Vorspannung bei Linearführungen: C0, C1, C2 und C3 richtig wählen

Vorspannung bedeutet, dass zwischen Wagen und Schiene kein Spiel mehr vorhanden ist, sondern eine definierte innere Kraft wirkt. Erreicht wird das über Kugeln mit Übermaß: Rexroth setzt in den Wagen Kugeln ein, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der freie Raum zwischen den Laufbahnen. Die Kugeln werden dadurch dauerhaft gegen beide Laufbahnen gedrückt. Das Ergebnis ist eine negative Lagerluft, also ein Zustand ganz ohne Spiel.

Der praktische Nutzen: Eine vorgespannte Führung reagiert sofort auf eine Lastumkehr, ohne den toten Weg, den ein spielbehaftetes Lager zuerst durchlaufen müsste. Gleichzeitig steigt die Steifigkeit, weil sich die vorgespannten Kugeln unter Last weniger verformen. Für Zerspanung, Messtechnik und jede reversierende Bewegung ist genau das die Voraussetzung für Präzision.

Rexroth staffelt die Vorspannung in vier Klassen von C0 bis C3. Die Klasse steckt als Kennbuchstabe im Typenschlüssel des Wagens (mehr dazu im Beitrag Rexroth Typenschlüssel). Grundregel: Je höher die Klasse, desto steifer die Führung, aber desto höher auch Verschiebekraft und Reibung.

C0 läuft ohne Vorspannung mit einem geringen Spiel von 1 bis 10 µm zwischen Wagen und Schiene; bei zwei Schienen und mehreren Wagen gleicht sich dieses Spiel in der Regel über die Parallelitätstoleranzen aus. C0 ist die richtige Wahl, wenn Leichtgängigkeit wichtiger ist als Steifigkeit oder wenn die Anbaufläche nicht perfekt eben ist. Spielfrei wird die Führung ab C1, dem pragmatischen Standard: spürbar steifer als C0, aber noch tolerant gegenüber kleinen Montageungenauigkeiten. C2 und C3 gehören in steife, präzise Maschinen, deren Anschraubflächen die höhere Vorspannung auch aufnehmen können.

Höhere Vorspannung ist kein kostenloser Gewinn. Mit der Steifigkeit steigen auch die Verschiebekraft und die Reibung, was Antrieb und Erwärmung belastet. Und die Vorspannung geht in die Lebensdauer ein: Rexroth nennt als Grenze, dass die Vorspannkraft ein Drittel der Lagerbelastung F nicht überschreiten sollte, sonst sinkt die Lebensdauer. Wer also ohne Not zu C3 greift, verschenkt Laufleistung. Wie sich die Vorspannung rechnerisch auswirkt, zeigt der Beitrag Lebensdauer berechnen.

Umgekehrt gilt: Treten Schwingungen auf, empfiehlt Rexroth ausdrücklich eine höhere Vorspannung von mindestens C2. Die Vorspannung dämpft dann das Aufschwingen der Achse. Wählen Sie die Vorspannung so hoch, wie die Steifigkeit es verlangt, und keine Klasse höher.

Vorspannung und Genauigkeitsklasse sind nicht frei kombinierbar. Die niedrigen Vorspannungen richten sich nach der Toleranz der Schiene: Auf Schienen der Klasse N bleibt es bei C0 oder C1, denn deren größere Toleranzen würden unter höherer Vorspannung Zwangsspannungen erzeugen. Umgekehrt setzt die hohe Vorspannung C3 eine der engen Klassen voraus, herstellerseitig SP, XP oder UP; im PTS-Onlinesortiment lässt sie sich derzeit mit SP und XP bestellen. Was die einzelnen Genauigkeitsklassen an Toleranz bedeuten, lesen Sie dort nach.

C1 ist die meistgewählte Klasse und deckt den allgemeinen Maschinenbau ab. Sobald Steifigkeit und Schwingungsfreiheit im Vordergrund stehen, etwa bei Werkzeugmaschinen, ist C2 der übliche Standard. Nach oben und unten runden C0 und C3 die Skala ab.

Für die CNC-Fräse im Eigenbau ist C1 in den meisten Fällen die richtige Wahl. Sie läuft spielfrei, ist ausreichend steif für saubere Fräsbilder und verzeiht kleine Unebenheiten der selbst gebauten Anschraubflächen. C2 lohnt sich erst, wenn Sie Stahl zerspanen, Rattermarken bekämpfen und Ihr Maschinenbett wirklich steif und plan ist. C0 reicht für leichte Portale, die nur Holz oder Kunststoff schneiden. Zu hohe Vorspannung auf einem nicht perfekt ebenen Eigenbau erzeugt Zwangsspannungen, erhöht die Reibung und kostet Lebensdauer, ohne die Präzision zu verbessern.