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Technik Hybridkugellager

Eigenschaften von Keramik
Der keramische Werkstoff Siliziumnitrid Si₃N₄ eignet sich als Kugelwerkstoff hervorragend für den Einsatz in Präzisionskugellagern. Einen Vergleich zwischen Siliziumnitrid und dem konventionellen Wälzlagerstahl 100Cr6 zeigt das Diagramm:

Weitere Vorteile von Keramik sind:

Vorteile für den Anwender

Längere Gebrauchsdauer
Erfahrungsgemäß kann mit Hybridlagern im Vergleich zu konventionellen Lagern die doppelte Gebrauchsdauer erreicht werden. Je nach Betriebsbedingungen lassen sich wesentlich höhere Laufzeiten erziehlen.

Die Gründe hierfür sind:

• Geringerer adhäsiver Verschleiß
  Die geringere Affinität zu Stahl reduziert den adhäsiven Verschleiß, der durch die Kaltverschweißungen der Rauhigkeitsspitzen von Laufbahn und Kugel entsteht.
• Geringerer abrasiver Verschleiß
  Bei Stahlkugeln drücken sich Verunreinigungen und Partikel aus dem Einlaufvorgang in die Oberfläche ein. Bei jeder Kugelumdrehung schädigen diese Fremdkörper die Laufbahn. In die äußerst harte Keramikkugel können die Teilchen kaum eindringen.
• Unempfindlicher gegen Mangelschmierung
  Die geringere Adhäsion und Reibung verleihen dem Hybridlager gute Notlaufeigenschaften und machen es unempfindlicher gegen Mangelschmierung.
• Längere Fettgebrauchsdauer
  Die niedrige Betriebstemperatur und die günstigen tribologischen Eigenschaften verlängern die Fettgebrauchsdauer.

Höhere Drehzahlen
Die erreichbaren Drehzahlen hängen vor allem von den thermischen Bedingungen im Lager ab. Das Hybridlager hat wegen der geringeren Reibung weniger Verlustleistung. Dadurch wird die Drehzahlgrenze deutlich erhöht. Je nach Anwendung, lassen sich Drehzahlsteigerungen bis zu 30% gegenüber Lagern mit Stahlkugeln realisieren.

Kostengünstigere Schmierung

Fettschmierung kann in höheren Drehzahlbereichen Verwendung finden.

Die Drehzahlgrenze der Öl-Minimalschmierung steigt deutlich. In vielen Fällen kann auf die sehr aufwändige Öl-Einspritzschmierung verzichtet werden.

Höhere Steifigkeit

Bessere Bearbeitungsgenauigkeit
Folgende Gründe führen zu einer Verbesserung der Oberflächengüte und Genauigkeit des bearbeiteten Werkstückes:

• Höhere Lagerungssteifigkeit
• Niedrigere Wärmeausdehnungen
• Geringe Schwingungsanregung durch die Keramikkugeln

Tragzahlen

Nach der DIN/ISO Norm sind keine Berechnungsgrundlagen für die Bestimmung der Tragzahlen von Hybridlagern festgelegt. Würde die klassische Ermüdungstheorie angewendet werden, wären die Tragzahlen und die Lebensdauer niedriger als bei Verwendung von Stahlkugeln. Die Erfahrungen in der Praxis zeigen jedoch, dass die tatsächliche Gebrauchsdauer deutlich länger ist. Aus diesem Grund verwendet GMN die gleichen Tragzahlen wie für konventionelle Lager.

Anwendungsbeispiele

• Werkzeugmaschinenspindel
  Modernste Bearbeitungsverfahren, wie z. B. Hochgeschwindigkeitszerspanung, erforderten neue Lagerungskonzepte für die Spindel. Durch die Verwendung von Keramik-Hybrid-Lagern können konnten deutliche Leistungssteigerungen erreicht werden. Auch in vielen von GMN für den Eigenbedarf gefertigten Spindeln sind die Hybridlager seit Jahren erfolgreich im Einsatz.
• Sonderlagerungen
  Bei z. B. Vakuumpumpen werden sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Lager gestellt, da Ausfälle zu hohen Folgekosten führen können. Bei kugelgelagerten Pumpen werden heute überwiegend Hybridlager eingesetzt.

Weitere Anwendungen sind:

• Medizinische Geräte wie Röntgenröhrenlagerungen
• Fanglager für Magnetlager
• Lager für Luft- und Raumfahrt

Zusammenfassung

Die Keramik-Hybrid-Lager sind oft die Alternative, wenn konventionelle Kugellager nicht mehr geeignet sind. Es muß immer das Gesamtsystem betrachtet und eine Schwachstellenanalyse durchgeführt werden. GMN steht Ihnen mit seiner Anwendungsberatung gerne zur Verfügung.