Hauptrolle Wälzlager-Klassiker neu in Szene gesetzt. Dipl.-Ing. (FH) Heinz SchŠfers. Heft Nr. 2, Februar 2001 Konradin-Verlag

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1 Hauptrolle Wälzlager-Klassiker neu in Szene gesetzt Dipl.-Ing. (FH) Heinz SchŠfers INA-Sonderdruck aus ãkemò Heft Nr. 2, Februar 2001 Konradin-Verlag

2 Hauptrolle Wälzlager-Klassiker neu in Szene gesetzt Dipl.-Ing. (FH) Heinz Schäfers Wenn hier von einer Hauptrolle die Rede ist, dann hat das nicht unbedingt etwas mit dem Filmgeschäft zu tun. Doch die neuen INA-Nadellaufrollen haben diesen Namen nicht ohne Grund bekommen. Denn in ihnen steckt die langjährige Erfahrung der Entwicklungsingenieure auf dem Gebiet der Stütz- und Kurvenrollen. Das hat zu einer Reihe technischer Verbesserungen an diesem bewährten Wälzlager-Klassiker geführt. Und damit ist das neue Maschinenelement für Nebenrollen viel zu schade. Die Klassiker sind nadelgelagerte Stütz- und Kurvenrollen (Bild 1), genormt nach ISO/CD 7063, die sich seit Jahrzehnten im gesamten Maschinenbau bewähren. Laufrollen sind Wälzlager mit dickwandigen Außenringen, die auf Kurvenscheiben oder geraden Führungsbahnen abrollen und dabei hohe Radiallasten übertragen. ➀ Die ausführliche Untersuchung der anwendungsbezogenen Ausfallursachen von Laufrollen [1] lieferte die maßgeblichen Ansatzpunkte für die technischen Verbesserungen: Kontakt Außenring / Gegenlaufbahn Tolerieren von Winkelfehlern Minimaler Fettverbrauch Einfache Montage und Wartung Damit erhöht sich die Wirtschaftlichkeit der neuen Nadellaufrollen entscheidend. ➁ ➂ ➂ Bild 1 Nadelgelagerte Kurvenrolle ➀ optimiertes INA-Profil ➁ Kunststoff-Axialgleitscheibe ➂ beidseitiger Innensechskant 2

3 Verschleiß [g] nach Überrollungen Verschleiß [g] nach Überrollungen 0,3 Außenring mit R = 500 optimiertes INA-Profil 0,020 0,015 Außenring mit R = 500 optimiertes INA-Profil 0,2 0,010 0,1 0, Belastung niedrig hoch Belastung niedrig hoch Bild 3 Verschleiß der Gegenlaufbahn aus GGG-50. Die Ergebnisse sind Mittelwerte aus mehreren Prüfläufen mit je Überrollungen ohne Verkippung Bild 4 Verschleiß der Gegenlaufbahn aus 58 CrV4. Die Ergebnisse sind Mittelwerte aus mehreren Prüfläufen mit je Überrollungen ohne Verkippung 1. Optimiertes INA Profil Zu den technischen Verbesserungen zählt auch die neue Form der Außenring- Mantelfläche das optimierte INA-Profil. Dieses Profil auf der Mantelfläche der Stütz- und Kurvenrollen (Bild 1 ➀) verringert im Vergleich zu herkömmlichen Profilformen die maximale Hertzsche Pressung zwischen Außenring-Mantelfläche und Gegenlaufbahn (Bild 2 ➀) [2]. Versuche zeigen, dass diese Minderung einen herausragenden Einfluss auf das Verschleißverhalten der Gegenlaufbahn besitzt (Bilder 3 und 4). Einsparpotenziale liegen damit in der deutlich verlängerten Gebrauchsdauer von Rolle und Gegenlaufbahn oder auch in der Möglichkeit, einen günstigeren Gegenlaufbahnwerkstoff bzw. andere Härteverfahren zu wählen. Auch beim Tolerieren von Winkelfehlern verdient das optimierte INA-Profil eindeutig die Hauptrolle. Denn der Maximalwert der Hertzschen Pressung des neuen Profils liegt auch bei verkipptem Lauf unterhalb der Werte der anderen Profilformen (Bild 2 ➁). Hier ergeben sich Möglichkeiten, in der Fertigung der Anschlusskonstruktion beim Kunden Toleranzen zu erweitern und Kontrollmaßnahmen in der Montage einzusparen. Die neue Profilform erhöht zusätzlich die Steifigkeit der Nadellaufrolle. Das führt zu höherer Präzision in den Bewegungsabläufen der Maschine. Zylindrisches Profil Profil R = 500 Optimiertes INA-Profil ➀ Gerader Lauf b = 0 mrad C W /P = 5 ➁ Verkippter Lauf b = 3 mrad C W /P = 5 Bild 2 Einfluss der Profilform auf die Hertzsche Pressung Optimiertes INA-Profil im Vergleich zu herkömmlichen Profilformen ➀ Gerader Lauf ➁ Verkippter Lauf 3

4 Bild 6 Gebrauchsdauer unter Winkelfehlereinfluss. Die Ergebnisse sind Mittelwerte aus mehreren Prüfläufen Bild 7 Rollenzapfentemperatur bei verkipptem Lauf (a) ohne, (b) mit Kunststoff-Axialgleitscheibe 2. Kunststoff-Axialgleitscheibe Eine weitere technische Verbesserung stellt die Kunststoff-Axialgleitscheibe (Bild 1 ➁) dar. Hier hat INA ein duales Wirkprinzip realisiert: Die Axialgleitscheibe wirkt einerseits als mehrstufige Abdichtung und verbessert andererseits den axialen Gleitkontakt. In der ersten Stufe der Abdichtung (Bild 5 ➀) wird grobe Verschmutzung aufgrund der Spaltdichtwirkung zwischen Kunststoff-Axialgleitscheibe und Außenring zurückgehalten. Die zweite Stufe (Bild 5 ➁) bildet das Labyrinth zwischen angeformter Dichtlippe und Einstich im Außenring. Bei Ausnutzung des axialen Verschiebeweges wird aus dem Dichtungslabyrinth eine schleifende Dichtung. Durch die tellerfederartige Formgebung der Axialgleitscheibe wird eine vorgespannte schleifende Abdichtung erzeugt, die die dritte Stufe (Bild 5 ➂) bildet. Diese wirkungsvolle und besonders reibungsarme Abdichtung verringert Verluste, verbessert das Dynamikpotenzial der Maschine und trägt zur Schonung des Schmierstoffvorrates bei. Hier setzen auch die Überlegungen für den axialen Gleitkontakt, die zweite Aufgabe der Axialgleitscheibe, an. Dabei werden die durch Winkelfehler in den Außenring induzierten axialen Führungskräfte über die Anlaufscheiben an die Anschlusskonstruktion weitergeleitet. Der bisherige, direkte metallische Gleitkontakt von Außenring und Anlaufscheibe wird nun durch die Kunststoff-Axialgleitscheiben vermieden (Bild 1 ➁). Vorteil dieser Anordnung ist ein günstiger Reibungskoeffizient, der den Temperaturanstieg bei Winkelfehlern bremst, das Schmierfett innerhalb des Lagers schont und somit den Fettverbrauch minimiert. Um das axiale Anlaufverhalten der Laufrollen zu testen, sind Versuche unter extremen Winkelfehlereinfluss durchgeführt worden. Bild 6 zeigt die durchschnittliche Laufzeit stark verschränkter Nadellaufrollen ohne und mit Kunststoff- Axialgleitscheibe. Die Nadellaufrollen ohne Axialgleitscheibe erreichten durch periodisches Nachschmieren die fünffache Laufzeit. Diese wurde allerdings durch die erstbefetteten, nicht nachgeschmierten Hauptrollen mit Kunststoff- Axialgleitscheiben nochmals um 50 % übertroffen. Aus den Versuchsergebnissen in Bild 7 lässt sich eindeutig das niedrigere Temperaturniveau und die daraus resultierende, mehrfach längere Gebrauchsdauer für eine erstbefettete, vollnadelige Kurvenrolle mit Kunststoff-Axialgleitscheibe (b) gegenüber der bisherigen Ausführung (a) ablesen. Kosteneinsparungen durch weniger Wartungsaufwand und längere Nachschmierintervalle sind offensichtlich. Notlaufeigenschaften der Kunststoff- Axialgleitscheibe bieten größte Sicherheit und mehr Spielraum für die Wartung. Bild 5 Kunststoff-Axialgleitscheibe mit angeformter Dichtlippe ➀ Spaltdichtung ➁ Labyrinthdichtung ➂ Schleifende Abdichtung 4

5 ➀ ➁ ➂ Bild 8 Die neue Hauptrolle. Beidseitig mit Innensechskant inklusive Nachschmiermöglichkeit ➀ Vereinfachte Montage durch Innensechskant an beiden Enden ➁ Nachschmiermöglichkeit bei Fettschmierung über die beigefügten Schmiernippel ➂ Zentralschmieranschluss über Adapter (Sonderzubehör) an beiden Enden möglich 3. Innensechskant Wurden auch Sie schon einmal von der Montageabteilung angesprochen, möglichst Kurvenrollen mit Innensechskant zu bevorzugen? Damit vereinfachte sich zwar der Einbau, aber das Nachschmieren über die Stirnseite des Lagers war dann meistens nicht mehr möglich. Die neue Nadellaufrolle verfügt nun an beiden Enden über einen Innensechskant (Bild 1 ➂; Bild 8 ➀). Montageaufwand und -zeit sinken, wenn man auf jeder Seite gegenhalten kann, ohne zu Sonderwerkzeugen oder verletzungsträchtigen Improvisationen greifen zu müssen. Trotzdem bleiben die Kurvenrollen allseitig nachschmierbar: Mittels Fettpresse durch die beigefügten Schmiernippel (Bild 8 ➁) oder durch den Passsitz mit einer zusätzlichen Schmierrille. Das hilft doppelt sparen: durch einfachere, kostengünstigere Anschlusskonstruktion weniger Montageaufwand durch Verzicht auf das Ausrichten des Rollenzapfens. Bei Anschluss an eine Zentralschmierung wird ein passender Zentralschmieradapter als Zubehör angeboten (Bild 8 ➂). Dadurch bietet die Kurvenrolle vielseitige Einsatzmöglichkeiten als Standard- Maschinenelement und viele Eigenschaften, die die Montage und Wartung wesentlich vereinfachen. 4. Resümee An den maßgeblichen Punkten für die Gebrauchseigenschaften sind entscheidende Verbesserungen erzielt worden. Schonender Umgang mit der Gegenlaufbahn, effizientes Nutzen der Schmierstoffvorräte auch unter schwierigen Laufbedingungen und praktische Lösungen für Montage und Wartung kennzeichnen die Weiterentwicklung. Aber müssen sich diese technischen Verbesserungen auch im Preis niederschlagen? Keinesfalls! Denn durch konsequente Optimierung klassischer Fertigungsverfahren und Entwicklung neuer Technologien ist es uns gelungen, den Mehrwert ohne Mehrpreis an unsere Kunden weiterzugeben. Literaturverzeichnis: [1] H. Bode: Neue Generation Stütz- und Kurvenrollen, INA-Sonderdruck GSK, April 1997 [2] H. Schäfers: Optimiertes INA-Profil für Stütz- und Kurvenrollen, INA-Sonderdruck OPS, September 1997 Autorenhinweis: Dipl.-Ing. (FH) Heinz Schäfers ist Produktmanager für Laufrollen im Branchenmanagement für Produktionsmaschinen und Systeme bei der INA Wälzlager Schaeffler ohg in Herzogenaurach 5

6 INA WŠlzlager Schaefßer ohg Herzogenaurach Telefon ( ) 82-0 Telefax ( ) Sach-Nr /NRL D-D á Printed in Germany