Hochwertige Messtechnik für die Qualitätskontrolle in Messraum, Produktion, Wareneingang oder Entwicklung.
Zahnradpumpen & Misch- und Dosiermaschinen mit höchster Genauigkeit für die Verarbeitung von Flüssigkeiten und Pasten.
Hochgenaue Kugelführungen für spielfreie Hub- und Drehbewegungen beim Einsatz im Maschinen- und Vorrichtungsbau.
Aufbau und Funktion
MarMotion Kugelführungen bestehen aus den zylindrischen Führungselementen Buchse und Welle, sowie Stahlkugeln als Wälzkörper, die in einem Messing- oder Kunststoffrohr unverlierbar aber leicht beweglich gehalten werden.
Führungswelle, Kugeln und Führungsbuche sind gehärtet und feinstbearbeitet. Das Gefüge ist durch sorgfältige Wärmebehandlung stabilisiert.
Die Kugeln rollen unter Vorspannung aber mit großer Leichtgängigkeit kraftschlüssig zwischen der Führungsbuchse und der Führungswelle. Linearbewegungen, Drehbewegungen und überlagerte Linear-Drehbewegungen sind möglich. Bei einer Linearbewegung verfährt der Kugelkäfig stets die Strecke von 1/2 des Verfahrwegs zwischen Führungsbuchse und Führungswelle. Die maximale Länge der Linearbewegung wird durch die Baulängen von Kugelkäfig und Führungsbuchse bestimmt.
Vorspannung
Die exakt eingestellte Vorspannung ist eine Voraussetzung für eine optimale und zuverlässige Funktion. Sie wird durch die Fertigungstoleranzen gezielt hergestellt und definiert. Die Vorspannung v ist die Differenz zwischen dem Maß über zwei gegenüberliegende, die Welle berührende Kugeln und dem Innendurchmesser der Führungsbuchse d1.
Größe der Vorspannung
Für die meisten Anwendungsfälle empfehlen wir die Vorspannungen der folgenden Tabelle. Die Werte beruhen auf theoretischen Erkenntnissen und auf praktischen Erfahrungen.
v = dw + 2 · k - d1 [mm]
d1 = dw + 2 · k - v [mm]
Vorspannungswerte
Mit diesen Vorspannungswerten erzielt die Kugelführung eine große Steifigkeit kombiniert mit hervorragender Leichtgängigkeit. Bei Bestellung von kompletten Kugelführungen bestehend aus Führungswelle, Kugelkäfig und Führungsbuchse werden die Komponenten bereits werkseitig gepaart. Dadurch ist eine gleichmäßige, optimale Vorspannung sichergestellt.
Bedingt durch die Streubreite der Fertigungstoleranzen (IT 3) können sich durch wahlloses Zuordnen von Führungswellen, Kugelkäfigen und Führungsbuchsen ungünstige, von der Tabelle abweichende Vorspannungen ergeben. Kugelführungen sollten daher gepaart bestellt werden, insbesondere die Kugelführungen der Mini-Reihe.
| dw [mm] | v [µm] |
|---|---|
| 2,5 / 3 | 0,5 - 2 |
| 4 / 5 | 1 - 3 |
| 6 / 8 | 2 - 4 |
| 10 / 12 | 3 - 5 |
| 14 / 25 | 4 - 7 |
| 30 / 42 | 4 - 8 |
| 50 / 63 | 6 - 10 |
| 80 / 100 | 8 - 12 |
Bedeutung der Vorspannung
Die Vorspannung gewährleistet die absolute Spielfreiheit der MarMotion Kugelführung. Für Anwendungen, die besonderen Bedingungen unterliegen, kann die gewünschte Vorspannung bei der Bestellung angegeben werden.
Eine kleine Vorspannung ermöglicht eine sehr leichtgängige Kugelführung, die Steifigkeit ist jedoch begrenzt. Mit einer höheren Vorspannung nehmen die Belastbarkeit und die Steifigkeit zu. Eine sehr hohe Vorspannung führt zur Abnahme der Leichtgängigkeit.
Durch eine zu hohe Vorspannung wird der Lauf rau und schwergängig. Die Kugelführung kann durch eine zu große Flächenpressung in sich selbst überlastet werden. Dies wird durch die engen Fertigungstoleranzen der Kugelführung vermieden. Deshalb muss darauf geachtet werden, dass die Führungsbuchse bei der Montage nicht verformt wird.
Führungsbuchse, feststehend
PR = Radialkraft, auf Welle wirkend
P0 = Kraft an der Scheitelkugel
Pi = Kraft auf eine Kugel außerhalb des Lastscheitels
δR = Radialversatz zwischen der Achse der Buchse und der Welle
v = Vorspannung
Optimale Vorspannung
Wird die Kugelführung radial mit einer Kraft PR belastet, dann tritt eine Verlagerung um den Betrag δR der Achsen von Führungsbuchse und Welle ein. Der zulässige Betrag δR ist von der vorhandenen Vorspannung v abhängig, deren optimale Bemessung unter Berücksichtigung von Lebensdauer, Laufverhalten und Führungssteifigkeit erfolgt.
Das Diagramm zeigt den radialen Mittenversatz einer Kugelführung in Abhängigkeit von der Vorspannung und der radialen Last. Bei einer gegebenen Radialkraft ist der Mittenversatz mit einer kleinen Vorspannung relativ groß: die Führung ist weich. Im Bereich großer Vorspannungen ist der Mittenversatz bei gleicher Radialkraft deutlich kleiner: die Führung ist hart.
Unter Berücksichtigung der Hertz’schen Pressung, der Fertigungstoleranzen und Verformungen der Bauteile beim Einbau und im Betrieb der Kugelführung, sowie unter Berücksichtigung des günstigsten Federungsverhältnisses der Kugelführung wurde den Berechnungsgrundlagen der Wert δR = 0,5 · v als größter zulässiger Mittenversatz im Betrieb zugrunde gelegt. Für die angegebenen „spezifischen Tragzahlen“ C10 ist diese Bedingung erfüllt. Damit wird dem Anspruch der Spielfreiheit Rechnung getragen.
Zuordnung von Wellen- und Kugeldurchmesser
Aus den Gesetzen der rollenden Reibung ist bekannt, dass der Kugeldurchmesser k die Größe der Reibung beeinflusst; eine größere Kugel rollt leichter als eine kleinere.
Eine große Anzahl kleinerer Kugeln ergibt andererseits eine bessere Dämpfungsfähigkeit gegenüber Schwingungen als wenige große Kugeln. Deshalb, und wegen des häufig begrenzten Einbauraums, wird oft der kleineren Kugel der Vorzug gegeben. Durch Auswahl von Führungsbuchsen und Kugelkäfigen der Mini-Reihe mit kleineren Kugeln wird der benötigte Einbauraum der Kugelführung verringert.
Für die MarMotion Kugelführung wurde die Zuordnung von Wellen- und Kugeldurchmesser und die Kugelanzahl aufgrund eingehender Untersuchungen nach optimalen Maßstäben festgelegt.
Reibbeiwert µ
MarMotion Kugelführungen laufen stick-slip-frei.
Bei radialer Belastung gelten folgende Reibbeiwerte:
hoch µ = 0,001–0,002
mittel µ = 0,003–0,004
gering µ = 0,005–0,008
Der Rollwiderstand einer Kugelführung wird beeinflusst durch die innere Belastung aufgrund der Vorspannung und durch die Einwirkung äußerer Radialkräfte. Bei geringer radialer Belastung überwiegt der Anteil aus Vorspannung und Käfigreibung. Deshalb steigt der Reibbeiwert µ bei Verringerung der radialen Belastung an. Bei kleiner Radiallast und der Forderung nach extremer Leichtgängigkeit muss daher mit geringer Vorspannung gearbeitet werden.
- Oberflächenbeschaffenheit der Wälzelemente
- Höhe von Vorspannung und Belastung
- Kugelanzahl
- Käfigreibung
- Schmierung
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