Anwendungen von Kreuzrollenlagern

Kreuzrollenlager werden vor allem in Hochpräzisionsgeräten eingesetzt, bei denen der Platz begrenzt, die Steifigkeit aber entscheidend ist. Sie dienen als Kernkomponente in Gelenken von Industrierobotern (Hüft- und Handgelenksachsen), Präzisions-NC-Rundtischen, medizinischen Bildgebungsgeräten (wie CT-Scannern) und Halbleiter-Wafer-Handling-Systemen. Ingenieure bevorzugen diese Lager für den weit verbreiteten Einsatz in der Automatisierungstechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik, da sie gleichzeitig Radial-, Axial- und Momentbelastungen auf kleinstem Raum aufnehmen können. Diese einzigartige Struktur ermöglicht es, dass ein einziges Kreuzrollenlager komplexe Doppelschrägkugellager ersetzen kann und dabei eine Rotationsgenauigkeit (oft < 2μm) und eine hohe Kippsteifigkeit gewährleistet.

Hauptanwendungen von Kreuzrollenlagern

Industrieroboter-Gelenk

Im Bereich der Automatisierung zeigt sich der Einsatz von Kreuzrollenlagern am anschaulichsten in den Gelenkteilen von Industrierobotern. Insbesondere die Hüft- und Handgelenkachse, diese beiden Drehpunkte, stellen höchste Anforderungen an die Stabilität.

Taillenäxte

Als Basis der Roboterbewegung trägt die Hüftachse nicht nur das Gewicht des gesamten Roboterarms bei der Drehung, sondern reagiert auch auf die dynamische Trägheit. Die hohe Kippsteifigkeit der Kreuzrollenlager ist hier entscheidend, denn sie sorgt dafür, dass der Roboter auch bei voll ausgefahrenem Arm und maximalem Drehmoment stabil bleibt.

Handgelenksäxte

Das Handgelenkteil erfordert eine extrem hohe Positioniergenauigkeit, um Werkzeuge zu bedienen oder Teile zu greifen. Da diese Lager komplexe Momentbelastungen auf engem Raum bewältigen können, können Roboterkonstrukteure die Größe des Handgelenks erheblich reduzieren, ohne dabei Einbußen bei der Greifkraft oder der Rotationsgenauigkeit hinnehmen zu müssen - was insbesondere bei Präzisionsmontage- oder Schweißaufgaben entscheidend ist.

Präzisions-CNC-Drehtisch

Bei Bearbeitungszentren sind NC-Präzisionsdrehtische extrem abhängig von der einzigartigen Struktur dieses Lagers. Der starrste Indikator ist hier die Rotationsgenauigkeit, die in der Regel innerhalb von 2 μm (Mikron) gehalten werden muss.

Die Konstruktion der Kreuzrollen verhindert wirksam eine Verschiebung bei starker Schnittbelastung. Wenn der NC-Drehtisch das zu bearbeitende Werkstück hält, wirken auf ihn Schnittkräfte aus allen Richtungen. Die Fähigkeit des Lagers, sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufzunehmen, stellt sicher, dass sich die Position des Drehtisches relativ zur Werkzeugmaschine nicht verschiebt. Bei der eigentlichen Bearbeitung entscheidet dies direkt darüber, ob Sie eine hochwertige Oberflächengüte erzielen und die strengen Toleranzen einhalten können.

Medizinische Bildgebungsgeräte und CT-Scanner

Im medizinischen Bereich stehen Zuverlässigkeit und Kompaktheit an erster Stelle. Der Einsatz von Computertomographen ist ein typisches Beispiel.

Im Inneren des CT-Geräts müssen sich die Röntgenquelle und der Detektor gleichmäßig und präzise um den Patienten drehen. In der Realität ist der Platz im Inneren des Gestells (Gantry) jedoch sehr beengt. Die Verwendung eines einzelnen Kreuzrollenlagers ist eine hervorragende platzsparende Lösung, die die sperrigen traditionellen Lagerkomponenten ersetzt. Dadurch können wir eine größere Öffnung (d. h. die Öffnung, durch die der Patient eintritt) konstruieren und gleichzeitig sicherstellen, dass der Rotationsprozess reibungslos und vibrationsfrei abläuft, was für die Aufnahme klarer, hochauflösender medizinischer Bilder unerlässlich ist.

System zur Bearbeitung von Halbleiterwafern

Die Anforderungen der Halbleiterindustrie an Sauberkeit und Präzision gehen bis zur Zwangsneurose. In Anlagen zur Bearbeitung von Wafern werden Roboter und Transportarme benötigt, um die zerbrechlichen Wafer zwischen verschiedenen Prozessschritten zu transportieren.

Hier spielt die Steifigkeit des Kreuzrollenlagers eine entscheidende Rolle, vor allem um eine vertikale Durchbiegung des Roboterarms zu verhindern (man spricht oft von "Nicken" oder Durchhängen). Sie wissen, dass selbst Vibrationen oder Positionierungsfehler im Mikrometerbereich teure Wafer zerstören können. Darüber hinaus ist dieses Lager aufgrund seiner hohen Steifigkeit in einem kompakten Formfaktor ideal für den Einsatz in Vakuumumgebungen und Reinräumen geeignet - denn je kleiner die Anlage, desto besser lassen sich Luftstrom und Verschmutzung kontrollieren.

Vorteile von Kreuzrollenlagern

Gleichzeitige Handhabung komplexer, zusammengesetzter Lasten

Sein größter Vorteil ist die "Allseitigkeit". Im Inneren des Kreuzrollenlagers sind die zylindrischen Rollen in einer 90 ° V-Nut angeordnet, und jede Rolle steht senkrecht zur benachbarten Rolle. Diese einzige Struktur kann Belastungen aus allen Richtungen standhalten, was die Konstruktionsarbeit unseres Hosts erheblich vereinfacht.

Doppelte Schrägkugellager austauschen

In der Vergangenheit erforderte die Bewältigung komplexer Verbundlasten in der Regel den Einbau von zwei Sätzen Schrägkugellagern, aber auch eine sorgfältig eingestellte Vorspannung. Kreuzrollenlager vereinfachen diesen Prozess direkt, indem sie die komplexe Doppellagerung durch ein Lager ersetzen. Dies bringt zwei sehr praktische Vorteile mit sich:

• Kompakter Fußabdruck: Geringere Höhe und geringeres Gewicht der Komponenten, was bei Robotergelenken und medizinischen Geräten viel Platz spart.
• Hohe Kippsteifigkeit: Hier ein technisches Detail: Die Steifigkeit, die der Linienkontakt der Rolle bietet, ist wesentlich besser als der Punktkontakt des Kugellagers. Nach unten gemessen kann die Steifigkeit des Geräts in der Regel um das Drei- bis Vierfache erhöht werden.

Autor: Jota

Ich bin ein leitender Anwendungsingenieur, der sich auf Präzisionsübertragungssysteme spezialisiert hat. Mit einem Jahrzehnt Erfahrung in der Lagerindustrie konzentriere ich mich auf die Optimierung von Kreuzrollenlageranwendungen für die industrielle Automatisierung, Robotik und medizinische Bildgebungsgeräte, um maximale Steifigkeit in kompakten Konstruktionen zu gewährleisten.