THK Journal : THK ist der erste Hersteller von Linearsystemen mit der TÜV SÜD-Zertifizierung

Linearführungen mit zertifizierter Prüfmethode

Zur Erweiterung der Funktionen der im Jahr 2022 eingeführten Tool Monitoring AI Solution, einer KI-basierten Werkzeugüberwachung, bietet die THK jetzt auch die Anbindung an CNC-Steuerungen der FANUC Corporation an. Diese Konnektivität ermöglicht eine schnellere Installation und Nutzung der Tool Monitoring AI Solution, verhindert fortlaufendes Arbeiten mit schadhaftem Werkzeug und optimiert den Zeitpunkt des Werkzeugwechsels, indem sie Werkzeugschäden und Ausbrüche frühzeitig erkennt.

Abb. 1 THK-Linearführungen für unterschiedliche Applikationen

Linearführungen von THK werden in Werkzeugmaschinen, Anlagen zur Halbleiterfertigung und allgemeinen Industriemaschinen eingesetzt – ebenso wie in vielen weiteren Bereichen, darunter Medizintechnik, Automobilindustrie und Bahntechnik. In all diesen Anwendungen sind die im Katalog angegebenen dynamischen Tragzahlen ein entscheidender Leistungsfaktor bei der Auswahl der passenden Linearführung.

Mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Qualität der Linearführung zu sichern, ist THK der erste Hersteller von Linearsystemen, der eine TÜV SÜD-Zertifizierung erhalten hat. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die empirische Prüfmethode zur Bestimmung der dynamischen Tragzahl, für die wir diese Zertifizierung erhalten haben.

Unverzichtbar in der industriellen Fertigung: Die Linearführung

THK hat mit eigener Technologie die bis dahin als schwierig geltende Rollbewegung bei den linearen Führungselementen von Maschinen realisiert und 1972 als weltweit erstes Unternehmen die Linearführung zur Marktreife gebracht. Diese Einführung der Rollbewegung bei linearen Führungselementen führte zu einer sprunghaften Verbesserung der Maschinenleistung in Bezug auf Präzision, Geschwindigkeit und Energieeffizienz.

Abb. 2 Linearführung

Bei der Auswahl einer Linearführung ist die dynamische Tragzahl C ein wichtiges Auswahlkriterium. Diese bezeichnet die konstante, in Richtung und Größe unveränderliche Last, bei der - wenn eine Gruppe identischer Linearführungen unter denselben Bedingungen bewegt werden - die Nutzungsdauer L = 50 km bei Linearführungen mit Kugeln bzw. L = 100 km bei Linearführungen mit Rollen erreicht wird.

Die dynamische Tragzahl wird auf Basis verschiedener Parameter der jeweiligen Linearführung berechnet und variiert je nach Modellnummer und Größe. Bei der Auswahl und Konstruktion einer Linearführung wird die im Katalog angegebene dynamische Tragzahl als Grundlage für die Lebensdauerberechnung verwendet.

Beziehung zwischen dynamischer Tragzahl und Lebensdauer

Wenn sich eine Linearführung wiederholt geradlinig bewegt, werden die Laufbahnen und Wälzkörper zyklisch belastet. Dadurch entstehen im Inneren Risse infolge von Metallermüdung. Sobald diese Risse bis zur Oberfläche fortschreiten, kommt es schließlich zu einer abschuppenden Abplatzung des Metalls, die als Flaking (auch Spalling genannt) bezeichnet wird. Die Lebensdauer einer Linearführung ist die Gesamtlaufstrecke bis zum Auftreten dieses Flakings. Die Strecke, die 90 % aller Linearführungen ohne Flaking zurücklegen können, wird als Lebensdauer L10 bezeichnet. Sie kann mit der vereinfachten theoretischen Formel L10 = (C/P)³ × 50 (km) berechnet werden, wobei C die dynamische Tragzahl und P die auf die Linearführung wirkende Last ist. Das bedeutet, bei konstanter Belastung P verlängert sich die Laufstrecke bis zum Lebensdauerende mit zunehmender Tragzahl C. Dadurch verringert sich die Häufigkeit des Austauschs von Linearführungen, was wiederum Kosten reduziert. Allerdings kann die Wahl eines überdimensionierten Modells nachteilig sein – etwa durch Raumbeschränkungen oder erhöhtes Maschinengewicht. Daher ist es wichtig, eine kompakte Linearführung mit möglichst hoher Tragzahl auszuwählen.

Abb. 3 Beispiel für Flaking auf der Laufbahnoberfläche

Abb. 4 Beispiel für Flaking an den Wälzkörpern

Überprüfung der Zuverlässigkeit durch empirische Tests

Der Zusammenhang zwischen der dynamischen Tragzahl und der Lebensdauer eines Linearführungssystems ist bereits oben beschrieben. Erst nachdem für jede Baureihe die berechnete dynamische Tragzahl durch empirische Tests bestätigt wurde, kann das Produkt als zuverlässig eingestuft und an die Kunden ausgeliefert werden. Im Folgenden werden kurz die bei THK tatsächlich durchgeführten Verifizierungsversuche vorgestellt:

1. Die Linearführung wird gemäß den festgelegten Verfahren auf einer Prüfvorrichtung montiert. 
2. Eine definierte Prüflast wird auf die Linearführung aufgebracht.
3. Die Linearführung wird unter den festgelegten Bedingungen betrieben. 
4. Auf der Laufbahn oder den Wälzkörpern tritt Flaking (Abblätterung) auf.
5. Mehrere Linearführungen werden geprüft, und anhand der Wahrscheinlichkeitsverteilung nach Weibull* wird die L10-Lebensdauer berechnet, also die Laufstrecke, bei der 10 % der Prüflinge Flaking zeigen.

*Die Weibull-Verteilung ist eine statistische Verteilung, die zur Bewertung der Lebensdauer oder Festigkeit von Produkten und Materialien verwendet wird. Wenn schließlich das Ergebnis lautet: „L10-Lebensdauer aus dem empirischen Test > L10-Lebensdauer nach theoretischer Berechnung“, dann erfüllt die Linearführung die im Katalog angegebene dynamische Tragzahl. Allerdings sind die Testergebnisse nur dann verlässlich, wenn auch die Prüfmethoden, Prüfgeräte und Prüfbedingungen selbst zuverlässig sind. Daher unterliegt bei THK der gesamte Prüfprozess einer strengen Kontrolle. Durch stets reproduzierbare Tests stellt THK sicher, dass die ermittelten Werte der dynamischen Tragzahl verlässlich und nachvollziehbar sind.

Abb. 5 Prüfstände bei THK für die empirischen Tests

Über TÜV SÜD

THK führt seine empirischen Tests unter strenger interner Kontrolle durch. Um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen, hat das Unternehmen jedoch zusätzlich die Zertifizierung durch die unabhängige Prüforganisation TÜV SÜD erhalten. Der TÜV (Technischer Überwachungsverein) ist eine Gruppe unabhängiger Organisationen mit Sitz in Deutschland. Die TÜV SÜD Gruppe hat ihren Hauptsitz in München und bietet Prüf-, Zertifizierungs-, Inspektions- und Beratungsdienstleistungen in einer Vielzahl von Branchen an, darunter Automobiltechnik, Industriemaschinen, Bauwesen, Energie und Medizintechnik. Auch in Japan haben zahlreiche Hersteller eine TÜV SÜD-Zertifizierung erworben. Diese Zertifizierung bestätigt die Sicherheit und Funktionswirksamkeit von Produkten, wie z. B. Maschinen, elektronischen Geräten oder medizinischen Systemen. Selbst im Alltagsleben begegnet man häufig dem TÜV SÜD-Prüfzeichen wie beispielsweise auf elektronischen Bauteilen oder Geräten des täglichen Gebrauchs.

Abb. 6 Das Oktagon-Symbol befindet sich an allen Prüfständen

Erhalt der TÜV SÜD-Zertifizierung

Im Folgenden wird die von THK erworbene TÜV SÜD-Zertifizierung erläutert:

Prüfspezifikation

THK hat eine Prüfspezifikation für die Bewertung der dynamischen Tragzahl festgelegt. Diese Prüfspezifikation wurde in Übereinstimmung mit den Normen DIN 631*¹, DIN/ISO 14728-1*², DIN/ISO 17025*³ und DIN/ISO 281*⁴ erstellt und entspricht damit internationalen Standards. Die Prüfspezifikation selbst ist so gestaltet, dass sie höchste Zuverlässigkeit und Nachvollziehbarkeit gewährleistet.

Prüfstände

Die für die empirischen Tests eingesetzten Prüfstände ermöglichen die gleichzeitige Prüfung mehrerer Linearführungen. Sie sind so konstruiert, dass alle Einflüsse, die die Lebensdauer beeinträchtigen könnten, ausgeschlossen oder minimiert werden. Mehrere dieser Prüfstände sind an verschiedenen THK-Standorten im Einsatz.

Prüfbedingungen

Die Faktoren, die die Lebensdauer einer Linearführung unter Prüfbedingungen beeinflussen können, sind vielfältig. THK hat alle diese Einflussfaktoren identifiziert, deren Auswirkungen eliminiert oder minimiert und für jede einzelne Prüfbedingung enge Toleranzen festgelegt. Diese Anforderungen sind detailliert in der oben genannten Prüfspezifikation beschrieben.

Prüfpunkte

Die empirischen Tests umfassen eine Vielzahl von Mess- und Prüfpunkten. Bei jedem einzelnen Punkt wird streng überwacht und kontrolliert, ob die festgelegten Toleranzen der Prüfbedingungen eingehalten werden. Um sicherzustellen, dass alle Abläufe präzise gemäß der Prüfspezifikation durchgeführt werden, erstellt THK umfangreiche Arbeitsanweisungen und Checklisten. Dadurch wird eine stabile Prüfablaufqualität gewährleistet und es können hochwertige, verlässliche Prüfergebnisse erzielt werden.

Prüfer

Die empirischen Tests dürfen ausschließlich nur von qualifizierten Mitarbeitern durchgeführt werden, die eine interne Schulung in der Prüfabteilung absolviert haben. Durch die Beschränkung auf geschultes Fachpersonal wird sichergestellt, dass die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind.

Messgeräte

Die für die empirischen Tests verwendeten Messgeräte werden regelmäßig kalibriert und sind auf nationale Standards rückführbar, sodass stets ein zuverlässiger Zustand gewährleistet ist.

Weltweites Prüfsystem

Unter Einbeziehung der ausländischen Werke hat THK eine Umgebung geschaffen, in der an allen Standorten mit Prüfeinrichtungen identische Bewertungen durchgeführt werden können, und damit ein weltweites Prüfsystem etabliert. Selbst wenn sich die Prüfstandorte unterscheiden, können dank einheitlicher Prüfspezifikationen und Arbeitsanweisungen die Bewertungstests in gleichbleibender Qualität durchgeführt werden. Alle diese Inhalte wurden von TÜV SÜD geprüft und genehmigt. Die von THK angewandte Verifikations- und Prüfmethodik wurde als zuverlässig bewertet und entsprechend zertifiziert. Dadurch ist THK berechtigt, das Zertifikat sowie das TÜV SÜD-Oktagon-Markenzeichen zu führen. Dieses Oktagon-Symbol ist ein Nachweis dafür, dass THK die strengen Prüfverfahren von TÜV SÜD erfolgreich durchlaufen hat und die Zuverlässigkeit sowie Sicherheit der Verfahren bestätigt wurden. Es belegt, dass die Produkte und Dienstleistungen die festgelegten Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen.

• *1: DIN 631 – beschreibt die Prüfbedingungen zur Verifizierung der dynamischen Tragzahl von Linearführungen.
• *2: DIN/ISO 14728-1 – beschreibt die Berechnung der dynamischen Tragzahl und der Nennlebensdauer von Wälzlagern.
• *3: DIN/ISO 17025 – legt die Qualitätsmanagement-, technischen und administrativen Anforderungen an Prüf- und Kalibrierlabore fest.
• *4: DIN/ISO 281 – beschreibt die Berechnungsmethoden für die dynamische Tragzahl und Lebensdauer von Wälzlagern.

 






Abb. 7 Zertifizierung der Prüfmethodik




Ziel ist höhere Zuverlässigkeit mit der TÜV SÜD-Zertifizierung




Durch diese Maßnahmen erreicht THK eine hohe Zuverlässigkeit und bietet Linearführungen an, die unsere Kunden mit Vertrauen einsetzen können. Insbesondere die TÜV SÜD-Zertifizierung, die seit rund 20 Jahren regelmäßig überprüft und aufrechterhalten wird, belegt, dass die Produkte von THK die internationalen Sicherheits- und Qualitätsstandards erfüllen. Durch die strengen Prüfungen und Audits von TÜV SÜD bietet THK seinen Kunden einen zusätzlichen Mehrwert in Form erhöhter Zuverlässigkeit.




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