Vom Strangguss zum Wälzlagerring über inno-vative Fertigungsverfahren Dr. W. Förster, Mannesmannring Sachsen GmbH, Zeithain G. Manig, Vallourec & Mannesmann Tubes Deutschland GmbH, Werk Zeithain Prof. Dr.-Ing. habil. G. Zouhar, Technische Universität Dresden, Institut für Werk-stoffwissenschaft, Professur für Werkstofftechnik Dr.-Ing. Th. Ficker, Technische Universität Dresden, Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik ___________________________________________________________________ Zusammenfassung Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit von Werkstofftechnik, Umformtechnik und Maschinenbau wurden Grundlagenerkenntnisse für eine neue Fertigungsmöglichkeit von Wälzlagerringen ausgehend vom Rohr erarbeitet. Dazu wurde die bisherige Fer-tigungskette kritisch überprüft und in mehreren ihrer Elemente mit neuen und weiter-entwickelten Verfahren ergänzt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen erfolgte die Pro-duktionsaufnahme in der Mannesmannring Sachsen GmbH, Zeithain. 1. Einleitung Zu Beginn der 90er Jahre basierte die Herstellung von Wälzlagerweichringen im Ab-messungsbereich bis ca. 70 mm Außendurchmesser in Europa weitgehend auf hochveredelten warmgewalzten und kalt nachverformten Stahlrohren und Mehrspin-deldrehautomaten für die Zerspanung. Der Gesamtprozess bestand aus vielen teil-weise sehr aufwendigen Fertigungsschritten (Bild 1, oben). Zunehmende Marktver-schiebungen z.B. zugunsten japanischer Hersteller deuteten zugleich darauf hin, dass die in Asien praktizierte Technologie über endabmessungsnah aus Vollmaterial erzeugte Rohteile mit anschließender Drehbearbeitung offensichtlich Kostenvorteile hatte. Dies war der Ausgangspunkt zur Aufnahme gemeinsamer Entwicklungsarbeiten durch V&M Tubes Deutschland GmbH, Zeithain (ehemals Mannesmannröhren-Werke Sachsen GmbH, Zeithain) und Mannesmannring Sachsen GmbH, Zeithain, dem Mannesmann Forschungsinstitut Duisburg und der Technischen Universität Dresden, Professur für Umform- und Urformtechnik und Professur für Werkstofftech-nik. Im Ergebnis dessen wurde ein neuer Fertigungsweg gefunden (Bild 1, unten), der neben weiteren Vorteilen auf wesentlich weniger Fertigungsschritten basiert. Über einige in diesen Prozess eingeflossene Neuerungen soll nachfolgend berichtet werden.

2. Neue Stranggusstechnologie für Vormaterial Vormaterial, aus dem Rohre für Wälzlagerringe gefertigt werden, wurde bislang ent-weder aus Blockguss oder aus Rechteckstrangguss, die beide zu Röhrenrund mit einem Mindeststreckgrad von 5 vorgewalzt werden, hergestellt. Die Vorgaben der Wälzlagerindustrie in Bezug auf den oxidischen Reinheitsgrad des Stahls sind sehr streng. Dem Vorwalzen ist immer eine Diffusionsglühung vorgeschaltet, um die vom Gieß-verfahren stammenden Seigerungen und Carbidausscheidungen weitgehend abzu-bauen. Die V&M Deutschland GmbH (ehemals Mannesmannröhrenwerke) mit ihrem Naht-losrohrwerk in Zeithain hat anstelle des oben geschilderten üblichen Vorgehens ei-nen kostengünstigeren Weg gefunden. So wird Rundstrangguss der Hüttenwerke Krupp-Mannesmann (HKM), in Einsatzabmessungen gegossen, direkt ohne Diffusi-onsglühung und Vorverformung auf der Stoßbankanlage in Zeithain zu Rohren für Wälzlagerringe verarbeitet. Um einen hohen Reinheitsgrad und eine homogene feindisperse Verteilung der Pri-märcarbide zu erreichen, wurden im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren Än-derungen in der Metallurgie und Sondermaßnahmen beim Giessen des Stranggus-ses notwendig. So wurde z.B. auf die Desoxydation mit Al verzichtet, um die Menge von Al2O3 im Strangguss so gering wie möglich zu halten. Die Ermittlung einer opti-malen Gießgeschwindigkeit, günstige Verteilerausbildung und besondere Tauchaus-güsse sind einige der getroffenen Maßnahmen auf der Gießseite. 3. Thermomechanisches Walzen von Rohren aus 100Cr6 Bekanntlich sind durch eine Thermomechanische Behandlung (TMB) metallischer Konstruktionswerkstoffe Kombinationen mechanischer Eigenschaften erreichbar, wie sie nach einer Umformung oder Wärmebehandlung allein nicht möglich sind [1]. Seit der ersten Veröffentlichung von Lips und van Zuilen im Jahre 1954 zum Austenit-formhärten (Ausforming) und von Smirnov, Sokolkov und Sadovskij im Jahre 1955 zur Hochtemperatur-Thermomechanischen Behandlung mit Martensitumwandlung wurden die TMB-Verfahren bis zur Produktionsreife entwickelt und gehören heute zum Stand der Technik (Bild 2) [2]. Das betrifft insbesondere das thermomechani-sche Walzen von Breit-Flacherzeugnissen aus höherfesten und hochfesten schweiß-baren mikrolegierten Baustählen, von Langprodukten, wie Formstahl, Feinstahl und Draht, sowie von Blattfedern und Ringen größerer Abmessungen aus Vergütungs-stählen. Durch die seit Ende der 80er Jahre einsetzende Entwicklung von Algorith-men zur Beschreibung der Gefügeentwicklung beim Warmwalzen und der bereits vorliegenden Erkenntnisse zur Berechnung mechanischer Eigenschaften aus der chemischen Zusammensetzung und aus Gefügedaten werden heute hierauf aufbau-ende Rechenprogramme, gekoppelt mit künstlichen neuronalen Netzen, zur off-line-Steuerung von Warmbandstraßen eingesetzt. Dadurch konnte die Treffsicherheit in der Einhaltung der vom Kunden geforderten Warmbandeigenschaften weiter erhöht werden [3]. Die on-line-Anwendung solcher Rechenprogramme steht unmittelbar vor der industriellen Einführung.

vϕ&

uRTQ

u

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Z ϕ=

uRTQ

veZ ϕ= &

Obwohl es nicht an Versuchen gefehlt hat, die TMB auch bei der Herstellung nahtlo-ser Stahlrohre zu nutzen [4], ist die oben skizzierte Entwicklung an diesem Erzeugnis weitestgehend vorbeigegangen. Die Zielstellung bestand darin, bereits am kühlbettfertigen Rohr ein solches Gefüge einzustellen, dass ohne Wärmenachbehandlung eine Weiterverarbeitung zu ringför-migen Produkten möglich ist und deren Endeigenschaften gewährleistet werden (Bild 1, unten). Durch konventionelles Warmwalzen hergestellte nahtlose Rohre aus dem Wälzlager-stahl 100Cr6 werden üblicherweise weichgeglüht (GKZ-geglüht), um einerseits ein problemloses Abspanen zu gewährleisten und um andererseits ein für das nachfol-gende Härten der Weichringe vorteilhaftes Ausgangsgefüge zu erzeugen. Das Weichglühen entfällt nach dem patentrechtlich geschützten TM-Walzen von Wälzla-gerrohren, da diese bereits per Kühlbett ein Gefüge mit feinverteilten kugelig einge-formten Zementitteilchen aufweisen. Bild 3 veranschaulicht die Vorteile des TM-Walzens gegenüber der konventionellen Rohrwalztechnologie. Der metallkundliche Hintergrund für die Zementiteinformung infolge des TM-Walzens läßt sich anhand eines sogenannten Morphologie-Diagramms veranschaulichen (Bild 4). Aus diesem gehen analog einem Zustandsdiagramm die Existenzbereiche von Gefügen hervor, gekennzeichnet durch die Form und Verteilung von Phasen, im vorliegenden Fall durch den unterschiedlichen Anteil an kugelig eingeformtem Zementit. Die einge-zeichneten Kurven gelten jeweils für einen konstanten ZENER-HOLLOMON-Parameter Z. Je größer dessen Betrag ist, desto mehr Gitterdefekte, insbesondere Versetzungen, stehen beim TM-Walzen für die Zementiteinformung zur Verfügung. Aus der Definition des Parameters Z

(1) mit - Vergleichsumformgeschwindigkeit, Q - Aktivierungsenergie für die Warmum-formung, R - allgemeine Gaskonstante, Tu - absolute Umformtemperatur

bzw. (2)

folgt unmittelbar, dass sich der Anteil kugelig eingeformten Zementits im Gefüge bei gegebenem Vergleichsumformgrad ϕv erhöht, wenn die Umformtemperatur Tu abge-senkt bzw. die Umformzeit tu verkürzt werden. Durch Vergleich des aus ϕv, Tu und tu resultierenden Kraft- und Leistungsbedarfs mit den zulässigen Belastungswerten der Rohrwalzstraße kann der Betreiber das mögliche "technologische Fenster" für die Produktion kühlbettfertiger Wälzlagerrohre mit eingeformtem Zementit, die als GE-(geregelt endgewalzte) Rohre geliefert werden, festlegen. Für die off-line-Steuerung der Rohrwalzstraße dient ein Rechenprogramm, welches auf Gefügealgorithmen aufbaut und die Festlegung der Walzparameter in Abhängigkeit von der vom Kunden geforderten Rohrabmessung ermöglicht. Dieses metallkundlich begründete Rechen-programm hat sich seit der Aufnahme der Produktion GE-gewalzter Rohre im Jahre 1997 an der Rohrwalzstraße Zeithain und der darauf aufbauenden Weichringferti-gung bei der Mannesmannring Sachsen GmbH (MMR), Zeithain, bewährt.

4. Herstellung von Weichringen für die Kugellagerferti-gung

4.1 TRENPRO-Verfahren Die produktionssichere Fertigung von GE-Rohren der Stahlsorte 100Cr6 war die Voraussetzung für die Weiterverarbeitung dieser Rohre zu Ringrohlingen mit dem TRENPRO-Verfahren (Bild 5). Dieses patentrechtlich und als Marke geschützte Verfahren, welches seit Anfang 1995 von Mannesmann Sachsen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Produktionstechnik der TU Dresden erprobt bzw. weiterentwickelt wurde, stellt ein hocheffektives Trenn- und Profilwalzverfahren (bis zu 1000 Ringe pro Minute) dar [5]. Es kann vom Temperaturniveau her der Halbwarmumformung zugeordnet werden. Gekennzeichnet ist das Verfahren dadurch, dass die in einem Walzgerüst parallel zur Rohrlängsachse angeordneten Trenn-/Walzwerkzeuge glei-cher Geometrie das zu bearbeitende Rohr mit gleicher Geschwindigkeit in eine gleichsinnig synchrone Drehbewegung versetzen. Wesentliches Merkmal dieser Trenn-/Walzwerkzeuge ist eine an der Mantelfläche angeordnete schraubenförmige Schneidwendel, die an der Seite, von der das Rohrmaterial in das Walzgerüst einge-führt wird, zunächst nur sehr flach ausgebildet ist und zur gegenüberliegenden Seite hin stetig an Höhe zunimmt. Infolge der kontinuierlichen Drehbewegung der Trenn-/Walzwerkzeuge sowie o. g. Geometrie und Anordnung wird das Rohrmaterial zwangsweise in axialer Richtung durch das Walzgerüst befördert und in Einzelringe getrennt. Für größere Ringdurchmesser (z.B. Wälzlageraußenringe) wird dabei mit einem Dreiwalzengerüst gearbeitet, während bei kleineren Ringdurchmessern (z.B. Wälzlagerinnenringe) aus Kollisionsgründen (maximale Höhe der Schneidwendel entspricht etwa dem 1,5 bis 2 fachen der zu trennenden Rohrwanddicke) ein Zwei-walzengerüst mit entsprechenden Führungs- bzw. Auflagelinealen zur Lagestabilisie-rung des Rohres verwendet wird. Auf der TRENPRO-Anlage werden die automatisiert zugeführten und mittels MF-Induktionsanlage synchron zum Trennprozess erwärmten - 6 m langen - Rohre in "Stoß an Stoß-Fahrweise" kontinuierlich zu Ringrohlingen verarbeitet. Die Verfah-rensparameter sind dabei so festzulegen, dass einerseits das vom GE-Rohr herrüh-rende Gefüge mit dem eingeformten Zementit stabil bleibt und jede unzulässige Temperaturerhöhung wegen der Gefahr der Perlitbildung vermieden wird und ande-rerseits eine hohe Standzeit der TRENPRO-Werkzeuge sowie die geforderte Maß-haltigkeit der Ringrohlinge im laufenden Betrieb gewährleistet ist. Umfangreiche Entwicklungsarbeiten waren erforderlich, um einen geeigneten warm-festen Werkstoff hoher Verschleißfestigkeit für die TRENPRO-Werkzeuge sowie eine optimale Schneidengeometrie zur Verfügung zu stellen. Die gegenwärtig er-reichte Standmenge der Trenn-/Walzwerkzeuge liegt bei 1 bis 1,4 Mio. Ringrohlingen je Walzensatz. Durch eine angepasste Werkzeuggestaltung besteht die Möglichkeit zeitgleich zum Trennprozess bestimmte Profilformen am äußeren Durchmesser einzustellen. Bild 6 zeigt zwei typische Querschnittsformen von TRENPRO-Rohringen. Bei beiden Bei-spielen ist der infolge partieller radialer Materialverdrängung entstehende stirnseitige Grat erkennbar. Beim linken Teil wird die Vorprofilierung der Kugellaufbahn eines Wälzlagerinnenringes realisiert, während das leicht abgesetzte rechte Teil den Roh-

ling eines Spinnringes für Spinnmaschinen darstellt. Für derartige Profile ist eine Mo-difikation der Walzwerkzeuge dahingehend erforderlich, dass sich zwischen den Schneidwendeln über die Werkzeuglänge das negative Laufbahnprofil entwickelt. Insbesondere beim Wälzlagerinnenring ist erkennbar, dass diese zusätzliche Um-formkomponente den für eine hohe Materialausnutzung gewünschten axialen Werk-stofffluss günstig beeinflussen kann. Am Innendurchmesser dieses Ringes entspricht die Rohlingsform der ursprünglichen Rohrinnenwand ohne wesentliche radiale Mate-rialverschiebungen infolge der Außenprofilierung. Durch den ununterbrochenen Fa-serverlauf im besonders beanspruchten Bereich der Kugellaufbahn sind zusätzlich positive Effekte hinsichtlich der Lagerlebensdauer zu erwarten. 4.2 Spanende Fertigbearbeitung / Qualitätssicherung Eine wettbewerbsfähige Produktion von Weichringen für die Wälzlagerindustrie auf der Basis der Innovation - 100Cr6 GE plus TRENPRO-Verfahren - ist nur dann ge-geben, wenn auch der sich anschließende Zerspanungsprozess kostengünstig und qualitätsgerecht ausgeführt wird. Die Form der mit dem TRENPRO-Verfahren her-gestellten Ringrohlinge mit der typischen Innengratausbildung bedingt eine entspre-chend angepasste, neue Bearbeitungskonzeption zur Fertigung der Weichringe durch Drehen auf CNC-gesteuerten Mehrstationen-Rundschalttaktautomaten nach dem Prinzip stehender Ring - rotierendes Zerspanungswerkzeug (Bild 7). Basis die-ser Ringbearbeitungsmaschinen stellt ein Rundtakttisch (FIBROTAKT) mit 6 jeweils um 60° versetzten Taktpositionen dar, der für Werkstücktransport und -positionierung zuständig ist. Darüber hinaus sind die Maschinen mit 7 bis 8 Bearbeitungseinheiten mit jeweils 1 oder 2 CNC-Achsen ausgestattet. Das Wirkprinzip dieser Automaten gewährleistet durch die Aufteilung der erforderlichen Zerspanungsschritte auf mehre-re Bearbeitungseinheiten sehr kurze Taktzeiten von z.B. ca. 4 Sekunden bei einem Außenring 6204 (∅ 47 mm). Hohes Augenmerk wurde auf Prozesssicherheit und Produktqualität gelegt. Dem dienen u.a. eine integrierte Werkzeugbruchüberwachung und die in-process-Messtechnik. Letztere (Bild 8) gewährleistet die 100 %ige Kon-trolle aller wichtigen Zeichnungsmerkmale und Formeigenschaften der gedrehten Ringe. Der Messrechner gewährleistet die Trendverfolgung der Merkmale, die sich direkt CNC-Achsen zuordnen lassen. Dies ermöglicht eine automatische Korrektur in der Bearbeitungsmaschine z.B. hinsichtlich der Kompensation von Verschleiß an den Werkzeugen. Bild 9 zeigt die Verteilung eines typischen Prozessverlaufes im Ver-gleich zur einzuhaltenden Toleranzbreite bei einem ausgewählten Merkmal über ei-nen längeren Zeitraum. 4.3 Qualitätsmerkmale der Weichringe Die o.g. Bearbeitungskonzeption ermöglicht in Verbindung mit der in-process-Messtechnik eine hohe Reproduzierbarkeit des Zerspanungsprozesses und damit die Einhaltung sehr geringer Toleranzen der geometrischen Ringmerkmale. Die gegenüber dem herkömmlichen GKZ-Gefüge wesentlich feinere Carbidverteilung im Gefüge des GE-Rohres, die über den TRENPRO-Prozess bis zum fertigen Weichring erhalten bleibt, wirkt sich vorteilhaft auf das Härtungsgefüge der Wälzla-

gerringe und damit auf die Lebensdauer der Wälzlager aus (Bild 10). Zur Bewertung dieser Ergebnisse muss darauf verwiesen werden, dass es hier nicht um die grund-sätzliche Beurteilung der Gebrauchseigenschaften von Wälzlagern unterschiedlicher Hersteller ging, zumal natürlich alle in die Untersuchung einbezogenen Kugellager die geforderten und zugesicherten Eigenschaften aufwiesen. Da die Lebensdauer als sehr komplexe Eigenschaft von unterschiedlichsten Randbedingungen abhängt (Ma-terial, Konstruktion, Schmierstoff, Einsatzbedingungen u.a.), wurden die Prüfbedin-gungen so gewählt, dass durch überwiegende Mischreibungsbedingungen sehr kur-ze Prüfzeiten möglich wurden und damit der Einfluss der Materialeigenschaften die übrigen Faktoren übergewichtet. Am signifikantesten ist beim Vergleich der durch-schnittlichen Lebensdauern das Resultat „FAG/WRG“ zu „FAG/MMR“ (Bild 10, un-ten). Diese Lager waren in allen Eigenschaften mit Ausnahme des Gefügezustandes identisch, so dass die um ca. 37 % höhere Lebensdauer der „MMR-Lager“ allein aus dem Gefüge erklärbar ist. 5. Resümee Kugellager werden seit nunmehr fast 100 Jahren hergestellt (1905 - erstes Rillenku-gellager durch Sven Winquist). Weder die Grundkonstruktion noch der Grundwerk-stoff haben sich in dieser Zeit wesentlich verändert. Oberflächlich betrachtet könnte man also den Eindruck gewinnen, dass sich dieses Produkt beharrlich Innovationen entzieht. Mit den hier vorgestellten Entwicklungen können wir diesen Eindruck als unzutreffend entkräften. Dabei haben auch wir die Erfahrung gemacht, dass sich der Erfolg dann einstellte, als die neuentwickelten Verfahren mit all ihren Rückwirkungen auf vor- und nachgelagerte Fertigungsschritte - ganz dem Motto dieser Tagung ent-sprechend - in eine komplett neugestaltete Prozesskette einflossen. 6. Danksagung Der besondere Dank der Autoren gilt Herrn Dipl.-Vw. K. Tenbrack für die Initiierung und wohlwollende Unterstützung des Forschungsprojektes. Darüber hinaus sei dem Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft und Arbeit sowie der Sächsischen Aufbaubank GmbH für die gewährte Förderung gedankt. Des weiteren danken die Autoren Herrn Dr.-Ing. St. Nelle, Frau Dipl.-Ing. S. Neher, Herrn Dipl.-Ing. (FH) St. Sadowski, Frau Engelmann, Frau Zieschang vom Institut für Werkstoffwissenschaft der TU Dresden, Herrn Dipl.-Ing. M. Houska, Herrn Dipl.-Ing. A. Hardtmann vom Institut für Produktionstechnik der TU Dresden, Herrn Dr.-Ing. J. Schlegel, Herrn Ing. R. Stephan, Mannesmannring Sachsen GmbH Zeithain, Herrn Dipl.-Ing. U. Mühle, V&M Tubes Deutschland GmbH, Zeithain, Herrn Dr.-Ing. K.-H. Kutzenberger, Mannesmann Forschungsinstitut Duisburg, für ihre aktive Mitwirkung an den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sowie den Kooperationspartnern Herrn Dipl.-Ing. G. Backmann und Herrn Dipl.-Ing. R. Opitz, Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. für ihre Unterstützung.

7. Literatur [1] Autorenkollektiv.: Konstruktionswerkstoffe, Hrsg.: W. Schatt, E. Simmchen, G.

Zouhar, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Stuttgart 1998, S. 61-67 [2] Zouhar, G.: Vorlesungsmanuskript zur Lehrveranstaltung "Herstellung und Ver-

arbeitung von Werkstoffen", Studiengang Werkstoffwissenschaft, TU Dresden [3] Döll, R.; Sörgel, G.; Daum, M.; Zouhar, G.: Control of mechanical properties.

ASIA STEEL 1999, S. 200-202 [4] Winderlich, B.; Zouhar, G.: Überblick über die thermomechanische Behandlung

von nahtlosen Stahlrohren. Neue Hütte (1984), Heft 3, S. 81-86 [5] N.N.: Ringe und Komponenten aus nahtlosen Rohren. Firmenschrift der Man-

nesmannring Sachsen GmbH, Zeithain, 1998 [6] N.N.: Vergleichende Untersuchungen zur Lebensdauer von Wälzlagern.

Abschlußbericht, RWTH Aachen, Institut für Maschinenelemente und Maschi-nengestaltung (IME), 2000

Strang-gieß-

anlage

Profilwalzen (Stabstahl-

straße)

Rohrwalzen (konventionell)

Alte Technologie:

Neue Technologie:

GKZ-Glühen, Beizen, Richten

Kaltpilgern bzw. Kaltziehen

Glühen,Beizen,Richten

Komplettdreh-bearbeitung (Mehrspindel-drehautomaten)

Weichring

Strang-gieß-

anlage TRENPRO-

Prozess Weichring

Dreh- bearbeitung (Rundtakt-automaten)

Rohrwalzen (thermo-

mechanisch)

Bild 1: Prozessgraph Weichringherstellung (alte und neue Technologie)

Bild 2: Entwicklung der industriellen Anwendung der thermomechanischen Behand-lung (TMB) und der metallkundlichen Grundlagen (nach G. Zouhar [2])

Stranggieß-anlage

Rohrwalzwerkkonventionelles Walzen

GKZ-Glühen Fertigrohr

Konventionelle Rohrwalztechnologie

konventionell gewalzt 10000:1400 HV30

GKZ-geglüht 10000:1193 HV30

FertigrohrStranggieß-anlage

RohrwalzwerkThermomechanisches Walzen

- Zeiteinsparung- Energieeinsparung- Senkung der Fertigungskosten

GE-Rohrwalztechnologie (GE-geregelt endgewalzt)

GE-gewalzt 10000:1260 HV30

Um

form

zeit

t u

Umformtemperatur Tu

PerlitMisch-gefügeeingeformter

Zementit

Z1

Z >1 Z2

Z2

Bild 3: Konventionelle und GE-Rohrwalztechnologie (schematisch)

Bild 4: Morphologie-Diagramm-Zementiteinformung (Z - ZENER-HOLLOMON-Parameter)

a.

b.

Bild 5: TRENPRO-Verfahren, Prinzipdarstellung (a), Produktionsanlage (b)

Fibrotakt-Rundtakt- tisch mit Spannzange

Bearbeitungseinheitenmit rotierenden Werk-zeugen

Kugellagerinnenring 6205 Spinnring 90712

Bild 6: Querschnittsformen von TRENPRO-Ringen

Bild 7: Spanende Weiterbearbeitung

Schnittstelle Drehmaschine ⇒ Meßsystem

Rundtakttisch

Ausschussteile Gutteile

induktive Wandler

Bild 8: In-process Meßsystem

Bild 9: Verteilung eines typischen Prozessverlaufes

Weibulldiagramm

1 10 100Lebensdauer [h]

Ausf

allw

ahrs

chei

nlic

hkei

t [%

]

FAG/MMR

FAG/WRGSKF

NSK

90

10

20

304050607080

Kugellagerprüfstand für das Lager 6204: Radialkraft 6 kN, Drehzahl 6000 1/min,Schmierstoff Lubricant CLP-Öl VG32,

Testtemperatur 85 °C

4,1

6,9 7,3

9,5

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

verschiedene Lagerhersteller

durc

hsch

nittl

iche

Leb

ensd

auer

[h]

SKF

FAG/WRG

NSKFAG/MMR

Bild 10: Ergebnisse der Lebensdaueruntersuchung

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Dr. W. FörsterG. Manig, Prof. Dr.-Ing. habil. G. Zouhar,Dr.-Ing. Th. Ficker

TECHNISCHEUNIVERSITÄTDRESDEN

EinleitungNeue Stranggusstechnologie für VormaterialThermomechanisches Walzen von Rohren aus 100Cr6Herstellung von Weichringen für die Kugellagerfertigung- TRENPRO-Verfahren- Spanende Fertigbearbeitung / Qualitätssicherung- Qualitätsmerkmale der WeichringeResümee

Autoren• Dr. W. Förster, Mannesmannring Sachsen GmbH, Zeithain• G. Manig, Vallourec & Mannesmann Tubes Deutschland GmbH, Werk Zeithain• Prof. Dr.-Ing. habil. G. Zouhar, Technische Universität Dresden,

Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Werkstofftechnik • Dr.-Ing. Th. Ficker, Technische Universität Dresden,

Institut für Produktionstechnik, Professur für Umform- und Urformtechnik

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Alte Technologie:

Strang-gieß-

anlage

Diffusions-glühen

Vorwalzen(Stabstahl-

straße)

Rohrwalzen(konventionell)

GKZ-Glühen, Beizen, Richten

Glühen,Beizen,Richten

Kaltpilgern bzw.Kaltziehen

Komplettdreh-bearbeitung(Mehrspindel-drehautomaten)

Weichring

Neue Technologie:

Strang-gieß-

anlage

Rohrwalzen(thermo-

mechanisch)

Drehbearbeitung(Rundtakt-automaten)

TRENPRO-Prozess Weichring

Prozessgraph Weichringherstellung

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Entwicklung der industriellen Anwendung der thermomechanischen Behandlung (TMB)

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Konventionelle Rohrwalztechnologie

Stranggieß-anlage

RohrwalzwerkkonventionellesWalzen

GKZ-Glühen Fertigrohr

konventionell gewalzt 10000:1400 HV30

GKZ-geglüht 10000:1193 HV30

GE-Rohrwalztechnologie (geregelt endgewalzt)

RohrwalzwerkThermomechanischesWalzen

GE-gewalzt 10000:1260 HV30

Ergebnis:

• Zeiteinsparung• Energieeinsparung• Senkung der Fertigungskosten

Konventionelle und GE-Rohrwalztechnologie

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Um

form

zeit

t u

Umformtemperatur Tu

PerlitMisch-gefügeeingeformter

Zementit

Z1

Z >1 Z2

Z2 Z: ZENER-HOLLOMON-Parameter

Morphologie-Diagramm-Zementiteinformung

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Prinzipdarstellung Produktionsanlage

TRENPRO-Verfahren

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Kugellagerinnenring 6205 Spinnring 90712

Querschnittsformen von TRENPRO-Ringen

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Fibrotakt-Rundtakt-tisch mit Spannzange

Bearbeitungseinheitenmit rotierenden Werkzeugen

Spanende Weiterbearbeitung der TRENPRO-Ringe auf Rundtaktautomaten

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Schnittstelle Drehmaschine ⇒Meßsystem

Rundtakttisch

Ausschussteile Gutteile

induktive Wandler

In-process Messsystem

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Prozessverlauf

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Kugellagerprüfstand für das Lager 6204: Radialkraft 6 kN, Drehzahl 6000 1/min,Schmierstoff Lubricant CLP-Öl VG32,

Testtemperatur 85 °C

4,1

6,9 7,3

9,5

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

verschiedene Lagerhersteller

durc

hsch

nittl

iche

Leb

ensd

auer

[h]

SKF

FAG/WRG

NSKFAG/MMR

Ergebnisse der Lebensdaueruntersuchung

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Kugellager mit Ringen aus MMR-Produktion

1907 - erstes Pendelrollenlager durch Sven Wingquist

©1997 The Museum of Modern Art, New York.

Sven Wingquist. Self-aligning Ball Bearing. 1929.

© SKF GmbH 2000

Resümee