Zuverlässig und langlebig

Dünnringlager sind seit vielen Jahren in der Industrie bekannt und haben sich in zahlreichen Anwendungen des Maschinenbaus bewährt. Der Einsatz dieser Lager setzt meist wenig Bauraum und geringes Gewicht bei Übertragung von hohen Kräften und Momenten voraus. Zusätzlich sind Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer wesentliche Kriterien für die Verwendung von Dünnringlagern.

Exklusiv in KEM Der Autor: Volker Gensberger, Geschäftsführer, ITM Unitec GmbH, Backnang

In den letzten Jahren ist deutlich geworden, dass bei technischen Neuentwicklungen und bei der Überarbeitung bestehender Anwendungen – speziell bei Anwendungen mit hoher Präzision – immer mehr Komplettlösungen als einbaufertige Lagereinheiten zum Einsatz kommen. Die Aufgabenstellung dabei ist häufig die Bauteilreduzierung bei gleichzeitiger Übernahme weiterer Funktionen sowie eine erhöhte Genauigkeit bei mindestens gleicher Lebensdauer. Die bisher gemachten Erfahrungen zeigen, dass diese Forderungen sich nicht gegenseitig ausschließen.

Die Firma ITM Unitec ist autorisierter Vertragspartner des amerikanischen Dünnringlagerherstellers ITB/RBC und unterstützt vor Ort Anwender und Konstrukteure aus allen Industriebereichen bei der Lösungsfindung von integrierten Wälzlagereinheiten. Ein klassisch erfolgreiches Beispiel dafür war die Entwicklung der RBC-Superduplex-Lager. Die Aufgabenstellung war, eine Alternative zu zwei gepaarten, vorgespannten Dünnringschrägkugellagern mit erhöhter Präzision zu finden.

Beim Paaren einzelner Schrägkugellager, unabhängig ob in X- oder O-Anordnung, sind die Lagerschultern der Außen- oder Innenringe zurückzuschleifen, um die geforderte Vorspannung zu erhalten. Dabei ist jeweils eine Schulter beider Schrägkugellager zu bearbeiten. Hier wurden mit relativ einfachen Maßnahmen die beiden Innen- oder Außenringe durch einen Ring ersetzt. Durch die Anfertigung eines Innen- oder Außenringes in einer Aufspannung wurden zusätzlich die axiale und radiale Rundlaufgenauigkeit erhöht und durch Wegfall eines Ringes Bauteile eingespart.

Lagereinheit mit Verzahnung

Ein weiteres Beispiel für eine integrierte Lagereinheit war die Anwenderforderung, eine Lösung für einen Radarantennenantrieb mit begrenztem Bauraum bei gleichzeitig vereinfachter Montage zu finden. Dabei wurde anstelle des bisher eingesetzten Rillenkugellagers mit Stahlkäfig ein Dünnringlager mit leichten, drahtgeführten Abstandhaltern zwischen den Kugeln verwendet, um Gewicht zu reduzieren. Der Innenring des Lagers wurde dabei vergrößert, um darauf eine Verzahnung anzubringen, die ein Zahnrad ersetzte. Durch die Integration der Außenverzahnung konnte zusätzlich ein Klemmmechanismus auf der Welle ersetzt werden, der bisher zur Umsetzung von Lager und Zahnrad notwendig war. Dabei erhöhte sich zusätzlich noch die Konzentrizität zwischen Lager und Zahnrad.

Lager mit hoher Winkelgenauigkeit

Bei dieser Anwendung war eine hohe Winkelgenauigkeit zwischen Wellenmittenlinie und Gehäuse von maximal 3 Winkelsekunden gefordert.

Die beiden Schrägkugellager wurden mit halber Toleranzgenauigkeit gefertigt und leicht vorgespannt, um kleinere Unebenheiten an der Kugel und Laufbahn ausgleichen zu können. Die Fertigung der umgebenden Gehäuseteile erfolgte ebenfalls mit erhöhter Präzision. Die beiden Lager wurden dann in einem definierten Abstand mit axialem Abstandshalter zueinander positioniert und als Bauteil in die Lagereinheit integriert. Dadurch konnte die geforderte Winkelgenauigkeit erreicht werden. Da die Lager im Vakuum betrieben werden, wurde das Phenolharzkäfigmaterial mit einem speziellen Silikonöl imprägniert. Um das Eindringen von Öl von außen zu verhindern, ist die Labyrinthdichtung mit einem speziellen Sperrfilm beschichtet, dies gewährleistet die einwandfreie Funktion.

Integrierte Lagerlösung einer Abtriebseinheit

In diesem Fall war die Forderung eine Gewichtsreduzierung und die Einsparung von Bauraum eines Zapfwellenabtriebs für ein High-Speed-Getriebe.

Das Gehäuse wurde so gestaltet, dass es die äußere Laufbahn des Zylinderrollenlagers und die äußere Laufbahn des Rillenkugellagers mit geteiltem Innenring beinhaltet. Um die Zuverlässigkeit der Rollkontaktfläche im Gehäuse zu erhöhen, wurde das Gehäuse aus mithilfe von Verbrauchselektroden-Vakuumschmelzen hergestelltem AISI-M-50-Material gefertigt. Das Zahnrad wurde in die Welle, die auch die innere Laufbahn des Zylinderrollenlagers beinhaltete, integriert. Die Fertigung der Getriebewelle erfolgte aus mittels Verbrauchselektroden-Vakuumschmelzen hergestelltem AISI-9310-Material; die Zahnoberfläche sowie die Zylinderrollenlaufbahnen wurden bis auf HRC 61-64 einsatzgehärtet. Um die Schmierung der Lager in dem begrenzten Bereich zu erleichtern, gibt es Bohrungen durch das Gehäuse im Raum zwischen den beiden Lagern. Das Schmiermittel wird von einer Winkelnut im Gehäuse durch diese Bohrungen geführt. Die beiden Hälften des geteilten Innenrings werden auf der Welle durch die Verwendung einer Kontermutter gehalten, die die Ringe axial klemmt. Die kombinierte integrierte Anordnung von Lager, Getriebewelle und Gehäuse führte zur gewünschten Einsparung von Bauraum und Gewicht sowie zu verbesserter Betriebsgenauigkeit. Zusätzlich gewährt die Lösung einen einfacheren Einbau in das Getriebe. I