Robuste Renner

Spindellager - Ein neu entwickeltes Hochgeschwindigkeitslager verbindet hohe Belastbarkeit mit der Eignung für Einsätze bei höchsten Drehzahlen.

11. September 2007

Die meisten Spindellager-Anwendungen erfordern den Einsatz von Loslagern zum Ausgleich von Längenänderungen infolge von Temperatureinflüssen. Eine Möglichkeit, diesen Längenausgleich zu verwirklichen, bieten zum Beispiel Zylinderrollenlager und Floating Displacement Lager (FD-Lager). Während Zylinderrollenlager eine hohe Belastbarkeit bei mittlerem Drehzahlvermögen aufweisen, eignen sich FD-Lager für höchste Drehzahlen, bieten jedoch eine geringere Belastbarkeit.

Die Vorteile beider Lagertypen kombiniert ein neues Zylinderrollenlager für hohe Drehzahlen, das der Schweinfurter Wälzlagerspezialist FAG jetzt vorgestellt hat. Das neu entwickelte Hochgeschwindigkeits-Zylinderrollenlager mit Stahlrollen erreicht bei nahezu unverminderter Belastbarkeit ein um 80 Prozent höheres Drehzahlniveau als herkömmliche Zylinderrollenlager und übertrifft damit sogar die bisher nur mit Hybridlagern und Messingkäfig möglichen Drehzahlen.

Erreicht wird dies durch eine optimierte Kontaktgeometrie sowie einen außenbordgeführten Käfig aus dem Kunststoff PEEK, der eine wesentlich geringere Reibung aufweist als wälzkörpergeführte Messingmassivkäfige. Die geringen Betriebstemperaturen infolge der niedrigeren Reibung verringern zudem die Beanspruchung des Schmierstoffs.

Höhere Drehzahlen erlauben jetzt auch die Standard-Zylinderrollenlager von FAG. So konnte die erreichbare Drehzahl mit Messingkäfig um etwa 10 Prozent gesteigert werden, mit außenbordgeführtem Käfig aus PEEK sind sogar weitere 40 Prozent bis 55 Prozent drin. Bei den Hybrid-Zylinderrollenlagern steigert der außenbordgeführte PEEK-Käfig die erreichbare Drehzahl um 30 Prozent. Bei Verwendung einer halbierten Rollenanzahl erreichen Hybrid-Zylinderrollenlager annähernd das Drehzahlniveau von Floating Displacement Lagern.

Optimiert für höchstes Tempo

Ein Floating Displacement Lager ist das ideale Loslager für höchste Drehzahlen, wenn das Lager ohne große äußere Belastung arbeitet. Gegenüber gleich schnell laufenden Hybrid-Zylinderrollenlagern ist es deutlich kostengünstiger. Ein weiterer Vorteil ist die geringere Empfindlichkeit gegenüber Radialluftveränderungen im Betrieb. Bei dem neu entwickelten universalen Floating Displacement Lager (FD-Universal) ist die Fertigungsradialluft des Lagers nun abhängig vom Bohrungsdurchmesser eingestellt. Sofern für den Wellendurchmesser eine vorgegebene Durchmessertoleranz eingehalten wird, ergibt sich damit nach der Montage eine Radialluft innerhalb eines gewünschten, sicheren Bereichs. Somit werden Montagevorgang und Lagerhaltung entscheidend vereinfacht. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit lassen sich zudem auch mehrere Floating Displacement Lager nebeneinander montieren.

Thermisch robust

Ein Problem bei Hauptspindeln mit hoher radialer Belastung sind oft Temperaturdifferenzen zwischen den Lagern auf der Festlagerseite der Spindel, wo oft mehrere Lager zu Tandem- oder Dreiersätzen kombiniert werden. Zwar sind alle Lager nach der Montage gleich vorgespannt und tragen gleichmäßig, während des Betriebs jedoch entstehen infolge des Wärmeeintrags aus dem Antriebsrotor Temperaturdifferenzen, die die Vorspannung verändern. Insbesondere der Innenring des motornäheren Lagers ist deshalb normalerweise deutlich wärmer als der des äußeren Lagers, was zu einer höheren Vorspannung führt. Für solche Anwendungen bietet FAG anwendungsspezifisch optimierte universale Tandemsätze, bei denen das motornähere Lager um einen definierten Betrag radial am Außenring freigestellt ist, sodass der Außenring dieses höher belasteten Lagers radial nachgeben kann.

Auch bei den Lagern eines neu entwickelten thermisch robusten Tandemsatzes federt das motornähere, höher belastete Lager weicher ein als das äußere, niedriger belastete, erreicht wird dies hier jedoch durch eine bewusste Zuordnung der Lagersteifigkeiten. Während der universale Tandemsatz bei gleichen Temperaturen an Außen- und Innenring gleichmäßig trägt, treten unter diesen Bedingungen beim thermisch robusten Tandemsatz Vorspannungsunterschiede auf. Im Bereich der für Motorspindeln typischen Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenring jedoch sind die Vorspannungsunterschiede im thermisch robusten Tandemsatz geringer als im universalen Tandemsatz. Die gleichmäßigere Belastung beider Lager verringert deshalb das Beanspruchungsniveau im Wälzkontakt des inneren Lagers. Gleichzeitig werden dynamische und statische Steifigkeit der Spindel verbessert. Die Folge sind höhere Betriebssicherheit, verbesserte Spindelleistung sowie gegebenenfalls eine bessere Werkstückqualität.

Dr. Martin Voll, Schaeffler KG/bt

Erschienen in Ausgabe: 06/2007