Cronitect
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Cronitect® Neuer Hochleistungs-Niro-Stahl für Wälzlager Neuer Hochleistungs-Niro-Stahl für Wälzlager Cronitect® 000160D0 Der neue Wälzlagerstahl für besondere Einsatzbedingungen Bild 1: Cronitect®-Hybrid-Rillenkugellager Überrollfeste, verschleiß- und korrosionsbeständige Werkstoffe sind Grundvoraussetzung für Wälzlager, die auch unter extremen Einsatzbedingungen zuverlässig funktionieren müssen, etwa unter schlechten Schmierungsbedingungen (Mangelschmierung) oder gar bei Trockenlauf. Der neue Wälzlagerstahl Cronitect® der Schaeffler Gruppe ist das Produkt einer konsequenten Weiterentwicklung der bereits heute angebotenen Lösungen Einleitung Hierbei kommt insbesondere den In den vergangenen Jahren ist die Werkstoffen der verschiedenen Lager- Nachfrage nach Wälzlagern, die auch komponenten (Ringe, Wälzkörper, Käfig) unter extremen Bedingungen ihre und ihrem Zusammenspiel eine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen Schlüsselrolle zu. und eine hohe Gebrauchsdauer bieten, Korrosions- und medienbeständige deutlich gestiegen. Speziell die Wälzlagerstähle eröffnen mit ihrer Forderung nach mediengeschmierten Beständigkeit oft erst den Weg für eine oder sogar trocken laufenden Lagern trockenlaufende oder medien- hat die Entwicklung neuer technischer geschmierte Lagerlösung. Den Stand Lösungen beschleunigt. Treiber für der Technik im Bereich der härtbaren diese Entwicklungen sind hierbei zum Niro-Stähle bildet hierbei einerseits Einen verschärfte gesetzliche Rahmen- der am Markt etablierte X105CrMo17 bedingungen, z.B. in der Lebensmittel- (AISI440C), der einen Kompromiss industrie. Zum Anderen spielen zwischen Korrosionsbeständigkeit und das geschärfte Bewusstsein für einen Überrollfestigkeit darstellt, in der Folge nachhaltigen Ressourceneinsatz und die in seiner Leistungsfähigkeit limitiert ist Schonung der Umwelt sowie das Streben und heutigen Anforderungen zunehmend nach energieeffizienten, robusten nicht mehr Rechnung tragen kann. Lösungen eine entscheidende Rolle. Entsprechend wächst der Wunsch nach der Reduzierung des Einsatzes konventioneller Schmierstoffe und der Verzicht auf aufwändige Dichtsysteme wird zur Zielstellung. Andererseits grenzt der High-End-Werkstoff X30CrMoN15-1 (Cronidur30) den aktuellen Stand der Technik nach oben hin ab. Der Einsatz von Cronidur30 ermöglicht gegenüber dem AISI440C eine deutliche Leistungssteigerung. im Schaeffler Produktportfolio. Speziell Medienschmierung und Cronitect® bezeichnet die Kombination Trockenlauf stellen in Kombination mit eines nahezu allgemein verfügbaren, entsprechenden Beständigkeiten martensitisch härtenden rostfreien gegenüber der jeweiligen Umgebung Stahls mit einem thermochemischen extreme mechanische, chemische und Randschicht-Behandlungsverfahren und thermische Anforderungen an Wälzlager. Die Verfügbarkeit des Cronidur30 ist jedoch wegen des hohen energetischen und maschinentechnischen Aufwandes bei der Herstellung stark eingeschränkt. Bild 1 zeigt die Realisierung der Werk- zeichnet sich durch höchste Korrosions- stofflösung in einem Hybrid-Rillenkugel- beständigkeit bei gleichzeitig hoher lager. Verschleiß- und Überrollfestigkeit aus. Für den Einsatz eines Wälzlagers in lässt sich durch eine hohe Härte korrosiver Umgebung, das zusätzlich auf realisieren – eine geringe Adhäsions- herkömmliche Schmierstoffe verzichtet, neigung ergibt sich aus einer Paarung muss der Wälzlagerstahl für die Ringe von Werkstoffen unterschiedlicher drei Hauptanforderungen erfüllen: Bindungsarten (z.B. Stahl – Keramik). ■ Zunächst muss eine hohe Korrosions- Letzteres kann zudem durch gehärteten Zustand gewährleistet sein. Diese Anforderung wird durch die Ausbildung einer stabilen und dichten Oxidschicht des Stahls positiv beeinflusst werden. einen hohen Anteil an gelöstem Merkmale von Cronitect® Chrom im Gefüge realisiert. Im Ergebnis der Entwicklungsarbeit ■ Weiterhin resultiert aus der Forderung Kern beständigkeit des Werkstoffs im 0001634D Die abrasive Verschleißbeständigkeit Rand Anforderungen an den Werkstoff Bild 2: Randschichtgefüge von Cronitect® bei der Schaeffler Gruppe ist mit dem nach einer hohen Lebensdauer Wälzlagerstahl Cronitect® (Chromium Die Aufhärtung der Randschicht auf eine Überrollfestigkeit des Werkstoffs. Nitrogen Protection) eine außerordent- ⬎ 58 HRC gewährleistet neben der Hierzu muss der Werkstoff lich wirkungsvolle Kombination, von grundsätzlichen Überrolleignung für eine ausreichende Härtbarkeit einem nahezu nach DIN-EN-genormten Wälzlager die beschriebene erforderliche (Härte ⬎ 58 HRC) und einen hohen Stahl und einem besonderen thermo- hohe abrasive Verschleißfestigkeit. Reinheitsgrad aufweisen. chemischen Wärmebehandlungs- Der hohe Anteil an gelöstem Chrom nach verfahren, entstanden. der Wärmebehandlung führt zu einer ■ Die Einwirkung einer korrosiven sich vollständig ausbildenden, stabilen Umgebung kann mit einem Eintritt Durch eine entsprechende Prozess- von Feuchtigkeit und anderer Medien führung wird eine Randschicht erzeugt. in das Lager einhergehen. Das Verfahren ist ähnlich dem Einsatz- Hierdurch werden die Schmierungs- härten von Einsatzstählen – hier aber auf bedingungen bei konventioneller Basis von Stickstoff. Die Randschicht von Schmierung zunehmend kritisch, Cronitect® (Bild 2) zeichnet sich durch so dass es in der Folge zwangsläufig eine Aufhärtung, Druckeigenspannungen zu Festkörperreibung kommt. sowie ein homogenes und feinkörniges Bei Medienschmierung oder Gefüge ähnlich dem Werkstoff Trockenlauf ist dies gar von Anfang Cronidur30 aus. Die Ausscheidung von Die Merkmale von Cronitect® werden an der Fall. Daher ist eine hohe Nitriden, Carbiden bzw. Carbonitriden in dadurch abgerundet, dass eine Beständigkeit des Werkstoffs bzw. der Randschicht wird dabei unterdrückt. Umformbarkeit des Werkstoffes aufgrund der Werkstoffpaarung gegenüber Die Härtesteigerung beruht dabei des niedrigen C-Gehalts von ca. 0,2% abrasivem und adhäsivem Verschleiß maßgeblich auf der Einlagerung von sowie der gleichmäßigen Gefüge- notwendig. Stickstoff. ausbildung problemlos gegeben ist. Passivschicht an der Oberfläche. Ergebnis dieser Passivschicht ist einerseits eine enorm hohe Korrosionsbeständigkeit, andererseits trägt die Oxidschicht in Kombination mit Keramik- oder Stahlwälzkörpern – wie dargestellt – zu einer geringen Adhäsionsneigung bei. Leistungsfähigkeit von Cronitect® Als standardisierte Prüfung der separaten, ölfreien Prüfkammer durch- Die hervorragenden Eigenschaften von Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen geführt. Cronitect® wurden in aufwändigen gilt der Salzsprühnebeltest nach Der Maximalwert der Differenz Versuchsprogrammen nachgewiesen: DIN EN ISO 9 227 (vormals DIN 50 021). aus zwei Laufbahn-Messschrieben ■ Korrosions- und Medienbeständigkeit Hier erreicht Cronitect® eine Korrosions- (Laufbahn-Querform) – jeweils vor dem ■ Überrollfestigkeit und somit volle schutzleistung, die mit ca. 900 Stunden und danach – stand hierbei knapp unterhalb derjenigen von Tragfähigkeit repräsentativ für den Verschleiß. Cronidur30 und deutlich oberhalb ■ Hohe Laufzeit unter Mischreibungsbedingungen der von AISI440C oder von dünnschichtverchromten (DSV) Wälzlagerstählen ■ Verschleißbeständigkeit unter Cronidur30 und Cronitect® in und einem speziell für trockenlaufende Wälzlager entwickelten Käfigwerkstoff Cronitect® wurde anhand von Schräg- ■ Kaltumformbarkeit gegeben. Getestet wurden die Werkstoffe 100Cr6, Kombination mit Keramik-Wälzkörpern liegt, Bild 3. Die Verschleißfestigkeit des Werkstoffes Trockenlaufbedingungen 300 Stunden andauernden Laufversuch auf PEEK-Basis. kugellagern 7205 in speziellen Dies sind die herausragenden Merkmale Versuchen unter Trockenlauf untersucht. Nach identischer Laufzeit zeigte von Cronitect®. Entsprechend Bei den Trockenlaufversuchen war Cronitect® einen im Vergleich zu 100Cr6 umgesetzte Lösungen mit Cronitect® eine der großen Herausforderungen, nahezu 12fach geringeren Laufbahn- qualifizieren sich für extreme Einsatz- die Kontamination des Versuchsaufbaus verschleiß und lag somit auf dem Niveau bedingungen und bieten dem Kunden durch den Prüfstand selbst und durch von Cronidur30, Bild 4, Seite 5. auch unter schwierigen Bedingungen ölhaltige Luft zu vermeiden. Aus diesem eine lange Gebrauchsdauer. Grund wurden die Versuche auf einem Zum Nachweis der Leistungsfähigkeit unter Mischreibungsbedingungen hat die speziellen Trockenlaufprüfstand in einer Schaeffler Gruppe Lebensdauerversuche auf einem Standard-Wälzlagerprüfstand durchgeführt und vergleichend Werk- 1 000 AISI440C Cronitect® stofflösungen untersucht. 900 Die Ergebnisse sind in Bild 5, Seite 5, 800 dargestellt. Die Lagerlebensdauer bei Stunden 700 600 24 Stunden 500 AISI440C einer Überlebenswahrscheinlichkeit von 90% liegt unter den gewählten Cronitect® 400 Bedingungen für Cronitect® um den 300 Faktor 9 über derjenigen von Lagern aus AISI440C bzw. aus dem Standard- 200 500 Stunden 0 Cronidur30 Cronitect® X105CrMo17 (AISI440C) werkstoff 100Cr6. DSV (rissfrei) Bild 3: Korrosionsschutzleistung von Niro-Stählen und einer Dünnschichtverchromung (DSV) im Vergleich, Ergebnisse im Salzsprühnebeltest nach DIN EN ISO 9 227 (vormals DIN 50 021) 000160D1 100 Lediglich mit Cronidur30 lässt sich eine 80 m 70 weitere geringfügige Leistungssteigerung unter Mischreibungsbedingungen 60 erreichen. 00016349 Verschleiß 50 40 Im Gegensatz zu Standard-Niro-Stählen 30 wie dem AISI440C und dem High-End- 20 Stahl Cronidur30 ermöglicht Cronitect® 10 mit seiner Umformbarkeit erstmalig eine Ausweitung des Spektrums an 0 Cronitect® 100Cr6 Cronidur30 Bild 4: Laufbahnverschleiß nach 300 Stunden Trockenlauf (n = 1000 min–1, p = 1350 MPa) korrosionsbeständigen Wälzlagern mit hoher Härte auf kalt umgeformte Lagerprodukte. Mit Cronitect® kann somit der Spagat zwischen einer außer- 1000 h 900 ordentlichen Korrosionsbeständigkeit 800 und einer vollen Tragfähigkeit realisiert 700 werden. Stunden 600 Bild 6 zeigt die Umformfähigkeit von 500 400 Cronitect® im Vergleich zu klassischen 300 Umformstählen sowie exemplarisch 200 einige realisierbare Produktbeispiele. 000160D2 100 0 AISI440C Cronitect® 100Cr6 Cronidur30 Bild 5: Lagerlebensdauer (Überlebenswahrscheinlichkeit 90%) der Stähle unter Mischreibungsbedingungen im Vergleich MPa Vergütungsstähle/umformfähige Wälzlagerstähle 700 Cronitect® (vor der Wärmebehandlung) kf 500 Legierte Einsatzstähle 00016E50 300 Unlegierte C-Stähle/ niedriglegierte Einsatzstähle 0 0,09 0,11 0,13 0,14 0,16 Bild 6: Fließkurven verschiedener Stähle [3], [4]; umformtechnisch hergestellte Lager 0,18 0,2 [3] Doege, Meyer-Nolkemper, Saaed: Fließkurvenatlas metallischer Werkstoffe; Carl Hanser Verlag, München Wien, 1. Auflage 1986 [4] Eigene Untersuchungen, Zentrale Werkstofftechnik Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG Herzogenaurach Ferner kann das Cronitect®-Lager in Eigenschaftsprofil gehärteter Niro-Wälzlagerstähle (qualitativ) Eigenschaft AISI440C Cronidur30 Cronitect® Konstruktionen sinnbildlich näher an Korrosionsbeständigkeit c ++ ++ c die Umgebung rücken und somit zur Verschleißfestigkeit (Adhäsion und Abrasion) + + Überrollfestigkeit (Mischreibung) c ++ ++ Vereinfachung von Kundenprodukten Überrollfestigkeit (EHD) + ++ + beitragen. Auch dieser Ansatz trägt dem Maßstabilität c ++ ++ Druckeigenspannungen (Randschicht) – c + Kaltumformbarkeit (ungehärtet) –– (––) + Rohmaterialverfügbarkeit – –– + ++ sehr gut + gut c mäßig – schlecht –– sehr schlecht Gedanken von Ressourcenschonung und Effizienz Rechnung. Für den Profi- und ambitionierten Amateurradfahrer spielt z.B. die Reibung in der Radnabe und im Tretlager von Die Tabelle Eigenschaftsprofil gehärteter Hierbei ist der Einsatz von Cronitect® Rennrädern eine entscheidende Rolle. Niro-Wälzlagerstähle (qualitativ) in der gesamten Bandbreite von Sie beeinflusst somit die Kauf- zeigt qualitativ das Eigenschaftsprofil Lagerlösungen, angefangen von entscheidung signifikant. der für Wälzlager am Markt etablierten konventionellen Wälzlagern in allen Bau- Im Tretlager kamen bislang vorwiegend Niro-Stähle im Vergleich zu Cronitect®. formen (Rillenkugellager, Nadellager, fettgeschmierte, einseitig abgedichtete Hieraus wird ersichtlich, dass Cronitect® Kurvenrollen usw.) bis zu klassischen Kugellager aus 100Cr6 zum Einsatz. die Leistungsfähigkeit von Cronidur30 Linearführungen möglich. Gemeinsam mit einem namhaften Für die Schaeffler Gruppe als Hersteller von Fahrradkomponenten Technologieführer im Bereich aktiv und hat die Schaeffler Gruppe Industrie passiv geführter Bewegung stehen hierfür ein neues – speziell auf niedrige nachhaltiger Ressourceneinsatz und Lagerreibung optimiertes – Konzept Energieeffizienz durch Reibungs- entwickelt. Anwendungsbeispiele reduzierung schon seit jeher im Fokus Bei dem neuen Cronitect®-Hybrid-Lager Die extreme Korrosionsbeständigkeit, der Produktentwicklung. (Bild 1, Seite 2) entfällt die schleifende die Eignung für den Trockenlauf und die Mit dem Eigenschaftsportfolio und Dichtung; anstelle von Fett kommt ein hohe Lebensdauer unter Mischreibung der daraus resultierenden Robustheit Leichtlauföl zum Einsatz, Schutz vor machen Cronitect® für Anwendungen von Cronitect® eröffnen sich neue grober Verschmutzung gewährleistet in nahezu allen industriellen Branchen Möglichkeiten der Lagerkonzepti- ein speziell ausgebildeter Lagerkäfig. interessant. onierung. Je nach Kundenwunsch oder Eine zwischen der bisherigen Lösung und Beispiele hierfür sind Verpackungs- und zulässiger Lagerkonzeption ist dem neuen Cronitect®-Hybrid-Lager Lebensmitteltechnik, Fördertechnik, der Verzicht auf schleifende Dichtungen vergleichende Reibungsmoment- Productronic, Antriebstechnik, Schwer- beispielsweise ein viel versprechender Messung am belasteten Lager gibt maschinen, Fluid Handling & Pneumatics Ansatz, um die Lagerreibung zu Aufschluss über die Höhe der realisierten sowie Sport & Fitness. minimieren und einen Beitrag zur Reibungseinsparung. erreicht, sich hierbei deutlich vom Standard-Niro-Stahl AISI440C nach oben hin absetzt und die sehr guten Eigenschaften mit einer weit besseren Rohmaterial-Verfügbarkeit verbindet. Effizienzsteigerung zu leisten. Mit dem neuen Konzept konnte die Die eingesetzten Materialien – allen Die neuen Cronitect®-Hybrid-Lager sind Lagerreibung um bis zu 75% reduziert voran Cronitect® – ermöglichen mit ihrer in der für Inline-Skates am häufigsten werden, Bild 7. Die beschriebene Lösung extremen Korrosionsbeständigkeit eingesetzten Größe 608 erhältlich, ist seit einem Jahr erfolgreich in der Serie praktisch Wartungsfreiheit. Bild 8. Die neuen Lager haben auch unter den Übrigens – die Cronitect®-Hybrid-Lager Profi-Sportlern bereits großes Interesse kommen nicht nur in Inline-Skates, hervorgerufen und werden aufgrund ihrer Fahrradnaben oder Tretlager zum Auch für Inline-Skater können Lager- spürbaren Laufeigenschaften schon als Einsatz: Ihre hochwertigen Eigenschaften lösungen nach diesem Konzept „Magic Bearings“ bezeichnet. machen sie in zahlreichen Sport- und eingesetzt und hat bereits zahlreiche Erfolge bei namhaften Rundfahrten im Radrennsport erzielt. entscheidende Kundenvorteile bieten. freien Cronitect®-Hybrid-Lager geben 4 Ncm 3,5 Wettbewerbslager – 61805 aus 100Cr6 – einseitig abgedichtet – befettet hier den entscheidenden Kick für noch 3 mehr Dynamik, Leichtlauf und Spaß am Im Zusammenspiel mit den nur fünf Hochleistungs-Keramik-Wälzkörpern entsteht ein Lager, das mit einer Gewichtseinsparung von mehr als 12% wesentlich leichter ist als konventionelle Lösungen und eine um 49% reduzierte Reibung aufweist. Auch bei dieser 2,5 Reibungsmoment Skaten. 2 Schaeffler-Lösung – Cronitect®-Hybrid-Lager – Käfig mit Dichtwirkung – Ölschmierung 1,5 1 0,5 0 Wettbewerbslager Cronitect®-Hybrid-Lager 0001634E Die neuen reibungsarmen und wartungs- Bild 7: Vergleichende Reibungsmoment-Messung am Rillenkugellager; Anwendung: Tretlager für Radrennsport (n = 100 min–1) Anwendung dient der High-TechKunststoff-Lagerkäfig gleichzeitig als einseitige, berührungslose Dichtung. Die Folge sind hervorragende Leichtlaufeigenschaften durch minimale Reibung bei minimalem Gewicht. Durch die Verwendung von Hochleistungswerkstoffen für die Lagerkomponenten ist der Einsatz bei Regen 0001634F oder die Reinigung mit Wasser zudem völlig unproblematisch. Bild 8: Cronitect®-Hybrid-Lager für Inline-Skates Fitnessgeräten zum idealen Wälzlager, Die Kugeln sind in diesem Fall aus zum Beispiel für hochwertige Pedale, Niro-Stahl. Die dadurch ermöglichte Rollsitz-Ruderboote, Angelrollen und vollständige Ölfreiheit des Systems beim Yacht-Winden. Auch in der Lebensmittel- Kunden eliminiert nicht nur die Gefahr technik finden sich Anwendungsgebiete. der Kontamination von Lebensmitteln, Im Vordergrund steht hier weniger die die neue Lagerlösung ist auch komplett Forderung nach Reibungsminimierung wartungsfrei, da keine Nachschmierung als vielmehr der Verzicht auf den Einsatz mehr erfolgen muss. von Schmierstoffen. Gleichzeitig bietet die Kurvenrolle eine Grund für diese Forderung ist die enorm hohe Medien- und Korrosions- Vermeidung der Kontamination beständigkeit. Die gesteigerte Hygiene- der zu verarbeitenden Lebensmittel. sicherheit geht so einher mit einer Für die Kurvensteuerung einer Flaschen- Kosteneinsparung durch reduzierten verschließanlage wurde anstelle der Wartungsaufwand und höhere bisher eingesetzten Standardkurvenrolle Maschinenverfügbarkeiten. im Ölbad eine Laufrolle entwickelt, deren Rollenzapfen und Außenring aus Cronitect® bestehen und dessen Ummantelung aus einem medienbeständigen Kunststoff gefertigt ist, Bild 9. Die Lösung ist lebensdauerbefettet und mittels medienbeständiger 000160D7 Dichtung nach außen hin abgedichtet. Bild 9: Cronitect®-Laufrolle, z.B. für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie Zusammenfassung Mit der Entwicklung von Cronitect® ist es der Schaeffler Gruppe gelungen, gezielte Verbesserungen gegenüber heutigen Standardlösungen im Bereich korrosionsbeständiger Wälzlagerstähle für extreme Wälzlageranwendungen zu erzielen. Im vorliegenden Artikel wurden die Eigenschaften von Cronitect® , insbesondere die Korrosionsbeständigkeit, die Eignung für Mischreibung und Trockenlauf sowie die Verschleiß- und Überrollfestigkeit anhand repräsentativer Versuchsergebnisse vorgestellt und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufgezeigt. Cronitect® ist die Lösung für zukünftige Produktanforderungen an Wälzlager, die aus einem geschärften Bewusstsein für nachhaltigen Ressourceneinsatz, dem Willen zur Schonung der Umwelt und dem Streben nach energieeffizienten, robusten Lösungen resultieren. Für weitere Informationen stehen Ihnen unsere Mitarbeiter aus Vertrieb, Außendienst und den zuständigen Anwendungstechniken der Geschäftsbereiche der Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG gern zur Verfügung. MATNR 036836923-0000 / SSD 15 / D-D / 201104.5 / Printed in Germany by schedel Schaeffler Technologies Schaeffler Technologies Alle Angaben wurden sorgfältig erstellt GmbH & Co. KG GmbH & Co. KG und überprüft. 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