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DER KONSTRUKTEUR 12/2017

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KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE TITELSTORY DEM VERSCHLEISS TROTZEN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Wälzlager sind in Maschinen oft die am stärksten belasteten Maschinenelemente. Darum ist ihre Lebensdauer eine entscheidende Größe für die Verfügbarkeit dieser Maschinen. Es gilt, in den unterschiedlichsten Anwendungen, ihre Lebensdauer zu optimieren. Sie müssen dem Verschleiß und einem vorzeitigen Ausfall trotzen. Autor: Ralf Petersen, NSK Deutschland GmbH, Ratingen Für Wälzlager stehen anwendungsspezifische Wälzlagerstähle und Oberflächenbehandlungen zur Verfügung. Ihr Einsatz kann die Zuverlässigkeit signifikant steigern und einen Beitrag zur Senkung der Gesamtbetriebskosten von Maschinen und Anlagen leisten. EINFLUSSGRÖSSEN AUF DIE QUALITÄT VON WÄLZLAGERSTÄHLEN Zunächst ist die Reinheit der verwendeten Stähle eine wichtige Eigenschaft. Denn die Ermüdungslebensdauer von legierten Wälzlagerstählen wie z. B. 100 Cr6 oder gemäß japanischer Normenbezeichnung SUJ2 hängt im Wesentlichen vom Gehalt an Einschlüssen ab. 12 DER KONSTRUKTEUR 12/2017

KONSTRUKTIONSELEMENTE Eine weitere Stellschraube zur Beeinflussung der Eigenschaften von Stählen und damit auch von Wälzlagern ist die Wärmebehandlung. So ist beispielsweise der von NSK verwendete SHX-Stahl aufgrund einer speziellen Wärmebehandlung besonders verschleißfest bei höheren Temperaturen. Diese Eigenschaft ist z. B. bei Anwendungen gefragt, in denen hohe Temperaturen auftreten. Das ist nicht nur in Heißbetrieben der Fall, sondern u. a. auch im Werkzeugmaschinenbau, wo hohe Spindeldrehzahlen zu erhöhtem Temperaturniveau in den Antriebskomponenten führen. Die Eigenschaften von VIELE SONDERWERKSTOFFE SIND EINE KOMBINATION AUS SPEZIELLER LEGIERUNG UND BESONDERER WÄRMEBEHANDLUNG SHX-Stahl wurden während der Entwicklung durch umfassende Tests zur Verschleißfestigkeit – dazu gehörten 4-Kugel-Test und Rollentest – sowie durch Lebensdauertests zur Werkstoff- und Oberflächenermüdung nachgewiesen. Als dritte Einflussgröße neben Reinheit und Wärmebehandlung ist die Legierung zu nennen. Durch sie kann man beispielsweise den Rissfortschritt im Gefüge eines Lagers verhindern oder zumindest minimieren. NSK hat – wiederum gemeinsam mit Partnern unter den Stahlherstellern – diverse Sonderlegierungen für dieses Anforderungsprofil entwickelt. Dabei steht neben den technischen Eigenschaften der neuen Legierungen auch immer die Frage der Herstellbarkeit in reproduzierbarer Qualität und zu vertretbaren Kosten im Fokus. STAHL MIT MINIMALEM VERSCHLEISS 01 Beim „Super Tough“-Stahl kommt eine Kombination aus spezieller Legierung und besonderer Wärmebehandlung zur Anwendung 02 Dieses Rillenkugellager wurde für Antriebe von Elektromaschinen wie z. B. Haushaltgeräten entwickelt 03 Brüniertes vierreihiges Zylinderrollenlager als integriertes Planetenlager für Windkraftanlagen Insbesondere oxidische, d. h. nichtmetallische Einschlüsse üben negative Wirkungen unterhalb der Laufbahnoberfläche aus. Dazu gehören z. B. Aluminiumoxide, die sich durch Oxidation der Schmelze bilden. Sie können zu einer signifikanten Reduzierung der Wälzermüdungslebensdauer führen, da sie relativ hart sind und während der Weiterverarbeitung des Stahls, z. B. beim Schmieden, aufbrechen können. Dabei werden sie kleiner und beeinträchtigen das Gefüge. Um solche negativen Einflüsse zu vermeiden, hat NSK – in enger Zusammenarbeit mit einem Stahlhersteller – Werkstoffe wie Z-Stahl, EP-Stahl und BNEQARTET entwickelt. Bei ihrer Herstellung kommen teilweise besondere Erschmelzungsverfahren zur Anwendung, die den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen reduzieren. Das führt zu einer längeren Ermüdungslebensdauer. Bei vielen Sonderwerkstoffen wie etwa dem Super-Tough-Stahl von NSK kommt eine Kombination aus spezieller Legierung und besonderer Wärmebehandlung zur Anwendung. Bei diesem nicht durchgehärteten Wälzlagerstahl werden die Oberflächen der Bauteile durch Carbonitrieren gehärtet. Ergebnis ist eine Lebensdauererhöhung um den Faktor 2 gegenüber der berechneten Lebensdauer unter kontaminierten Schmierbedingungen. Bei normaler Verunreinigung des Schmierstoffs kann sich die Lebensdauer des Lagers sogar um den Faktor 10 erhöhen. Der Grund dafür: Oberflächeninduzierter Verschleiß bei Mangelschmierung bzw. kontaminiertem Schmierstoff wird stark reduziert, ferner werden potentielle White-Etching-Cracks-Schäden verzögert. RILLENKUGELLAGER FÜR ELEKTROMASCHINEN Teilweise sind es Technik-Trends in den Anwenderbranchen sowie Schadensbilder in typischen Anwendungsfällen, die zur Entwicklung eines neuen Sonderwerkstoffs für Wälzlager führen. Das gilt z. B. für die BNEQARTET-Technologie, die NSK vor rund zwei Jahren erstmals vorgestellt hat. Anlass für die Entwicklung waren hier die immer größeren Trommeln von Waschmaschinen. Bei den in Europa vorherrschenden Maschinen mit Frontbeladung werden die (Rillenkugel-)Lager einseitig und ungleichmäßig belastet. Die höhere Beladung stellt nochmals höhere Anforderungen an die Belastungsund Leistungsfähigkeit der Lagerung. Vor diesem Hintergrund verbesserten NSK-Werkstoffexperten die Zusammensetzung der Legierung eines vorhandenen Sonderstahls. Dieser Werkstoff verhindert wirksam das Entstehen und vor allem die Ausbreitung von Rissen und Eindrücken in den Laufbahnen. Außerdem kommt ein besonders reiner Stahl zur Anwendung. Dieses Maßnahmenbündel der BNEQARTET-Technologie hat zur DER KONSTRUKTEUR 12/2017 13

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