Konstrukteure und Ingenieure versuchen in der Regel, Reibung in Linearbewegungssystemen zu vermeiden oder zu minimieren. Obwohl Reibung nicht immer schlecht ist – in manchen Anwendungen kann sie dämpfend wirken und die Servoabstimmung verbessern – erhöht sie bei Linearbewegungssystemen den Kraftaufwand zum Bewegen einer Last, erzeugt Wärme, erhöht den Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer.
Linearbewegungssysteme unterliegen einer Vielzahl von Reibungsquellen, die teilweise durch Design und ordnungsgemäße Wartung gemindert werden können. Hier betrachten wir Faktoren, die zur Reibung in Linearbewegungssystemen beitragen, und diskutieren Möglichkeiten zur Reibungsreduzierung durch Komponentenauswahl und Systemdesign.

Gleit- vs. Rollkontakt
Eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Reduzierung der Reibung in Linearbewegungssystemen ist die Verwendung von Komponenten mit Roll- statt Gleitkontakt. Beispielsweise unterliegen Leitspindeln und Gleitlagerführungen, die auf Gleitbewegungen basieren, aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen den tragenden Oberflächen naturgemäß einer höheren Reibung als Wälzkörper.
Bei Gleitlagern ist zudem die Differenz zwischen statischer (Anlauf-) und dynamischer (kinetischer) Reibung größer, was zu einem sogenannten Ruckgleiten (Stick-Slip)-Effekt führt. Ruckgleiten kann dazu führen, dass ein System zu Beginn der Bewegung seine Zielposition überschreitet, da der Übergang von (höherer) statischer zu (niedrigerer) dynamischer Reibung stattfindet.
Laufbahngeometrie

Obwohl Wälzlager deutlich weniger Reibung aufweisen als Gleitlager, sind sie nicht völlig reibungslos. Verschiedene Faktoren – viele davon konstruktionsbedingt – tragen zur Reibung in einem Wälzlager bei. Ein Faktor ist die Laufbahngeometrie, also die Art und Fläche des Kontakts zwischen Wälzkörper und Laufbahn.
Wälzlager verwenden typischerweise eine von zwei Laufbahngeometrien: die Zweipunkt-Kreisbogengeometrie oder die Vierpunkt-Gotikbogengeometrie (es gibt jedoch einige Variationen dieser beiden Konstruktionen). Für Anwendungen mit geringer Reibung wird in der Regel die Zweipunkt-Kreisbogengeometrie bevorzugt, da sie weniger Schlupf und damit weniger Reibung aufweist als die Vierpunkt-Gotikbogengeometrie.

Umluft

Bei Kugelumlauflagern schwankt die Anzahl der tragenden Elemente kontinuierlich, wenn die Wälzkörper in die Lastzone ein- und austreten. Dies führt zu Reibungskraftschwankungen, die sich nachteilig auf hochsensible Anwendungen wie die Mikrobearbeitung und Messtechnik auswirken können. Um diese Reibungsschwankungen zu reduzieren, haben Hersteller von Linearumlaufführungen (und Kugelumlaufspindeln) erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen in die Optimierung der Umlaufkomponenten und -prozesse gesteckt. Lager höherer Genauigkeitsklassen weisen im Allgemeinen glattere und gleichmäßigere Reibungsprofile auf.

Vorspannung

Durch die Vorspannung wird das Spiel zwischen Lager und Führung (oder Mutter und Schraube) durch Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Komponenten eliminiert. Dies verleiht dem Lager eine höhere Steifigkeit und reduziert die Durchbiegung, führt aber auch zu höherer Reibung. Daher ist es ratsam, die niedrigste Vorspannung zu wählen, die die erforderliche Steifigkeit und Genauigkeit gewährleistet.

Dichtungen

Von allen Konstruktions- und Betriebsmerkmalen von Linearführungen und -spindeln ist der Einsatz von Dichtungen oft derjenige, der die größte Reibung verursacht. Linearlager mit Kugeln oder Rollen (egal ob umlaufend oder nicht) benötigen in den meisten Anwendungen Dichtungen, um die Schmierung zu gewährleisten und Verunreinigungen fernzuhalten. In stark verschmutzten Umgebungen sind in der Regel sowohl seitliche (laterale) Dichtungen als auch Enddichtungen erforderlich.
Hersteller bieten eine Vielzahl von Dichtungsmaterialien und -typen an – von Dichtungen mit geringem Spiel bis hin zu Dichtungen mit beidseitigem Vollkontaktprofil. Die effektivsten Dichtungen sind natürlich diejenigen, die den größten Kontakt mit der Führung oder dem Gewinde haben. Mehr Kontakt bedeutet jedoch mehr Reibung. Wie bei der Vorspannung sollten Sie auch bei der Dichtung die für die Anwendung und Umgebung geeigneten Optionen verwenden, aber übertreiben Sie es nicht.

Schmierung

Eine der wichtigsten Funktionen der Schmierung besteht darin, die Reibung zwischen rollenden oder gleitenden Elementen zu verringern. Zu viel Schmierung oder ein Schmiermittel mit hoher Viskosität kann die Reibung jedoch sogar erhöhen. Daher ist es wichtig, die Anweisungen des Herstellers zu befolgen und sowohl die richtige Art als auch die richtige Menge Schmiermittel zu verwenden.

Radiallager

Radiallager sind in nahezu allen Linearbewegungssystemen vorhanden und lagern rotierende Komponenten wie Kugel- oder Gewindespindeln oder die Riemenscheiben in Riemenantriebssystemen. Obwohl sie im Vergleich zu einer Linearführung oder Spindel relativ klein sind, verursachen diese Radiallager auch Reibung, die bei der Systemkonstruktion und -dimensionierung berücksichtigt werden sollte.