Welke lineaire geleider is het meest geschikt voor mijn toepassing?

In ons dagelijks leven moet de beweging van elk object in de ruimte worden geleid, anders zou het gewoon op de grond vallen. De schuifdeur naar uw kantoor, de verhuiswagen op een lineair podium of de beschermdeur van een freesmachine zijn allemaal voorbeelden van geleide bewegingen. De belangrijkste functie van een geleiding is het beperken van de vrijheidsgraden van een bepaald bewegend object.
 
Lineaire geleiders kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen: contact lineaire geleiders (wanneer er fysiek contact is tussen de geleider en het blok) en contactloze geleiders (wanneer er geen contact is tussen de twee delen). Het grote verschil tussen hen is slijtage van de geleiders en hun vereiste onderhoud.

Lineaire geleiders met rollagers

 Er zijn verschillende soorten lineaire geleiders met rollagers: vlakke rolgeleiders, gotische booggeleiders en V-type geleiders. Dit zijn rails voor elk type geleide beweging, wat zorgt voor gemak, betaalbaarheid en weinig onderhoud.
 Een van de belangrijkste kenmerken van dergelijke systemen is de robuustheid, zodat binnen vervuilende omgevingen hun goede werking niet beïnvloed wordt. Een ander kenmerk is hun uitlijning, omdat hun montageoppervlak niet nauwkeurig hoeft te zijn, d.w.z. ze accepteren verkeerde uitlijningen, een gegeven dat zowel de werkbankopstelling als het montage- en aanpassingsproces vereenvoudigt. Opmerkelijk weinig onderhoud nodig, omdat ze nog steeds relatief goed werken, zelfs als de geleider niet voldoende is ingevet. De nadelen zijn hun lage precisie, slechte stijfheid en de korte levensduur bij dynamische toepassingen, omdat de hoge versnellingen de juiste beweging van de rollen belemmeren. Vanwege het traagheidsmoment glijdt de rol op het oppervlak in plaats van te rollen, waardoor extra slijtage op de start- en rempunten ontstaat.

- Recirculerende lineaire rolgeleiders

 Dit type geleider is tegenwoordig erg populair dankzij de eenvoudige montage. De standaardisatie van maten en metingen tussen verschillende fabrikanten zorgt voor gemakkelijke uitwisseling. Bovendien worden ze geleverd met zeer concurrerende levertijden en prijzen. Er zijn momenteel twee soorten recirculerende lineaire rolgeleiders: busgeleiders (waarvoor een cylindrische gekalibreerde staaf nodig is) en kogelgeleiders met blokken, die op grotere schaal worden gebruikt door machinefabrikanten. De voordelen van dit soort geleiders zijn hun draagvermogen, verbeterde stijfheid, uitstekende precisie en lange levensduur (zie afbeelding 2). Het monteren van deze geleiders is eenvoudig, omdat hun compacte formaat niet veel ruimte in beslag neemt op een montagewerkbank. Een interessante optie is de kogelketting: dit is een scheidingswand die garandeert dat de kogels in het blok niet met elkaar in contact komen, waardoor lawaai, slijtage en onderhoud worden verminderd. Geleiders worden aanbevolen voor toepassingen met hoge snelheid, maar nog meer bij hoge acceleratie tot 100 m/s². Er zijn verschillende coatingopties en een breed scala aan sluitertypen voor veeleisende toepassingen, zoals in de voedingsmiddelenindustrie. Nadelen zijn onder meer de noodzaak om dit systeem op een nauwkeurige werkbank te monteren. Als dit niet kan worden gegarandeerd, kunnen de toepassingen met twee parallelle geleiders verstoppingen of geleiding met sterke weerstandskrachten veroorzaken. We mogen inderdaad niet vergeten dat onderhoud van cruciaal belang is en dat een recirculerende kogelgeleider zonder vet niet goed zal werken.

- Recirculerende kogellagergeleiders

 Wat dit type geleiding betreft, zijn er twee subklassen: prismatische blokgeleiders en crossrollergeleiders, waarvan de eerste vrij gebruikelijk is in machine tool applicaties. Dankzij hun stijfheid en precisie bieden recirculerende kogellagergeleiders uitstekende prestaties in de meest veeleisende mechanisatietoepassingen. Ze zijn eenvoudig te monteren en aan te passen, waardoor ze erg populair zijn bij fabrikanten van zware machines. Aan de andere kant is een zeer nauwkeurige werkbank vereist om twee parallelle geleiders uit te lijnen. Bovendien mogen de werksnelheden niet hoger zijn dan 2 m/s.

Cross roller geleiders staan bekend om hun minimale "slip stick" effect. De afwezigheid van shutters zorgt voor een weerstandskracht onder de 1N. Om te voorkomen dat de rollen slippen, bieden sommige fabrikanten een ketting aan om ervoor te zorgen dat de rollen synchroon bewegen met de geleider. Dit soort geleiders worden regelmatig gebruikt in toepassingen met korte slagen tussen 0 en 300 mm en vereisen, net als bij de andere lagergeleiders, een zeer nauwkeurige werkbank voor montage. Montage is een delicate zaak, omdat ze zeer nauwkeurige fijnafstelling vereisen via een uiterst nauwkeurige aanpassing aan één kant van de geleider. Onjuiste afstelling kan voortijdige slijtage veroorzaken als gevolg van overmatige voorbelasting.

 - Wrijvingsgeleiders

 Dit zijn misschien wel de oudste geleiders in de technische geschiedenis. Tegenwoordig is er dankzij moderne synthetische materialen een uitgebreid assortiment van dit type geleiders beschikbaar tegen zeer lage kosten. Deze geleiders worden vaak toegepast op systemen met weinig beweging, zoals formaataanpassing. De oplossingen van sommige fabrikanten worden minder robuust wanneer ze werken in omgevingen met vuil, stof of andere agressieve elementen. Dit type geleider biedt echter uitstekende prestaties bij lage snelheden. Hun belastbaarheid is hoog en evenredig met het contactoppervlak, wat betekent dat dit oppervlak moet worden vergroot in het geval van zware belastingen. Een bijkomend voordeel van de polymeerwrijvingsgeleider is dat deze geen onderhoud nodig heeft omdat deze droog werkt, sterker nog, de aanwezigheid van vet kan voortijdige slijtage veroorzaken. Sommige nadelen zijn gerelateerd aan wrijving zelf: de wrijvingscoëfficiënt is in de meeste gevallen hoger dan 0,2, en dit vereist dat grotere bedieningsmechanismen worden gebouwd omdat een vijfde van de kracht verloren gaat in het wrijvingsproces. Hogesnelheidstoepassingen kunnen niet worden ontworpen met wrijvingsgeleiders, omdat deze snel slijten. Deze geleiders tonen een zekere mate van speling, en, indien gecompenseerd, is het resultaat meer wrijving en verder dragen.

Contactloze geleiders, zonder slijtage of onderhoud

- Luchtlagers

 Dit type is het eenvoudigste van allemaal vanuit het oogpunt van tribologie. Het blok zweeft boven het oppervlak en biedt dus een wrijvingscoëfficiënt van 10^-7 en tot 300 m/s² in versnelling, waardoor het zeer geschikt is voor dynamische toepassingen. Een ander groot voordeel is precisie: als het oppervlak van de montagebank nauwkeurig en vlak is in hoge mate (we herinneren lezers eraan dat granieten werkbanken het meest geschikt zijn om dit soort geleiders te monteren). Deze geleiders bieden uitstekende precisie in hun bewegingen. De luchtdruk kan variëren tussen 5 en 6 bar, die tegenwoordig in bijna elke industriesector beschikbaar is (zie afbeelding 5). Onder deze druk zweeft het blok boven het oppervlak met ongeveer 2-5 micron. Het meest bekende voordeel van deze geleiding is dat, omdat er geen daadwerkelijke slijtage is, het geen onderhoud vereist. Dit resulteert in een geleiding die in staat is om de zwaarste arbeidsomstandigheden te doorstaan. We kunnen toepassingen benadrukken met zeer korte slagen in testmachines, zelfs bewegingen van slechts enkele micron, evenals hoogfrequente en hoogdynamische bewegingen. Een van de nadelen zou kunnen wijzen op de noodzaak van een volledig vlak, ruwheidsvrij oppervlak (wat betekent dat het met regelmatige tussenpozen moet worden gecorrigeerd), dat ook stabiel is in termen van temperatuur en vervormingen.

- Hydrostatische geleiders

Dit type geleiding is erg populair bij toepassingen voor machine tool applicaties. De ruimte tussen de geleider en het blok is gevuld met een dunne laag olie. Het lijkt te werken als een wrijvingsgeleider, maar zonder fysiek contact. Deze technologie vereist een goed montageoppervlak en nauwkeurige afstelling om een correcte werking te garanderen. Het is een slijtloze, zeer nauwkeurige geleider. De belangrijkste kenmerken zijn de hoge kosten en het lage marktaanbod, waardoor het vrij onbekend is bij veel ingenieurs en OEM-fabrikanten.

Elektromagnetische geleiders

 Dit type geleider werkt volgens het magnetische levitatieprincipe. Er zijn verschillende afstotende polen die zorgen voor een constante opening tussen de geleider en het blok, wat betekent dat het bewegende object magnetisch wordt opgehangen. Deze geleiders worden normaal gesproken gebruikt in een cleanroom of vacuümtoepassingen, waar andere soorten geleiders niet kunnen worden geaccepteerd. Het grootste nadeel van dergelijke gidsen is hun prijs, die veel hoger is dan voor de andere typen.