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ULS-Innovationen

Kontaktfreie hydrostatische Gleitlager

Das XLS nutzt im Bewegungssystem für die Strahlführung eine reibungsfreie Gleitlagertechnologie, die die gleichmäßigsten, schnellsten und genauesten Bewegungen über das Bearbeitungsfeld ermöglicht. Diese zum Patent angemeldete Technologie umfasst reibungsfreie hydrostatische Lager, die unter Druck stehende Gase als Schicht nutzen, um dem Kunden verschiedene Vorteile zu verschaffen:

Funktionsweise der reibungslosen hydrostatischen Lager

Kontaktfreie hydrostatische Gleitlager sind nicht vergleichbar mit anderen Lagertechnologien, denn sie unterstützen Lasten über eine dünne Schicht von unter Druck stehenden Gasen statt einer mechanischen Verbindung wie bei Kugellagern, Gleitlagern oder Radiallagern. Die Flüssigkeit wird unter Druck gesetzt und durch ein poröses Medium in einen kleinen Raum zwischen zwei Lageroberflächen hineingepresst. Die Viskosität der Flüssigkeit baut einen Widerstand gegen diesen Prozess und somit eine stabile Druckbarriere auf, die die zwei Oberflächen in einem festen Abstand voneinander getrennt hält.

Hydrostatische Flüssigkeit

Schematische Darstellung der Hauptkomponenten eines reibungsfreien hydrostatischen Lagers

Eine qualitativ gute Flüssigkeitsversorgung ist für das Leistungsverhalten des Lagers entscheidend wichtig. Alle Veränderungen der Umgebungstemperatur, der relativen Feuchtigkeit und des barometrischen Drucks können den störungsfreien Betrieb nachteilig beeinflussen. Aus diesem Grund ist der XLS mit einem Kompressor-Modul ausgerüstet, das den hydrostatischen Lagern Flüssigkeit zuführt. Es gewährleistet, dass das System bei vielen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen einsatzfähig ist und während des Laserbetriebs ein optimales Leistungsverhalten bietet.

Hohe Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit

Hydrostatische Lager kommen bei Bearbeitungswerkzeugen zum Einsatz, wo es auf Präzision, Genauigkeit und Wiederholbarkeit ankommt. Dazu gehören hochpräzise CNC-Maschinen, Koordinatenmessmaschinen und Positionierungssysteme, die in der Luft- und Raumfahrt und in der Halbleiterbranche verwendet werden. Es gibt mehrere Mechanismen, durch die die Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit mit hydrostatischen Lagern verbessert werden.


Hohe Festigkeit


Die Hauptfunktion fast aller Lager besteht darin, die relative Bewegung zwischen zwei Oberflächen in eine einzige Richtung zu beschränken. Wenn ein Lager eine Bewegung in eine ungewünschte Richtung ermöglicht (eine Richtung, die eigentlich ausgeschlossen sein sollte), ist dieses Lager für die ausgewählte Anwendung eine schlechte Wahl.


Hydrostatische Lager zeigen eine außergewöhnlich hohe Festigkeit im Vergleich zu Standardlagertechnologien wie Rillenlaufräder, Gleitlager oder Kugelumlaufbuchsen. Das bedeutet, dass das Bewegungssystem Bewegungen nur in die beabsichtigte Richtung ermöglicht, wodurch die Qualität des Laserschneidens, Lasergravierens und Lasermarkierens gesteigert wird.


Geringere Reibung


Die dünne Schicht strömender Flüssigkeit zwischen den Lageroberflächen führt zu ungewöhnlich geringer Reibung mit fast gänzlich ausgeschlossener Lagerhysterese. Dadurch kann sich das System frei innerhalb des Bearbeitungsfelds bewegen, und zwar ohne den mechanischen Widerstand, den man bei anderen Lagertechnologien findet. Eine bestimmte Reibungsart, die als „trockene“ oder „statische Reibung“ bezeichnet wird, erzeugt Widerstand, wenn die relative Bewegung gestoppt und dann erneut gestartet wird. Diese Reibungsart ist speziell bei der Lasermaterialbearbeitung problematisch. Hydrostatische Lager eliminieren diese Reibungsart fast gänzlich und ermöglichen so eine fast perfekte Vektorbewegung, wodurch die Qualität beim Laserschneiden und Lasergravieren steigt.


Vibrationsminderung


In einem Lasergerät zum Schneiden, Gravieren und Markieren kann es verschiedene Vibrationsarten geben; und es ist äußerst wichtig, diese so weit wie möglich zu dämpfen, um eine hohe Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit sicherzustellen. Hydrostatische Lager sind hierfür besonders gut geeignet und bieten eine viel höhere Vibrationsminderung als alle anderen Lagertechnologien. Für die Lasermaterialbearbeitung bedeutet dies, dass die Bewegung gleichmäßig und vibrationsfrei abläuft, und zwar ohne die üblichen ringartigen Schäden, die in Hochdurchsatz-Vektorprozessen vorkommen.


Andere Lagertechnologien neigen dazu, bei höheren Geschwindigkeiten eine selbst erregte Schwingung zu produzieren. Das ist ähnlich wie bei einem unwuchtigen Autoreifen, der z. B. auf der Autobahn bei höheren Geschwindigkeiten eiert. Hydrostatische Lager zeigen dieses Verhalten nicht und weisen auch bei höheren Geschwindigkeiten keine selbst erzeugte Vibration auf. Das ist besonders bei Rastermodusanwendungen vorteilhaft, bei denen Hochgeschwindigkeitsmarkierungen relativ nahe beieinander gesetzt werden, wobei sich die Oszillationen, die durch die Bewegung des Optikschlitten verursacht werden, verstärken können.

Außergewöhnliche Robustheit und Lebensdauer

Die Reibungsfreiheit der hydrostatischen Lager ist von großem Vorteil für Kunden, da sie bei geringem Wartungsaufwand für einheitliche, hochwertige Ergebnisse sorgt. Dies wird auf verschiedene Weise ermöglicht, wie nachfolgend beschrieben.


Kein mechanischer Verschleiß


Die Flüssigkeit, die sich zwischen den Lagerflächen bewegt, erzeugt einen geringen, kontrollierten Abstand zwischen ihnen, damit sie niemals in Kontakt miteinander kommen. Dadurch wird das Lager besonders haltbar – viel länger als bei anderen Lagertechnologien. Bei Kugel- und Rollenlagern sind die Oberflächen einem ständigen Verschleiß ausgesetzt. Bei der Lasermaterialbearbeitung kann Verschleiß verstärkt auftreten, da sich Bearbeitungsrückstände an den Lagerschnittstellen ansammeln können. Übermäßiger mechanischer Verschleiß kann eine Vielzahl an Bearbeitungsmängel verursachen. Wird das Problem nicht behoben, kann dies zum völligen Ausfall des gesamten Lasersystems führen.


Keine Schmiermittel erforderlich


Hydrostatische Lager haben keine beweglichen Teile und erfordern deshalb keinerlei Schmiermittel wie Fett oder Öl. In puncto Wartung ist das ein großer Vorteil für den Kunden. Es gibt zwei Arten von mechanischen Kontaktlagern: abgedichtete Lager und offene Lager. Offene mechanische Kontaktlager, z. B. Linearlager, die in vielen Lasersystemen anderer Hersteller zum Einsatz kommen, müssen regelmäßig gewartet und adäquat geschmiert werden – ein Verfahren, das fehleranfällig und recht schmutzig ist. Die Nebenprodukte der Lasermaterialbearbeitung setzen sich normalerweise auch auf geschmierten Oberflächen fest. Diese Ablagerungen können die Lebensdauer von mechanischen Kontaktlagern verkürzen, da sie den Abrieb an den Kontaktflächen beschleunigen. Abgedichtete Kugellager, die beispielsweise bei anderen ULS-Lasersystemen (VLS, PLS und ILS) zum Einsatz kommen, erfordern keine Wartung der Schmierstoffe; aber diese Lager sind dennoch einem ständigen Verschleiß ausgesetzt und zählen daher zum Verbrauchsmaterial.


Selbstreinigende Schnittstelle


Ein weiterer entscheidender Vorteil von hydrostatischen Lagern besteht darin, dass die entweichenden Gase als Selbstreinigungsmechanismus fungieren, da sie Stäube und Ablagerungen entlang der Lageroberfläche ablösen. Diese Eigenschaft ist speziell für Lasersysteme relevant, da die Materialbearbeitung verschiedene Rückstände erzeugen kann, die das Potential haben, die Lagerleistung zu beeinträchtigen oder die Lebensdauer zu verkürzen.