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DER KONSTRUKTEUR 3/2016

DER KONSTRUKTEUR 3/2016

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Scharfes Bild auf Lager Speziell angepasstes Kugelbuchsen-Miniaturlager optimiert Genauigkeit einer Wärmebildkamera Was macht ein Konstrukteur, wenn Standard-Komponenten die Konstruktionsvorgaben für ein neues Gerät nicht erfüllen, Sonderausführungen aber eine zu kostspielige Alternative zu sein scheinen? Ein Messgeräte-Hersteller kam zu dem Schluss, dass eine auf seinen Anwendungsfall zugeschnittene Linearführungslösung im Gegenteil sogar Einsparungen ermöglichen und gleichzeitig die Präzision und Leistungsfähigkeit seiner Konstruktion verbessern würde. Die Fluke Corporation, Hersteller elektronischer Test- und Messgeräte für den professionellen Einsatz, sah sich bei der Entwicklung einer neuen Wärmebildkamera mit konstruktiven Schwierigkeiten konfrontiert, die sich mit handelsüblichen Standardkomponenten nicht lösen ließen. Präzise positionieren Bei der Kamera-Produktreihe Fluke TI400 sorgt das LaserSharp-Autofokus-System dafür, dass durchgängig scharfgestellte Aufnahmen erstellt werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für präzise Infrarot- Prüftechnik. Die Kamera verwendet einen Laserstrahl, der vom aufzunehmenden Objekt abprallt, und aus dessen Laufzeit die Entfernung zwischen Kamera und Objekt ermittelt wird. Diese Daten werden unmittelbar an die Mechanik der Fokussierung übertragen, mit der die bewegliche Linse schnell und präzise in den korrekten Abstand zum Bildsensor positioniert wird. Diese bewegliche Linse befindet sich im Inneren der Kamera, sodass die äußere Linse fixiert werden kann. Die innere Linse ist so konstruiert, dass sie auf einem Kugelbuchsen- Miniaturlager aufliegt und verfährt. Auf die Größe kommt es an Während der Entwicklung stellte sich zunächst heraus, dass gängige Linearlager mit ihrer konstruktionsbedingt hohen Reibung die anspruchsvollen Voraussetzungen zum Abstützen und Positionieren der Linse nicht erfüllen. Brian Gattman, leitender Maschinenbauingenieur von Fluke, erläutert: „Für die Nutzung in einem derart kompakten, leichten, Handmessgerät brauchten wir ein extrem kleines Lager mit gerade einmal 3 mm Durchmesser. Es musste jedoch gleichzeitig sehr wenig Reibung aufweisen, um den Stromverbrauch für das Fokus-System zu minimieren, da dieser einen entscheidenden Faktor für die Akkulaufzeit des Geräts darstellt. Wir hatten bereits festgestellt, dass die handelsüblichen 1/8-Zoll-Kugelbuchsen-Linearlager von Thomson gute Ergebnisse lieferten. Die von uns benötigte Größe von 3 mm war im Standardprogramm jedoch nicht erhältlich. Nach einigen Gesprächen rüstete Thomson kurzfristig seine Anlagen für ein 3-mm-Lager um, dessen durchgängig niedriger Reibungskoeffizient uns in die Lage versetzt, einen kleinen Motor mit gerade einmal 300 mN Schubkraft zu verwenden. Das bedeutet nicht nur einen niedrigen Stromverbrauch, sondern ermöglicht auch ein Gerät mit kompakteren Abmessungen. Entscheidend ist jedoch die außergewöhnlich niedrige statische Reibung des Lagers (Stick/Slip-Effekt), mit der wir einen sanft ansprechenden Betrieb für eine schnelle und präzise Scharfstellung erreichen.“ Herausforderung großer Temperaturbereich Ein zweites wichtiges Kriterium war der zulässige Temperaturbereich des Lagers. Wärmebildgeräte müssen auch bei hohen Temperaturen einwandfrei ihren Dienst tun; Fluke gab hier 50 °C Umgebungstemperatur vor. In Verbindung mit einem Tem- peraturanstieg um bis zu 25 °C aufgrund der Wärmeentwicklung im Inneren des Geräts muss das Lager somit bei bis zu 75 °C gleichbleibend hohe Leistung zeigen. Am anderen Ende der Skala können die Lagerungstemperaturen bis auf -20 °C absinken, sodass eine Temperaturspanne von fast 100 °C entsteht – eine echte Herausforderung für das Schmierfett in dieser Baugruppe. Neben der erwartet höheren Reibung bei niedrigen Temperaturen aufgrund des sich 01 Die Produktreihe miniaturisierter Standard-Lösungen umfasst sowohl Linearantriebe und -führungen als auch Drehantriebe 26 Der Konstrukteur 3/2016

Enge Kooperation Ein hochpräzises, reibungsarmes Kugelbuchsen-Miniaturlager minimiert die Größe und das Gewicht des Endgeräts, maximiert die Akkulaufzeit und optimiert den Autofokus der leistungsfähigen, mobil einsetzbaren Wärmebildkamera Fluke TI400. Erst die Sonderausführung des korrosionsfesten Kompaktlagers aus Edelstahl und Polymer von Thomson konnte die Das hochpräzise, reibungsarme Kugelbuchsen-Miniaturlager minimiert die Größe und das Gewicht der Wärmebildkamera und optimiert den Autofokus Normelemente. Ganter. verfestigenden Schmierfetts zeigte sich in Tests außerdem, dass die Reibung signifikant von der Menge des Schmierfetts im Lager abhängt. Um zu einer optimalen Lösung zu gelangen, haben die Ingenieure von Fluke mehrere unterschiedliche Schmiermittel getestet und eine Vorrichtung konstruiert, mit der sich exakt die richtige Menge in das Lagergehäuse einbringen lässt. Angesichts der großen Anzahl an verwendeten Lagern war ein späterer Austausch des Standard-Schmierfetts keine Option. Daher haben die Produktionsingenieure von Thomson zusammen mit Fluke eine Lösung entwickelt, um das Spezialfett bereits im Produktionsprozess einzubringen, wobei eine überarbeitete Ausführung der Fluke-Vorrichtung zum Einsatz kommt. 02 Das angepasste Miniaturlager bietet ein konstant niedriges Reibungsniveau, sodass die Kamera mit wenig Strom auskommt und besonders kompakt ausfällt speziellen Anforderungen von Fluke erfüllen. Die hier beschriebene optimierte Lösung ist für Konstrukteure, die sich die Zeit nehmen, eng mit ihren bevorzugten Komponentenlieferanten zusammenzuarbeiten, keine ungewöhnliche Vorgehensweise. „Über die gesamte Entwicklungsphase bis in die Vorserie hinein haben Thomson und Fluke äußerst effektiv zusammengearbeitet. Vom Start des Projekts Ende 2013 bis zum heutigen Tag, an dem sich die TI400-Baureihe in voller Produktion befindet, erfolgten alle Lieferungen termingerecht und entsprachen stets unseren Vorgaben. Die enge Kooperation unserer beiden Unternehmen war ein zentraler Erfolgsfaktor für dieses Projekt“, fasst Brian Gattman zusammen. Die Anpassung der Kugelbuchsen-Miniaturlager durch Thomson hat Fluke die passende Lösung einer Linearführung für seine Wärmebildkamera geliefert. Die kompakte Einbaugröße, geringe Reibung und hohe Präzision der Standardlager von Thomson waren für Fluke bereits attraktiv, und mit nur wenigen Modifikationen konnte Thomson die hohen Präzisionsanforderungen seines Kunden erfüllen. Ganter bietet mit seinem weltweit einzigartigen Sortiment an Normelementen alles aus einer Hand. www.thomsonlinear.com Komponenten für die Achssteuerung ■ ■ ■ ■ ■ Umfassender Katalog 24h-Lieferservice Weltweite Verfügbarkeit Webshop und CAD-Download Sonderlösungen Seit über 70 Jahren entwickelt Thomson innovative Produkte im Bereich der mechanischen und linearen Antriebstechnik. Das Unternehmen stellt Linear-Ball-Bushing- und Profilschienenlager, 60-Case-Wellen, geschliffene und gerollte Kugelgewindetriebe, Linearantriebe, Getriebe, Kupplungen, Bremsen, Linearsysteme und Zubehörteile her. Die Produkte finden Anwendung in der Industrie, Luft- und Raumfahrt sowie Militärtechnik. Der aktuelle Ganter-Katalog 15.1 mit unzähligen Normelementen und vielen Ideen zu konstruktiven Problemlösungen. Jetzt kostenlos anfordern. Otto Ganter GmbH & Co. KG Telefon +49 7723 6507-100 Telefax +49 7723 4659 www.ganter-griff.de

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