Schrägkugellager für Motorspindeln und für die Führung von Kugelgewindetrieben

Spezialisten im Einsatz

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Sowohl für die Antriebe der Spindeln von Werkzeugmaschinen als auch für die Führung von Kugelgewindetrieben gibt es neue Baureihen von Schrägkugellagern. Darüber hinaus steht auch eine neue abgedichtete Bauform von Standard-Schrägkugellagern zur Verfügung.

Exklusiv in KEM Der Autor Andreas Kropp ist Leiter Anwendungstechnik Produktionsmaschinen bei der NSK Deutschland GmbH in Ratingen

Schrägkugellager kommen an verschiedensten Einbauorten von Maschinen und Anlagen zum Einsatz, da sie als Alleskönner sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen können und je nach Konstruktion für höchste Drehzahlen bzw. für hohe Lasten ausgelegt werden. Typische Beispiele sind die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und die Lagerung von Kugelgewindetrieben. Für diese Einsatzfälle stehen Spezialisten unter den Schrägkugellagern zur Verfügung, die exakt für das jeweilige Anforderungsprofil entwickelt wurden.
Schrägkugellager für Motorspindeln in HSC-Anwendungen
Ein Beispiel dafür ist die Robust-Shot-Serie, mit der NSK das Programm an Hochleistungswälzlagern für den Werkzeugmaschinenbau erweitert. Hier geht der Trend eindeutig zu immer höherer Produktivität und damit zu höheren Schnittgeschwindigkeiten. Die Folge: Gefragt sind Maschinen, die das High Speed Cutting (HSC-Bearbeitung) beherrschen. Diese Maschinen sind mit besonderen Schneidwerkzeugen und Spannwerkzeugen ausgestattet, auch die Kühlschmierstoffe wurden an die hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten angepasst.
Besondere Sorgfalt müssen die Entwickler der HSC-Maschinen auf die Auswahl der Spindellagerung – Kernkomponente einer jeden Werkzeugmaschinenspindel – verwenden. Die Funktion dieser Lager, die sich zur Königsklasse der Wälzlager entwickelt haben, ist alles entscheidend für einen problemlosen Betrieb.
Aus den Anforderungen, Radial- sowie auch Axialkräfte bei hohen Steifigkeiten aufzunehmen – und das bei Laufgenauigkeiten, die nur 1/50 des Durchmessers eines menschlichen Haares betragen –, haben sich Sätze aus Schrägkugellagern als häufigste Bauform etabliert. In dieser Anwendung entstehen an den Wälzkörpern Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 600 km/h. Eine besondere Herausforderung stellt hier die kontinuierliche und sichere Versorgung der Funktionsflächen mit Schmierstoff dar, ohne die ein Betrieb der Lager unmöglich wäre.
Schmierung für High-Speed-Anwendungen
Die NSK-Schrägkugellager der Robust-Shot-Serie erfüllen in allen Punkten diese Forderungen. Bei herkömmlichen Öl-Luft-Schmierverfahren versucht man, das Schmieröl über eine Düse seitlich in das Lager einzuspritzen. Als problematisch erweist sich hier jedoch der Luftwirbel, der durch die rotierenden Teile wie Käfig und Kugeln um das Lager herum verursacht wird. Die Einspritzgeschwindigkeit muss deutlich über der des Luftwirbels liegen, damit das Schmieröl überhaupt in das Lager gelangen kann.
Die Lager der Robust-Shot-Serie umgehen dieses Problem. Über eine Ringnut und Bohrungen im Außenring wird das Schmieröl direkt in die unmittelbare Nähe der Funktionsflächen am Außenring geführt. Damit ist eine sichere und gleichmäßige Schmierstoffversorgung gewährleistet, die es ermöglicht, Drehzahlkennwerte n x dm von mehr als 3 Mio. zu erreichen. Zusätzlich sorgen zwei O-Ringe im Außenring für eine sichere Abdichtung in der Gehäusebohrung. Dies gestattet eine freie Passungswahl je nach Anwendung.
Kompatibel mit DIN-ISO- Standardlagern
Durch den Wegfall der Einspritzdüsen zwischen den Lagern kann der Spindelkonstrukteur sehr kompakte Spindeln realisieren. Da die Robust-Shot-Schrägkugellager von den Abmessungen her den konventionellen, fettgeschmierten Lagern gleichen, ist es leicht möglich, modulare Komponenten für verschiedene Spindelbaureihen zu verwenden. Das erhöht aus Sicht des Spindelherstellers die Wirtschaftlichkeit. Bei geringeren Anforderungen ist eine kostengünstige Fettschmierung ausreichend. Die Abmessungen der Robust-Shot-Lager entsprechen den DIN-ISO-Standards, sodass bei bestehenden Konstruktionen eine einfache Umrüstung auf die neuen, hoch beanspruchbaren Lager mit Öl-Luft-Schmierung möglich ist.
Kompakte Lagerung von Kugelgewindetrieben
Neben den Spindeln von Werkzeugmaschinen sind Kugelgewindetriebe ein weiteres anspruchsvolles Einsatzfeld von Schrägkugellagern. Hier kommen mehrreihige Lager zum Einsatz, die eine hohe Laufgenauigkeit bei gleichzeitiger hoher axialer Steifigkeit mit sich bringen und damit ein präzises Positionieren von linearen Antriebsachsen ermöglichen.
Als ein weltweit führender Hersteller sowohl von Kugelgewindetrieben als auch von Wälzlagern verfügt NSK über die Systemkompetenz, um die Leistungsfähigkeit und die Präzision dieser Antriebe immer weiter zu optimieren und Kugellager zu entwickeln, die exakt den Anforderungen dieses anspruchsvollen Einsatzfalles entsprechen. Neuestes Ergebnis dieser Kompetenz sind die Baureihen BSN/ BSF: ein extrem kompaktes Schrägkugellager-Paar in X-Anordnung mit einteiligem Außenring und geteiltem Innenring.
Die beiden Schrägkugellager mit einem Kontaktwinkel von jeweils 60° sind gegeneinander vorgespannt. Die Lagerkombination ist ideal geeignet, um hohe axiale Lasten aufzunehmen. Das schafft eine zentrale Voraussetzung für eine präzise Führung und eine hohe Steifigkeit des Antriebssystems, das z. B. in und an den Hauptachsen sowie an den Zuführsystemen von Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommt. Zudem erleichtert die vorgespannte und vormontierte Bauweise dem Maschinenbauer die Montage.
Zuverlässige Abdichtung vermeidet Verunreinigungen
Bei der Entwicklung derartiger Lagersysteme kommt der Form und Anordnung der Abdichtung große Bedeutung zu. Denn einerseits sollen sich die Lager durch geringe Reibung und Wärmeentwicklung auszeichnen. Anderseits ist eine gute Dichtwirkung gefordert, um das Eindringen von Verschmutzungen ins Lager zu vermeiden. Diese Verunreinigungen könnten vor allem durch die Kühlschmierstoffe eingetragen werden. Durch die speziell für die BSN/BSF-Baureihen entwickelte Abdichtung wird dies zuverlässig verhindert. Die Lagereinheiten werden mit Lebensdauerschmierung ausgeliefert, können aber auch in eingebautem Zustand nachgeschmiert werden.
Die BSN/BSF-Schrägkugellagersysteme in Back-to-back-Anordnung werden, genau wie die eingangs beschriebenen Robust-Shot-Schrägkugellager für die Lagerung von Werkzeugmaschinenspindeln, in Europa produziert. Hier – genauer gesagt: in Munderkingen (Deutschland), Kielce (Polen) und Newark (Großbritannien) – unterhält NSK mehrere Fertigungsstätten für die Produktion von Wälzlagern.
In ersten Einsätzen bewähren sich die BSN/BSF-Baureihen bereits in der Praxis. Einige Kunden beziehen auch das komplette Antriebssystem – d. h. den Kugelgewindetrieb einschließlich des neuen Lagersystems und der Linearführung – bei NSK.
Abgedichtete Standard-Schrägkugellager
Neues gibt es aber nicht nur bei den Schrägkugellagern für besondere Anwendungsbereiche, sondern auch bei den Generalisten in dieser Lagerbauart. Denn NSK hat abgedichtete Schrägkugellager für einen weiten Einsatzbereich entwickelt, die einen bisher typischen Nachteil vermeiden. Bislang gab es diese Lagerbauart überwiegend in offener Ausführung, sodass bei der Montage leicht Verschmutzungen eindringen konnten. Bei gedichteten Lagern wird werksseitig immer das richtige Fett in der richtigen Menge eingebracht, sodass weder eine Überfettung noch eine Mangelschmierung entstehen kann.
Diese Beispiele zeigen: Die Entwicklung bei Schrägkugellagern schreitet voran. Das betrifft sowohl Lager für Standard-Anwendungen als auch Baureihen für anspruchsvolle Anwendungen mit speziellem Eigenschaftsprofil. Dies betrifft nicht nur die Antriebe von Werkzeugmaschinen. Zu den aktuellen Neuheiten von NSK gehören auch neue Schrägkugellager für den Einsatz in Pumpen und Kompressoren.
NSK, Tel.: 02102 481-0, E-Mail: info-de@nsk.com
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