Marktinformation MAI 89

Hülsen und Büchsen

jetzt noch tra

gfähiger

Neuer Werkstoff fürHülsen, Büchsen und Rollenlager

CCCrrrrCr

Ca

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 Wälz-lagerungen 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 Werkstoff-forschung 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.

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046

2

Neuer Werkstoff für Hülsen, Büchsen und Rollenlager

Bisherige WerkstoffeAls 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 Wärme-

behandlung■ die erforderliche Materialdicke, bedingt durch die Einsatz-

härtungstiefe Eht und den für diese Werkstoffe notwendigen weichen Kern.

Neue WerkstoffgenerationDer neue, kaltumformbare Stahl für dünnwandige Wälzlager ist durch seine technologischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung als C45M nach INA-Spezifikation fest-gelegt.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.

Bild 1 · Härte und Gefüge bei klassischem Werkstoff und C45M-Stahl – Vergleich

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Här

te

[V

icke

rs]

SAE1015

DC04M

mm

HV

C45M

kg/mm 2

Wanddicke

160

048

3

Plastische Verformung der LaufbahnBild 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 Wärme-behandlung. Lager aus C45M können deshalb auch mit einer deutlich dünneren Wanddicke ausgelegt werden als Hülsen aus herkömmlichen Stählen.

Elastizität des BüchsenbodensBild 3 zeigt Federkennlinien des Bodens von Gelenkkreuz-büchsen 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 Anwendungs-fällen Vorteile bei der Montage.

Vorteile für die AnwendungNadelhülsen, 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.

Bild 2 · Plastische Verformung bei Radiallast –Hülsenwerkstoff DC04M und C45M

Bild 3 · Federkennlinien des Büchsenbodens –Werkstoff DC04M und C45M

C 2CRadiallast

pla

stis

che

Ver

form

ung

C45M

DC04M

0 0N

µm

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Weg �m

Kra

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N

C45M

DC04M

Ca

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Neuer Werkstoff fürHülsen, 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 Außen-ringe 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 Form-genauigkeit 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.

EinbautoleranzenWerden die Bohrungstoleranzen nach Tabelle 1 eingehalten, liegt der Nadelhüllkreis bei starren Gehäusen etwa im Toleranzfeld F8. In Verbindung mit den angegebenen Wellen-toleranzen wird ein normales Betriebsspiel erreicht.

1) Festigkeit des Gehäuses prüfen.

EinbauDiese Angaben gelten nicht für Gelenkkreuzbüchsen!Weitere Informationen zu Abmessungen und Tragfähig-keit 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 EinpressdornTabelle 1 · Wellen- und Gehäuseausführung

Gehäusewerkstoff Bohrungstoleranz Wellentoleranz für Lager ohne Innenring

Stahl oder Gusseisen N6h6

Leichtmetall1) R6

Rauheit max. Ra0,8 (Rz4) Ra0,2 (Rz1)

Rundheit max. IT 5/2 25% von h6

Parallelität max. IT 5/2 50% von h6

15˚R 0,20,20,3

0,020,07

D

FW

1

R 0,3��

�

�

156

560

5

Nadelhülse HK aus DC04M und C45M – VergleichDer Vergleich (Bild 5) zeigt die Vorteile des neuen Stahls gegen-über 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 Spannungs-betrachtung der Lagerbohrung erforderlich!

Bild 5 · Nadelhülse HK aus DC04M und C45M – Vergleich

Wandstärke

Wälzkörper-durchmesser

Wälzkörper-länge

Wälzkörper-anzahl

–50%

–12%

–7%

20%

75%

18%

9%

5%

Stahl DC04M

dynamischeTragzahl C

dynamischeLebensdauer

statischeTragzahl C0r

Gewicht, gesamt

Merkmale

C

C0r

HK 3020/ Stahl C45MHK 3020/

�

rr

PotentialdurchNeuaus-legung

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047

INA-Schaeffler KG91072 HerzogenaurachInternet www.ina.comE-Mail info@ina.comIn Deutschland:Telefon 0180 /5 00 38 72Telefax 0180 /5 00 38 73Aus anderen Ländern:Telefon +49 / 9132 /82-0Telefax +49 / 9132 /82-49 50

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