Neuer Werkstoff für Hülsen, Büchsen und Rollenlager

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1 Neuer Werkstoff für Hülsen, Büchsen und Rollenlager Hülsen und Büchsen jetzt noch tragfähiger INA bestimmt seit langem die Entwicklung und den Stand der Wälzlagertechnik entscheidend mit. So wurden neben den spanend gefertigten, hochbelastbaren Nadellagern die spanlos hergestellten Nadelhülsen und Büchsen zu einem Markenzeichen Made by INA. Mit diesen kaltgeformten Lagern lassen sich Wälzlagerungen mit hoher Tragfähigkeit gestalten, die nur ein Minimum an radialem Bauraum benötigen. Neben der Produkt-Entwicklung und Produkt-Verbesserung arbeitet INA auch sehr intensiv auf dem Gebiet der Werkstoffforschung für seine Produkte. So wurde jetzt für Hülsenlager und gezogene Rollenlager ein kaltumformbarer Stahl entwickelt, der durchgehärtet werden kann. Mit dem neuen Stahl ist INA weltweit das einzige Unternehmen, das kaltgeformte, dünnwandige Nadelhülsen und Nadelbüchsen auf diese Art produziert. Der neue Werkstoff hat erhebliche technische Vorteile und ist damit richtungsweisend für die Anwendung von dünnwandigen Hülsen und Büchsen. So erhöht sich beispielsweise die Tragfähigkeit der Lager durch die hohe Kernhärte ( 600 HV). Damit können die Lager statisch und dynamisch höher belastet werden. Außerdem sind durch die reduzierte Wanddicke der Hülsen Lagerungen mit kleineren radialen Abmessungen bei gleicher Tragfähigkeit möglich. Ca C r C r Marktinformation MAI 89

2 Neuer Werkstoff für Hülsen, Büchsen und Rollenlager Bisherige Werkstoffe Als Standard-Werkstoffe für spanlos gefertigte, dünnwandige Außenringe der Nadelhülsen, Büchsen und Linear-Kugellager werden Stähle wie DC04M, SAE1015, 16MnCr5 verwendet. Diese Stähle sind kaltumformbar und für die heute übliche Einsatzhärtung geeignet. Charakteristisch für die Stähle ist: ihre Reinheit und Kaltziehfähigkeit die notwendige Einsatzhärtung die relative Maß- und Formveränderung bei der Wärmebehandlung die erforderliche Materialdicke, bedingt durch die Einsatzhärtungstiefe Eht und den für diese Werkstoffe notwendigen weichen Kern. Neue Werkstoffgeneration Der neue, kaltumformbare Stahl für dünnwandige Wälzlager ist durch seine technologischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung als C45M nach INA-Spezifikation festgelegt. C45M ist ein isotroper Feinkornstahl mit hoher Reinheit und speziell auf die Anforderungen in der Wälzlagertechnik abgestimmt. Seine Tiefziehfähigkeit und Umformbarkeit ist vergleichbar mit den bisher verwendeten Kaltband-Werkstoffen, in seiner Härtbarkeit liegt er jedoch deutlich über den konventionellen Stählen (siehe Bild 1). Durch seine optimierte Härtbarkeit, die abgestimmt ist auf die Bauteilgeometrie und die Beanspruchung, weist der Stahl eine hohe Kernhärte, Zähigkeit und Elastizität auf. 800 kg/mm C45M 600 Härte HV [Vickers] SAE1015 DC04M ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 mm 1,0 Wanddicke Bild 1 Härte und Gefüge bei klassischem Werkstoff und C45M-Stahl Vergleich

3 Plastische Verformung der Laufbahn Bild 2 zeigt die plastische Verformung der Hülsenlaufbahnen aus DC04M und C45M bei gleicher Belastung. Die Lager aus dem neuen Werkstoff weisen aufgrund der hohen Kernhärte eine höhere statische und dynamische Tragfähigkeit auf als vergleichbare Lager aus herkömmlichem Stahl. Dies vermindert plastische Verformungen an den Laufbahnen bei hoher statischer Belastung. Seine volle Leistungsfähigkeit erreicht der neue Stahl durch die Werkstoff-Zusammensetzung und eine spezielle Wärmebehandlung. Lager aus C45M können deshalb auch mit einer deutlich dünneren Wanddicke ausgelegt werden als Hülsen aus herkömmlichen Stählen. Elastizität des Büchsenbodens Bild 3 zeigt Federkennlinien des Bodens von Gelenkkreuzbüchsen aus DC04M und C45M. Beim Büchsenboden aus DC04M tritt ab einer bestimmten Kraft plastische Verformung auf; der Büchsenboden aus C45M verhält sich über einen deutlich größeren Kraftbereich völlig elastisch. Dieses elastische Verhalten bringt in bestimmten Anwendungsfällen Vorteile bei der Montage. Vorteile für die Anwendung Nadelhülsen, Büchsen, Linear-Kugellager und Rollenlager, gezogen aus C45M (siehe Seite 5): können bei gleichem Bauraum statisch höher belastet werden als Lager aus konventionellen Stählen ermöglichen kleinere Bauräume bei gleichen Belastungen ermöglichen Auslegungen, die bei gleichem Bauraum zu längerer Lebensdauer führen bringen bei Gelenkkreuzbüchsen in bestimmten Anwendungsfällen Vorteile bei der Montage. µm plastische Verformung C45M DC04M C0 Radiallast N 2C0 Bild 2 Plastische Verformung bei Radiallast Hülsenwerkstoff DC04M und C45M N Ca C45M Kraft DC04M Weg Bild 3 Federkennlinien des Büchsenbodens Werkstoff DC04M und C45M m

4 Neuer Werkstoff für Hülsen, Büchsen und Rollenlager Gestaltung der Lagerung Diese Angaben gelten nicht für Gelenkkreuzbüchsen! Die Welle muss als Wälzlagerlaufbahn ausgeführt sein. Zur vollen Ausnutzung der Tragfähigkeit dünnwandige Außenringe ausreichend starr unterstützen. Die Lageraußenringe können durch den Herstellungsprozess geringfügig unrund sein. Sie nehmen erst nach dem Einpressen in die Gehäusebohrung ihre endgültige Maß- und Formgenauigkeit an. Der Außenring ist im Verhältnis zur Gehäusebohrung mit Übermaß ausgeführt. Deshalb benötigen die Lager keine weitere axiale Fixierung wie z. B. Schultern oder Sprengringe. Der Werkstoff und die Wanddicke der Anschlusskonstruktion sowie die Maß- und Formgenauigkeit der Bohrung bestimmen die Lage des Hüllkreises und die Güte der Lagerung im eingebauten Zustand. 0,2 D 0,3 R 0,3 0,02 F W 0,07 1 R 0,2 15 Einbautoleranzen Werden die Bohrungstoleranzen nach Tabelle 1 eingehalten, liegt der Nadelhüllkreis bei starren Gehäusen etwa im Toleranzfeld F8. In Verbindung mit den angegebenen Wellentoleranzen wird ein normales Betriebsspiel erreicht. Tabelle 1 Wellen- und Gehäuseausführung Gehäusewerkstoff Bohrungstoleranz Wellentoleranz für Lager ohne Innenring Stahl oder Gusseisen N6 Leichtmetall 1) R6 h6 Rauheit max. R a 0,8 (R z 4) R a 0,2 (R z 1) Rundheit max. IT 5/2 25% von h6 Parallelität max. IT 5/2 50% von h6 1) Festigkeit des Gehäuses prüfen. Einbau Diese Angaben gelten nicht für Gelenkkreuzbüchsen! Weitere Informationen zu Abmessungen und Tragfähigkeit auf Anfrage. Lager bei Fettschmierung vor dem Einbau fetten. Lager mit speziellem Einpressdorn montieren (Bild 4). Der Bund des Einpressdorns soll an der Stirnseite des Lagers, gekennzeichnet mit dem Kurzzeichen, anliegen. Runddichtring zur Halterung des Lagers vorsehen. Lager und Einpressdorn dürfen nicht verkantet werden! Bild 4 Einbau mit Einpressdorn

5 Nadelhülse HK aus DC04M und C45M Vergleich Der Vergleich (Bild 5) zeigt die Vorteile des neuen Stahls gegenüber herkömmlichen Werkstoffen. Daraus resultieren deutliche Anwendungsvorteile, die wiederum den Kundennutzen der Produkte erhöhen. Im Gegensatz zur Anwendung in Stahl ist bei Anwendungen in Leichtmetall eine Spannungsbetrachtung der Lagerbohrung erforderlich! HK 3020/ Stahl DC04M HK 3020/ Stahl C45M C r C 0r Merkmale Wandstärke Wälzkörperdurchmesser Wälzkörperlänge Wälzkörperanzahl dynamische Tragzahl C statische Tragzahl C 0r dynamische Lebensdauer r Potential durch Neuauslegung 50% 20% 5% 12% 18% 9% 75% Gewicht, gesamt Bild 5 Nadelhülse HK aus DC04M und C45M Vergleich 7%

6 INA-Schaeffler KG Herzogenaurach Internet In Deutschland: Telefon 0180/ Telefax 0180/ Aus anderen Ländern: Telefon +49 / 9132 /82-0 Telefax +49 / 9132 / Sach-Nr /MAI 89 D-D Printed in Germany