiegsserie Drylin ZLW Eco umfasst die zwei Baugrößen 0630 und 1040. Basis ist jeweils ein anodisiertes Drylin-W-Hochprofil aus klar eloxiertem Aluminium. An den Enden des Profils befinden sich Traversen aus Kunststoff für die Antriebstechnik. Zwischen den Traversen ist ein Neopren-Zahnriemen gespannt, der einen Vollkunststoffschlitten mit einer Positioniergenauigkeit von 0,3 mm vor- und zurückfährt. Die Hublängen können vom Anwender individuell bestimmt werden. Aufgrund der Leichtbauweise wiegen die Zahnriemenachsen 0,3 kg und 0,7 kg und können Lasten bis zu 3 kg beziehungsweise 10 kg bewegen. Passende Motorkits sind optional erhältlich. (sh)

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht