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2024 | Buch

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Lineare Wälzführungen

Anforderungen, Auswahl, Auslegung, Ausführungsbeispiele, Schadensfälle

verfasst von: Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dieses Fachbuch stellt anschaulich und praxisnah das aktuelle Ingenieurwissen zu Anforderungen, Aufbau, Funktionsweise und Auslegung linearer Wälzführungen im Bereich des Maschinenbaus dar. Dabei wird die Vielfalt möglicher Ausführungen mit ihren Einsatzmöglichkeiten vorgestellt. Es werden ausführlich die Wirkmechanismen, deren konstruktive Umsetzung und die Berechnung zur Auslegung solcher Systeme behandelt. In der Praxis bewährte Lösungen sowie aufgetretene Schadensfälle werden aufgezeigt und analysiert. Das Buch ist ein hilfreiches Nachschlagewerk und unterstützt bei der Auswahl, Auslegung und Beurteilung linearer Wälzführungen. Es dient als zuverlässiger Ratgeber bei der Entwicklung von Maschinen, bei der Gestaltung von Führungen für Positionier- und Transportaufgaben sowie der Konstruktion von genauigkeitsbestimmenden Führungen in Werkzeugmaschinen. Die vorliegende Auflage wurde überarbeitet und Beispiele zur Auslegung und Berechnungen wurden neu eingefügt.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Die Bedeutung von Führungssystemen

Zusammenfassung

Die kürzeste Strecke zwischen zwei Punkten ist eine gerade Linie. Demzufolge ist die optimale Bewegung zwischen zwei Punkten die lineare Bewegung. Für die Realisierung dieser linearen Bewegung benötigt man in Maschinen eine Führung, die Abweichungen von der optimalen gewünschten Linie verhindert. Solche Führungssysteme werden Linearführungen genannt.

Im einführenden Kapitel werden grundlegende Anforderungen, Ausführungsformen und die Bedeutung von Führungssystemen im Maschinenbau erörtert.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

2. Überblick zu Führungssystemen im Maschinen- und Gerätebau

Zusammenfassung

Die Einsatzgebiete von Führungssystemen sind vielfältig und umfassen viele Bereiche der Industrie. Entsprechend differenziert sind die Anforderungen und die sich daraus ergebenden Ausführungsformen solcher Systeme. Im Kap. 2 werden aufbauend auf verschiedenen Klassifizierungen für lineare Führungssysteme, deren prinzipieller Aufbau, die genutzten Funktionsprinzipien und die damit verbundenen Eigenschaften erläutert. Zum umfassenden Verständnis wird neben dem Schwerpunkt „Wälzführungen“ auch auf hydrodynamische, hydrostatische und aerostatische Gleitführungen eingegangen.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

3. Anforderungen an und Auswahlkriterien für lineare Wälzführungen

Zusammenfassung

Abgeleitet aus den Aufgaben an eine lineare Führung werden in Kap. 3 zunächst allgemeine Anforderungen an diese definiert. Im Kontext mit allgemeingültigen physikalischen Regeln erfolgt die Umsetzung dieser Anforderungen in Auswahlkriterien für Wälzführungssysteme spezifiziert nach den Einsatzgebieten Transportführungen bzw. Bewegungsführungen für Bearbeitungsmaschinen. Dabei werden die Auswahlkriterien: Belastbarkeit, Geschwindigkeit, Genauigkeit, Steifigkeit, Dämpfung und Umgebungsbedingungen definiert und tiefgründig beurteilt. Das Kapitel schließt ab mit einer zusammenfassenden Tabelle zu den Anforderungen und Auswahlkriterien.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

4. Wälzkörperverhalten

Zusammenfassung

Bei Wälzführungen erfolgt der komplette Kraftfluss zwischen den Führungspartnern über die Wälzkörper. Für eine festigkeits- und lebensdauergerechte bzw. den Genauigkeitsanforderungen entsprechende Auslegung der Wälzführung ist die Kenntnis der auftretenden Flächenpressung in Wälzkörper und Laufbahn eine wichtige Voraussetzung. Ausgehend von der Theorie der Hertzschen Pressung werden die mathematischen Beziehungen zur Pressung bei Punkt- und Linienkontakt hergeleitet und auf die Verhältnisse in Wälzführungen mit Kugeln, Rollen bzw. Tonnen angewandt. Insbesondere das Kontaktverhalten bzgl. Rollen und Gleiten, die Reibverhältnisse beim Wälzen und bei Käfigführungen sowie dynamische Effekte im Wälzkörperumlauf werden näher betrachtet. Das Kapitel schließt ab mit Darlegungen zu Reibung, Verschleiß und Vorspannung bei linearen Wälzführungen.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

5. Ausgewählte lineare Wälzführungen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden ausgewählte Systeme von linearen Wälzführungen vorgestellt und deren Eigenschaften hinsichtlich der in Kap. 3 aufgeführten und erläuterten Anforderungen: Belastbarkeit, Geschwindigkeit, Genauigkeit, Steifigkeit, Dämpfung und dynamisches Verhalten sowie Umgebungseinflüsse genauer untersucht. Dabei werden Einsatzempfehlungen gegeben. Betrachtet werden Führungssysteme bei denen Käfigführungen, Laufrollen, Linearkugellager, Rollenumlaufschuhe und verdrehgesicherte Wellenführungen zum Einsatz kommen.

Die Gruppe der Kompaktführungen bzw. Profilschienenführungen, ausgeführt als Kugel- oder Rollenumlaufführungen, werden wegen ihres komplexen Aufbaus der besonderen Bedeutung für Bearbeitungsachsen in Kap. 6 behandelt.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

6. Kompaktführungen bzw. Profilschienenführungen

Zusammenfassung

Einführend in dieses Kapitel wird die Vielfalt der Kompakt- bzw. Profilschienenführungen systematisiert und in ihrem Aufbau sowie den damit verbundenen Eigenschaften vorgestellt. Daran anschließend werden die möglichen von außen auf die Führungselemente wirkenden Belastungen definiert sowie die Unterschiede zwischen Kompakt- bzw. Profilschienenführungseinheiten mit Kugeln oder Rollen erläutert. Darauf aufbauend erfolgt eine intensive Betrachtung zu inneren Belastungen bei typischen 4-reihigen Ausführungen, ein Vergleich von X- und O-Anordnung sowie bei speziellen Ausführungen von Kompakt- bzw. Profilschienenführungen.

Ein spezieller Abschnitt beschäftigt sich mit der Erhöhung der Steifigkeit durch konstruktive Gestaltung der einzelnen Komponenten, des Gesamtsystems und durch Vorspannung der Wälzkörper.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

7. Auswahl und Berechnung von linearen Wälzführungen

Zusammenfassung

Die Auswahl und Berechnung eines Führungssystems werden bei der Neukonstruktion oder bei konstruktiven Änderungen erforderlich. Im vorliegenden Kapitel werden die Berechnungsgrundlagen bezüglich statischer und dynamischer Belastung einschließlich der Lebensdauer erläutert. Dabei wird zwischen Entwurfs- und Nachrechnung (z. B. für vom Anwender selbst gestalteten Laufbahnen) unterschieden. Die Berechnung der Belastung der Führungselemente aus äußeren auf das System wirkenden Kräften wird beispielhaft an Führungssystemen mit Käfigführungen, Laufrollen, Linearkugellagern, einer verdrehgesicherten Wellenführung und bei Kompakt- bzw. Profilschienenführungen vorgestellt. Getrennt für Transportachsen und Bearbeitungsachsen wird eine Folge von Auswahl- und Berechnungsschritten vorgeschlagen.

Das Kapitel schließt ab mit der Auslegung einer Profilschienenführung mit vier Führungswagen.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

8. Einsatzaspekte von linearen Wälzführungen

Zusammenfassung

Im Kap. 8 werden einige Einsatzaspekte der komplexen Gestaltung von Wälzführungssystemen erörtert. Auf Grund ihrer herausragenden Eigenschaften und Dominanz in ausgeführten linearen Wälzführungssystemen, insbesondere in Bearbeitungsachsen, werden im Folgenden überwiegend Kompakt- bzw. Profilschienenführungen zur Beschreibung der komplexen Gestaltung angewandt. Schwerpunkte sind die Anforderungen an die Umgebungskonstruktion, die Schmierung, der Schutz vor Kontamination und die Montageanforderungen bei solchen Führungssystemen. Ausführungen zur Geräuschentwicklung, zu Condition Monitoring und zum Erkennen von Schadensfällen runden das Kapitel ab.

Vorausgesetzt werden die Ausführungen zu Aufbau und Funktion von Kompakt- bzw. Profilschienenführungen, Kap. 6 und zur Auswahl und Berechnung, Kap. 7.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

9. Aktuelle Trends bei der Entwicklung linearer Wälzführungen

Zusammenfassung

Lineare Wälzführungen mit Wälzkörperumlauf, ausgenommen Führungen mit Laufrollen, sind im Vergleich zu vielen anderen Maschinenelementen, relativ jung. Insbesondere die Kompakt- bzw. Profilschienenführungen haben sich in den letzten Jahren als sehr breit einsetzbare Maschinenelemente etabliert. In diesem Kapitel werden drei erkennbare Entwicklungsrichtungen vorgestellt: die Optimierung der Eigenschaften durch andere Werkstoffe der Wälzführungselemente, das Angebot von kompletten Führungssystemen als komplexe Baugruppe und die Integration von Sensoren und Aktoren in die Führungssysteme.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

10. Glossar

Zusammenfassung

Bei der nominelle Lebensdauer wird mit einer 90 %igen Überlebenswahrscheinlichkeit gearbeitet. Die verbleibenden 10 % bilden die Ausfallwahrscheinlichkeit. Um eine Berechnung der erreichbaren Lebensdauer mit einer geringeren Ausfallwahrscheinlichkeit zu ermöglichen, muss der Lebensdauerfaktor a₁ einbezogen werden.

Andreas Hirsch, Hans Georg Hoyer, Uwe Mahn

Backmatter

Titel: Lineare Wälzführungen
verfasst von: Andreas Hirsch
Hans Georg Hoyer
Uwe Mahn
Copyright-Jahr: 2024
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-43810-4
Print ISBN: 978-3-658-43809-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-43810-4

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