Mehr Dynamik und Effizienz bei Wälzlagern und Linearführungen in Produktionsmaschinen Es muss nicht immer Keramik sein - KEM

Mehr Dynamik und Effizienz bei Wälzlagern und Linearführungen in Produktionsmaschinen

Es muss nicht immer Keramik sein

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Hohes Leistungsvermögen und Wirtschaftlichkeit müssen sich in der Wälzlagertechnik nicht widersprechen. Auch mit Wälzkörpern aus Stahl lassen sich Drehzahlbereiche erschließen, die bisher den teuren Keramikanwendungen vorbehalten waren. Die genaue Kenntnis der individuellen Anforderungen ist Voraussetzung für zahlreiche Innovationen auf Basis konventioneller Materialien.
Wer bei Wälzlagern und Linearführungen an Highspeed denkt, der verbindet damit zumeist den Einsatz von Keramik-Wälzkörpern in so genannten Hybrid-Lagern. Die Vorteile dieses Werkstoffes gegenüber Stahl sind unbestritten. Für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Dynamik bleibt Keramik daher die erste Wahl, auch wenn damit ein höherer Preis verbunden ist. In zahlreichen Anwendungen jedoch zeigt sich, dass Optimierungen der Standard-Wälzlager ohne den Einsatz der teureren Keramikwälzkörper bereits jenes Mehr an Dynamik bringen, welches vom Kunden gewünscht ist. Damit lassen sich Lösungen entwickeln, die an die Leistung von Hybridlagern heranreichen können und gleichzeitig ein wirtschaftlicheres Preis-/Leistungsverhältnis bieten. Die Schaeffler- Gruppe Industrie verfolgt zahlreiche Entwicklungen, um mit solchen Optimierungsschritten die geforderten Leistungsdaten bei maximaler Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
High-Speed Profilschienenführung
Die neu entwickelte Highspeed-Profilschienenführung „Kuve-B-HS“ der INA-Lineartechnik erreicht ohne den Einsatz von Keramikwälzkörpern Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s. Analysen hatten ergeben, dass bei konventionellen Führungen die Umlenkzone in den Kopfstücken die Geschwindigkeit begrenzt. Eine optimierte Umlenkgeometrie in Verbindung mit einem speziellen Kunststoffmaterial wirkt bei der Lösung der INA-Lineartechnik dem entgegen und ermöglicht so Verfahrgeschwindigkeiten bis 10 m/s. Dank des robusten Kuve-B Designs gibt es gegenüber der Standardausführung bei diesen Hochgeschwindigkeits-Anwendungen keine Tragfähigkeits- oder Steifigkeitsverluste.
Dies bedeutet eine 30 % höhere nominelle Lebensdauer gegenüber konventionellen Führungen. Zudem zeichnet sich das System durch eine hohe Funktions- und Crashsicherheit aus.
Highspeed Spindellager für Werkzeugmaschinen
Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen stellte bislang das Hybrid-Zylinderrollenlager die einzige Lösung dar. Hier ist es der Schaeffler-Gruppe Industrie gelungen, durch konsequente Maßnahmen zur Reibungsminimierung ein Hochgeschwindigkeits-Zylinderrollenlager mit Stahlrollen zu entwickeln. Es erreicht ein wesentlich höheres Drehzahlniveau als herkömmliche Zylinderrollenlager und übertrifft sogar die bisher für Hybridlager mit Messingkäfig und Keramikwälzkörpern erreichbaren Drehzahlen. Die Belastbarkeit ist dabei nur wenig geringer. Mit dem Hochgeschwindigkeits-Zylinderrollenlager wird nun erstmals mit Wälzkörpern aus Stahl ein guter Teil des Drehzahlbereichs abgedeckt, der bislang Hybridlagern mit Keramik-Wälzkörpern vorbehalten war. Damit können Hauptspindeln in Werkzeugmaschinen deutlicher wirtschaftlicher als bisher in sehr hohe Drehzahlbereiche vorstoßen.
Lager für Präzisionsrundachsen
Kombinierte Axial-Radiallager für Präzisionsrundachsen werden unter anderem in Rundtischen von Werkzeugmaschinen eingesetzt und haben einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsdaten der Maschine. Weniger Reibung im Rundtischlager ist daher der Schlüssel zu höherer Performance und verbesserter Wirtschaftlichkeit. Der Hersteller hat vor allem die Gleitreibungsanteile im Wälzlagerlaufbahnsystem signifikant gesenkt. Gegenüber konventionellen Lagerlösungen weisen derart optimierte Axial-Radial-Zylinderrollenlager eine in etwa 7-fach höhere Grenzdrehzahl auf – bei einem extrem niedrigen und gleichmäßigen Reibmomentverlauf sowie gleichzeitig gesteigerter Kippsteifigkeit. Wird das Drehzahlpotenzial nicht voll genutzt, so stellt sich aufgrund der reduzierten Lagerreibung eine niedrigere Lagertemperatur an der Lagerstelle ein. Das minimiert die thermische Beeinflussung der Maschinenstruktur und erhöht die Präzision der Bearbeitungsergebnisse. Zudem wirkt sich das über den gesamten Drehzahlbereich nahezu konstante Lagerreibmoment positiv auf die Regelungseigenschaften der Achse aus, insbesondere bei direkt angetriebenen Systemen mit Torquemotor. Daher stellen YRTS-Lager für hochdynamische Präzisions-Rundachsen eine ideale Lösung dar, um auf wirtschaftliche Weise höchste Anforderungen erreichen zu können. Das Produkt gibt es zudem mit einem neuen, integrierten Winkelmess-System, das auf die Lagerbaureihe und die Anforderungen von Torquemotorachsen abgestimmt ist. Das starr und ohne Ausgleichskupplungen mit der Maschine verbundene Mess-System vereint hohe Messgeschwindigkeit, Winkelauflösung und Genauigkeit.
Magnetische Lagerentlastung
Um Tragfähigkeit und Grenzdrehzahl der Wälzlagerungen in Rundtischen weiter zu steigern, nutzt Schaeffler die Synergieeffekte aus der Kombination von Wälzlagern und passiven Magnetlagerungen. Die Magnetlagerung wird demnach so in den Rundtisch integriert, dass sich die drehenden Magnete im Rundtisch und die feststehenden im Maschinenbett gegenseitig abstoßen. Die von oben auf den Rundtisch wirkende statische Kraft, beispielsweise eine Gewichtskraft, muss nun nicht mehr von der Rundtischlagerung aufgenommen werden, sondern wird von den sich abstoßenden Magnetkräften kompensiert. Dies führt bei gleicher Lagergröße zu einer höheren Lagerlebensdauer des Wälzlagers. Bei gleich bleibenden Leistungsdaten bietet die Lagerentlastung aber auch Möglichkeiten zum Downsizing. Durch den Einsatz eines kleineren Wälzlagers werden Drehzahlsteigerungen bei gleicher erreichbarer rechnerischer Lebensdauer möglich. Neue Systemeigenschaften und Möglichkeiten zur Steigerung von Leistung und Produktivität der Werkzeugmaschine zeichnen sich in diesem Entwicklungsprojekt ab.
Kühler Lauf: Zylinderrollenlager
Neue Entwicklungen bei Berechnungsmethoden und Fertigungsverfahren machen es heute möglich, die Berührverhältnisse im Lager zwischen Ringen, Wälzkörpern und Käfigen wesentlich zu verbessern und so die Leistung zu steigern. Die neuen X-life Zylinderrollenlager mit Käfig verfügen über entsprechend optimierte Käfigbauformen. Die vollrolligen X-life Zylinderrollenlager weisen eine spezielle Krümmung der Rollenstirnflächen auf, so dass die Kontaktgeometrie zwischen Rollenstirnfläche und Bord optimiert wird. Der Verschleiß an den Borden und den Rollenstirnflächen wird verhindert. Abhängig von der Höhe der Axiallast reduziert sich das Reibmoment zudem um bis zu 50 %. Das reduziert die Lagertemperatur während des Betriebs deutlich. Die zulässige Axiallast der neuen Zylinderrollenlager kann damit 60 % der Radiallast betragen. Insgesamt wird durch die Optimierung die Gebrauchsdauer der Lager signifikant verlängert.
Profilschienenführung KEM 414
Rundtischlager KEM 415
Zylinderrollenlager KEM 416
Spindellager KEM 417
Magnetische Lagerentlastung KEM 418
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