Materialien und Qualitätsklassen von Lagerrollen

Lagerrollen sind Schlüsselkomponenten in mechanischen Getrieben, Wälzlagern und anderen Geräten. Ihr Material und ihre Qualitätsklasse wirken sich direkt auf die Lebensdauer, die Tragfähigkeit und die Betriebsstabilität der Geräte aus. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erläuterung über die Materialklassifizierung und Qualitätsklasse:

I. Gängige Materialien für Lagerrollen

Das Material von Lagerrollen muss hohe Anforderungen an Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit erfüllen. Zu den gängigen Materialien gehören:

1. Lagerstahl (am häufigsten verwendet)

Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (z. B. GCr15, SUJ2)

• Eigenschaften: Der Kohlenstoffgehalt beträgt etwa 1 %, der Chromgehalt etwa 1,5 %. Nach dem Härten und Niedrigtemperaturanlassen erreicht die Härte HRC 60-65, mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.
• Anwendungen: Geeignet für die meisten Lagerrollen, wie z. B. Rillenkugellager und Zylinderrollenlager, die mittlere Belastungen und Drehzahlen aufnehmen können.

Aufgekohlter Lagerstahl (z. B. 20CrMnTi, 12Cr2Ni4)

• Eigenschaften: Kohlenstoffarmer legierter Baustahl. Nach Aufkohlen und Abschrecken erreicht die Oberflächenhärte HRC 58-62 (verschleißfest) und die Kernhärte HRC 30-45 (gute Zähigkeit).
• Anwendungen: Geeignet für Rollen, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind, wie z. B. Automobilgetriebelager und große mechanische Lager.

2. Hochtemperatur-Lagerstahl (z. B. Cr4Mo4V (M50), W18Cr4V)

• Eigenschaften: Durch die Zugabe von Molybdän, Vanadium und anderen Elementen ist er beständig gegen hohe Temperaturen (bis zu 300–500 °C) und behält auch bei hohen Temperaturen hohe Härte und Festigkeit.
• Anwendungen: Rollen in Hochtemperaturumgebungen wie Flugzeugtriebwerken und Dampfturbinen.

3. Edelstahl

9Cr18, 440C

• Eigenschaften: Chromgehalt ≥ 12 %, gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, Härte bis zu HRC 58–60.
• Anwendungen: Rollen in feuchten oder korrosiven Umgebungen wie medizinischen Geräten, Lebensmittelmaschinen und Schiffsbau.

4. Keramische Werkstoffe

Siliziumnitrid (Si₃N₄), Zirkonoxid (ZrO₂)

• Eigenschaften: Geringe Dichte (etwa 1/3 von Stahl), niedriger Reibungskoeffizient, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, gute Isolierung und nicht magnetisch.
• Anwendungen: Hochgeschwindigkeits-Präzisionswerkzeugmaschinen, Halbleiterausrüstung, Hochtemperaturlager und andere Szenarien, die Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern.

5. Sonstige Spezialwerkstoffe

• Werkzeugstahl (z. B. T10A): Geeignet für Anwendungen mit geringer Belastung und niedriger Drehzahl bei geringen Kosten.
• Verbundwerkstoffe: Wie z. B. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (mit Keramikpartikeln), die Festigkeit und Verschleißfestigkeit in Einklang bringen und für besondere Arbeitsbedingungen geeignet sind.

II. Qualitätsklassen von Lagerrollen

Die Qualitätsklasse von Lagerrollen wird hauptsächlich anhand der Maßgenauigkeit, Formtoleranz, Oberflächenqualität und inneren Qualität unterteilt. Es gibt einschlägige internationale und nationale Normen (z. B. ISO, GB/T), und die gängigen Klassen sind wie folgt:

1. Maßgenauigkeitsklasse

Hauptindikatoren: Rollendurchmesserabweichung, Längenabweichung, Elliptizität, Konizität usw.

Klassifizierung (am Beispiel von GB/T):

• Güteklasse 0: Höchste Präzision, Maßabweichung ≤ ±1μm, geeignet für hochpräzise Geräte wie Präzisionswerkzeugmaschinen und Luft- und Raumfahrt.
• Güteklasse I: Hohe Präzision, Maßabweichung ≤ ±3μm, geeignet für Hochgeschwindigkeitsmotoren und Präzisionsinstrumentenlager.
• Klasse II: Mittlere Präzision, Maßabweichung ≤ ±5 μm, geeignet für allgemeine Maschinen, Automobil-Lager usw.
• Klasse III: Gewöhnliche Präzision, Maßabweichung ≤ ±10 μm, geeignet für allgemeine Maschinen mit niedriger Drehzahl und geringer Belastung.

2. Oberflächenqualitätsklasse

Hauptindikatoren: Oberflächenrauheit (Ra-Wert), Oberflächenfehler (z. B. Kratzer, Risse, Lochfraß).

Anforderungen an die Güteklasse:

• Hochpräzisionsrollen: Ra ≤ 0,02 μm (Spiegelglanz), keine sichtbaren Fehler, geeignet für hohe Drehzahlen und geräuscharme Anwendungen.
• Gewöhnliche Rollen: Ra ≤ 0,1–0,2 μm, leichte Fehler sind zulässig. Sie können die allgemeinen Anforderungen an die Arbeitsbedingungen erfüllen.

3. Interne Qualitätsklasse

Hauptindikatoren: Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, Tiefe der entkohlten Schicht, Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur (z. B. Martensitgrad).

Güteklassifizierung:

• Hochwertige Rollen: Einschlussgrad ≤ 0,5 (gemäß ISO 4967), keine entkohlte Schicht, gleichmäßige Struktur und lange Lebensdauer.
• Gewöhnliche Rollen: Einschlussgrad ≤ 2, Entkohlungslagentiefe ≤ 0,02 mm, geeignet für herkömmliche Belastungsszenarien.

4. Umfassende Qualitätsstandards

• Internationale Normen: z. B. ISO 3096 (Wälzlager – Rollen – Abmessungen und Toleranzen), ISO 4963 (Wälzlager – Rollen – Oberflächenqualität).
• Inländische Normen: Wie GB/T 307.3 (Wälzlager – Toleranzen für Rollen), die Rollen in vier Klassen einteilt: 0, I, II und III, entsprechend den Maßgenauigkeitsklassen.

Bei der Auswahl von Lagerrollen ist es erforderlich, das Material an die spezifischen Betriebsbedingungen (Belastung, Drehzahl, Temperatur, Umgebung) anzupassen und die Qualitätsstufe entsprechend den Anforderungen an die Genauigkeit der Anlage zu bestimmen. Hochwertige Rollen sind zwar mit höheren Kosten verbunden, können jedoch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Anlagen erheblich verbessern und sind die zentrale Garantie für wichtige mechanische Komponenten.