Dünnringlager als bessere Alternative zum Standard Kugellager
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Die Kompaktheit und das Leichtgewicht der Kaydon Dünnringlager erfüllen nicht nur die Anforderungen im Roboter Zeitalter oftmals besser als herkömmliche Kugellager. Mit den schlanken Alleskönnern, welche von Rodriguez angeboten werden, lassen sich in vielen Anwendungen Platz und Gewicht von mehr als 80 % einsparen – und zwar bei hoher Leistungsfähigkeit und Präzision. Hier finden Sie Neuentwicklungen, Infos und Anwendungen von Dünnringlagern.
Inhalt
- Anwender berichten über Einsatz von Dünnringlagern
- Archiv für Dünnringlager News
- Was ist ein Dünnringlager?
Dünnringlager und ihre Vorteile
10.05.2021 | Bei einem konventionellen Lager werden die Lasten auf einige wenige Wälzkörper mit großem Durchmesser verteilt. Bei dem sehr kompakten Dünnringlager vom Eschweiler Antriebsexperten hingegen werden mehr und kleinere Wälzkörper über eine größere Fläche verteilt eingesetzt. Daraus resultiert eine erstaunliche Steifigkeit und Tragfähigkeit, welche der Leistung von Standardkugellagern gleichzusetzen ist und die für viele Anwendungen mehr als ausreichend ist.
Ein reguläres 6,35 mm breites Dünnringlager mit einer Bohrung von 50,8 mm hat 27 Kugeln mit einem Durchmesser von 3,175 mm. Es bietet eine statische axiale Belastbarkeit von 770 kg. Eine gute Lagerung verteilt die Last auf viele Kugeln. Zudem hält es die branchenübliche statische Grenze für die Hertzsche Pressung ein.
Dünnringlager bis Ultra-Dünnringlager
Die Anwender von Dünnringlagern brauchen auch in Bezug auf die Präzision keine Kompromisse eingehen. Die Dünnringlager gibt es in den bekannten ABEC-Präzisionsklassen 1 bis 7. Zudem wurden Industriestandards für Dünnringlager festgelegt. Mit diesen werden die extrem großen Durchmesser und die Flexibilität der Innen- und Außenringe vor der Endmontage beim Kunden ermöglicht.
Die Präzision kann noch verbessert werden, in dem das Start- und Laufmoment durch gehonte Laufbahnen oder durch Lager mit Keramikkugeln niedriger gehalten ist.
Dünnringlager sind sehr flexible Konstruktionselemente. Sie gestatten es, Größe und Kosten des gesamten Lagersystems zu reduzieren. Wer zum Beispiel statt eines 6010 Standard Kugellagers ein Dünnringlager einsetzt, profitiert von einer Platzeinsparung um 85 % und einer Gewichtsreduktion von 83 %. Noch mehr Einsparungen lassen sich mit den noch dünneren Ultra Dünnringlagern realisieren: Das Volumen ist um bis zu 97 % und das Gewicht um bis zu 99,9 % reduzierbar.
Rillenkugellager, Schrägkugellager, Vierpunktlager
Dünnringlager gibt es in den Typen A als Schrägkugellager, C als Radiallager und X als Vierpunktlager. Typ A und C eignen sich für niedrige Drehmomente und hoch präzise Anwendungen. Den Typ X gibt es bei Lagern mit konventionellen Abmessungen selten, obwohl er in vielen Anwendungen als Problemlöser gilt.
Linearlager für Rundwellen und schnelle Bewegungen
Während Schrägkugellager oft als Lagerpaar montiert werden, welches Axialkräfte, Radialkräfte und Momentlasten aufnimmt, gestattet ein Lager vom Typ X generell die Kombination dieser Funktionen in einer Kugelreihe. Eine spezielle Geometrie der äußeren und inneren Laufbahn macht’s möglich.
Beim Vierpunktlager vom Typ X besteht das Profil der Laufbahn in jedem Ring aus zwei sich schneidenden Bögen mit gleichem Radius. Diese treffen sich und bilden eine Spitze in der Ebene der Kugelmitten. Mit dieser, einem gotischen Bogen ähnelnden Geometrie werden vier Kontaktpunkte an allen Kugeln erzielt.
Weil alle vier Seiten der Laufbahn Kontakt haben, kann ein einreihiges X Lager Axial- und Radialkräfte sowie Momentbelastung mit nur einer kompakten Kugelreihe aufnehmen. Somit kann es oft zwei Lager ersetzen, unabhängig davon ob Schrägkugellager, Kegelrollenlager oder eine Axial- und Radiallager Kombination zur Anwendung kommt.
Wie werden Dünnringlager kombiniert?
Dünnringkugellager haben einen viel dünneren Querschnitt als Standardlager mit gleichem Durchmesser. Daher sind sie empfindlicher gegenüber Wellen- und Gehäusepassungen. Somit ist die richtige Montage für die optimale Leistung von Dünnringlagern wichtig. Eine Reihe von Faktoren müssen berücksichtigt werden wie Art und Ausrichtung des Dünnringlagers, Größe und Richtung der wirkenden Lasten, zulässiges freies Lagerspiel, maximal zulässiges Drehmoment, Toleranzen von Welle und Gehäuse, Betriebstemperatur und ob sich Außenring oder Innenring dreht.
Damit das Dünnringlager seine volle Leistungsfähigkeit entfalten kann, sind der richtige Lagertyp, die Ausrichtungen, empfohlenen Passungen sowie die passende Wellen- und Gehäusegeometrie zu berücksichtigen.
Deutlich wird das am Beispiel der Passungen: Die Lager sollten nach der Montage radial nicht zu fest sitzen, denn das kann die Leistung und Lebensdauer der dünnen Wälzlager beeinträchtigen. Die vom Hersteller empfohlenen Passungen gelten jedoch nur für Lager mit Standardspiel und dem Einsatz unter Raumtemperatur.
Werden verschiedene Metalle verwendet, ändern sich die Passungen mit der Temperatur. Das kann dazu führen, dass das Dünnringlager radial zu fest eingespannt ist. Ebenso kann das ein zu hohes Reibungsmoment zur Folge haben.
Das Dünnringlager Portfolio von Rodriguez
Sollten sich Anwender bei der Montage oder Auswahl der Dünnringlager unsicher sein, können sie sich an den Experten wenden. Rodriguez bietet auf Basis jahrzehntelanger Erfahrung auf diesem Gebiet der Lagertechnik ein ganz besonderes Know-how.
Der Antriebsspezialist bietet ein großes Sortiment von Dünnringlagern von Kaydon. Die Reali-Slim Lager sind hier einzigartig. Jede Baureihe basiert auf nur einem kleinen Querschnitt, der mit steigendem Innendurchmesser konstant bleibt. So können Lager kompakt und leicht gestaltet sein und gleichzeitig Kabel oder Wellen durch die Bohrung geführt werden.
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250 verschiedene Dünnringlager der Reali-Slim Baureihe gibt es in zölligen und metrischen Abmessungen. Noch schlanker sind die Ultra-Slim Lager mit Durchmessern von 35 bis 200 mm bei einem Querschnitt von nur 2,5 bis 3 mm.
Anwender berichten über Einsatz von Dünnringlagern
DLR: Dünnringlager für Weltraum Missionen
06.05.2021 | Die Dünnringlager von Rodriguez bewähren sich mit ihren speziellen Eigenschaften insbesondere auch in der Raumfahrt. Kompakt und leichtgewichtig mit hoher Leistungsfähigkeit und Präzision meistern sie von der ISS bis zum Mars die schwierigen Einsatzbedingungen.
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Dünnringlager für Robotergelenke
Rund 400 km über der Erde verrichten sie in einem Roboter auf der Außenseite an der Internationalen Raumstation ISS ihren Dienst. Die Entwicklung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) Caesar (Compliant Assistance and Exploration Space Robot) verfügt über einen 3 m langen Arm und 7 Gelenke, in denen Real-Slim Dünnringlager verbaut sind.
Die Dünnring Schrägkugellager können besonders effizient Radialkräfte und Axialkräfte aufnehmen. Dabei benötigen die Rillenkugellager sehr wenig Bauraum. Im Rahmen des Vorgängerprojekts Rokviss (Robotic Components Verification on the ISS) waren Dünnringlager von Rodriguez von 2005 bis 2010 schon einmal in einem Roboter des DLR an der ISS im Einsatz und haben erfolgreich für reibungslose Bewegungen gesorgt.
Schlanke Wälzlager auf dem Mars
Kaydon Reali-Slim Dünnringlager tragen bei der Mars Mission in 2020 dazu bei, dass der Rover Perseverance wie vorgesehen seine Arbeit verrichten kann. Die Kaydon Dünnringlager von SKF kommen in Hauptroboterarm, Probensammelturm, Werkzeugkarussell und einer Baugruppe für die Probenhandhabung des Rovers zum Einsatz.
Sie ermöglichen zum Beispiel die Bewegung des Roboterarms bzw. des Werkzeugkarussells. Die verbauten SKF Lager basieren auf mehreren Modellen der Kaydon Dünnringlager. Sie wurden für den Einsatz auf dem Mars individuell angepasst wuden. Das Gewicht und die Baugröße wurden dabei noch einmal reduziert. Dennoch gewährleisten sie ihre Funktionalität und Zuverlässigkeit, denn bei einer solchen Mission sind eine Reparatur oder ein Austausch keine Optionen.
Biopod bringt das Leben auf dem Mars einen Schritt näher
Die Kaydon Dünnringlager hatten sich im Jahr 2008 sogar für extremen Kriterien der Nasa qualifiziert. Eine Spezialausführung der Ultra-Slim Baureihe wurde damals in der Hand-Arm Konstruktion eines Roboters verbaut, die bei der Phoenix Mars Lander Mission Bodenproben entnahm. Die Ultra Slim Kugellager wurden aus gehontem 440C Edelstahl gefertigt. Damit erhielten sie eine extrem glatte Oberfläche und bieten so ein besseres Laufverhalten. Die zusätzliche Wärmebehandlung und der Spezialschmierstoff haben den Einsatz bei extremer Kälte ermöglicht. Die Gelenke des Roboterarms müssen Temperaturen von bis zu -108 °C standhalten.
Robot-Technology: Dünnringlager in Laserroboter mit wenig Bauraum
07.06.2017 | Die Dünnringlager von Rodriguez bieten einen kleinen Querschnitt bei sehr großem Bohrungsdurchmesser. Damit erlauben sie die kompakte, gewichtsparende Gestaltung von Lagern und gleichzeitig die Durchführung von Kabeln oder Wellen durch die Bohrung. Typische Einsatzgebiete finden sich in Halbleitertechnik, die Medizintechnik oder Robotik. Dort bewähren sich die schmalen Komponenten unter anderem in einem Laserroboter von Robot-Technology für die Bearbeitung von Kunststoffbauteilen und Dünnblechen.
L. H. Design: Dünnringlager stabilisieren Fliegenrollen zum Fliegenfischen
22.09.2016 | Dünnringlager zeichnen sich durch ihre besonders schlanke Bauform bei großen Durchmessern aus. Aufgrund dieser Eigenschaften können sie in vielen Anwendungen Probleme lösen. Eine solche Anwendung findet sich in den Highland-Fliegenrollen von L.H. Design. Hier gewährleisten „Ultra-Slim“ Lager von Rodriguez, dass sich die Rollenspule nicht aus dem Rahmen dreht. Das Unternehmen fertigt hochqualitative Fliegenrollen und Zubehör für das Fliegenfischen.
BMW Group: Lagerung vom Riemenantrieb in Elektroroller
06.05.2015 | Die Elektromobilität gilt als entscheidender Faktor für die Energiewende und als probates Mittel, den CO2-Ausstoß zu bremsen. Die BMW Group trägt mit ihren Elektrofahrzeugen dieser Entwicklung Rechnung und feierte im April diesen Jahres die Premiere ihres kommerziellen Elektrorollers C Evolution. Darin verbaut ist ein metrisches Dünnringlager von Rodriguez. Es übernimmt die Lagerung des Riemenrades im Getriebe des Rollers.
Owis: Dünnringlager für Drehtische
24.01.2011 | In Drehtischen sind Wälzlager vergleichsweise simple Bauteile, aber maßgeblich für die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. Für den Einsatz in Drehtischen gilt daher: wie gelagert – so positioniert. Diesbezüglich werden in unzähligen Anwendungen keine Kompromisse gemacht. Bei höchsten Ansprüchen an Präzision und kompakte Bauformen haben sich Dünnringlager von Rodriguez bewährt. Sie überzeugen aufgrund ihrer Konstruktionsweise und der hohen Leistungsfähigkeit in vielen weiteren Anwendungsbereichen wie in Drehtischen von Owis.
Archiv für Dünnrinlager News
- Dünnringlager in künstlichem Kniegelenk mit Automatikgetriebe
- Präzise und schlanke Dünnringlager für die Halbleiterindustrie
- Schmiermittelfreie Hybrid Dünnringlager für Reinraum und Vakuum
- Dünnring Lagertechnik für die Robotik
Dünnringlager in künstlichem Kniegelenk mit Automatikgetriebe
01.07.2017 | Dünnringlager von Rodriguez erreichen trotz Miniaturisierung eine vergleichbare Leistungsfähigkeit und Lebensdauer wie normale Wälzlager. So lässt sich mit ihnen die Getriebeeinheit im Kniegelenk eines Exoskelettes ohne komplizierte und platzraubende Hilfskonstruktionen lagern. Zudem kommen sie in einem Fahrrad mit Automatikgetriebe zum Einsatz.
Das an der ETH Zürich entstandene Varileg (Variable Impedance LEG) will querschnittsgelähmten Menschen wieder das Laufen ermöglichen. Es unterscheidet sich von bestehenden Exoskeletten hauptsächlich durch eine mechanisch verstellbare Steifigkeit im Knie, für die unter anderem Aktuatoren mit variabler Impedanz sorgen. Steigungen und Treppen stellen somit kein Problem dar. Starke Motoren ermöglichen es dem Nutzer zudem, aufzustehen und sich hinzusetzen.
So lässt sich damit die natürliche Funktionsweise eines Kniegelenks weitestgehend nachahmen. Um die Getriebeeinheit möglichst kompakt lagern zu können, fiel die Wahl der Forscher auf metrische Dünnringlager. Ausschlaggebend waren das geringe Gewicht der Lager und der große Innendurchmesser bei gleichzeitig kleinem Platzbedarf – perfekt für die vorliegende Anwendung.
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Fahrrad mit CVT Getriebe
Das in einem Fahrrad verbaute CVT-Getriebe lässt sich stufenlos regeln und schaltet automatisch, der Fahrer muss sich darum nicht mehr kümmern. Die elektrisch betriebene Lösung – ein Entwicklungsprojekt an der HTL Rennweg in Wien/Österreich – nutzt Parameter wie Trittfrequenz, Kraftaufwand, Radgeschwindigkeit und Neigung, um jeweils die passende Übersetzung zu ermitteln.
Insgesamt werden in dem CVT-Getriebe zwei Wälzlager benötigt: Eines der Lager ist im Verschubglied des Getriebes verbaut; das zweite Lager ist für die Stabilisierung der Trapezspindel zuständig, die mit dem Servo verbunden ist. Bei beiden Lagern war eine geringe Einbaugröße besonders wichtig, deshalb fiel die Wahl auf Dünnringlager. Diese Lager können trotz ihrer kompakten Bauform sowohl radiale als auch einseitig wirkende axiale Kräfte aufnehmen und eignen sich somit ideal für den Einsatz im sogenannten CVT-Bike.
Präzise und schlanke Dünnringlager für die Halbleiterindustrie
23.11.2016 | Kompakt und leichtgewichtig, dabei jedoch besonders leistungsfähig und präzise: Die Dünnringlager von Rodriguez bewähren sich mit diesen speziellen Eigenschaften unter anderem in der Halbleiterindustrie. Sie kommen unter anderem in Objektivblenden von fotolithografischen Systemen zum Einsatz:
Nachdem diese Blenden möglichst kompakt und flach konstruiert sein sollen, sind Dünnringlager hierfür die erste Wahl. Die leichtgewichtigen Lagertypen bieten einen kleinen Querschnitt, der auch bei steigendem Bohrungsdurchmesser gleichbleibt. Das Kaydon Dünnringlager Spektrum von Rodriguez umfasst rund 250 Lagertypen mit der optimalen Lösung für jeden Anwendungsfall wie auch für die Präzisionsmechanik in den lithografischen Systemen zur Halbleiterfertigung.
„"In der Halbleiterbranche gibt es aber noch viele weitere Anwendungsbeispiele für die Dünnringlager", so Ulrich Schroth, Geschäftsbereichsleiter Value Added Products bei Rodriguez. "So liefern wir seit vielen Jahren Kaydon-Dünnringlager aus Edel Stahl an einen Kunden, der diese in Single-Wafer-Systemen verbaut." Auf Basis der Dünnringlager entstehen aber auch komplette einbaufertige Baugruppen, die präzise auf die jeweilige Applikation zugeschnitten werden.
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Diese kundenspezifischen Sonderlösungen fallen in den Geschäftsbereich Value Added Products, der zu den Kernkompetenzen des Unternehmens zählt. Hier erhalten Kunden nicht nur kundenspezifische Systemlösungen oder ganze Baugruppen in kleinsten Stückzahlen, sondern auch einen umfassenden Rundum-Service. "Auch hier gibt es ein Beispiel aus der Halbleitertechnologie: Eines unserer Komplettsysteme bewährt sich in vollautomatischen Hochgeschwindigkeits-Mess-Systemen für Wafer", so Ulrich Schroth.
Schmiermittelfreie Hybrid Dünnringlager für Reinraum und Vakuum
17.04.2015 | Korrosionsfreie, trocken laufende Dünnringlager mit Edel Stahl-Innen- und -Außenringen sowie Wälzkörpern aus abriebfester und hochtemperaturbeständiger Keramik eignen sich bestens für Reinraum- und Vakuumanwendungen. Oberflächenabnutzung und Partikelbildung wurden bei diesen Lagern minimiert. Zudem sind sie ausgesprochen präzise, kompakt und leicht. Rodriguez bietet die langlebigen Hybrid Dünnringlager beispielsweise als Käfigversionen mit Käfigen aus Teflon, Kunststoff (PFTE) oder als vollkugelige Ausführung ohne Käfige an.
Dank der Keramikkugeln benötigen die Lager nur ein Minimum an Schmiermittel (Mangelschmierung) oder keine Schmierung und sind deutlich weniger anfällig gegenüber aggressiven Reinigungssubstanzen und ätzenden Flüssigkeiten als herkömmliche Ganzmetall Dünnringlager. Zudem lässt sich unerwünschter Abrieb oder die Bildung von Fremdkörpern vermeiden. Zusätzlich bieten die Keramikkugeln durch ihre physikalischen Eigenschaften wie Präzision, Härte, geringes Gewicht weitere Vorteile wie verbesserte Wiederholgenauigkeit, geringere Momente, höhere Steifigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften und ihres nur geringen Partikelabtrags eignen sich Hybrid Dünnringlager beispielsweise sehr gut als Lager für Optiken bei der Wafer-Herstellung oder für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt.
Dünnring Lagertechnik für die Robotik
10.09.2010 | Die schlanke Dünnring Lagertechnik von Rodriguez gilt aufgrund ihrer Eigenschaften heute als wichtigste Wälzlagerlösung in der Roboter-Industrie. Ob Hightech-Entwicklungen in Luft- und Raumfahrt oder bodenständige Robotiklösungen für Montage- und Handhabungsaufgaben – sie erfordern kompakte Konstruktionen mit möglichst geringem Gewicht. Dies lässt sich mit Kaydon Dünnringlagern realisieren. Sie zeichnen sich gegenüber vergleichbaren Produkten durch einen besonders kleinen Querschnitt bei großen Bohrungsdurchmessern aus.
Dieser bleibt innerhalb einer Serie bei steigendem Innendurchmesser gleich. Trotz der filigranen Bauweise verfügen die Präzisionslager über eine hohe Leistungsfähigkeit und eine bis zu 3,5-fach höhere Lebensdauer als Dünnringlager anderer Anbieter. Ob zöllig oder metrisch, als Hybrid-, Ultra Slim- oder kundenspezifische Ausführung – mit über 250 Dünnringlagertypen bietet der Eschweiler Lagerspezialist die jeweils optimale Lagerlösung für jede Robotik-Applikation.
So auch für den autonomen Roboter Aila, der im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts "Sem Pro M" jüngst vom DFKI Robotics Innovation Center, Bremen, entwickelt wurde. Der antropomorphe Körper verfügt über zwei Arme mit je sieben Gelenken, einen Torso mit vier Freiheitsgraden sowie einen schwenk- und neigefähigen Kopf. In dem Robotersystem kommt Kaydon-Lagertechnik der "Real Slim"-Serie verschiedener Baugrößen und Typen in Hals, Rumpf sowie der Schnittstelle zum mobilen Unterbau zum Einsatz. Wesentlicher Vorteil ist der große Bohrungsdurchmesser der Lager, sodass sämtliche Energie-, Datenleitung und Steuerleitungen innerhalb der Gelenke geführt werden können.
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Im autonomen Bewegungsablauf ist höchste Präzision beim Handling von Objekten gefragt. Daher wurden die Lager für eine erhöhte Steifigkeit vorgespannt. Sie bieten besonders hohe Laufruhe und Rundlaufgenauigkeit für eine entsprechend präzise Führung der gelagerten Anschluss Konstruktionen. Verfügbar sind die Real-Slim-Lager in den Typen Radialkugellager, Schrägkugellager und Vierpunktlager. Letztere ermöglichen alternative Bauformen, da ein einzelnes Vierpunktlager oft zwei Lager ersetzen kann und somit die Gestaltung der Lagerstelle vereinfacht: Durch das Spitzbogenprofil des Innen- und Außenrings kann ein einzelnes Lager drei Arten von Belastungen gleichzeitig aufnehmen – radiale, axiale und Momentlasten. Somit lassen sich auch Bauteile in der Konstruktion einsparen.
Was ist ein Dünnringlager?
Dünnringlager zählen zur Gruppe der Kugellager. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie sehr präzise, sehr steif und sehr tragfähig sowie geräuscharm, platzsparend und sehr kompakt sind. Während bei einem herkömmlichen Kugellager die Lasten auf wenige Kugeln verteilt werden, sind bei Dünnringlagern mehr kleinere Kugeln auf einer größeren Fläche im Einsatz. Das verleiht ihnen die Performance von Standardkugellagern.
Rodriguez stellt aus auf der Motek 2021, auf der Hannover Messe 2022, auf der Automatica 2022 und auf der AMB 2022.
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