Messevorschau : Schaeffler mit innovativem Werkstoff auf der EMO 2017
Nach aktuellen Untersuchungen sind gut 80 % aller ausfallverursachenden Spindelschäden auf die Spindellagerung zurückzuführen. Zu nennen sind hier vor allem Lagerverschleiß und Kollision aber auch hohe Temperaturen, Mangelschmierung und Schmutzeintrag. Die Entwicklung eines robusten Wälzlager-Werkstoffes, mit dem unter diesen schwierigen Einsatzbedingungen die Gebrauchsdauer deutlich verlängert und die Belastung sogar noch weiter erhöht werden kann, erforderte technologisch neue Wege. Mit einem innovativen Herstellungsverfahren, speziellen Legierungsbestandteilen und einer darauf abgestimmten mehrstufigen Wärmebehandlung realisierte Schaeffler diese hochgesteckten Ziele. Der zur EMO 2017 präsentierte Hochleistungs-Wälzlagerstahl Vacrodur verfügt über eine Vielzahl an herausragenden Eigenschaften, die speziell für die Anwendung im Bereich Spindellager sehr vorteilhaft sind.
Mechanisch und thermisch stabil bis über 400°C
Anders als bei konventionellen Wälzlagerstählen wie z. B. 100Cr6 sinkt bei Vacrodur die Härte bei Temperaturen von über 120°C nicht, sondern bleibt bis über 400°C stabil. Bis zu dieser sehr hohen Temperatur tritt bei Vacrodur keine Gefügeumwandlung auf. Sämtliche Werkstoffeigenschaften ändern sich nur vernachlässigbar. Spindellager aus Vacrodur bleiben daher auch bei sehr hoher thermischer Belastung, wie sie z. B. durch die Abwärme in einer Motorspindel aber auch durch Mangelschmierung entsteht, hoch belastbar und extrem lang maß- und formstabil.
Bis zu 20-fache Gebrauchsdauer bei Schmierstoffverschmutzung
Der Schmutzeintrag stellt oft einen der Hauptfaktoren zur Limitierung der Spindellager-Gebrauchsdauer dar. Mehrere Mechanismen sind hierfür verantwortlich: Abrasion und verschiedene Initialschädigungen durch Partikeleinlagerungen.
Vacrodur verfügt über ein sehr homogenes Gefüge mit einem hohen Anteil an sehr fein verteilten Karbiden. Die Karbide sind für die außergewöhnliche Beständigkeit von Vacrodur gegen abrasiven Verschleiß verantwortlich. Eine mehrstufige Wärmebehandlung des speziell legierten Werkstoffs erzeugt außerdem sehr hohe Härtewerte von bis zu 66 HRC und ein zähes (Grund)Gefüge, das sehr hohen Temperaturen von über 400°C ohne Härteverlust widersteht. Durch die größere Härte im Vergleich zu anderen Wälzlagerstählen entstehen beim Überrollen eines Fremdpartikels in der Laufbahn kleinere Eindrücke und damit auch niedrigere Aufwürfe. Diese können bei den folgenden Überrollungen durch die duktile Werkstoffmatrix wieder leicht zurückgebildet werden. In Versuchen unter kontrollierten Verschmutzungsbedingungen konnte im Vergleich zum bisherigen Benchmark eine fast 20-fache Steigerung der Gebrauchsdauer bis zum Lagerausfall realisiert werden.
Um Faktor 13 längere nominale Lagerlebensdauer
Die hohe Wälzfestigkeit und Beständigkeit gegen Ermüdung durch Überrollung bei guten Schmierverhältnissen führt zu einer signifikant höheren Gebrauchsdauer von Lagern aus Vacrodur. In zertifizierten Versuchen konnte eine 2,4-fache höhere dynamische Tragfähigkeit im Vergleich zum Standardwälzlagerstahl 100Cr6 nachgewiesen werden. Dies entspricht einer 13-fachen Verlängerung der nominellen Lagerlebensdauer. Unter Mangelschmierungsbedingungen ergibt sich sogar eine 25-fache Verlängerung.
Mit Vacrodur und seiner außergewöhnlich hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeit sowie der im Vergleich zu anderen Stählen um Faktoren größeren Gebrauchsdauer stehen dem Werkzeugmaschinenbau wieder neue Möglichkeiten offen, die Performance und die Zuverlässigkeit der Werkzeugmaschinen deutlich zu erhöhen. Zur EMO 2017 präsentiert Schaeffler eine erste FAG-Spindellager-Baureihe in X-life-Qualität aus Vacrodur.