Wat iedere engineer zou moeten weten over lineaire componenten (en maar zelden te horen krijgt) ~ door willem jan bruggeman

‘De keuzes die u in de ontwerpfase maakt, bepalen voor een groot deel hoe goed en lang uw machine blijft functioneren’. Een uitspraak van Willem Jan, één van onze engineers met jaren ervaring in het optimaliseren van lineaire toepassingen.

Hij doelt op iets dat in de praktijk nog vaak wordt onderschat: lineaire geleidingen lijken op het eerste gezicht eenvoudig. Een geharde as, een kogelbus of glijlager en een aluminium behuizing. Meer is er toch niet nodig? Maar juist in de keuzes die u in deze fase maakt, schuilt het verschil tussen een systeem dat jarenlang soepel loopt en één dat onnodig snel slijt of stilvalt.

Daarom kijken we in dit artikel naar de wereld van lineaire componenten, die misschien simpel lijken maar technisch juist erg belangrijk zijn. Slim ontwerpen met lineaire componenten: 7 dingen om op te letten.

Waar moet u op letten? Welke details maken het verschil? En waar kunt u in de praktijk echt winst behalen? We zetten een aantal belangrijke factoren voor u op een rij.

In dit artikel:

• Belastingsoriëntatie
• Levensduurverwachting en dynamische belastbaarheid
• Voorspanning
• Toepassingen met korte slag
• Uitlijning en doorbuiging
• Omgevingsfactoren
• Hardheid van de as
• Samenvatting voor engineers (als u liever de korte versie leest)
• Veel gestelde vragen (FAQ)
• Contact met onze engineers

Belastingsoriëntatie

Een kogelbus presteert het beste wanneer de belasting wordt verdeeld over zoveel mogelijk kogels. Hoe meer kogels tegelijk de last kunnen dragen, hoe beter. Daarvoor moeten de kogelbanen wel optimaal gepositioneerd zijn ten opzichte van de belasting.

Als de last verdeeld wordt over twee of meer kogelbanen, is het draagvermogen maximaal. In veel datasheets ziet u daarom een minimum- en maximumwaarde voor het draagvermogen, zoals in het voorbeeld hieronder.

In de praktijk kiezen engineers tijdens het ontwerpen vaak voor wat overdimensionering. Dat geeft wat extra marge en geeft bijna nooit problemen in het eindresultaat. Maar zit u dicht tegen de grens van wat de kogelbus aankan? Dan wordt de belastingsoriëntatie ineens wél een cruciale factor.

Fabrikanten gebruiken namelijk correctiefactoren die specifiek gelden voor hun eigen kogelbussen. Die factoren houden rekening met hoe de belasting precies op de lagers staat. Gebruik dus altijd de cijfers uit de datasheet van de fabrikant waar u mee werkt.

• In sommige gevallen kan een correctiefactor groter zijn dan 1 (>1). Dat betekent dat het daadwerkelijke draagvermogen hoger ligt dan de standaardwaarde uit de documentatie.
• Maar als de factor kleiner is dan 1 (<1), dan ligt het draagvermogen dus juist lager.

Bij open kogelbussen komt er nog iets bij kijken: de montagerichting. Die bepaalt namelijk met welk percentage van het draagvermogen u kunt rekenen. Ook hier geldt weer: hoe de kogels contact maken met de as, bepaalt hoeveel belasting er echt gedragen kan worden.

Levensduurverwachting en dynamische belastbaarheid

Net als bij andere recirculerende lagers is ook bij lineaire kogelbussen de levensduur gekoppeld aan een bepaalde afstand die ze afleggen onder belasting. Dit noemen we de dynamische belastbaarheid.

Handig om te weten: die afstand is niet altijd hetzelfde. Sommige fabrikanten gaan uit van 100 kilometer, anderen van 50 kilometer. En dat maakt natuurlijk verschil in de berekeningen.

Controleer daarom altijd goed op welke afstand de specificaties gebaseerd zijn. Zeker in de ontwerpfase voorkomt dit verrassingen en zorgt het voor een realistische inschatting van de levensduur van uw lineaire systeem.

Niet elke fabrikant rekent met dezelfde afstand: de levensduurverwachting kan variëren tussen 50 en 100 kilometer, en dat beïnvloedt uw berekeningen aanzienlijk

Voorspanning

Voor sommige toepassingen zijn er kogelbussen en behuizingen waarmee u zelf de voorspanning op de lineaire as kunt instellen. Handig in theorie, maar in de praktijk zijn we hier bij MCA terughoudend mee.

Waarom? Omdat voorspanning een grote invloed heeft op de levensduur van uw systeem. Een iets te strakke afstelling (vaak op gevoel gedaan), kan al zorgen voor onnodige slijtage of zelfs vroegtijdige uitval. We hebben deze instelbare varianten in ons assortiment, maar adviseren ze niet zo snel. Laat u vooral adviseren door één van onze engineers. Dan weet u zeker dat de afstelling klopt én uw systeem betrouwbaar blijft draaien.

Toepassingen met korte slag

Wanneer een kogelbus telkens maar een korte slag maakt, treedt slijtage steeds op hetzelfde stukje van de as op. Daardoor slijt die plek sneller dan de rest en dat verkort de levensduur van het systeem flink.

Een handige vuistregel: zorg dat de slag minimaal twee keer zo lang is als de kogelbus zelf. Zo wordt de belasting beter verdeeld en gaat de as langer mee.

Uitlijning en doorbuiging

Bij lineairtechniek is goede uitlijning geen detail, maar een absolute voorwaarde. Alleen als alles netjes is uitgelijnd, werkt uw toepassing zoals bedacht en bedoeld en haalt u de verwachte levensduur.

Dit geldt ook voor doorbuiging van de as. Doorbuiging kunt u voorkomen door de as goed te ondersteunen. Meestal worden assen radiaal voorzien van boringen, zodat u daar eenvoudig een ondersteuning aan kunt bevestigen. Wilt u kosten besparen, dan is gedeeltelijke ondersteuning vaak ook een optie (afhankelijk van de toepassing).

Daarnaast heeft MCA kogelbussen in het portfolio die kleine uitlijnfouten (tot 1°) kunnen opvangen. Dat biedt wat speling in het ontwerp, zonder dat u direct inlevert op prestaties.

Omgevingsfactoren

Temperatuur en vervuiling zijn van die externe factoren die in de praktijk vaak over het hoofd worden gezien, maar wel grote invloed kunnen hebben op de prestaties van een lineair systeem.

De meeste seals en kunststof onderdelen in kogelbussen zijn bestand tot zo’n 85°C. Wordt de toepassing warmer of is er langdurige blootstelling aan hoge temperaturen, dan kan dat gevolgen hebben voor de levensduur. In dat geval is een volledig stalen variant vaak een betere keuze.

Ook vervuiling is een aandachtspunt. In een stoffige of vuile omgeving kunt u extra afdichtingen (voorzetafdichtingen) in de behuizing plaatsen. Die houden vuil aanzienlijk beter buiten de kogels dan standaardafdichtingen.

Een alternatief kan een glijlager zijn. De glijlagers van MCA zijn intern voorzien van een Frelon-coating die zorgt voor een glad loopoppervlak en dus een soepele beweging, zelfs onder lastige omstandigheden. Houd er wel rekening mee dat glijlagers gevoelig zijn voor momentbelasting. Dat kan leiden tot het zogeheten stick-slip-effect, waarbij het lager schokkerig in plaats van vloeiend beweegt.

Twijfelt u over wat het beste past bij uw toepassing? Vraag het gerust aan één van onze engineers.

Hardheid van de as

Een lineaire kogelbus werkt alleen goed in combinatie met een geharde as. Dat kan een stalen variant zijn, maar ook roestvast staal (RVS) is een optie. Hieronder ziet u de meest gebruikte types op een rij:

In de praktijk zien we soms foto’s van assen die er na korte tijd al behoorlijk slecht aan toe zijn. Vaak ligt dat niet aan het ontwerp, maar aan het materiaal. Een onbekende of goedkope as kan bijvoorbeeld veel te zacht zijn en dan slijten de kogels er letterlijk doorheen.

Ook het bewerken van geharde assen vraagt om vakwerk. Wij werken met gespecialiseerde partners die assen tot 6 meter lengte nauwkeurig volgens uw tekening kunnen bewerken. We kijken altijd mee naar de maakbaarheid en geven feedback als iets niet helemaal klopt of slimmer kan.

Denk bijvoorbeeld aan een te grote axiale boring waardoor de passing buiten tolerantie valt. Of tekeningen met extreem strakke toleranties die niet nodig zijn, maar wél voor hoge kosten zorgen. Dat soort dingen koppelen we altijd met u terug, zodat we samen tot een optimaal resultaat komen, technisch en economisch.

Niet zoveel tijd om alles door te nemen? Lees de samenvatting

Geen probleem. Hiernaast vindt u de technische samenvatting met de belangrijkste inzichten, tips en vuistregels uit het artikel. Handig voor engineers die snel willen schakelen in de ontwerpfase.

Samenvatting voor engineers:

• Verdeel belastingen over meerdere kogelbanen voor optimaal draagvermogen
• Gebruik altijd fabrikant-specifieke correctiefactoren
• Let op montagerichting bij open kogelbussen
• Houd rekening met oriëntatie-afhankelijke prestaties
• Het aantal actieve kogelbanen bepaalt de uiteindelijke belastbaarheid
• Controleer welke referentieafstand (50 km of 100 km) de fabrikant hanteert voor dynamische belastbaarheid
• Vermijd zelf-afgestelde voorspanning. Vraag onze engineers voor optimale balans tussen prestaties en levensduur. We helpen u graag.
• Zorg dat de slag minimaal 2x de kogelbuslengte bedraagt om slijtageconcentratie te voorkomen
• Zet in op correcte uitlijning en overweeg asondersteuning om doorbuiging te voorkomen. Gebruik zo nodig kogelbussen die 1° uitlijnfout tolereren
• Kijk naar omgevingsfactoren: kies stalen varianten bij >85°C, extra afdichtingen bij vervuiling, of glijlagers (maar let op momentbelasting)
• Gebruik alleen geharde assen (60-66 HRC voor staal, 52-59 HRC voor RVS). Goedkope zachte assen leiden tot snelle slijtage en doorslijpen van kogels

Bekijk alle mogelijkheden op het gebied van kogelbussen, behuizingen en lineaire assen hier.

Conclusie

Een beproefd concept dus, maar zeker geen kwestie van “copy-paste”. Elke toepassing vraagt om maatwerk en aandacht voor detail. Alleen zo bouwt u een machine die doet wat hij moet doen: betrouwbaar, efficiënt en met een lange levensduur.

Wilt u zeker weten dat u alle factoren goed afweegt, twijfelt u en wilt u dat wij met u mee kijken? Neem gerust contact met ons op +31 (0)571 27 20 10 of vul onderstaand formulier in. 

Onze engineers denken graag mee. Niet voor niets is ons motto: Creating Solutions Together!

lineairtechniek, kogelbus, lineairegeleiding, machinebouw, mechanischontwerp, ontwerptips, engineering, asgeleiding, voorspanning, levensduur, motioncontrol, MCAkennis, technischekennis, aandrijftechniek

Veelgestelde vragen (FAQ)