Präzisionsschiene

Als Käfigschienenführung oder auch Käfigführung bezeichnet man in der Technik eine Linearführung ohne Wälzkörperrücklauf nach DIN 644. Da die genannte DIN lediglich die äußeren Abmessungen der Führung definiert, können diese Käfigschienenführungen von den jeweiligen Herstellern mit unterschiedlichen Wälzkörpern wie z. B. Kugeln, Zylinderrollen oder Nadeln ausgerüstet werden. Mit entsprechenden Abmessungen sind bei einigen Herstellern daher auch Schienenführungen mit einem speziellen Gleitbelag (Gleitführungen) erhältlich.

Aufbau und Anwendung

Käfigschienenführungen bestehen grundsätzlich aus einem mit Befestigungsbohrungen versehenen Schienenpaar und den dazwischen angeordneten Wäzkörpern, die in einem Wälzkörperkäfig gehalten werden. Der Einbau dieser Führungen kann je nach Anwendung in horizontaler oder vertikaler Anordnung erfolgen. Durch parallele Anordnung von zwei Schienenpaaren kann z. B. auch die Führung für einen Linearschlitten mittels Käfigschienenführungen verwirklicht werden.

Ausführung mit Kugeln

Kugelkäfigschienenführung animiert

Bei Käfigschienenführungen mit Kugeln kann die Lauffläche der Schiene so gefertigt werden, dass es zwischen Kugel und Lauffläche entweder zum Zweipunktkontakt oder zum Vierpunktkontakt kommt. Die beiden Darstellungen rechts (ohne Wälzkörperkäfig) verdeutlichen diesen Unterschied, der sich abhängig von der Kraftrichtung entsprechend auf die statische und dynamische Tragzahl dieser Schienenführungen auswirkt. Während Käfigschienenführungen mit Zweipunktkontakt ausschließlich Kräfte die aus Schienenrichtung auf die Kugeln wirken aufnehmen können, ermöglichen Führungen mit Vierpunktkontakt auch die Aufnahme von Kräften, die seitlich auf die Führung wirken.

Kugelkäfigschienenführungen

Käfigschienenführung mit Kugeln

Detail mit Kugelkäfig

Zweipunktkontakt

Vierpunktkontakt

Ausführung mit Rollen

Kreuzrollenführung animiert

Im Wälzkörperkäfig, dem diese Führungen auch ihren Namen verdanken, können Rollen parallel oder in der sogenannten Kreuzrollenanordnung gehalten werden. Die Rollenkäfige der Svenska Kullagerfabriken (SKF) weisen mit um 90 Grad drehbaren, einzelnen Käfigelementen eine Besonderheit auf, die eine wahlweise Ausrichtung der Rollen eines Käfigs erlaubt. So kann ein Kreuzrollenkäfig in einen Parallelrollenkäfig verwandelt werden oder auch umgekehrt. Technisch interessanter aber ist die Möglichkeit damit eine 2:1, 3:2 oder ganz allgemein n:m Kreuzrollenanordnung einstellen zu können, um beispielsweise die Tragzahl der Käfigschienenführung in der Hauptlastrichtung zu erhöhen und in der Nebenlastrichtung entsprechend zu senken. Weiterhin bietet dieser Hersteller mit seiner Modular Range die Möglichkeit mit ein und demselben Führungsschienenpaar (bei SKF Präzisioneschienen genannt) unterschiedliche Wälzkörpertypen zu verwenden.

Kreuzrollenführungen

Kreuzrollenführung

Detail mit Kreuzrollen

Ausführung mit Nadeln

Nadel und Rolle unterscheiden sich vor allem durch das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser. Während bei der Rolle Länge und Durchmesser ähnlich groß sind, ist der Durchmesser bei Nadeln im Vergleich zur Länge relativ gering, wodurch eine kreuzweise Anordnung von Nadeln (weil technisch nicht sinnvoll) entfällt. Statt dessen erhalten Käfigschienenführungen wie auch Schienenführungen mit Gleitbelag an den Führungs- bzw. Laufflächen einen V-Querschnitt, das heißt in eine der beiden Schienen wird eine V-förmige Vertiefung gefräst und geschliffen, die andere wird als Negativform mit einer entsprechend V-förmigen Spitze, vergleichbar einem Dach, gefertigt.

Auch der Nadelkäfig wird V-förmig ausgeführt und an beiden Seiten des V mit Nadeln versehen. Dieser Käfig wird dann zwischen die beiden unterschiedlichen Führungsschienen platziert. Dreht man nun zwei Nadelkäfigschienenführung um 90 Grad - die eine im, die andere gegen den Uhrzeigersinn - und paart diese beiden Schienen entsprechend, so entsteht folgende Anordnung, bei der sich die beiden V nach Innen öffnen:

|<O>| Somit ist es möglich, mit Hilfe von mehreren Nadelkäfigschienenführungen eine Schwalbenschwanzführung aufzubauen.

Hub und Käfigwandern

Der Hub dieser Führungen ist durch Schienen- und Wälzkörperlänge relativ begrenzt. Ein bekanntes Problem dieser Führungen, das insbesondere bei hohen Hubfrequenzen auftaucht, ist das sogenannte Käfigwandern (Englisch: cage creeping), das verschiedene Hersteller mit entsprechenden Techniken zu verhindern suchen. Dazu wird z.B. in die Führungsschienen eine Zahnstange und in den Wälzkörperkäfig ein passendes Zahnrad integriert, wodurch das Wandern des Käfigs verhindert wird, weil die Zahnstangen-Zahnrad-Kombination dem Käfig eine entsprechend definierte Bewegung aufzwingt, die dem Zahnstangenantrieb ähnelt.

Quellen

• Autorenwissen
• Text in den Wikipedia Commons

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