„Ertüchtigung und Implementierung des Hochleistungsverfahrens Hartwalzen in die Herstellungsprozesse für Hybridwälzlager

Projektlaufzeit: 01.07.2016 bis 30.06.2019

Das Projekt „Hartwalzen von Lagerringen“ wird durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 gefördert.

Förderkennzeichen: EFRE-0800293

Das übergeordnete Ziel des Projektes „Hartwalzen von Lagerringen“ ist die Qualifizierung und Implementierung des Verfahrens Hartwalzen in die Prozesskette zur Herstellung von Hybridwälzlagern.
Im Zuge der operativen Technologieplanung wird zudem eine Methodik zur systematischen Implementierung neuer Hochleistungsverfahren entwickelt.

In vielen Maschinenbauanwendungen stellen Wälzlager die kritische Komponente im Hinblick auf die Lebensdauer dar. Begrenzt wird die Lebensdauer durch Ermüdungsschäden und Schäden infolge einer unzureichenden Trennung der Wälzpartner bei Mangelschmierung. Hybridwälzlager mit Kugeln aus der Hochleistungskeramik Siliciumnitrid bieten dabei schon eine deutliche Verbesserung der Lagerperformance gegenüber konventionellen Stahllagern. Dennoch stellen auch bei Hybridwälzlagern die Lagerringe die kritische Komponente im Hinblick auf die Lebensdauer dar.

Ermüdungsschäden äußern sich als flächige Materialabschälungen an der Oberfläche (z.B. Spalling, Pittings), Mangelschmierung aufgrund unzureichender Trennung der Kontaktpartner führen zu erhöhtem Verschleiß. Beide Versagensmechanismen führen zum Ausfall des Wälzlagers. Diesen beiden Versagensmechanismen kann durch Einbringen von Druckeigenspannungen in die Randzone der Lagerringe und mittels einer Reduktion der Oberflächenrauheit entgegengewirkt werden. Ein Fertigungsverfahren, das sowohl Druckeigenspannungen induziert als auch zu einer Verbesserung der Oberflächenrauheit führt, ist das Hartwalzen. Gegenüber bisherigen zeit- und kostenintensiven Verfahren, die zur Verbesserung der oberflächennahen Bauteileigenschaften eingesetzt werden (z.B. Honen, Nitrieren) bietet das Hartwalzen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Produktivität und Ressourceneffizienzdeutliche Vorteile. Das Verfahren findet aktuell noch keine Anwendung in der Wälzlagerindustrie. Dies ist insbesondere auf fehlende Werkzeugkonzepte für die Bearbeitung von Wälzlagerringen zurückzuführen.

Die Innovation des Vorhabens besteht in der erstmaligen Implementierung des Hochleistungsverfahrens Hartwalzen in der Wälzlagerindustrie. Dies soll durch die Entwicklung eines auf die Anforderungen der Wälzlagerfertigung zugeschnittenen Werkzeugs sowie mithilfe eines systematischen Vorgehens zur Auslegung des Hochleistungsverfahrens ermöglicht werden. Aufgrund der speziellen Anforderungen für das Walzen von Lagerringen ist ein neues und auf den vorliegenden Belastungsfall zugeschnittenes Lagerungskonzept des Walzkörpers erforderlich, wie es am Markt aktuell nicht erhältlich ist. Für dieses Konzept müssen geeignete Prozessparameter identifiziert werden. Aus diesem Grund werden erstmalig geeignete Prozessparameterfenster systematisch bestimmt.

Auf Basis der in den einzelnen Arbeitspaketen erlangten Erkenntnisse erfolgt die Entwicklung einer allgemeingültigen Methodik zur Implementierung neuer Hochleistungsverfahren in anderen Anwendungsfällen. Eine solche Methodik, die insbesondere klein und mittelständischen Unternehmen bei der Implementierung neuer Verfahren unterstützen soll, ist aktuell noch nicht vorhanden. Der besonders innovative Charakter der Methodik resultiert aus der Berücksichtigung der Fertigungshistorie und somit einer verfahrensübergreifenden Betrachtung bei der Implementierung. Hierdurch wird eine deutliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer gegenüber bisherigen Lagerlösungen erwartet.

• Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie (IPT)
• Hegenscheidt-MFD GmbH
• Schmitz Metallographie GmbH
• CEROBEAR GmbH

PROJEKTTRÄGER
Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH

CEROBEAR GmbH
Kaiserstr. 100
52134 Herzogenrath

Beate Bergrath
Tel. 02407 /9556-22
E-Mail: beate.bergrath@cerobear.de