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Robust und präzise

Wälzlager: für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ausgelegt
Robust und präzise

Auf der Hannover Messe stellt NSK Wälzlagerbaureihen vor, die sich durch Langlebigkeit und hohe Genauigkeit auszeichnen. Beispielsweise hat NSK Spindellager für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt und arbeitet eng mit dem Engineering der Werkzeugmaschinenhersteller zusammen, um den optimalen Einsatz derartiger Wälzlager zu gewährleisten.

Höchste Präzision bei immer höheren Geschwindigkeiten: Das ist ein zentraler Trend in der gesamten Metallbearbeitung. Deshalb findet man den Begriff „High Speed“ immer häufiger im Zusammenhang mit Prozessen wie Drehen, Fräsen und Bohren. Diese Entwicklung ist auf den hohen Produktivitätsdruck zurückzuführen, unter dem die gesamte Branche steht.

Für diese Anforderungen bietet NSK die Wälzlager der Robust-Reihe, deren Werkstoffe exakt an die Anforderungen von Wälzlagern in Werkzeugmaschinen angepasst wurde. Dabei kommt der Werkstoffentwicklung eine entscheidende Rolle zu.
Es mag zunächst überraschen, dass Wälzlager für verschiedene Anwendungsbranchen wie etwa die Stahlindustrie und den Werkzeugmaschinenbau aus jeweils unterschiedlichen Stahlqualitäten gefertigt werden. Aber wenn man im Detail die Anforderungsprofile prüft, stellt man fest, dass hier in der Tat jeweils andere Rahmenbedingungen herrschen. Das heißt: Wenn man die Produktivität und Langlebigkeit der jeweiligen Maschinen steigern will, lohnt sich die branchenspezifische Auswahl der Werkstoffe.
Als hochwertiger Standardwerkstoff für Spindellager hat sich der Z-Stahl von NSK etabliert. Für noch höhere Anforderungen im Werkzeugmaschinenbau steht die patentierte SHX-Stahlqualität zur Verfügung. Dieser Stahl zeichnet sich durch eine sehr hohe Reinheit aus und schafft damit die Voraussetzung für noch höhere Leistung und Lebensdauer. Der Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen ist bei diesem Stahl sehr gering. Zudem ist die Korngröße im Werkstoffgefüge homogener als bei konventionellen Wälzlagerstählen.
Die Rezeptur des Stahls erlaubt die Anwendung eines speziellen Wärmebehandlungsverfahrens, das für die nötige Oberflächenhärte und eine extreme Wärmebeständigkeit sorgt. Hinsichtlich der Wärmebeständigkeit unterscheidet sich der SHX-Stahl kaum vom Stahl M50, aus dem Wälzlager für Strahltriebwerke der Luftfahrtindustrie hergestellt werden. Im Vordergrund bei der Wälzlager- Anwendung in Werkzeugmaschinenspindeln steht jedoch die geringe Reibung, also eine möglichst geringe interne Wärmeerzeugung, die beim SHX-Stahl mit einer hohen Ermüdungslebensdauer und hoher zulässiger Flächenpressung kombiniert sind.
Diese beiden Eigenschaften – Ermüdungslebensdauer und geringe Wärmeerzeugung – sind für Wälzlager in Hochgeschwindigkeits-Spindeln von entscheidendem Vorteil, da beim schnellen Hochlaufen und Abbremsen sowie beim Betrieb mit sehr hohen Drehzahlen ganz erhebliche Reibungsverluste und Belastungen entstehen, die dem erfolgreichen Einsatz von „normalen“ Wälzlagerstählen in diesem anspruchsvollen Anwendungsfall enge Grenzen setzen. Aus diesen Gründen erreichen die Robust-Lager aus SHX-Stahl im Vergleich zu Wälzlagern aus herkömmlichem Lagerstahl eine bis zu vierfach längere Ermüdungslebensdauer. Darüber hinaus eignen sie sich für sehr hohe Drehzahlen: NSK bietet hier Hochgeschwindigkeitslager für Anwendungen mit einem n x dm-Wert von bis zu 2,5 Millionen.
Dies ist nur ein Beispiel für die Entwicklung von Wälzlagerstählen für definierte Einsatzbereiche. Für die Stahlindustrie, wo die Wälzlager häufig sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und in der Regel starke Verunreinigungen über den Schmierstoff ins Lager eingebracht werden, entwickelte NSK den Super-TF-Stahl, der ein besonders homogenes Gefüge aufweist.
Dieser Werkstoff wurde so „maßgeschneidert“, dass Spannungsspitzen, die an den Rändern der durch Schmutzpartikel hervorgerufenen Eindrücke etwa auf den Laufbahnen auftreten, deutlich reduziert werden. Daher treten Ausbrüche an der Laufbahnoberfläche sehr viel seltener auf als bei konventionellen Lagern. Wälzlager aus Super TF-Stahl kommen auch in Windkraftanlagen – ein weiteres Kompetenzfeld von NSK – zum Einsatz.
Für Anwendungen, in denen neben festen Schmutzpartikeln auch mit dem Eindringen von Wassser zu rechnen ist, entwickelte NSK die WTF-Lager aus hochreinem und homogenem Einsatzstahl. Hier wurde die Reinheit des Stahls im Vergleich zum Super-TF-Stahl weiter gesteigert. Die besonders kritische Kombination der beiden Verschleißmechanismen – Abrasion durch Verunreinigung plus Korrosion durch Wasser – konnte dadurch stark entschärft werden. WTF-Lager kommen vorwiegend in Kaltwalzgerüsten zum Einsatz. Die Lebensdauer in der praktischen Anwendung steigt hierbei häufig bis zum Faktor 3.
Für Wälzlagerhersteller lohnt es sich also, spezielle Werkstoffe zu entwickeln, die die Belastbarkeit der Lager erhöhen und damit die Leistungsgrenzen von Antrieben, Maschinen und Anlagen in definierten Einsatzfeldern nach oben verschieben. Ferner lohnt es sich für die Anwender, bei der Auswahl von Lagerbauart und Werkstoff sehr sorgfältig vorzugehen und die Engineering-Kompetenz der Wälzlagerhersteller in Anspruch zu nehmen. Hier bietet NSK Services mit hohem Nutzwert für den Maschinenbauer und auch die Anwender und wird dies auf der Hannover Messe anhand zahlreicher Beispiele aus unterschiedlichsten Branchen untermauern.
Klaus Sausele Sector Engineering Machine Tools, NSK, Ratingen
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