igus : So legen Sie schmierfreie Linearantriebe optimal aus

Linearachsen auf Basis von Hochleistungspolymeren sind zentrale Bausteine moderner Maschinen – von der Laborautomation bis zur Fabrikproduktion. Sie sind leise, schmier- und wartungsfrei. Entscheidend für Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer ist der Antrieb. Konstrukteure wählen zwischen Spindel- und Zahnriemenantrieb. Hinzu kommen Anforderungen wie Hygiene, ESD-Schutz oder Reinraumtauglichkeit.

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„Beide Technologien haben klare Stärken und Grenzen und einen erheblichen Einfluss auf zentrale Leistungsparameter wie Hublänge, Geschwindigkeit, Tragkraft und Positioniergenauigkeit“, sagt Michael Hornung, Produktmanager drylin Linearund Antriebstechnik bei igus. 

Die Hublänge 

Ein zentrales Auswahlkriterium ist die Hublänge. Spindelantriebe eignen sich vor allem für kurze bis mittlere Verfahrwege. Hublängen bis etwa 1.000 mm sind üblich, bei gleitgelagerten Spindelsystemen sind bis 1.500 mm realisierbar. Mit zunehmender Länge steigen Risiken wie Durchbiegung, Schwingungen und Verschleiß. Dafür bieten Spindelantriebe hohe Präzision. Sie ermöglichen Positioniertoleranzen von etwa ±0,1 mm und Wiederholgenauigkeiten im Bereich weniger hundertstel Millimeter. Damit eignen sie sich besonders für Anwendungen in der Labor-, Medizin- oder Messtechnik. Für längere Verfahrwege sind Zahnriemenantriebe die bessere Wahl. Sie erlauben Hübe von bis zu 3.500 mm und mehr sowie hohe Geschwindigkeiten und kurze Taktzeiten. Aufgrund der Riemenelastizität liegt die Positioniergenauigkeit typischerweise zwischen ±0,2 mm und ±0,35 mm. Die Faustregel: „Kurze Hübe und hohe Präzision sprechen für einen Spindelantrieb, lange Verfahrwege und hohe Geschwindigkeiten für den Zahnriemen“, fasst Hornung zusammen. 

Die Geschwindigkeit 

Bei Spindelsystemen hängt die Verfahrgeschwindigkeit von Hublänge, Durchmesser und Lagerung ab. Sie sind für mittlere bis niedrige Geschwindigkeiten ausgelegt. Mit steigender Hublänge sinkt die zulässige Drehzahl durch zunehmende Schwingungsanfälligkeit, Reibung und Verschleiß. Steilgewindespindeln ermöglichen auch bei geringen Drehzahlen lange Verfahrwege und vergleichsweise hohe Vorschubgeschwindigkeiten. Allerdings sind sie in der Regel nicht selbsthemmend, sodass bei vertikalen oder sicherheitskritischen Anwendungen Bremsen oder Klemmelemente erforderlich sein können. Zahnriemenantriebe spielen ihre Vorteile bei hohen Geschwindigkeiten und kurzen Taktzeiten aus. Aufgrund geringer bewegter Massen und des schwingungsarmen Betriebs erreichen sie Verfahrgeschwindigkeiten von etwa 5 m/s und mehr. „Für hohe Dynamik, schnelle Bewegungen und kurze Taktzeiten sind Zahnriemenantriebe die leistungsfähigere Lösung“, so Hornung. 

Die Tragkraft

Auch die Tragkraft ist für Lebensdauer und Prozesssicherheit entscheidend. Zahnriemenachsen sind für dynamische Bewegungen bei moderaten Lasten ausgelegt. Kleinere Systeme bewegen etwa 30 bis 100 N, größere Varianten wie die modulare ZLW-20 bis rund 750 N. 

Spindelantriebe sind für hohe und dauerhaft wirkende Kräfte ausgelegt. Bereits kompakte Linearachsen erreichen Traglasten von bis zu 800 N. Mit Heavy-Duty-Ausführungen wie der drylin SLR-Serie von igus sind Belastungen bis 25.000 N realisierbar. Durch das direkte Wirkprinzip und die hohe Steifigkeit eignen sich Spindelsysteme für konstante Lasten, hohe Kräfte und präzise Positionieraufgaben. „Für hohe Kräfte, maximale Stabilität und zuverlässigen Betrieb unter Last sind Spindelantriebe die technisch überlegene Lösung – insbesondere bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten“, erklärt Hornung. 

In feuchten oder hygienesensiblen Umgebungen kommen bevorzugt korrosionsbeständige sowie FDA- und EU 10/2011-konforme Edelstahl- Systeme zum Einsatz, etwa in der Lebensmittel-, Verpackungs- und Medizintechnik. igus kombiniert dafür Edelstahlkomponenten mit Hochleistungspolymeren. Alle igus Linearachsen gleiten auf verschleißfesten und schmierfreien Gleitlagerfolien aus Hochleistungskunststoff. „In das Material integriert sind mikroskopisch kleine Festschmierstoffe für einen reibungs- und wartungsarmen Trockenlauf ohne zusätzliche Schmiermittel“, sagt Hornung. 

In der Elektronikfertigung ist ESDSchutz entscheidend. Speziell ausgelegte Linearachsen wie die drylin ZLW-Serie erfüllen entsprechende Normen wie IEC 61340-5-1. Leitfähige Materialien in relevanten Komponenten ermöglichen die kontrollierte Ableitung elektrischer Ladungen. 

Für sensible Produktions- und Prüfprozesse sind Reinraumtauglichkeit und geringe Partikelemissionen relevant. Die drylin SLW-1040 von igus wurde entsprechend getestet und erreicht sehr geringe Partikelemissionen. Modular aufgebaute Achsen wie die drylin SLX- und ZLX-Serien ermöglichen schnelle Montage und die Anbindung an bestehende Profilsysteme. In rauen Industrieumgebungen schützen integrierte Metallbänder die Mechanik vor Schmutz und Fremdkörpern. 

Digitale Unterstützung bei der Antriebsauswahl 

Für die Auswahl der passenden Lösung stellt igus einen Antriebstechnik-Konfigurator zur Verfügung. Anwender definieren zentrale Anforderungen wie Hublänge, Traglast oder Beschleunigung. Auf dieser Basis schlägt das System geeignete Linearachsen vor. Komponenten wie Spindel, Schlitten, Lagerung oder Zubehör lassen sich anschließend konfigurieren. Das Tool unterstützt auch bei der Auswahl von Motor und Steuerung. Der Nutzer erhält CAD-Daten, technische Zeichnungen und eine Konfigurationsdatei mit Artikelnummer. Zudem greift das Tool auf Testdaten aus dem 5.500 qm großen igus-Prüflabor zurück und liefert eine Lebensdauerabschätzung für das gewählte System sowie eine Bewertung der Motorauslastung. „Mithilfe des Tools wird die Auslegung von Linearsystemen deutlich vereinfacht, Entwicklungszeiten verkürzt und die Planungssicherheit erhöht“, so Hornung.

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