Tragfähigkeit und Lebensdauer
Die Größe einer Profilschienenführung wird durch die Anforderung an ihre Tragfähigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit bestimmt.
Tragfähigkeit
Die Tragfähigkeit wird durch die dynamische Tragzahl C, die statische Tragzahl C0 und die statischen Momente M0x, M0y und M0z beschrieben, ➤ Bild.
Tragfähigkeit und Belastungsrichtungen
Tragzahl-Berechnung nach DIN ISO
Die Berechnung der dynamischen und statischen Tragzahlen in den Maßtabellen basiert auf DIN ISO 14728-1 und 2.
Unterschiede zwischen DIN ISO und fernöstlichen Anbietern
Fernöstliche Anbieter rechnen häufig mit einer nominellen Lebensdauer von nur 50 km Verschiebeweg gegenüber 100 km nach DIN ISO. Daraus resultieren im Vergleich höhere Tragzahlen.
Umrechnung der Tragzahlen
Die Umrechnungsfaktoren gelten wie folgt:
Kugelumlaufeinheiten
Rollenumlaufeinheiten
| C100 | N | Dynamische Tragzahl nach DIN ISO 14728-1 (Basis 100 km) |
| C50 | N | Dynamische Tragzahl nach DIN ISO 14728-1 (Basis 50 km). |
Dynamische Tragfähigkeit und Lebensdauer
Die dynamische Tragfähigkeit wird durch die dynamische Tragzahl und die nominelle Lebensdauer beschrieben.
Die dynamische Tragzahl ist die Belastung in N, bei der die Führung mit einer Überlebenswahrscheinlichkeit von 90% einen Verschiebeweg von 100 km erreicht (C100 ).
ACHTUNG
Angaben zur dynamischen Tragzahl C in den Maßtabellen entsprechen der dynamischen Tragzahl C100 nach DIN ISO 14728-1!
Nominelle Lebensdauer
Die nominelle Lebensdauer L und Lh wird von 90% einer genügend großen Menge gleicher Lager erreicht oder überschritten, bevor erste Anzeichen einer Werkstoffermüdung auftreten.
ACHTUNG
Nach DIN ISO 14728-1 soll die dynamische äquivalente Belastung P den Wert 0,5 · C nicht überschreiten! Bei Seitenkräften ist der Reibschluss der Befestigungsschrauben zu überprüfen! Idealerweise sind Anschlagkanten vorzusehen!
Äquivalente Belastung und Geschwindigkeit
Die Gleichungen zur Berechnung der nominellen Lebensdauer setzen voraus, dass die Belastung P und die Geschwindigkeit vm konstant sind. Nicht konstante Betriebsbedingungen lassen sich durch äquivalente Betriebswerte berücksichtigen. Diese haben die gleiche Auswirkung wie tatsächlich wirkende Belastungen.
Dynamische äquivalente
Belastung
Bei stufenweise veränderlicher Belastung und stufenweise veränderlicher Geschwindigkeit wird die dynamische äquivalente Belastung errechnet:
Mittlere Geschwindigkeit
Bei stufenweise veränderlicher Geschwindigkeit wird die mittlere Geschwindigkeit berechnet:
Kombinierte Belastung
Fällt die Belastungsrichtung eines Elements nicht mit einer der Hauptlastrichtungen zusammen, so berechnet sich die äquivalente Belastung näherungsweise aus:
Belasten eine Kraft F und ein Moment M ein Element gleichzeitig, so gilt für die dynamische äquivalente Belastung näherungsweise:
Bezeichnungen, Einheiten und Bedeutung
| C100 | N | Dynamische Tragzahl nach DIN ISO 14728-1 (Basis 100 km) |
| C0 | N | Statische Tragzahl in Richtung der angreifenden Kraft |
| F | N | Angreifende Kraft |
| Fy | N | Vertikale Komponente |
| Fz | N | Horizontale Komponente |
| H | m | Einfache Hublänge der oszillierenden Bewegung |
| L, Lh | km, h | Nominelle Lebensdauer in km oder in Betriebsstunden |
| M | Nm | Angreifendes Moment |
| M0 | Nm | Statisches Moment |
| nosc | min–1 | Anzahl der Doppelhübe je Minute |
| P | N | Dynamische äquivalente Belastung |
| p | Lebensdauerexponent: Kugelgelagerte Profilschienenführungen: p = 3 Rollengelagerte Profilschienenführungen: p = 10/3 | |
| qz | % | Zeitanteil an der Wirkdauer |
| vz | m/min | Veränderliche Geschwindigkeit |
| vm | m/min | Mittlere Geschwindigkeit. |
Gebrauchsdauer
Die Gebrauchsdauer ist die tatsächlich erreichte Lebensdauer der Profilschienenführungen. Sie kann deutlich von der errechneten Lebensdauer abweichen.
Zu vorzeitigem Ausfall durch Verschleiß oder Ermüdung können führen:
- Lastüberhöhung aus Fluchtungsfehlern durch Temperaturdifferenzen und Fertigungstoleranzen (Nachgiebigkeit der Anschlusskonstruktion)
- Verschmutzung der Führungssysteme
- Unzureichende Schmierung
- Oszillierende Bewegungen mit sehr kleinen Hüben (Riffelbildung)
- Vibrationen bei Stillstand (Riffelbildung)
- Überlastung der Führung (auch kurzfristig)
- Plastische Deformation.
Statische Tragfähigkeit
Die statische Tragfähigkeit der Profilschienenführung wird begrenzt durch:
- Die zulässige Belastung der Profilschienenführung
- Die Tragfähigkeit der Laufbahn
- Die zulässige Belastung der Schraubenverbindung
- Die zulässige Belastung der Anschlusskonstruktion.
ACHTUNG
Bei der Auslegung ist die erforderliche statische Tragsicherheit S0 der Anwendung zu beachten, siehe Tabellen! Bei Seitenkräften ist der Reibschluss der Befestigungsschrauben zu überprüfen. Idealerweise sind Anschlagkanten vorzusehen!
Statische Tragzahlen und Momente
Die statischen Tragzahlen und Momente sind die Belastungen, bei denen an den Laufbahnen und Wälzkörpern eine bleibende Gesamtverformung auftritt, die 1/10 000 des Wälzkörperdurchmessers entspricht.
Statische Tragsicherheit
Die statische Tragsicherheit S0 ist die Sicherheit gegenüber bleibender Verformung im Wälzkontakt:
| S0 | Statische Tragsicherheit | |
| C0 | N | Statische Tragzahl der Lastrichtung (bei KUSE: C0I, C0II, C0III) |
| P0 | N | Statisch äquivalente Lagerbelastung der Lastrichtung |
| M0 | Nm | Statisches Moment der Lastrichtung (M0x, M0y, M0z) |
| M | Nm | Äquivalentes statisches Moment der Lastrichtung. |
ACHTUNG
Statische Tragsicherheit S0 zur Auslegung der Linearführungen beachten, siehe Tabellen!
Anwendungsbezogene statische Tragsicherheit
Zur Auslegung von Linearführungen ist die statische Tragsicherheit S0 nach den folgenden Tabellen zu berücksichtigen.
Standard-Anordnung
Bedingung | S0 | ||
|---|---|---|---|
hohe dynamische Beanspruchung starke Schmutzeinwirkung tatsächliche Belastungsparameter liegen nicht fest Katalogangaben der Anschlussgenauigkeit werden | 8 | – | 12 |
nicht alle Belastungsparameter sind vollständig bekannt. Belastungen werden aus Leistungsangaben der Maschine abgeschätzt. | 5 | – | 8 |
alle Belastungsparameter sind bekannt. | 4 | – | 5 |
alle Belastungsparameter sind bekannt und entsprechen sicher der Realität. | 3 | – | 4 |
ACHTUNG
Im Bereich der Werkzeugmaschinen sind Sicherheiten von S0 ＞ 10 aus Steifigkeitsgründen üblich! Für die genaue Auslegung der Führung bietet Schaeffler BEARINX oder die Auslegung durch das Schaeffler Technology Center in Verbindung mit der Anwendungstechnik an! Bei der genauen Auslegung kann auch die Verlagerung des Werkzeugpunktes betrachtet werden!
Einsatz in allgemeiner Anwendung über Kopf hängende Anordnung**
Bedingung | S0 | ||
|---|---|---|---|
nicht alle Belastungsparameter sind bekannt und weniger | 20 | ||
nicht alle Belastungsparameter sind bekannt und alle Parameter sind bekannt und weniger als 4 Wagen | 8 | – | 12 |
alle Belastungsparameter sind bekannt und mindestens 4 Wagen tragen ein zusammenhängendes Gewicht. | 5 | – | 8 |
**Bei hängender Anordnung wird eine Absturzsicherung empfohlen.
Bruchfestigkeit der Führungen
Sind die Anschlussgewinde ausreichend dimensioniert, dürfen die Profilschienenführungen bis zur statischen Tragfähigkeit C0 und M0 belastet werden.
ACHTUNG
Eine Lastübertragung über die Anschlagflächen wird vorausgesetzt! Die Tragzahlen können nur bei Ausnutzung der vollen Gewindelängen erreicht werden!