Vacrodur Der Werkstoff für maximale Leistung und höchste Betriebssicherheit (X-life) - Schaeffler
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Vacrodur Der Werkstoff für maximale Leistung und höchste Betriebssicherheit (X-life)
Der Werkstoff für maximale Leistung
X-life Spindellager aus Vacrodur
Anforderungen an Spindellager Lösungsansatz Vacrodur
Ein hoher Anteil aller ausfallver- Schaeffler hat Spindellager aus
ursachenden Spindelschäden ist auf die dem innovativen Werkstoff Vacrodur
Spindellagerung zurück zu führen und entwickelt. Vacrodur ist erwiesener-
wird vor allem durch Verschleiß oder maßen in der Lage die Lagergebrauchs-
Kollision verursacht. Weitere Schadens- dauer von Spindellagern unter
ursachen sind Mangelschmierung und schwierigsten Bedingungen signifikant
Kontamination. zu verlängern und Betriebs- und
Wartungskosten deutlich zu reduzieren.
000B7D3B
Um die Produktivität zu steigern und
Maschinenstillstand zu reduzieren, Dadurch lassen sich außerordentlich
X-life High-Speed Spindellager aus Vacrodur
ergeben sich für Spindellager im Betrieb robuste Spindelantriebe realisieren,
immer höhere Anforderungen hinsicht- die im Vergleich zu den bisher
Höchste Lagergebrauchsdauer unter lich: bekannten Lösungen einen deutlich
schwierigsten Einsatzbedingungen ■ dem Drehzahlniveau, gesteigerten Beitrag zur Kosten-
reduzierung leisten können, Bild 1.
Im Bereich der Werkzeugmaschinen
■ der thermischen Robustheit,
müssen innovative Spindelantriebe
einen wesentlichen Beitrag zur ■ der Belastbarkeit,
erforderlichen kontinuierlichen Produk-
■ der Schmierverhältnisse.
tivitätssteigerung leisten. Gleichzeitig
müssen sie den immer höher werdenden
Leistungsanforderungen zu geringsten
Betriebs- und Wartungskosten gerecht
werden.
000ACBE3
Bild 1: Motorspindel
Eigenschaften und Vorteile ■ Die hohe Härte wird durch ein
von Vacrodur homogenes Werkstoffgefüge erzielt, Die damit verbundene Robustheit
das neben der zähen Werkstoffmatrix eines Vacrodur – Lagers zeigt sich
Die Werkstofflösung Vacrodur besitzt
sehr hohe Gehalte an feinen, gleich- speziell im Fall unzureichender
aufgrund des Legierungskonzeptes,
mäßig verteilten Karbiden aufweist. Schmierstoffversorgung oder sogar
sowie der damit verbundenen
Diese Karbide sind auch ursächlich Schmierungsausfall.
spezifischen Herstellungsprozesse
für die herausragende Verschleiß- Solche ungewollten Betriebs-
herausragende Eigenschaften, die für
beständigkeit von Vacrodur. zustände sind üblicherweise mit
die Anwendung im Bereich Spindellager
stark ansteigenden Temperaturen
vorteilhaft sind. ■ Ein weiterer positiver Aspekt
im Wälzkontakt verbunden, mit dem
■ Der pulvermetallurgische Werkstoff- der Wärmebehandlungsprozesse ist
Potential thermischer Gefüge-
herstellungsprozess führt zu einer die daraus resultierende thermische
beeinflussung und maßlicher
außerordentlichen Homogenität Stabilität von Vacrodur.
Änderungen. Anders bei Vacrodur,
der Werkstoffeigenschaften, die sich Anders als bei konventionellen
hier sorgt die thermische Stabilität
in einer hohen Qualität der Bauteile Wälzlagerstählen ist eine erhöhte
für eine zusätzliche Sicherheits-
widerspiegeln, Bild 2 und Bild 3. Temperaturstabilität bei Vacrodur
reserve, um Spindelausfällen vor-
nicht mit verringerten Härtewerten
■ Die mehrstufige Wärmebehandlung zubeugen.
verbunden. Die Eigenschaften sind
des Werkstoffs erzeugt außer-
bis zu außerordentlich hohen
gewöhnlich hohe Härtewerte bis über
Anwendungstemperaturen von
65 HRC, welche im Fall von Schmier-
+400 °C stabil.
stoffkontamination zu einer Reduk-
tion der Initialschädigung durch
Fremdpartikelüberrollung führen.
000AC82A
000AC845
Bild 2: 100Cr6 Bild 3: Vacrodur
Vacrodur im Vergleich – nachweislich Vacrodur im Vergleich – nachweislich Vacrodur im Vergleich –
deutlich höhere Gebrauchsdauer deutlich höhere dynamische deutlich höhere Widerstandsfähigkeit
bei Mischreibung Tragfähigkeit gegen Brinellierung
Um das Ziel einer gesteigerten Im Lebensdauerversuch wurden unter Eine der häufigsten Ausfallursachen
Gebrauchsdauer zu realisieren, elastohydrodynamischen (EHD) sind Ausfälle durch Kollision.
bildet die herausragende Wälzfestigkeit Schmierungsbedingungen eine mehr Durch seine hohe Härte verhält sich
von Vacrodur die Basis. Mittels eines als 13-fach höhere Lebensdauer für Vacrodur bei Kollision deutlich robuster
vom Germanischen Lloyd zertifizierten Vacrodur nachgewiesen. im Vergleich zu 100Cr6. Im Versuch
Vorgehens ist Schaeffler in der Lage Die dynamische Tragfähigkeit ist damit wurde eine 15% höhere Grenzflächen-
die erhöhte Tragfähigkeit von Vacrodur um den Faktor 2,4 höher als bei 100Cr6. pressung nachgewiesen, Bild 5.
gegenüber Standardwälzlagerstahl Dies bewirkt eine 40% höhere statische
nachzuweisen. Hier zeigt sich, dass eine Tragfähigkeit (C0) von Vacrodur Spindel-
mehr als 25-fach höhere Lebensdauer lagern.
für Vacrodur im Lebensdauerversuch
unter Mischreibungsbedingungen
erzielt wird, Bild 4.
3,5
000AC8A1
000AC869
99 m F 100Cr6
3 Vacrodur
%
2,5
50
Ausfallwahrscheinlichkeit
Eindrucktiefe
2
100Cr6
1,5
Vacrodur
10 1 Faktor 1,15
5 0,5
0
3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 MPa 6 000
1 Pressung
50 100 1 000 10 000 PHmax 100CR6 PHmax Vacrodur
Relative Laufzeit 4 850 N/mm2 5 650 N/mm2
Bild 4: Lebensdauer unter Mischreibung Bild 5: Eindrucktiefe in Abhängigkeit zur Pressung
Vacrodur im Vergleich – nachweislich Vacrodur im Vergleich – nachweislich Die herausragenden Eigenschaften
deutlich höhere Gebrauchsdauer deutlich höhere Resistenz gegenüber des Vacrodur – insbesondere seine
bei Kontamination adhäsiv – abrasiven Verschleiß- Kombination aus höchster Härte
mechanismen bei Grenzreibung bei gleichzeitig guter Zähigkeit, in Ver-
Schmierstoffverschmutzung
bindung mit seiner auf die Legierung
beziehungsweise Schmutzeintrag stellt In Spindellageranwendungen
zurückzuführenden geringen
einer der Hauptfaktoren zur Limitierung können sehr ungünstige Schmierungs-
Adhäsionsneigung und der nahezu
der Gebrauchsdauer dar. Auch unter bedingungen in Kombination mit
perfekten Homogenität des Gefüges –
diesen Rahmenbedingungen ist Schlupfzuständen und Festkörper-
spielen eine entscheidende Rolle,
Vacrodur in der Lage, eine signifikante kontamination auftreten, die sich
um resistent gegenüber adhäsiven und
Steigerung der Gebrauchsdauer zu negativ auf die Gebrauchsdauer aus-
abrasiven Verschleißmechanismen
erzielen. In einem Versuch unter kontrol- wirken. Hierbei reduzieren adhäsive und
zu sein.
lierten Verschmutzungsbedingungen, abrasive Verschleißmechanismen
das heißt definierter Kontamination die Gebrauchsdauer teils erheblich.
des Schmierstoffs mit mineralischen
Partikeln konnte im Vergleich zum
bisherigen Benchmark Cronidur eine
fast 24-fache Steigerung der Gebrauchs-
dauer nachgewiesen werden, Bild 6.
000AC8AA
99
%
Cronidur
50
Ausfallwahrscheinlichkeit
Vacrodur
10
5
ratio ~24
1
1 10 100 1 000
Relative Laufzeit
Bild 6: Lebensdauer unter KontaminationX-life High-Speed Spindellager Die Ergebnisse unterstreichen, dass die Schaeffler bietet Vacrodur in der neuen
aus Vacrodur – messbare Fortschritte hervorragende Verschleißresistenz des X-life High-Speed Spindellager Serie
im Bereich Motorspindel Vacrodur, nicht zuletzt bei Vorhanden- unter der Bezeichnung VCM an.
sein schlupfbehafteter und kontaminati-
In einem speziellen Versuchsaufbau
onsgefährdeter Grenzbedingungen High-Speed Spindellager der Baureihe
auf dem Tribologieprüfstand FE8 bei
in Spindellageranwendungen, die erste VCM weisen durch ihre optimierte X-life
Schaeffler konnte die herausragende
Wahl darstellen. Innenkonstruktion eine sehr hohe
Verschleißresistenz des Vacrodur
Drehzahleignung und hohe Toleranz
gegenüber dem Standard-Wälzlager-
Durch ihre überragende Leistungs- gegen schnell wechselnde thermische
stahl aus 100Cr6 nachgewiesen werden.
fähigkeit sind Spindellager aus Vacrodur Betriebszustände auf. Gleichzeitig
Hierbei wurden die Stahlvarianten bei
in der Lage, souverän die gesteigerten besitzen sie Trageigenschaften wie sie
Grenzreibungsbedingungen und
Anforderungen hinsichtlich der sonst nur mit großkugeligen Lagern
gleichzeitig hohen Pressungen unter
Gebrauchsdauer, oder dem Wunsch erreichbar sind.
stark verschleißfördernden Betriebs-
nach bisher unerreichten Zerspanungs-
bedingungen in einem schlupf-
volumen, gerecht zu werden.
behafteten Wälzlager untereinander
verglichen. Dieses Prüfszenario ist
speziell den schlupf- und verschleiß-
gefährdeten Betriebszuständen nach-
empfunden, wie sie in Motorspindeln,
zum Beispiel bei Lastwechseln,
auftreten können. Das erzielte Ergebnis
des Vacrodur im Hinblick auf dessen
verschleißresistenten Eigenschaften
überzeugte im direkten Vergleich
vollends, wie folgendes Diagramm
000B7D20
eindrucksvoll aufzeigt, Bild 7.
Vacrodur
0,5 mg
Stahl
100Cr6 Martensitic
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 mg 120
Verschleiß (Weibull B50)
Bild 7: Verschleißbeständigkeit im VergleichIm Vergleich zu konventionellen Weitere Informationen zu Spindellager
Spindellagern eröffnen X-life High- aus Vacrodur können der ent-
Speed Spindellager aus Vacrodur in sprechenden Publikation zur neuen X-
der Motorspindelkonstruktion deutlich life High-Speed Spindellager Baureihe
größere konstruktive Freiheiten und entnommen werden.
bieten damit dem Kunden die Chance
für spürbare Kostenreduzierungen.
Mit Vacrodur Spindellagern ergeben
sich damit deutliche Einsparpotentiale
im Vergleich zu allen bekannten
Lösungsansätzen, Bild 8.
000AC8F8
Kosten
Einsparung
Standard konventionelle neuer
Stahl High Performance Stähle High Performance Stahl
100Cr6 Carbonitriert / Stickstoffhärter Vacrodur
Bild 8: Kosteneinsparpotentiale im VergleichSchaeffler Technologies
AG & Co. KG
Georg-Schäfer-Straße 30
97421 Schweinfurt
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