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Wälzlager Präzisionswälzlager für die spanende Bearbeitung

| Autor/ Redakteur: Waldemar Sosnowski / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

NSK stellt auf der EMO gleich mehrere neue Baureihen von Präzisionswälzlagern für den Einsatz in Spindelantrieben von Werkzeugmaschinen vor. Wir verraten jetzt schon, welche Vorteile sie bieten.

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Wälzlager, die in den Hauptspindeln von Werkzeugmasdchinen verbaut werden, müssen mit großer Laufruhe, geringem Reibmoment, der Eignung für hohe Drehzahlen und der Aufnahme hoher Axial- und Radiallasten punkten.
Wälzlager, die in den Hauptspindeln von Werkzeugmasdchinen verbaut werden, müssen mit großer Laufruhe, geringem Reibmoment, der Eignung für hohe Drehzahlen und der Aufnahme hoher Axial- und Radiallasten punkten.
(Bild: ©Kadmy - stock.adobe.com)

Große Laufruhe, geringes Reibmoment, Eignung für hohe Drehzahlen und die Aufnahme hoher Axial- und Radiallasten: Das sind typische Anforderungen an Wälzlager, die in den Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen verbaut werden. Die Präzision steht dabei im Zentrum des Eigenschaftsprofils. Denn Ungenauigkeiten beim Lauf der Spindel würden zu Mängeln oder Fehlern an den bearbeiteten Produkten führen. Typische Kennwerte wie Lagerreibmoment und nicht wiederholbarer Radialschlag („Non-repeatable runout“; NRRO) müssen sich deshalb innerhalb enger Vorgaben bewegen. Da vor allem beim Fräsen der Trend zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung anhält, wird die Eignung der Lager für hohe Drehzahlen immer wichtiger.

Schrägkugellager und Zylinderrollenlager für Spindelantriebe

In Spindelantrieben dominieren zwei Wälzlagerbauarten: Schrägkugellager und Zylinderrollenlager. Schrägkugellager zeichnen sich durch kleine Kontaktflächen und geringere Massen aus. Deshalb kommen sie häufig in Spindeln für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung zum Einsatz. Im direkten Vergleich dazu bieten Zylinderrollenlager eine höhere Steifigkeit und die Aufnahmefähigkeit höherer Radiallasten. Zu den typischen Einsatzfällen im Werkzeugmaschinenbau gehören daher leistungsstarke Fräszentren.

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NSK stellt dem Werkzeugmaschinenbau Präzisionswälzlager beider Baureihen zur Verfügung, die eigens für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurden und die von führenden japanischen und europäischen Werkzeugmaschinen- bzw. Spindelherstellern eingesetzt werden. Dieses Programm ist unter der Bezeichnung „Robust“ bekannt.

Zylinderrollenlager mit optimiertem Käfig

Auf der EMO stellt NSK eine Erweiterung der Robust- Präzisionswälzlager vor: die einreihigen Zylinderrollenlager „Robustride“. Hauptmerkmal der Baureihe ist der neu entwickelte Käfig, dessen Geometrie und Führung mit Blick auf die Anwendung in den Spindelantrieben optimiert wurden.

Erreicht wurde damit eine bessere Verteilung des Schmierstoffs und, als Konsequenz, eine verringerte und gleichmäßigere Wärmeentwicklung. Der Schmierstofffluss im Lager wird so gelenkt, dass auch diejenige Seite, die durch die Zentrifugalkräfte benachteiligt wird, optimal mit Schmierstoff versorgt wird. Dabei entstehen nur sehr geringe Planschverluste. Auch bei außerordentlich hohen Drehzahlen wird eine sehr gute Schmierstoffverteilung erreicht.

Diese konstruktiven Verbesserungen minimieren den Lagerverschleiß auch und gerade bei hoher Beanspruchung des Spindellagers. Außerdem verkürzen sie die Einlaufzeit des Lagerfettes. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Robustride-Käfige bei Lagern mit zylindrischer Bohrung größere Toleranzen bei der Lagerluft ermöglichen. Damit vereinfacht sich die Montage der Lager.

Schrägkugellager mit möglichst geringem Reibmoment

Auch für die Schrägkugellager im Robust-Programm hat NSK neue Käfige entwickelt. Da diese Lager in Hochgeschwindigkeits-Anwendungen eingesetzt werden, wurden sie im Hinblick auf ein möglichst geringes Reibmoment optimiert. Somit entsteht im Betrieb der Lager mit dem neuen „Sursave“-Käfig – im Vergleich zu anderen Schrägkugellagern – rund 20 % weniger Wärme. Das schafft, aufgrund der geringeren Wärmeausdehnung, eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Bearbeitungsprozesse auch und gerade bei sehr hohen Drehzahlen.

In Zahlen ausgedrückt: Die neuen Lager können Drehzahlkennwerte von über 3 Millionen n×dm erreichen. Das ist ein Plus von 20 % im Vergleich zu konventionellen Spindellagern. Das Lagerreibmoment von Robust-Sursave-Lagern ist um bis zu 20 % geringer und der nicht wiederholbare Schlag („Non-repeatable runout“; NRRO) ist in diesem Vergleich um die Hälfte kleiner.

Die Summe dieser Eigenschaften führt dazu, dass Spindeln, die mit Robust-Sursave-Schrägkugellagern ausgerüstet sind, eine 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.

Neue Genauigkeitsklasse vereinfacht Einbau von Spindellagern

Eine App erleichtert die Auswahl und Identifikation von Hochgenauigkeitslagern.
Eine App erleichtert die Auswahl und Identifikation von Hochgenauigkeitslagern.
(Bild: NSK)

Eine weitere EMO-Neuheit ist die Genauigkeitsklasse P3W, die für das gesamte Programm der Robust-Schrägkugellager eingeführt wird. Bei ihr reduziert sich die Breitentoleranz der Lager von bisher 250 µm auf nun 100 µm. Das erleichtert das Paaren von Spindellagern.

Auf dem EMO-Messestand wird NSK auch die „Verify“-App für Hochgenauigkeitslager zeigen. Sie ermöglicht das Identifizieren von Lagern über den QR-Code der Verpackungseinheiten. Die Daten – zu denen eine individuelle I-dent-Nummer, Messergebnisse aus der Endkontrolle, maßliche Toleranzen und das verwendete Schmierfett gehören – können in gängigen Formaten exportiert und in kundeneigene Systeme übernommen werden.

EMO 2019: Halle 7, Stand B34

* Waldemar Sosnowski ist Application Engineer im European Technology Center bei der NSK Deutschland GmbH in Ratingen.

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