Käfigschienenführung

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 Wälzkörpern, 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., wie die Animation unten zeigt, auch die Führung für einen Linearschlitten 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
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  Käfigschienenführung mit Kugeln

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  Detail mit Kugelkäfig

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  Zweipunktkontakt

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  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
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  Kreuzrollenführung

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  Detail mit Kreuzrollen

Ausführung mit Nadeln

Käfig mit Nadelführung

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, wie in der folgenden Animation gezeigt, 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.

Normen für Käfigschienenführungen

In der Liste der DIN-Normen finden sich unter den Normen DIN 636 und DIN 644 Linear-Wälzlager, wozu nach DIN-Definition nicht nur die Linearkugellager, sondern auch

1. Profilschienen-Kugelführungen = Profilschienenführungen mit Kugeln als Wälzkörper sowie
2. Linearführungen ohne Wälzkörperumlauf = Käfigschienenführungen zählen.

Quellen

• Autorenwissen
• Text in den Wikipedia Commons

Weblinks

•  Commons: Linearführungen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien