Mehr zur Geometrie von Doppelführungsschienen.

Linearführungssysteme umfassen Führungsschienen, Schlitten und Führungen. Die Industrie unterteilt sie in verschiedene Grundtypen – darunter Profilschienen, Auszugsführungen, Linearlager, Führungsräder und Gleitlager. Eine typische Anordnung umfasst eine Schiene oder Welle sowie Schlitten und Führungsblöcke. Sie lassen sich auch nach der Kontaktart unterscheiden: Gleit- oder Rollkontakt.

Eine Hauptfunktion von Wälzführungen besteht darin, die Reibung in Maschinen zu verringern. Sie werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von modernen Geräten zur Halbleiterherstellung bis hin zu großen Werkzeugmaschinen und Baumaschinen.

Linearführungen eignen sich gut für die Halbleiterfertigung oder für Prüfgeräte, die eine hochpräzise Positionierung erfordern. Bei Schneidwerkzeugmaschinen werden Linearführungen anstelle von Gleitlagern eingesetzt, um den Temperaturanstieg und die Haltbarkeit bei immer höheren Vorschubgeschwindigkeiten zu gewährleisten.

Die klassische Anwendung für Profilschienen liegt im Werkzeugmaschinenbau, wo Belastbarkeit, Steifigkeit und Genauigkeit von größter Bedeutung sind. In medizinischen Geräten wie Computertomographen, Kernspintomographen und Röntgengeräten sind Vierkantschienen häufiger anzutreffen.

Andererseits können runde Schienen mehrere Vorteile bieten, einer davon ist die Fähigkeit, reibungslos zu laufen, wenn sie auf nicht perfekten Oberflächen montiert werden – definiert als ein Ebenheitsfehler von über 150 μm/m.

Für Reinraum- und Lebensmittelverarbeitungsanwendungen, die keine Verunreinigungen vertragen, sind Linearführungen mit Wälzkörpern (sowie Gleitlagersysteme) aufgrund ihres Schmierbedarfs ungeeignet.

Für Anwendungen, die extrem hohe Präzision und Genauigkeit erfordern, werden flüssigkeitsgefederte Lager verwendet, um die höchstmögliche Genauigkeit zu erreichen. Dabei handelt es sich um hydrostatische oder aerostatische Lager, bei denen eine Hochdruckflüssigkeit zwischen Schiene und Schlitten verwendet wird. Sie sind teurer und schwieriger herzustellen als andere lineare Optionen, bieten aber höchste Präzision und Genauigkeit.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl einer Linearführung sind die Belastung (statisch und statisch), Hub und Geschwindigkeit sowie die gewünschte Präzision und Genauigkeit und die erforderliche Lebensdauer. Je nach Anwendungsanforderungen ist manchmal auch eine Vorspannung erforderlich. Die Schmierung ist ein weiterer wichtiger Aspekt, ebenso wie die Minimierung der Verschmutzung des Linearführungssystems durch Umwelteinflüsse wie Staub und andere Verunreinigungen durch Faltenbälge oder spezielle Dichtungen.

Linearführungsschienen und -lager bieten hohe Steifigkeit und gute Laufgenauigkeit. Sie können nicht nur nach unten, oben und seitlich wirkenden Lasten standhalten, sondern auch Querlasten bzw. Momentenbelastungen. Je größer das Linearschienen- und Lagersystem, desto höher ist natürlich die Momentenkapazität. Die Anordnung der Lagerlaufbahnen – direkt oder Rücken an Rücken – beeinflusst jedoch auch die Höhe der Querlast, die es aufnehmen kann.

Während die Face-to-Face-Anordnung (auch als X-Anordnung bezeichnet) in alle Richtungen gleiche Tragfähigkeiten bietet, führt sie zu einem kürzeren Momentarm, entlang dem überhängende Lasten wirken, was die Momententragfähigkeit reduziert. Die Back-to-Back-Anordnung (auch als O-Anordnung bezeichnet) bietet einen größeren Momentarm und ermöglicht höhere Momententragfähigkeiten.

Doch selbst bei der O-an-O-Anordnung ist der Abstand zwischen den Laufbahnen von Linearführungen relativ gering (im Wesentlichen gleich der Schienenbreite). Dadurch sind sie nur begrenzt in der Lage, Rollmomente aufzunehmen, die durch in Y-Richtung überhängende Lasten verursacht werden. Um dieser Einschränkung entgegenzuwirken, werden zwei parallele Schienen – mit jeweils einem oder zwei Lagern – verwendet. Dadurch kann das Rollmoment in Kräfte auf jeden Lagerblock aufgelöst werden. Da Linearlager eine viel höhere Kapazität für Kräfte als für Momente (insbesondere Rollmomente) haben, lässt sich die Lagerlebensdauer deutlich verlängern. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von zwei Führungsschienen und der Möglichkeit, Momente in Kräfte aufzulösen, besteht darin, dass Linearlager unter reinen Kraftbelastungen im Allgemeinen weniger durchbiegen als unter Momentbelastungen.

Viele Linearantriebe bestehen aus zwei parallelen Schienen, zwischen denen der Antriebsmechanismus – Riemen, Spindel oder Linearmotor – integriert ist. Zwar ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Antrieb mittig zwischen den Führungsschienen sitzt, doch trägt dies zu einer gleichmäßigen Belastung aller Lager bei und reduziert Rastmomente oder ungleichmäßige Antriebskräfte auf jede Schiene und jeden Lagersatz. Diese Anordnung reduziert zudem die Höhe des Antriebs und macht ihn angesichts der hohen Tragfähigkeit und Momentaufnahmefähigkeit der beiden Führungsschienen relativ kompakt.