Einsatz von Hartstoffbeschichtungen bei Spindellagern

Die Ansprüche an moderne Werkzeugmaschinen (WZM) steigen kontinuierlich mit den Forderungen der Produktion nach qualitativ hochwertigen und immer kürzeren Bearbeitungsprozessen. Insbesondere die Zunahme der Bearbeitungs‐ und Schnittgeschwindigkeiten der letzten Jahre führt zu einer höheren Belastung der Lagerung der Hauptspindel. Diese kennzeichnet als zentrale Komponente das Leistungsvermögen einer Werkzeugmaschine für die spanende Bearbeitung und ist maßgebend für die Zuverlässigkeit der Hauptspindel. Die überwiegend eingesetzten Spindellagerungen sind wälzgelagert ausgeführt. Ein großer Anteil der in der Praxis auftretenden Spindelausfälle resultiert aus mangelnder bzw. unzureichender Schmierung der Lagerungen und somit aus den tribologischen Eigenschaften der Wälzpartner. Zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß werden heutzutage sowohl unterschiedliche Werkstoffe und Beschichtungen für die Lagerkomponenten eingesetzt als auch verschiedene Additive den Schmierstoffen zugefügt. Aktuelle Forschungen zielen darauf ab, Hartstoffschichten (a‐C:H:W) mit einer Metall‐Nanodotierung für den Wälzkontakt zu entwickeln, welche die Zuverlässigkeit der Lager erhöhen sollen. In diesem Artikel wird daher die Erprobung von Lagern mit nanostrukturierten Schichtsystemen zur Reduktion der Reibung und somit der Wärmeeinbringung sowie des Verschleißes vorgestellt. Dazu werden die Schichtsysteme durch Voruntersuchungen für den Einsatz in Spindellagern geprüft. Basierend auf diesen Ergebnissen werden die Lagerringe von Standard‐Hybrid‐Spindellagern beschichtet und die Schichthaftung hinsichtlich Drehzahleignung, Dauerfestigkeit sowie Verschleißverhalten bei hoher Beschleunigung analysiert. Abschließend werden die Notlaufeigenschaften der Lagerkomponenten bei Mangelschmierung evaluiert, um das Einsatzfeld der Beschichtungen ermitteln zu können.