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antriebstechnik 9/2019

antriebstechnik 9/2019

WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER TITEL Eindrucktiefe 01 3,5 mm 3 2,5 2 1,5 1 0,5 F Faktor 1,15 100Cr6 Vacrodur P Vacrodur 0 3 000 3500 4 000 4500 5000 M Pa 6 000 Pressung P Hmax 100CR6 4 850 N/mm 2 Hmax 5 650 N/mm 2 02 Ausfallwahrscheinlichkeit 99 % 50 10 5 100Cr6 Vacrodur 1 50 100 1 000 10 000 Relative Laufzeit Im Fall von Schmierstoffkontamination führt die große Härte zu einer Reduktion der Initialschädigung durch Fremdpartikelüberrollung. Ein weiterer positiver Aspekt des Wärmebehandlungsprozesses ist die daraus resultierende thermische Stabilität von Vacrodur. Anders als bei konventionellen Wälzlagerstählen nimmt bei Vacrodur die Härte auch bei Temperaturen von über 150 °C nicht ab. Die Werkstoffeigenschaften bleiben bis zu außerordentlich hohen Anwendungstemperaturen von bis zu 400 °C stabil. Die daraus resultierende Robustheit von Spindellagern aus Vacrodur zeigt sich speziell bei unzureichender Schmierstoffversorgung. Solche ungewollten Betriebszustände sind üblicherweise mit stark ansteigenden Temperaturen im Wälzkontakt verbunden und führen zu einem deutlichen Härteverlust. Anders bei Vacrodur, hier sorgt die thermische Stabilität für eine deutliche Sicherheitsreserve. Die Summe dieser Eigenschaften führt zu einer herausragenden Wälzfestigkeit von Vacrodur. Entsprechend einem vom Germanischen Lloyd zertifizierten Versuchsablauf konnte gegenüber dem Standard-Wälzlagerstahl eine mehr als 13-fach höhere Lebensdauer für Vacrodur unter guten Schmierungsbedingungen erzielt werden. In Versuchen mit Mischreibung steigt dieser Lebensdauerunterschied sogar auf den Faktor 25 an. Unter kontrollierten Verschmutzungsbedingungen, d. h. definierter Kontamination des Schmierstoffs mit mineralischen Partikeln konnte im Vergleich zum bisherigen Benchmark Cronidur eine 24-fache Steigerung der Gebrauchsdauer nachgewiesen werden. ROBUSTES SPINDELLAGERDESIGN: GERINGE VERÄNDERUNG DER LAGERVORSPANNUNG Die neue X-life High-Speed-Spindellager-Serie von Schaeffler gibt es in den drei Performance-Varianten M, HCM und VCM – letztere mit Wälzkörpern aus Keramik und Lagerringen aus Vacrodur, wie sie bei DMG Mori eingesetzt werden. Basis sind die Maß reihen 70 und 719 und nominelle Druckwinkel von 17 bzw. 25°. Wichtiges Entwicklungsziel des neuen Designs war es, die Änderung der Lagervorspannung über einen weiten Bereich der Betriebsparameter möglichst gering zu halten. Denn die Lagerung muss die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Welle und Gehäuse oder auch die Aufweitung der Lagerinnenringe durch die Fliehkräfte axial und radial ausgleichen. Eine gezielte Abstimmung von Kugelgröße, Laufbahnkontur (Schmiegung) und Druckwinkel in Kombination mit der Radialluft führte zum gewünschten Fortschritt. Dies haben Vergleichstests mit den Baureihen HC und HCRS belegt: Die Veränderung der relativen Vorspannkraft durch Einflüsse aus Passung, Kinematik und Temperatur sind bei der HCM-Variante am geringsten. MEHRWERT FÜR DEN WERKZEUGMASCHINENBAU Schaeffler Vacrodur ist ein Wälzlagerwerkstoff, der die Gebrauchsdauer von Spindellagern unter schwierigen Bedingungen verlängert. Durch die Kombination von Vacrodur mit der auf die Bedürfnisse von Motorspindeln abgestimmten thermisch robusten Lagerkonstruktion der M-Baureihe lassen sich leistungsdichte, robuste und langlebige Spindelantriebe realisieren. Mit kürzeren Zykluszeiten, längeren Maschinenlaufzeiten und geringeren Wartungskosten sichern sich Maschinenhersteller und Betreiber einen Wettbewerbsvorsprung. Fotos: Schaeffler Technologies AG & Co. KG www.schaeffler.com 01 Durch seine hohe Härte ist Vacrodur im Vergleich zu 100Cr6 bei Kollision deutlich robuster 02 Vergleich der Lebensdauer zwischen 100Cr6 und Vacrodur bei Mischreibung DIE IDEE „Bei Vacrodur handelt es sich um einen pulvermetallurgisch hergestellten Hochleistungsstahl, der einer speziellen, mehrstufigen Wärmebehandlung unterzogen wird. Dies hat gleich mehrere Vorteile: thermische Beständigkeit, Robustheit gegen Mangelschmierung, um ein Vielfaches erhöhte Lebensdauer. Da meist Lagerschäden für Spindelausfälle verantwortlich sind, kann durch den Einsatz der neuen X-life-Spindellager mit Lagerringen aus Vacrodur die Performance und Langlebigkeit der Spindel verbessert werden.“ Dr. Martin Voll, Leiter Anwendungstechnik Produktionsmaschinen, Schaeffler Technologies AG & Co. KG 20 antriebstechnik 2019/09 www.antriebstechnik.de

„UNSERE SEHR GERINGE AUSFALLRATE REDUZIERT SICH NOCHMALS“ Alfred Geißler, Geschäftsführer der Deckel Maho Pfronten GmbH gewährt im Interview einen Blick in die Spindelmontage und erklärt, wie die Garantie auf die Master-Spindeln von 18 auf 36 Monate ohne Stundenbegrenzung angehoben werden konnte. Wie kam es zum Einsatz der VCM-Spindellager mit Vacrodur- Lagerringen in Ihren Motorspindeln? Unsere Kunden erwarten höchste Werkstückgenauigkeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit und wir möchten zu hundert Prozent zufriedene Kunden. Daher suchten wir nach einem Spindellager, das eine höhere Lebensdauer und eine größere Robustheit gegenüber Kollision und Schmutzeintrag im Vergleich zu anderen Lagern mit dem bewährten Wälzlagerstahl 100Cr6 bietet. Insbesondere bei Spindellagern konzentrieren sich sehr viele Zielkonflikte in einem einzigen Bauteil: Spindellager sollen hohe Drehzahlen ermöglichen, gleichzeitig aber sehr steif sein; dazu reibungsarm und verschleißfest, außerdem thermisch und mechanisch hoch belastbar sein. Kollisionen stellen eine extreme Überlast dar, die die Festigkeit und Härte des Wälzlagerstahls 100Cr6 schnell übersteigen kann. Ein erster Schritt zur Verbesserung des Drehzahlvermögens und der Robustheit waren Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern. Warum war ein neuer Ringwerkstoff die Lösung für dieses Problem? Bei unseren Spindelüberholungen und -reparaturen stellten wir immer wieder fest, dass auch in einem sehr stark beschädigten Spindellager, bei dem die Lagerringe schon extreme Ausbrüche und Risse zeigten, die Keramikkugeln stets unbeschädigt waren. Wir hatten also ein Missverhältnis in der Lebensdauer zwischen den Keramikkugeln und den Lagerringen. Und mit der Neuentwicklung Vacrodur von Schaeffler haben wir die Lösung gefunden. Im Ergebnis zeichnen sich die Motorspindeln durch eine extreme Zuverlässigkeit und eine deutlich längere Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Spindeln aus – vor allem unter erschwerten Betriebsbedingungen. Für welche Einsatzfälle bzw. Betriebsbedingungen hat der Lagerwerkstoff Vacrodur aus Ihrer Sicht besonders Vorteile? Auf die Lebensdauer des Spindellagers haben beispielsweise der Schmierzustand, der Schmutzeintrag, Geometriefehler und natürlich das Lastkollektiv ganz wesentlichen Einfluss. Diese Mischung aus verschiedenen Einflussfaktoren beansprucht das Lager. Das besondere an Vacrodur ist, dass dieser auf alle diese Betriebsbedingungen deutlich widerstandsfähiger als andere Wälzlagerstähle reagiert. Wie kommunizieren Sie die Vorteile der Vacrodur-Lager gegenüber Ihren Kunden? Die neue Innengeometrie der VCM-Lager erwies sich für uns als ideal. Im Vergleich zu den Vorgängerversionen konnten wir die Spindelsteifigkeit durchschnittlich um 15 Prozent steigern und die thermische Verlagerung gar um 40 Prozent reduzieren. In Kombination mit einer sehr guten Rundlaufgenauigkeit von nur drei µm sind bessere Oberflächengüten und mehr Präzision in der Fertigung bei unseren Kunden garantiert. Das ist der rein technische Aspekt. Zu der Gewährleistung: Bislang hatten wir unseren Kunden für die Hauptspindeln eine Gewährleistung von 10 000 Stunden oder 18 Monate – je nach dem was zuerst eintritt – versprochen. Mit dem Einsatz der Vacrodur-Lager in alle Spindeln der Master- Serien haben wir diese Werte auf 36 Monate ohne Begrenzung der Betriebsstunden erhöht. Mit den Vacrodur-Lagern in unseren Master-Spindeln werden wir die aktuell ohnehin schon sehr niedrige Ausfallrate von einem Prozent weiter reduzieren. Denn diese Spindelausfälle sind in der Regel auf Verschleiß, Mangelschmierung und Kontamination der Lager zurückzuführen. Und genau unter diesen Bedingungen stellen die neuen Spindellager von Schaeffler einen großen Fortschritt dar. DMG Mori Speedmaster: In den Spindelflansch eingepresste Lager aus Vacrodur von Schaeffler

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