Effiziente und reibungsoptimierte Wälzlager leisten einen wichtigen Beitrag zu Energie-einsparung und Ressourcenschonung und erhöhen gleichzeitig Leistungs- und Wettbe-werbsfähigkeit der jeweiligen Maschinen oder Anlagen. Wie viel Effizienz-Potenzial Wälzlager noch auf-weisen, zeigt zum Beispiel die Weiterentwicklung der INA Nadellager mit Blick auf Down-sizing und Reibungsreduzierung. Auf der Hannover Messe 2011 präsentierte die Schaeffler Gruppe Industrie drei neue INA-Nadellager-Bauarten: das leistungsfähigere X-life Massiv-Nadellager D für Downsizing, das reibungsreduzierte X-life Massiv-Nadellager mit TWin Cage sowie die Slimline-Nadelhülse mit einer radialen Bauhöhe von nur 1,5 mm.
X-life Nadellager -D: Effizienz mit Downsizing
Im neuen X-life Massiv-Nadellager -D ermöglicht ein neu entwickelter, profilierter und umformtechnisch optimierter Stahlkäfig eine wesentlich höhere Tragfähigkeit. Der Käfig ist so ausgeführt, dass bei gleichbleibenden Lagerabmessungen mehr und gleichzeitig auch längere Nadeln in das Lager eingesetzt werden können. Die höhere Anzahl an Wälzkörpern und die Erweiterung ihrer tragenden Länge führen bei einem neuen X-life Nadellager -D zu einer Steigerung der Tragzahl um bis zu 25 Prozent. Damit können die Lager im gleichen Bauraum deutlich höher belastet werden. Anders betrachtet, eröffnen die neuen X-life Nadellager -D neue konstruktive Möglichkeiten für das Downsizing, als die Verkleinerung von Maschinen und Aggregaten bei gleichbleibender Leistung. Ein Beispiel: Das neue X-life Nadellager NK20/16-D-XL mit einem Bohrungsdurchmesser von 20 mm und einer Breite von 16 mm entspricht mit seiner Tragfähigkeit dem bisherigen X-life Nadellager NK26/16-XL mit einem Bohrungsdurchmesser von 26 mm. Wird das neue Lager zum Downsizing eingesetzt, so wird bei gleicher Tragfähigkeit die Bauhöhe des Lagers um 15 % reduziert, das Gewicht um 20 % und die Reibung um 30 %.
Neben dem Nadellager NK20/16-D-XL präsentierte die Schaeffler Gruppe Industrie auch das NK55/25-D-XL. Drei weitere Baugrößen folgen im Laufe des Jahres 2011: NK14/16-D-XL, NK28/16-D-XL und NK37/20-D-XL. Mit diesen fünf X-life-Typen ist mengenmäßig ein großer Bereich der Radial-Nadellager durch Downsizing-Alternativen abgedeckt, also der Hüllkreisdurchmesser-Bereich von 14 bis 70 mm.
X-life Nadellager TWin Cage: 25 % weniger Reibung
Mehr Effizienz durch weniger Reibung bietet das neue Massiv-Nadellager mit dem Kunststoff Nadelkranz TWin Cage. In ihm sind zwei einzelne kurze Nadeln in eine Käfigtasche nebeneinander eingesetzt – anstelle von einer langen Nadel, wie sonst üblich. Diese neuartige Kombination von Käfig und Wälzkörpern verringert die Reibung im Vergleich zu herkömmlichen Nadellagern um bis zu 25 Prozent. Ein Beispiel: Beim Vergleich des X-life Massiv-Nadellagers NK45/20-TV-XL mit herkömmli-chem Kunststoff-Käfig mit dem neuen TWin Cage beträgt die Differenz der Reibleistung bei 4.000 Umdrehungen pro Minute zwischen 25 und 30 Watt. Damit wird mit nur einem TWin Cage Nadellager so viel Energie gespart, wie sie zum Betrieb einer Glühlampe erforderlich ist. Damit verbunden ist aber auch eine geringere Wärmeentwicklung im Lager, die wiederum zu einer längeren Fettgebrauchsdauer und damit längeren Schmierintervallen führt. Darüber hinaus verbessert sich die Genauigkeit der Anwendung aufgrund der geringeren Temperaturunterschiede. Aber auch die kinematischen Eigenschaften des Lagers verbessern sich durch die optimierte Lastverteilung auf beide Nadelreihen. Eingehende Versuchsreihen haben gezeigt, dass die Lager mit TWin Cage eine deutlich erhöhte Gebrauchsdauer aufweisen.
Slimline-Nadelhülsen: weniger Reibung und einfachere Konstruktion
Einen wesentlichen Beitrag zu weniger Reibung und mehr Effizienz leisten auch die neuartigen Slimline-Nadelhülsen. Ihre radiale Bauhöhe beträgt lediglich 1,5 mm. Im Durchmesserbereich zwischen 15 und 50 mm ist das ein Spitzenwert. Damit sind die Slimline-Nadelhülsen in ihren Außenabmessungen baugleich zu Gleitlagern und insbesondere dafür geeignet, diese in PKW-Automatikgetrieben zu ersetzen. Der Vorteil: Im Vergleich zur herkömmlichen Gleitlagerung reduzieren die Slimline-Nadelhülsen die Reibung um bis zu 60 %. Darüber hinaus vereinfachen sie die Umgebungskonstruktion und erhöhen Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
In Automatikgetrieben müssen Gleitlager für eine zuverlässige Funktion stets direkt mit ausreichend Öl von innen versorgt werden. Dies verursacht einen erheblichen Aufwand bei der Bearbeitung der Welle, da diese horizontal und vertikal mit Bohrungen für die Ölzuführung versehen werden muss. Für den zuverlässigen Betrieb der Slimline-Nadelhülsen hingegen ist ein feiner Ölnebel völlig ausreichend. Auf die aufwändigen Zuführungen kann verzichtet und gleichzeitig die Ölpumpe kleiner ausgeführt werden. Zum sicheren Betrieb des Lagers ist auch kein tragender Schmierfilm mehr notwendig. Das im Gegensatz zur Gleitschicht geringere Reibmoment des Wälzlagers führt auch zu einem geringeren Losbrechmoment beim Startvorgang. Das bedeutet, dass die Slimline-Nadelhülsen zum Beispiel bei Start-Stopp-Anwendungen eine höhere Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit bieten. Darüber hinaus wird das Getriebeöl nicht mehr durch den feinen Abrieb der Gleitlagerschicht kontaminiert. Das Öl bleibt also beim Einsatz der Slimline-Nadelhülsen sauberer. Gleichzeitig jedoch erhöht sich auch die Genauigkeit, da sich mit dem Abrieb im Gleitlager auch das Spiel des Lagers auf der Welle vergrößert. Die gleichbleibend hohe Genauigkeit der Nadelhülse trägt somit auch zu einem geringen Spiel der Ge-triebeverzahnung und somit insgesamt zu mehr Zuverlässigkeit und einer längeren Gebrauchsdauer des Getriebes bei.
Bild: Reibungsreduziertes X-life Massiv-Nadellager mit TWin Cage, Foto: Schaeffler