Der Konstrukteur 5/2022

ANTRIEBSTECHNIK

ANTRIEBSTECHNIK HOCHGENAU UND ROBUST Höchste Präzision auch unter axialer und radialer Belastung, lange Lebensdauer und Eignung für hohe Drehzahlen gehören zu den Anforderungen von Wälzlagern für die Spindeln von Werkzeugmaschinen. Speziell für diese anspruchsvolle Anwendung wurden sowohl Schrägkugellager als auch Zylinderrollenlager entwickelt. Waldemar Sosnowski, Teamleader Application Engineering, NSK Deutschland GmbH, Ratingen Wälzlager, die in den Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen, müssen in mehrerer Hinsicht sehr hohe Anforderungen erfüllen. Zunächst ist das Drehzahlniveau sehr hoch. Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist ein Drehzahlkennwert von zwei bis drei Millionen mm/min und darüber nicht ungewöhnlich. Wenn es sich um Drehmaschinen handelt, treten sehr hohe Kräfte auf, weil der Materialabtrag beim Eintauchen des Werkzeugs ins Werkstück besonders hoch sein kann und zwangsläufig als hohe Last ins Lager eingebracht wird. Für diese Anforderungen hat NSK verschiedene Bauformen der Serie Robust entwickelt, die sich u. a. durch erhöhte Grenzdrehzahlen und eine sehr hohe Laufgenauigkeit auszeichnen. Das gilt für die beiden Bauarten von Wälzlagern, die in dieser Anwendung zum Einsatz kommen: Schrägkugellager und Zylinderrollenlager. Im direkten Vergleich beider Lagerbau arten unterscheiden sich die Schrägkugellager durch kleinere Kontaktflächen und geringere Massen. Das prädestiniert sie für den Einsatz bei höheren Drehzahlen. Voraussetzung ist jedoch – das unterscheidet sie von Zylinderrollenlagern – eine definierte Vorspannung, die durch Federn oder Buchsen erzeugt wird. Im Vergleich mit Schrägkugellagern bieten Zylinderrollenlager eine PRODUKTE UND ANWENDUNGEN PRÄZISER LAUF DER SPINDEL Bei der Fräsbearbeitung treten je nach Formgebung der Frästeile und Fräsgeschwindigkeit ebenfalls sehr hohe Kräfte auf. Ihnen müssen die Spindellager nicht nur standhalten, sondern sie müssen – und das gilt genauso für das Drehen – unter diesen Bedingungen auch hohe Anforderungen an die Laufgenauigkeit erfüllen. Eventuelle Ungenauigkeiten beim Lauf der Spindel, und seien sie noch so gering, würden zu Mängeln oder Fehlern in der Bearbeitung – und das heißt an den bearbeiteten Produkten – führen. Typische Kennwerte wie Lagerreibmoment und nicht wiederholbarer Radialschlag („Non-repeatable runout“; NRRO) müssen sich deshalb innerhalb enger Vorgaben bewegen. Das setzt eine extrem präzise Fertigung und Montage der Lagerkomponenten voraus, und es erfordert auch eine an die Einsatzbedingungen und Anforderungen angepasste Konstruktion der Wälzlager. SCHRÄGKUGEL- UND ZYLINDER- ROLLENLAGER IM VERGLEICH DIE PRÄZISE KONSTRUKTION DER WÄLZLAGER SORGT FÜR EINE ÄUSSERST HOHE LAUFGENAUIGKEIT DER SPINDELN höhere Steifigkeit und die Aufnahmefähigkeit höherer Radiallasten. Der Drehzahlbereich, in dem sie arbeiten, ist jedoch niedriger. Die Schrägkugellager der Robust-Serie von NSK sind in unterschiedlichen Ausführungen verfügbar – u. a. mit Stahl- und Keramikkugeln, Lagerringen aus verschiedenen Spezialstählen und mehreren Käfigausführungen. Zu diesem Programm gehören die Robust-Sursave-Schrägkugellager, die sich durch neu entwickelte Käfige von den bisher bekannten Lagern unterscheiden. Die Käfige wurden im Hinblick auf ein möglichst geringes Reibmoment optimiert. Somit entsteht im Betrieb der Lager, im Vergleich zu anderen Schrägkugellagern, weniger Wärme, was einen wichtigen Beitrag zu zuverlässigen Bearbeitungsprozessen auch und gerade bei sehr hohen Drehzahlen leistet. Das Leistungsspektrum der Lager im Hinblick auf Lebensdauer und Präzision wird dabei nicht beeinträchtigt. In Zahlen ausgedrückt: Die neuen Lager können 20 DER KONSTRUKTEUR 2022/05 www.derkonstrukteur.de

01 02 Drehzahlkennwerte von über 3 Mio. mm/min erreichen. Das ist ein Plus von 20 % im Vergleich zu konventionellen Schrägkugellagern. Zugleich ist das Lagerreibmoment von Robust-Sursave-Lager um etwa 20 % geringer und der nicht wiederholbare Schlag ist in diesem Vergleich sogar um die Hälfte kleiner. Die Summe dieser Eigenschaften – hohe Drehzahlen, geringes Reibmoment und sehr hohe Laufgenauigkeit – führt dazu, dass Spindeln, die mit Robust-Sursave-Schrägkugellagern ausgerüstet sind, eine sehr hohe Oberflächenqualität der bearbeiteten Bauteile wie z. B. Zahnräder und andere Antriebselemente gewährleisten. Die höhere Leistung der Werkzeuge hat – in Kombination mit den verringerten Reibwerten der Lager – auch eine verbesserte Effizienz und Produktivität der gesamten Maschine zur Folge. NEUES KÄFIGDESIGN Bei den Zylinderrollenlagern, die NSK dezidiert für Spindellagerungen entwickelt hat, nehmen die einreihigen Robustride-Lager eine Sonderstellung ein. Hauptmerkmal dieser Lagerbaureihe ist der Käfig, dessen Geometrie und Führung mit Blick auf das besondere Anwendungsprofil verbessert wurde. Zu den Ergebnissen der Optimierungsarbeit gehört eine bessere Verteilung des Schmierstoffs und, als Konsequenz, eine verringerte und gleichmäßigere Wärmeentwicklung. Der Schmierstofffluss im Lager wird so gelenkt, dass auch die Innenseite, die durch die Zentrifugalkräfte eher benachteiligt wird, bestens mit Schmierstoff versorgt wird. Dabei entstehen keine Planschverluste, und auch bei außerordentlich hohen Drehzahlen wird eine sehr gute Schmierstoffverteilung erreicht. Diese konstruktiven Verbesserungen minimieren den Lagerverschleiß auch und gerade bei hoher Beanspruchung. Außerdem verkürzen sie die Einlaufzeit des Lagerfettes. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Robustride-Käfige bei Lagern mit zylindrischer Bohrung deutlich größere Toleranzen bei der Lagerluft ermöglichen. Das vereinfacht die Montage der Lager. Bilder: Aufmacher Fertnig/iStock.com, sonstige NSK Deutschland www.nskeurope.de 01 Die Robustride-Zylinderrollenlager eignen sich für hochgenaue Bearbeitungsprozesse bei sehr hohen Drehzahlen 02 In Wälzlagern von Werkzeugspindeln hat der nicht wiederholbare Radialschlag NRRO großen Einfluss auf die Oberflächenqualität der bearbeiteten Bauteile