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FAG Kugellager erobern den Himmel

 

FAG Aerospace GmbH 

Aeroapace1 in FAG Kugellager erobern den Himmel 

Mit Kugellagern für Fahrräder fing es vor 1900 an. Heute erfüllen Wälzlager von FAG Aerospace in Luft- und Raumfahrt Schlüsselfunktionen unter extremen Bedingungen. „Stetiges Wachstum ohne den Zukauf von Unternehmen sind ein Zeichen unseres Erfolges,“ sagt FAG Aerospace-Ingenieur Hermann Pfeiffer. 

  

„Unsere Lager werden bis zu Drehgeschwindigkeiten von 3 Millionen Millimeter pro Minute eingesetzt,“ sagt Hermann Pfeiffer und fügt hinzu: „bei höheren Drehgeschwindigkeiten reißen die Lagerringe aufgrund der Fliehkraft.“ Dabei rotiert ein Lagerrinnenring mit einem Außendurchmesser 55 Millimeter rund 60.000-mal pro Minute. 

In Pumpen von Raumfähren müssen sich die Lager in Temperaturbereichen um minus 200 Grad Celsius mit dünnflüssigem Wasserstoff oder Sauerstoff als Schmierstoff begnügen. Cronidur 30 ist hierfür der geeignete Stahl. Die FAG ist seit 1979 an der Entwicklung dieses korrosionsbeständigen Stahles mit erhöhtem Stickstoffgehalt und seiner technischen Anwendungen beteiligt. 

Lagerringe aus Spezialstahl, Kugeln und Rollen aus Keramik 

Bei den hohen Drehzahlen werden die Kugeln beziehungsweise Rollen im Lager durch ihre Fliehkräfte so stark in die Laufbahn des Lageraußenringes gedrückt, dass diese Fliehkräfte erheblich zur Lagerbelastung beitragen. Wälzlager aus teurer Keramik verringern die Fliehkräfte und bilden zusammen mit den Cronidur 30-Stahl eine verschleißfeste Paarung. 

„Wir stellen Lager sowohl einzeln als auch in Baugruppen von Lagern und weiteren Teilen her. Die Baugruppen enthalten Lager plus integrierte Dichtungen und Wellenabschnitte. Zusätzlich liefern wir weitere Präzisionsrundteile“ sagt Hermann Pfeiffer. Als Präzision bezeichnet er Rundlaufgenauigkeiten von 0,02 Millimetern bei Teilen von der Größe 200 Millimeter. 0,02 Millimeter entsprechen der Stärke eines menschlichen Haares. „Unsere Kernkompetenzen liegen in der Wärmebehandlung des Stahles und in der Schleifbearbeitung der Teile“, sagt Hermann Pfeiffer. 

Die Lager werden in Hubschraubern, Flugzeugen, im Space Shuttle und in der europäischen Trägerrakete Ariane eingesetzt.  Zu 2/3  des Umsatzes der FAG Aerospace GmbH werden sie in Flugzeugturbinen eingebaut. „Der Anteil am Weltmarkt beträgt derzeit  40%,“ sagt Hermann Pfeiffer. Der Bereich Raumfahrt erbringt nur 2% des Umsatzes der FAG Aerospace. Der Nutzen besteht nach Herrmann Pfeiffer hierbei vielmehr im Prestige. 

Als Nebenprodukt eines Lagers für Senkrechtstarter wurden Lager für Computertomografen entwickelt, Bild 1. Diese dünnwandigen Lager mit einem Durchmesser von etwas mehr als 1 Meter werden zusammen mit dem elektrischen Drehantrieb als eine fertig montierte Einheit an die Kunden geliefert und in die Tomografen eingebaut. 

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Bild 1: Lager für Computertomografen

 

In der blitzsauberen Fertigungshalle empfangen angenehme Temperatur, saubere Luft, dezentes Maschinengeräusch und helles Licht den Besucher. Das Fertigungspersonal trägt saubere weiße Kittel. „Wir fertigen eine hohe Anzahl von verschiedenen Teilen in kleinen Stückzahlen“, sagt Fertigungsleiter Otto Klein. Insgesamt existieren 2000 verschiedene Lagerausführungen. Die damit verbundenen häufigen Umrüstungen der Fertigungsmaschinen und den hohen Aufwand für Handhabung und Dokumentation bewältigt das Personal im Dreischichtbetrrieb. Die Kunden stellen hohe Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit der Lager. Fertigungsleiter Otto Klein sagt: „wir müssen für alle Fertigungsdaten über 50 Jahre hinweg archivieren.“ In jeder Box mit Lagerteilen liegt eine Mappe mit allen Vorgaben für die Fertigung. Unterlagen in gelbfarbener Mappe gehören zur Serienfertigung. „Allein der Aufwand für die Dokumentation macht 30% des Lagerpreises aus“, sagt Otto Klein. Herrmann Pfeiffer sagt dazu: „wir erzielen mit 10 Kunden 80% unseres Umsatzes. Da ist Vertrauen alles.“ 

Dreh- und Schleifmaschinen bringen das Rohmaterial für die Lagerteile präzise in Form. Das Schleifen von runden Teilen auf der Außenfläche kann im Centerless-Verfahren wirtschaftlich durchgeführt werden. Das Centerless-Schleifverfahren erspart die kostspielige zentrische Einspannung des Werkstückes W in Bild 2. 

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Bild 2: Centerless schleifen eines runden Werkstückes (gelb) am Außendurchmesser ohne weitere Einspannung

 

Die Laufbahnoberflächen, in denen die Kugeln und Rollen abwälzen, müssen darüber hinaus noch wesentlich verfeinert werden. Läpp- und Honmaschinen erzeugen dabei Mittenrauhwerte Ra bis hinab zu wenigen hunderttausendstel Millimetern. Eine solchermaßen feine Stahloberfläche erscheint dem Betrachter als blank. 

Kontrollen an den fertigen Lagerteilen 

Die FAG Aerospace geht auf  Nummer sicher. In einem klimatisierten Labor kontrollieren Techniker die geometrische Genauigkeit der Teile. 80 Grad warme Salpetersäure kann an Stichproben von Teilen gefährliche Neuhärtungszonen als Folge von Schleifverbrennungen sichtbar machen. Otto Klein erläutert die Rissprüfung an Lagerteilen mittels Magnetpulver: „beim sogenannten Fluxen in UV-Licht erscheint ein Riss wie ein Faden auf dem Lagerteil“, Bild 3. Im Normalfall passieren die Produkte die Kontrollen ohne Beanstandung und werden im Reinraum fertig montiert und verpackt. 

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Bild 3: Fluoreszierende Rissanzeige bei der Magnetpulverprüfung

 

Die FAG Aerospace GmbH in Schweinfurt trägt als einziges Unternehmen der Schaeffler Gruppe noch den eigenständigen Namen FAG, während die ehemalige FAG Kugelfischer AG ab 2003 als FAG Schaeffler KG vollständig in die Schaeffler Gruppe mit Sitz in Herzogenaurach intergriert wurde. 550 Beschäftigte erzielen in Schweinfurt und in Kanada einen Jahresumsatz von 160 Millionen Euro. Die FAG Aerospace bedient einen eingegrenzten Markt, auf dem es mit den Wälzlagerherstellern SKF und Timken nur wenige, aber starke  Konkurrenten gibt. 

Weiterführende Literatur:  

Brändlein, Eschmann, Hasbergen, Weigand: Die Wälzlagerpraxis. Vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz, 1995 

Lagerkataloge FAG Schaeffler KG 

Feinstrukturen technischer Stahloberflächen nach DIN 4768

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