Effiziente Drehverbindung

Schwerpunkt Gleit- und Wälzlager

Drahtwälzlager – Eine Erfindung muss ständig weiterwachsen. Das gilt auch für die Drahtwälzlager von Franke. Neuester Spross der Familie ist eine Ausführung mit Direktantrieb.

24. Mai 2018

Auf der Suche nach einer raumsparenden Lagerung für ein optisches Gerät entwickelt der Ingenieur Erich Franke 1936 das Drahtwälzlager. Seine Erfindung beschreibt er als »ein Kugellager mit besonders geringem Raumbedarf, mit welchem sich ohne Schwierigkeit die höchsten Anforderungen an die Genauigkeit des Laufs eines Körpers auf einem anderen erfüllen lassen.« Heute ist das Unternehmen Franke aus Aalen immer noch sehr aktiv darin, das Drahtwa¨lzlager weiterzudenken und leichtgewichtige Bewegungssysteme zu entwickeln und herzustellen.

Ein aktuelles Beispiel sind Ausführungen mit integriertem Direktantrieb, der sogenannte Franke LD-Drive. Sie zeichnen sich laut Hersteller durch eine sehr hohe Energieef?zienz aus. Die Integration des Antriebsmotors direkt ins Lager ermöglicht es, auf Bauteile wie Getriebe und Antriebsritzel und somit auf komplexe Schmierkreisläufe zu verzichten. Die bewegten Massen fallen deutlich geringer aus, Leistungsverlust durch Reibung wird minimiert.

Das Drahtwa¨lzlagerprinzip bietet zudem auch bei den direkt angetriebenen Systemen den Vorteil der freien Materialwahl für das Gehäuse. Die Verwendung von Leichtbaumaterialien wie Aluminium, Kunststoffe oder Karbon ermöglicht deutliche Gewichtseinsparungen. Der Motor kann dadurch kleiner dimensioniert werden, was zu Energieeinsparungen von bis zu 30 Prozent führt.

Als weitere positive Eigenschaften nennt der Hersteller die komplette Integration des Systems bei kompakter Bauform und das kundenspezifische Design. Franke spricht zudem von einer maximalen Leistung des verschleißfreien Antriebs. Weiterhin liefern die Direktantriebe hohe Werte bei Drehmoment, Dynamik und Wirkungsgrad. Motor, Messsystem und Regler sind frei wählbar und dank einer optionalen Wasserkühlung lässt sich das Nennmoment sogar verdoppeln.

Reibungsarm abrollen

Bei Franke Drahtwälzlagern erfolgt der Abrollvorgang nicht unmittelbar zwischen Wälzkörper und umschließender Konstruktion, sondern reibungsarm auf den integrierten Laufringen. Durch ihre kompakte und hoch belastbare Vierpunktgeometrie soll der Anwender über eine maximale Konstruktionsfreiheit verfügen und die freie Wahl bezüglich Werkstoffen und Geometrien haben. Der Antrieb wird direkt in das Gehäuse integriert. Das ruhende Lagerteil bildet den Stator, das bewegte Lagerteil fungiert als Rotor des Motors. Es sind keine weiteren oder verschleißträchtigen Bauteile notwendig, um die Drehbewegung in Gang zu setzen, was den Wirkungsgrad des Systems und die Lebensdauer erhöht.

Direkt angetriebene Lager eignen sich vor allem für Anwendungsfälle, bei denen hohe Leistungsfähigkeit und geringer Platzbedarf wichtige Kriterien sind. Die Integration des kompletten Antriebs in das Lagergehäuse führt dazu, dass verschleißträchtige Baugruppen zur herkömmlichen Übertragung von Antriebsleistung wie Zahnriemen, Wellen oder Ketten entfallen können. Dies kommt außerdem einer genaueren Positionierung zugute.

Wenn‘s dynamisch wird

So ist es kaum verwunderlich, dass die Lagersysteme mit Direktantrieb in vielen verschiedenen Bereichen zu finden sind, wie etwa im Fahrzeugbau, in Antennensystemen sowie in der Industrie bei Pick-and-Place-Anwendungen, Montage oder Automation. Ein ganz besonderes Einsatzgebiet ist die Medizintechnik. Hier wirkt der Franke LD-Drive als Hochleistungslager im Herzen von Computertomografen. Sie sind bei renommierten Herstellern im Einsatz, weil sie leicht und hochdynamisch alle Anforderungen an moderne Komponenten für die Hochleistungsmedizin erfüllen. Der Anwender erhält von Franke dazu eine komplette Baugruppe aus Leichtbaulager, Motor und Steuerung – aufeinander abgestimmt aus einer Hand.

Das Hauptlager des Computertomografen ist mit dafür verantwortlich, exakte Aufnahmen zu liefern. Selbst bei hohen Drehzahlen muss es leise und vibrationsarm laufen und ein exakter Rund- und Planlauf gewährleistet sein. Franke Speziallager für Computertomografen erreichen Drehzahlen von bis zu 300 Umdrehungen pro Minute bei einer Geräuschentwicklung von unter 60 Dezibel. Ihre hohe Präzision und Laufruhe sorgen für exzellentes Bildmaterial durch die Röntgeneinheit.

In den Testständen von Franke laufen bereits CT-Lager der nächsten Generation: Das Modell 2020 ist mit segmentierten Antrieben versehen und erreicht Drehzahlen von 400 Umdrehungen pro Minute bei 70 Dezibel unter Volllast. Durch eine spezielle Technik der Entlastung soll das Lager eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer erreichen können.

Generell zielt Franke darauf ab, Antrieb und Lagerung perfekt aufeinander abzustimmen. Dabei sind Forschung und Entwicklung wesentliche Bestandteile dafür, jeweils die bestmögliche Lösung für den spezifischen Einsatzfall zu bieten.

Entwicklungsprojekte werden entweder gemeinsam mit den Kunden oder aus eigenem Antrieb zur Optimierung des Produktprogramms gestartet. Dabei spielt auch die detaillierte Beratung beim geplanten Einsatz sowie bei Konstruktion und Auslegung eine entscheidende Rolle. Zu diesem Zweck verfügt Franke in seinen Testlabors in Aalen über umfangreiches Equipment, um jegliche Art von Tests, Prüfungen und Analysen durchführen zu können. mk

Auf einen Blick

Konstruktionsbeispiel

Dünnringlager

• Außendurchmesser: 280 Millimeter

• Kugelkranzdurchmesser: 180 Millimeter

• Innendurchmesser: 160 Millimeter

• Bauhöhe: 73,5 Millimeter

• Gesamtgewicht: 5,5 Kilogramm

• Gewicht Motor: 3,3 Kilogramm

• Vierpunktlager aus Aluminium eloxiert in Massivabstimmung

Direktantrieb

• Nenndrehmoment: 13 Newtonmeter

• Spitzendrehmoment: 60 Newtonmeter

• Nennstrom: 6 Ampere, Spitzenstrom: 32 Ampere

• Maximal 200 Umdrehungen pro Minute, von null bis Spitzenwert einstellbar

• Versorgungsspannung: 230 Volt

• Optionales Messsystem

Erschienen in Ausgabe: Nr. 04/2018

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