Spezial-Kugellager für hohe Drehzahl

Portal-Messmaschinen sind aufwendige und teure 3D-Messgeräte, die vor allem in der Qualitätssicherung eingesetzt werden. Dort dienen sie der automatisierten Aufnahme und Speicherung von Messdaten an zu überprüfenden Werkstücken. Um möglichst genaue Ergebnisse erzielen zu können, übernehmen in den Maschinen spezielle Präzisionsmotoren die Steuerung der Messachsen. Diese müssen trotz hoher Drehzahlen eine besondere Vibrationsarmut.

Die Kern Antriebstechnik GmbH hat sich auf die Entwicklung und Produktion von hochpräzisen Elektromotoren unter anderem für Messmaschinen spezialisiert, wobei das Unternehmen auch im Bereich der Magnetkupplungen und -bremsen sowie der Spulenwickeltechnik aktiv ist. Der Systemintegrator bietet seinen Kunden Konzeption, Entwicklung und Konstruktion bis hin zum hausinternen Prototypen- und Musterbau und der Serienfertigung. Je nach Einsatzgebiet wird das Produkt dabei individuell auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten.

Das Unternehmen setzt seit über zehn Jahren auf Wälzlager des Karlsruher Spezialisten Findling. „Wenn ein Kugellager in einen unserer Motoren eingebaut wird, wird es Teil des Gesamtproduktes, für das wir mit unserem Markennamen stehen“, so Peter Schönherr, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Kern Antriebstechnik. „Umso wichtiger ist es für uns, dass wir uns wie bei Findling auf die Qualität der zugelieferten Komponenten absolut verlassen können.“

In den verschiedenen Produktbereichen von Kern müssen die Findling-Lager ganz unterschiedliche Anforderungen erfüllen. In den Hysteresebremsen der Antriebsexperten aus Friedrichshafen ist vor allem der Leichtlauf im ungebremsten Zustand gefragt. Im Motorenbau hingegen sind ein guter Rundlauf und ein leiser Betrieb unumgänglich – Letzteres ist vor allem wichtig bei geräuschempfindlichen Anwendungen wie dem Antrieb von High-End Plattenspielern.

Die Präzisionsmotoren für Portal-Messmaschinen sind bezüglich der eingesetzten Lager ein Sonderfall. Hier fallen mit bis zu 3000 U/min hohe Drehzahlen an. Für eine hohe Positioniergenauigkeit der Messmaschine müssen die Lager trotzdem eine sehr hohe Laufruhe gewährleisten. Zudem ist ein gleichmäßig geringes Spiel essenziell – sonst schlagen die Lager aus und die Welle sitzt nicht mehr zentrisch im Gehäuse. „Eine weitere Anforderung ist eine besonders lange Lebensdauer, denn Messmaschinen sind teuer und müssen ihren Dienst entsprechend über Jahre und Jahrzehnte erfüllen, ohne dass Probleme mit dem Antrieb auftreten dürfen“, so Schönherr.

Entsprechend des jeweiligen Einsatzbereichs wählt Kern das passende Lager für das jeweilige Produkt – immer unterstützt von der herstellerunabhängigen Beratung durch Findling. „Sollten wir in unserem Portfolio von über 22 000 unterschiedlichen Standard-Lagertypen für die Anwendung unseres Kunden nicht fündig werden, so haben wir die Möglichkeit, auf die bereits auf spezielle Anwendungsfälle optimierte eXtreme-Serie zurückzugreifen. Alternativ entwickeln und konstruieren wir ein maßgeschneidertes Wälzlager für den Kunden“, so Steffen Reinbold, Leiter Technik und Entwicklung bei Findling Wälzlager. Im Fall der Präzisionsmotoren für die Messmaschinen empfahlen die Karlsruher die neuen Xspeed-Lager für hohe Drehzahlen.

Diese Baureihe für Hochgeschwindigkeitsapplikationen basiert auf Standard-Rillenkugellagern der Supra-Klasse. Da in diesem Segment die Laufeigenschaften eine besondere Rolle spielen, erfüllen die Lager hohe Ansprüche an die Oberflächengüte und Profilierung der Laufbahnen. Sie werden in der Toleranzklasse P6 mit erhöhter Präzision und Rundlaufgenauigkeit gefertigt. Die Lagerluft ist durch Einengung der Toleranz auf die hohen Geschwindigkeiten angepasst. Dies ermöglicht die optionale Einstellung der Restlagerluft durch die Wahl der Gehäuse- und Wellenpassung, wie es die Anwendung von Kern erfordert.

Vergleichstests mit ausgewählten Typen auf dem Leistungsprüfstand bestätigen die erhöhte Rundlaufgenauigkeit und Laufruhe im Vergleich zu einem Standard-Premiumlager. Dies wird durch die eingeschränkte Lagerluft und eine höheren Fertigungspräzision in den Anschlussmaßen erreicht. Des Weiteren wurde durch die Modifikation der Dichtungen ein reduziertes Anlauf- sowie Reibmoment berücksichtigt. Für die Antriebe der Messmaschinen kommt die Dichtungsvariante 2RSDD – eine beidseitig in Nut geführte, axial anliegende schleifende Gummidichtung – zum Einsatz. Sie reduziert die Eigenerwärmung des Lagers, sodass die Leistungsfähigkeit nochmals gesteigert wird. Im Vergleich zu einer RS-Standarddichtung ließ sich die Eigenerwärmung um bis zu 10 °C reduzieren, was die Lagerlebensdauer unmittelbar beeinflusst. Optional ist bei den Xspeed-Lagern auch eine berührungslose Dichtungsvariante verfügbar.

Zudem sorgt ein spezielles hochreines, niedrig viskoses und geräuscharmes Fett mit hervorragendem Anlaufverhalten und für einen optimalen Betrieb bei hohen Drehzahlen. Zum Einsatz kommt ein Hochleistungsfett für einen Temperaturbereich von -40 bis +150 °C. Lager mit C3-Lagerluft sind mit einem Hochtemperaturfett bis 180 °C ausgestattet. Damit kann die Lebensdauer bei hohen Betriebstemperaturen nochmals gesteigert werden: Es hat noch bei 177 °C eine Lebensdauer nach ASTM D 3336 von über 750 Stunden.

Bei Kern Antriebstechnik haben sich die Xspeed-Lager im Einsatz bewährt. Das gilt auch für alle anderen Produkte, die das Unternehmen von Findling bezieht. „Die Erfahrung mit anderen Lieferanten hat gezeigt, dass das Qualitätsniveau durchaus schwanken kann. Das führt bei erhöhtem Ausschuss in unserem Haus zu Lieferschwierigkeiten oder im schlimmsten Fall zu Motorausfällen bei den Kunden“, so Schönherr.

Ein weiteres gemeinsames Projekt ist bereits in Sicht: Kern plant eine neue Motorengruppe mit mehreren Linien, und schon jetzt ist klar: Die Wälzlager sollen aus dem Sortiment von Findling stammen. (ah) •