Spezialist für Hochvakuumanwendungen

Hochtemperaturwälzlager von Künemund

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In PVD-Beschichtungskammern herrschen Temperaturen jenseits von +300 °C und Hochvakuum. Für Wälzlager sind das keine idealen Einsatzbedingungen. Damit sie dennoch zuverlässig ihren Dienst verrichten, müssen spezielle Maßnahmen ergriffen werden. Auf Wälzlagerlösungen in Hochvakuumanwendungen hat sich die Künemund-Gruppe spezialisiert.

Dennis Kärcher, Produktmanager, Künemund Wälzlager Holding AG, Stuttgart

Inhaltsverzeichnis

1. Sonderlösungen im Kundenauftrag
2. Feststoffgeschmierte Wälzlager
3. Selbstschmierende Käfige in Standard-Wälzlagern
4. Wälzlager für hochreine Anwendungen

Bei der Dünnschichttechnologie PVD (Physical Vapor Deposition) wird das Ausgangsmaterial – auch Target genannt – mit einer Energiequelle unter hoher Temperatur und Hochvakuum in eine gasförmige Phase umgewandelt. Durch Kondensation scheidet sich das Target auf dem Substrat ab. Die Umgebungsbedingungen in den Beschichtungskammern sind vom Verfahren, mit dem das Target verdampft wird, abhängig. In jedem Fall herrschen hohe Temperaturen und Vakua von unter 10-4 mbar. Damit sich das verdampfte Target in der Kammer in einer gleichmäßigen Schichtstärke von wenigen µm auf den Substraten ablagern kann, müssen diese in der Kammer sehr gleichmäßig gedreht werden. Hierfür dienen Drehgestelle bzw. Drehtische. Manchmal sind die Drehgestelle auch so aufgebaut, dass die Substrate auf den Drehtischen zusätzlich eine Rotation ausführen.

Für die Lagerung der Drehtische bzw. der Substrate werden Wälzlager eingesetzt. Aufgrund der hohen Temperaturen und des starken Vakuums können die Wälzlager natürlich nicht konventionell mit Fett geschmiert werden. Das Schmierfett würde sofort verdampfen und die Kammer kontaminieren. Ein gänzlicher Verzicht auf die Schmierung würde zu einer sehr geringen Gebrauchsdauer der Wälzlager führen.

Sonderlösungen im Kundenauftrag

Auf Wälzlagerungen in Hochvakuumanwendungen hat sich die Künemund-Gruppe spezialisiert. Der Anbieter von Sonderlagern aus Stuttgart bietet für PVD-Anlagen drei Lösungspakete an. Dr. Kai Dürr, Vorstand der Künemund-Gruppe erklärt dazu: „Wir befinden uns mit diesen Lagern bzw. Anwendungen außerhalb der hydrodynamischen Schmierung. Ziel ist es also, die Metallpartner auf eine andere Weise voneinander zu trennen. Hierfür bieten wir zwei Varianten mit Transferschmierung sowie Lager aus Standardwälzlagerstählen/nichtrostenden Stählen, Keramikkugeln und Käfigen aus PTFE/PEEK an.“ Zu den Anforderungen, die die Anwender an diese Lager stellen, erklärt Dürr weiter: „Die Wälzlager in den Beschichtungskammern sind ein Verschleißteil mit einer Gebrauchsdauer von zirka sechs bis zwölf Monaten. In diesen Anlagen spielt die Präzision keine übergeordnete Rolle, auch die Kräfte sind relativ gering. Die Kunden interessiert viel mehr eine möglichst geringe Menge an Fremdpartikeln, die aus dem Lager austreten können und ein besonders guter Gleichlauf der Lager.“

Der Wälzlagersatz darf also nicht stehen bleiben und es dürfen keine Metallverschweißungen im Wälzkontakt auftreten. Aufgrund der hohen Temperaturen verlieren die Lager einen Teil ihrer Härte. In der Praxis wird dies durch eine etwas größere Dimensionierung kompensiert.

Feststoffgeschmierte Wälzlager

Festschmierstoff-Compounds können den metallischen Kontakt zwischen Wälzkörper und Laufbahn verhindern. Als Festschmierstoffe sind grundsätzlich Grafit, Molybdändisulfid MoS2 und PTFE verbreitet. Sie werden mit einem temperaturbeständigen Binder zu einem Compound mit pastöser Konsistenz vermischt. Nach dem Befüllen der Lager mit dem Compound findet die Aushärtung unter Temperaturerwärmung statt. Die Trennung der metallischen Oberflächen basiert auf dem Mechanismus der Transferschmierung. Dürr erklärt dazu: „Durch den Kontakt der Wälzkörper mit dem Compound und die Bewegung des Wälzkörpers in der Käfigtasche werden feinste Schichten des Compounds auf den Wälzkörper übertragen und dann im Wälzkontakt auf die Reibpartner ‚aufplattiert‘. Dies genügt für die Trennung der Oberflächen.“

Als Compound-Material für Lager in PVD-Beschichtungskammern hat sich MoS2 sehr gut bewährt. Aufgrund seiner Gitterstruktur gleiten die MoS2-Schichten aufeinander ohne die Haftung zum Trägermedium zu verlieren. Die Transferschmierung mit MoS2 ist für niedrige Drehzahlen und relativ geringe Belastungen, wie sie in Lagern für Beschichtungskammern üblich sind, sehr gut geeignet.

Für viele Hersteller von Beschichtungsanlagen sind Hohlräume in den Kammern nicht erwünscht. Sie würden die Evakuierungszeit negativ beeinflussen. Daher laufen die Compound-Lager in aller Regel offen und werden nur auf Anwenderwunsch mit Deckscheiben ausgerüstet.

Selbstschmierende Käfige in Standard-Wälzlagern

In Anwendungen, bei denen keine trockenen Schmiersysteme verwenden werden sollen und die Anforderungen an die Reinheit sehr hoch sind, empfiehlt Künemund selbstschmierende Käfige aus reinem PTFE. Es sind aber auch Kombinationen aus PTFE und Festschmierstoffen möglich. Maßgebend für die Auswahl des geeigneten Käfigwerkstoffes sind die Umgebungsbedingungen, wie z. B. Vakua im Bereich von 10-7 bis 10-8 mbar, die jeweilige Dünnschicht-Technologie und natürlich Kundenvorgaben. PTFE bietet außergewöhnlich gute Gleiteigenschaften und ist chemisch besonders stabil. Ein Materialtransfer auf die Wälzkörper findet hier zwar auch statt, allerdings fällt dieser sehr viel geringer aus als bei dem MoS2-Compound. Die PTFE-Käfige werden bei Künemund spanend hergestellt. So lassen sich anwenderspezifische Käfige bzw. Wälzlager in kleinen und mittleren Stückzahlen ohne hohe Kosten für Spritzwerkzeuge herstellen. Auch Muster sind so in kurzer Zeit lieferbar.

Wälzlager für hochreine Anwendungen

Für hohe Ansprüche an die Reinheit in evakuierten Kammern und Anwendungen, in denen Kunden das Risiko von Ausgasungen und Fremdpartikeln so gut wie gänzlich ausschließen möchten, bietet Künemund Lager aus korrosionsbeständigen Laufringen, Wälzkörper aus Keramik und Käfige aus reinem PTFE oder PEEK an. Derartige Sonderlösungen kommen beispielsweise in Anlagen für Restgasanalysen zum Einsatz, in denen Vakua von 10-14 bis zu 10-15 mbar üblich sind. Als Lieferant von Sonderlagern ist Künemund auf anwenderspezifische Lösungen mit kleinen und mittleren Stückzahlen spezialisiert. Mit den trockenen Schmierstoffsystemen beliefert das Unternehmen Anlagenhersteller in der Erstausrüstung, Anlagenbetreiber, Lohnbeschichter sowie Instandhaltungsunternehmen. bec

www.kuenemund.net

Detaillierte Informationen zu den Hochtemperaturwälzlagern und feststoffgeschmierten Systemen:

hier.pro/rXHBU

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