Wälzlager Schrägrollenlager von INA - eine interessante wirtschaftliche Lösung

Autor / Redakteur: Rainer Gebauer / Karl-Ullrich Höltkemeier

Die neuen Schrägrollenlager AXS und SGL sind bereits in vielen Anwendungen vertreten. Sie sind eine ideale Ergänzung des bereits bestehenden großen Wälzlagersortimentes der Schaeffler Gruppe Industrie. Neben den Vorzügen stellen diese Lager für jeden Techniker eine interessante wirtschaftliche Lösung dar. Sie sind die Antwort auf die Fragen nach Leistungssteigerung und Miniaturisierung.

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Hochgenau und superleicht – diese Eigenschaften sind heute in zahlreichen industriellen Anwendungen von besonderer Bedeutung. Industrieroboter, Handlinggeräte und Genauigkeitsgetriebe zum Beispiel werden immer kompakter und leichter. Gleichzeitig müssen Steifigkeit, Positioniergenauigkeit und Lebensdauer steigen.

Die Schaeffler Gruppe Industrie hat speziell für diese Anforderungen die neuen Schrägrollenlager-Baureihen AXS und SGL entwickelt, die bereits in einer Vielzahl von Anwendungen erfolgreich im Einsatz sind. Sie bieten neue konstruktive Möglichkeiten und stellen im Vergleich zu den herkömmlich eingesetzten Lagerbauarten eine besonders wirtschaftliche Lösung dar.

Grenzen herkömmlicher Kugel- und Rollenlager

Neue technische Anwendungen fordern vermehrt leichte, hochgenaue und tragfähige Lagerungen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden bisher entsprechende Kugellager, Schrägkugellager und Vierpunktlager eingesetzt. Treten extrem hohe und auch kombinierte Belastungen auf, bestehend aus Axial-, Radial- und Kippmomenten, kommen Kegelrollen-Lagersätze oder auch Kreuzrollenlager zum Einsatz.

Darüber hinaus bieten Dünnring-Kugellager die Möglichkeit, Bauraum und Gewicht zu reduzieren. Die kleinen Lagerquerschnitte dieser Lager und die Wälzkontakte der Kugeln führen jedoch zu geringeren Lagertragzahlen. Belastbarkeit, Steifigkeit und Lebensdauer werden erheblich reduziert.

In zahlreichen Anwendungen des Maschinenbaus stoßen herkömmliche Lager daher an ihre Grenzen und genügen den hohen Anforderungen nur bedingt. Dies gilt zum Beispiel für den Getriebebau, die Automations- und Robotertechnik und zum Teil sogar für die Medizintechnik. Lagerbauarten wie etwa Dünnringlager erfordern zudem hochpräzise geschliffene Lagersitze und eine besondere Sorgfalt in der Montage, was einen erheblichen Aufwand in Produktion und Montage erfordert.

Interessante Alternativen

Die beiden Schrägrollenlager-Baureihen AXS und SGL stellen hier eine technisch und wirtschaftlich interessante Alternative dar. Es handelt sich um Wälzlager mit zylindrischen Rollen und schräg zur Lagerachse angeordneten Laufbahnen.

Das besondere Merkmal der AXS-Baureihe sind die konischen Lagerringe, die an dünne Tellerfedern erinnern. Diese speziellen Wälzlagerringe werden in Spanlostechnologie hergestellt. Dies erfordert besonderes fertigungstechnisches Know-how, über das die Schaeffler Gruppe seit vielen Jahren verfügt und für die unterschiedlichsten Produkte einsetzt. Der konsequente Einsatz der Umformtechnologie ermöglicht extrem leichte und dabei hoch tragfähige Konstruktionen.

Die besonders hohe Präzision der SGL-Lager wird durch die spanend gefertigten, geschliffenen Lagerringe mit Dreiecksprofil erreicht. Zwischen zwei dieser gehärteten Lagerringe läuft der Rollenkranz. Ein Käfig aus verschleißfestem Kunststoff führt die Zylinderrollen.

Der Lagerdruckwinkel beträgt bei den SGL-Lagern generell 45 Grad, AXS-Lager wurden je nach Lastsituation und Einsatzgebiet mit einem Druckwinkel von 45 Grad bzw. 60 Grad ausgeführt. Gefertigt wurden die neuen Baureihen bisher im Durchmesserbereich von 8 bis 200 Millimeter.

AXS Schrägrollenlager – leicht und tragfähig

Das Schrägrollenlager AXS (Bilder 1+2) überzeugt vor allem durch geringes Gewicht und minimalen Bauraum bei gleichzeitig beachtlichen Tragzahlen. Lagerringdicken von einem Millimeter und geringe radiale Lagerbauhöhen zeigen deutlich die konstruktiven Möglichkeiten dieser Lagerbaureihe für die Miniaturisierung. Die Rollenkränze bestehen aus Zylinderrollen, die bei engster Teilung in hochfeste Kunststoffkäfige eingeschnappt sind. So werden hohe Tragzahlen erreicht. Diese erlauben zum Beispiel im Schwenkbetrieb sowohl eine hohe Belastung als auch eine starke Lagervorspannung.

In speziellen Anwendungen kann damit die Kippsteifigkeit weiter gesteigert werden. Die maximale Ausnutzung des Bauraums und der Einsatz von Zylinderrollen erklären die deutliche Tragzahl- und Steifigkeitssteigerung gegenüber Dünnring-Kugellagern.

AXS-Lager lassen sich sehr einfach und sicher montieren. Durch die geometrisch identischen Lagerringe ist eine Verwechselung bei der Montage ausgeschlossen. Gedrehte Lagersitze sind zur Aufnahme der spanlos hergestellten Lagerringe ausreichend. Schrägrollenlager AXS werden überwiegend in Anwendungen mit Schwenkbetrieb eingesetzt.

SGL-Baureihe – genau und steif

Lager der SGL-Baureihe (Bilder 3+4) kommen vorzugsweise dort zum Einsatz, wo neben einer hohen Tragfähigkeit auch gesteigerte Genauigkeiten und Steifigkeiten gefordert sind. Die spanend hergestellten, exakt geschliffenen dreieckigen Lagerringe ermöglichen im Zusammenspiel mit dem Linienkontakt der Zylinderrollen sehr präzise und steife Lagerungen. Lager dieser Baureihe entsprechen der Maßreihe 18 und sind damit direkt austauschbar mit der Baureihe 718. Abweichende Querschnitte können bei Bedarf gefertigt werden.

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Der Einsatz von quadratischen Wälzkörpern (Durchmesser d = Länge l) verbessert die kinematischen Verhältnisse im SGL-Lager signifikant. Das Abrollverhalten dieser Wälzkörper ist nahezu ideal, so dass Schlupfzustände im Wälzkontakt vernachlässigt werden können. Das Lager läuft dadurch besonders gleichmäßig und reibungsarm und ist für hohe Drehzahlen geeignet. SGL-Lager werden überwiegend in O-Anordnung eingesetzt. Die sich daraus ergebenden großen Stützabstände erhöhen die Steifigkeit des Lagers. Je nach Anforderung kann die Lagerung von Lagerspiel bis Lagervorspannung problemlos eingestellt werden.

Anwendungsbeispiele vom Roboter bis zu Genauigkeitsgetrieben

Lager der Baureihe AXS eröffnen in der Handachse eines Lackierroboters (Bild 5) neue Möglichkeiten in dünnwandigen Konstruktionen mehrere Achsen zu lagern. Der extrem kleine Lagerquerschnitt ermöglicht eine kompakte Bauweise. Das geringe Gewicht der Lager bei gleichzeitig großem Durchmesser ermöglicht eine leichte und sehr tragfähige Konstruktion, die viel für die Durchführung der Farbschläuche bietet. Die Lagerstellen sind mit Spezialfett auf Lebensdauer geschmiert.

In Nachführsystemen für Solaranlagen haben AXS-Lager bereits ihren festen Platz. Der kleine Querschnitt sowie die hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit sind hier von entscheidender Bedeutung. Diese Eigenschaften sorgen für kompakte Getriebe und ermöglichen eine sichere, ruhige und schwingungsarme Lagerung der Solarspiegel. Technisch und wirtschaftlich optimierte Antriebe sind das Ergebnis.

Ein weiteres breites Anwendungsfeld für Lager der AXS-Baureihe ist die Medizintechnik. In Deckenstativen von Operationssälen sind diese Lager erfolgreich im Einsatz. Sie überzeugen mit einer leichtgängigen und ruckfreien Positionierung der medizintechnischen Apparaturen. Der große Lagerquerschnitt erleichtert zudem das Durchführen von Versorgungsleitungen, die in OP-Sälen nicht am Boden verlegt werden dürfen.

Genauigkeitsgetriebe befinden sich in einem ständigen Optimierungsprozess (Bild 6). Aufgrund der Forderungen nach reduziertem Bauraum, minimaler Reibung, geringer Erwärmung, ruhigem Lauf oder hoher Kippsteifigkeit werden auch die eingesetzten Lager mit ihren Fähigkeiten kritisch hinterfragt. Es zeigt sich, dass Standardlager hier an ihre Leistungsgrenzen kommen oder überfordert sind. Immer häufiger werden die in Getriebe-Abtriebslagerungen eingesetzten herkömmlichen Schrägkugel- oder Kreuzrollenlager durch SGL-Schrägrollenlager ersetzt. Linienkontakt und O-Anordnung überzeugen hier mit Steifigkeit und Genauigkeit und erhöhen zudem die Lebensdauer.

Rainer Gebauer, Referent im Branchenmanagement Power Transmission, Schaeffler KG, Herzogenaurach

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