Hochpräzisions-Sonderkugellager

Andreas Mühlbauer,

Individuell und hoch präzise

Spezielle Lager für hohe Ansprüche an Drehzahlen, Vibrationsarmut und Laufgenauigkeit sowie Lager und Lagersysteme für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen müssen häufig kundenspezifisch ausgelegt und entwickelt werden.

Bauteile für Vakuumanwendungen werden vor Ort plasmagereinigt. © GMN

Die Nachfrage nach anwendungsspezifischen High-End-Produkten wächst beim Maschinenbauer GMN Paul Müller Industrie kontinuierlich. „Höchste Präzision wird oftmals vorausgesetzt. Das ist unser Metier. Wir fühlen uns ausgesprochen wohl in den Hochpräzisions-Genauigkeitsklassen P4+ und UP+“, sagt Andreas Böhrer, Mitarbeiter im technischen Vertrieb. P4+ ersetzt bei GMN die bisherigen Genauigkeitsklassen DIN P4 und ABEC 7.

Stefan Tritthart, Leiter des Produktbereichs Lagersysteme und Sonderlager, sagt: „So vielfältig wie die Anwendungen sind auch die Herausforderungen.“ An Sonderlager und einbaufertige Lagersysteme, beispielweise für die Vakuumtechnik, stellen Kunden unter anderem sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Sauberkeit. Bei der Verwendung in radiologischen Produkten wie Röntgengeräten und Computertomographen stehen Vibrationsarmut und Sauberkeit im Mittelpunkt. Hierbei sollen die Lager auch für extreme Umgebungstemperaturen von bis zu 550 Grad Celsius geeignet sein. Auf Systemlaufgenauigkeiten von unter einem tausendstel Millimeter richtet sich der Fokus beim Einsatz in Mess- und Navigationssystemen, während im Machinenbau oft baulich angepasste Sonderauslegungen gefordert sind.

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Kugellager und komplette Lagersysteme

GMN bietet für zahlreiche Einsatzfelder anwendungsspezifische Sonderlösungen. Das Leistungsspektrum beginnt bei der Entwicklung und Fertigung einzelner Kugellager sowie integrierter Lagersysteme einschließlich Welle, Umbauteilen und Gehäuse. Es reicht bis hin zum Rundum-Service für die Lieferung der Serienteile inklusive Kanban-Abwicklung und Artikelbevorratung beim Endkunden. Dabei konzentriert sich das Unternehmen auf Spindelkugellager, Rillenkugellager und Hybridmodelle mit Keramikkugeln. Häufig stellen Kunden bei einer Produktentwicklung fest, dass sich ihre spezifischen Wünsche nicht mit Katalogmodellen erfüllen lassen. „Der Aufwand, den wir für die Konstruktion und Auslegung von individuellen Lagersystemen und einzelnen Spezialkugellagern betreiben, ist beträchtlich“, erklärt Tritthart. „Daher starten wir bei diesen anspruchsvollen und umfangreichen Projekten mit dem Kunden ein gemeinsames Entwicklungsprojekt. Dazu gehören unter anderem ein eigenes Lasten- und Pflichtenheft, ein Konzept mit den dazugehörigen Konstruktions- und Schnittstellenzeichnungen und eine Kalkulation der Entwicklungskosten.“

Mitunter muss eine Vielzahl von Bauteilen auf die individuellen Anforderungen und Umgebungsbedingungen hin optimiert werden. Je nach Einsatzzweck werden zudem spezifische Werkstoffe und Beschichtungen benötigt, eventuell müssen zusätzlich interne Prozesse umgestellt und Spezialwerkzeuge beschafft werden. „Nach erfolgreicher Bemusterung des Prototypen beginnen wir mit der Serienherstellung des neuen Produktes“, erläutert Andreas Böhrer.

Beratung und Zusammenarbeit beim Engineering

Ein Anwendungstechniker begleitet den Kunden als fester Ansprechpartner über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg. Tritthart sagt: „Unsere Unterstützung ist sehr umfassend und reicht weit über die Serienreife eines Sonderlagers oder Lagersystems hinaus. Denn auch nach der Produktfertigstellung und der Abnahme bleiben die Projektpartner weiterhin im engen Kontakt und setzen so die Weiterentwicklung und Optimierung des Serienproduktes fort.“

Im Rahmen der Konfiguration werden zuerst die Art des Lagers und das Anwendungsgebiet benannt. Hierbei werden alle Umgebungsbedingungen einbezogen: Welche Fluide und aggressive Gase herrschen vor? Müssen Reinraumbedingungen erfüllt werden? Sind spezielle Fette oder eine Trockenschmierung erforderlich? Oder ist ein besonderes Handling für die Reinhaltung des Bauteils während des Transports und der späteren Montage notwendig?

„Wenn Lager im Vakuum arbeiten sollen, wie bei Modellen, die in Glaskolben von Röntgenröhren eingesetzt werden, müssen sie ebenfalls aufwändig, das heißt vakuumtauglich, gereinigt und verpackt werden“, sagt Böhrer.

Zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten

Als nächstes sind die Anforderungen hinsichtlich Präzision, Steifigkeit, Betriebstemperatur, Belastbarkeit, Drehzahl, Lebens- und Gebrauchsdauer zu klären. Anschließend muss die Lagerbauart bestimmt werden. Welche Bauform ist erforderlich? Sollen die Käfige aus Hartgewebe oder kohlefaserverstärktem Polyetheretherketon (PEEK) sein? Reichen Kugeln und Ringe aus Chromstahl oder sind Keramik und Sonderstähle die bessere Wahl? Welche Einbaulage, welche Befestigungen und welche Dimension werden benötigt? Welche Kontaktwinkel sind erforderlich? Soll starr oder federnd vorgespannt werden?

Lagersysteme für Mammographie und Computertomographie sind vibrationsarm und erzeugen geringe Laufgeräusche. Eine besondere Herausforderung sind Umgebungstemperaturen bis 550 Grad Celsius. © GMN

Zu definieren ist zudem, welche Schmierung gewünscht wird und welche Bohrungslage für die Medienzufuhr gewählt wird. Außerdem ist zu berücksichtigen, wie stark die Radial- und Axiallasten sind, denen das Lager ausgesetzt ist. Abschließend sind weitere Komponenten wie Welle, Gehäuse, Umbauteile, Federn, Scheiben, Sprengringe, Dichtungen und Anschlussteile sowie die Lagerbefestigung zu bestimmen. Angesicht der Vielzahl an Varianten greifen die meisten Kunden gerne auf die Erfahrung des GMN-Anwendungstechnikers zurück.

Musterteile werden unter Serienbedingungen gefertigt

Sobald alle Anforderungen erfüllt sind und die Lagerauslegung abgestimmt ist, kann die Herstellung des Prototypen beginnen. „Die Produktion der Musterteile geschieht bei uns bereits unter Serienbedingungen, wobei wir dank unserer großen Fertigungstiefe viele Herstellungsschritte in der eigenen Hand haben“, sagt Tritthart.

GMN fertigt einen großen Anteil der benötigten Komponenten selbt. Außerdem kann das Unternehmen auf das eigene Know-how und auf Zulieferungen aus den Geschäftsbereichen Maschinenspindeln, Freiläufe und Dichtungen zurückgreifen. Bauteile für Vakuumanwendungen werden vor Ort plasmagereinigt und bei Bedarf auf einer eigenen PVD-Anlage mit Silber, Blei, Gold oder Molybdändisulfid beschichtet. Die Montage der Lager ist auch unter Reinraumbedingungen möglich. Eine eigene Messgeräte- und Feinmessabteilung prüft alle qualitätsrelevanten Komponenten.

Mit dem Konzept aus erfahrungsbasiertem Engineering und hochqualifizierter, partnerschaftlicher Lieferantenkette sieht GMN den Produktbereich für die Zukunft gut aufgestellt. Gern verweist Stefan Tritthart auf die mehr als vier Jahrzehnte lange Tradition der Sparte: „Schon seit vierzig Jahren werden bei Navigationssystemen GMN-Sonderlager eingesetzt. Und mittlerweile lagern unsere Sonderanfertigungen weit mehr als 100.000 Röntgenröhrensysteme sicher und zuverlässig.“ 

F. Stephan Auch, freier Fachjournalist / am

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