Neue Technologie – neue Anforderungen

Vereinfachung der Konstruktion

NSK hat innerhalb seiner Produktreihe Robust eine neue Generation Zylinderrollenlager für höchste Drehzahlen geschaffen, welche die Entwicklung der neuesten Generation von Werkzeugmaschinenspindeln mit hohen Drehzahlen
und Motorspindeln fördern. Die Synergie von optimierter Innenkonstruktion und Werkstofftechnologie zusammen mit einer optimierten Schmierung zeichnet diese Zylinderrollenlager aus. Sie laufen bei höchsten Drehzahlen mit Drehzahlkennwerten von bis zu n x dm =
3 Mio. Gleichzeitig besitzen die Zylinderrollenlager eine drei- bis vierfach höhere Lebensdauer und gleichzeitig eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Fressen und Verschleiß.

Die neue Generation der Zylinderrollenlager vereinfacht die Konstruktion von motorangetriebenen Spindeln. Früher wurden bei herkömmlichen Spindeln mit Riemenantrieb an der Antriebsseite und zur Aufnahme der Riemenspannung zweireihige Zylinderrollenlager eingesetzt. Da aber die Drehzahlen für Spindeln stiegen und teilweise Drehzahlkennwerte von bis zu n x dm = 1,5 Mio. und mehr erreichten, erkannte man, dass Zylinderrollenlager für den Betrieb bei derart hohen Drehzahlen nicht geeignet waren, da z.B. Probleme mit der Schmierstoffversorgung offensichtlich wurden. Diese Erkenntnisse führten dazu, dass Zylinderrollenlager nach und nach durch gepaarte Schrägkugellager ersetzt wurden.

Die spätere Entwicklung von Motorspindeln änderte die Situation. Der Einsatz einreihiger Zylinderrollenlager, die die bisher eingesetzten gepaarten Schrägkugellager ersetzten, war richtungsweisend und versprach bedeutende Vorteile im Hinblick auf die Vereinfachung der Loslagerfunktion. Dies führte zu einer verstärkten Nachfrage nach Zylinderrollenlagern für höchste Drehzahlen – eine Nachfrage, die NSK nun mit den neuen Zylinderrollenlagern stillen kann.

Höhere Drehzahlen – geringere Wärmeentwicklung

Um die gewünschten Ziele im Hinblick auf höhere Drehzahlen und geringere Wärmeentwicklung zu erreichen, musste in der Entwicklungsphase der Konstruktion der Lager eine ganze Reihe von Problemen gelöst werden, die bei den herkömmlichen Zylinderrollenlagern beim Betrieb mit hohen Drehzahlen festgestellt wurden.
Diese umfassen zum einen die Reibung und den Verschleiß an den Rollenenden und den Borden, zum andern die Festigkeit des Käfigs bei hohen Drehzahlen mit Drehzahlkennwerten von n x dm = 2–3 Mio. und Schmierprobleme, die zu unregelmäßiger Wärmeentwicklung führen.

Das Risiko, dass ein Fressen innerhalb der Lager auftritt, wurde durch die Synergie von Werkstofftechnologie und einer optimierten Innenkonstruktion gesenkt. Die Innen- und Außenringe sowie die Rollen bestehen aus SHX-Stahl, einem einzigartigen wärmebeständigen Stahl, der ausgezeichnete Eigenschaften gegen Fressen und Verschleiß besitzt, während seine Lebensdauer die des Standardwälzlagerstahls um das Vierfache übertrifft. In den Innenringen entstehen während des Betriebs mit hohen Drehzahlen Zugspannungen, die einen Bruch der Ringe verursachen können. Innenringe aus SHX Stahl besitzen dahingehend eine interne Restspannung aufgrund ihrer Wärmebehandlung, die diesen Belastungen entgegenwirkt.
Im Hinblick auf die Fortschritte der Innenkonstruktion wurde eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, wie z.B. die Optimierung der Bordkonstruktion sowie eingeengte Toleranzen bei Rollen- und Innenring. Dadurch wurde die Eigenerwärmung des Lagers reduziert. Für das Erreichen der höchsten Drehzahlen war es notwendig, einen neuen, außenringgeführten Käfig zu konstruieren.

Leistung in Prüfverfahren bewiesen

Die Leistungsfähigkeit der Robust-Reihe wurde in verschiedenen Prüfverfahren unter Beweis gestellt. Dabei wurden einreihige Zylinderrollenlager mit einem Bohrungsdurchmesser von 70 mm (N1014RX) mit Innen- und Außenringen und Rollen aus SHX-Stahl eingesetzt.
Zu Vergleichszwecken wurden Lager der gleichen Lagergröße in Hybridausführung sowie die Standardlagerausführungen mit Polyamid-Käfig bei Öl-Luft-Schmierung getestet.

Die Prüfverfahren haben gezeigt, dass die neuen Lager eine Leistungsfähigkeit für Drehzahlkennwerten von bis zu n x dm = 3 Mio. erreichen. Im Vergleich zu den Lagern in Hybridausführung zeigten die Lager in der Voll-SHX-Ausführung gleiche Temperaturanstiege bis zu einem Drehzahlkennwert von n x dm = 2,5 Mio. Nicht nur die Tests, sondern vor allem auch der Einsatz der Lager von NSK in vielen Werkzeugmaschinen zeigen, dass sich die Lager bei höchsten Drehzahlen bewähren.