Wie sieht der Produktionsprozess von Drehverbindungen aus?

Drehverbindungen (oder Großwälzlager) sind stille Helfer der Schwermaschinenindustrie, da sie die reibungslose und kontrollierte Drehung massiver Strukturen unter enormen Belastungen ermöglichen. Sie kommen in Kränen, Baggern, Windkraftanlagen, medizinischen Scannern und Radarsystemen zum Einsatz, wo ihre Leistungsfähigkeit von entscheidender Bedeutung ist. Die Herstellung dieser Präzisionsriesen erfordert technische Fachwissen, fortschrittliche Maschinen und strenge Qualitätskontrolle. Hier finden Sie einen detaillierten Überblick über den typischen Produktionsablauf von Drehverbindungen:

1. Auswahl und Vorbereitung des Rohmaterials:

l  Materialauswahl: Die Grundlage ist hochwertiger, sauberer legierter Stahl. Gängige Sorten sind 42CrMo4, 50Mn oder ähnliche hochgekohlte Chromstähle, die häufig durch Normen wie DIN oder ASTM spezifiziert sind. Die Auswahl hängt von der erforderlichen Härte, Zähigkeit, Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit ab. Für stark korrosive Umgebungen (Offshore-Windkraft) sind rostfreie Stähle (z. B. AISI 440C) oder spezielle Beschichtungen unerlässlich.

l  Materialform: Die Produktion beginnt in der Regel mit großen Stahlschmiedeteilen oder gewalzten Ringen. Schmiedeteile werden für kritische Anwendungen mit hoher Belastung bevorzugt, da sie im Vergleich zu geschnittenen Platten eine überlegene Kornstruktur, Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bieten. Gewalzte Ringe bieten ein gutes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten für weniger extreme Anforderungen.

l  Schneiden und Vorformen: Das Rohschmiedeteil oder der Ring wird mit leistungsstarken Bandsägen oder thermischen Schneidverfahren präzise auf die erforderliche Rohteilgröße zugeschnitten. Vorläufige Grobbearbeitung kann überschüssige Zunder entfernen und eine gleichmäßigere Ausgangsform für nachfolgende Bearbeitungsschritte schaffen.

2. Grobbearbeitung:

l  Ziel: Effizientes Entfernen großer Materialmengen, um die grundlegende geometrische Form der Lagerringe (Innen- und Außenringe) herzustellen, die den endgültigen Abmessungen nahekommt, aber genügend Material für die Endbearbeitung übrig lässt.

l  Verfahren:

n  Drehen: Wird auf großen, hochbelastbaren Drehmaschinen oder vertikalen Drehzentren (VTCs) durchgeführt. Dabei werden der Außendurchmesser (OD), der Innendurchmesser (ID) und die Stirnflächen der Ringe bearbeitet.

n  Bohren: Kann den Innendurchmesser vergrößern und vorläufige Genauigkeit erreichen, insbesondere bei großen Durchmessern.

n  Planfräsen: Stellt sicher, dass die Stirnflächen eben und parallel sind.

n  Lochbohren: In dieser Phase kann das vorläufige Bohren von Bolzen- und Schmierlöchern erfolgen, wobei das Fertigbohren oft erst später erfolgt.

l  Zu beachten: Kühlmittel ist für die Wärmeableitung und Spanabfuhr unerlässlich. Die Bearbeitungsparameter (Geschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe) werden für die Materialabtragsrate optimiert, wobei Belastungen und Verformungen minimiert werden.

3. Wärmebehandlung der Drehverbindungen:

Von entscheidender Bedeutung: In dieser Phase werden die erforderliche Härte und Kernzähigkeit erreicht, um schweren Belastungen, Rollkontaktermüdung und Stößen standzuhalten.

l  Typischer Prozess:

n  Härten: Die bearbeiteten Ringe werden in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre (um Entkohlung zu verhindern) auf eine bestimmte Austenitisierungstemperatur (in der Regel 800–900 °C, je nach Stahlsorte) erhitzt und dann schnell in Öl, Polymer oder manchmal Wasser abgekühlt (gehärtet). Dadurch wird die Mikrostruktur in Martensit umgewandelt, wodurch die Härte erhöht wird.

n  Anlassen: Unmittelbar nach dem Abschrecken werden die Ringe auf eine niedrigere Temperatur (150–600 °C) wieder erhitzt und vor dem Abkühlen für eine bestimmte Zeit gehalten. Dadurch wird die Sprödigkeit verringert, innere Spannung abgebaut und das gewünschte Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit in der endgültigen Mikrostruktur erreicht. Manchmal werden mehrere Anlasszyklen durchgeführt.

l  Herausforderungen: Die Minimierung von Verformungen und Verwerfungen während der intensiven thermischen Zyklen stellt eine große Herausforderung dar. Möglicherweise sind spezielle Vorrichtungen („Pressabschrecken“) oder ein anschließendes Richten erforderlich. Für gleichbleibende Eigenschaften ist die gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung der großen Masse entscheidend.

4. Endbearbeitung:

l  Ziel: Erreichen der endgültigen, präzisen Abmessungen, geometrischen Toleranzen (Rundheit, Zylindrizität, Ebenheit, Parallelität) und Oberflächengüten, die in den Zeichnungen angegeben sind. Diese Phase erfordert hochpräzise Geräte.

l  Wichtige Arbeitsschritte:

n  Hartdrehen: Wird auf starren Präzisionsdrehmaschinen mit extrem harten, verschleißfesten Werkzeugen (CBN – kubisches Bornitrid oder Keramik) durchgeführt. Entfernt die nach der Wärmebehandlung verbleibenden geringen Materialaufmaße, um enge Toleranzen bei Außendurchmesser, Innendurchmesser und Flächen zu erreichen. Oft eine effizientere Alternative zum Schleifen für bestimmte Oberflächen.

n  Schleifen: Unverzichtbar, um höchste Präzision und feinste Oberflächengüte zu erzielen, insbesondere an den Laufbahnen (wo die Wälzkörper laufen) und kritischen Sitzflächen.

n  Laufbahnen schleifen: Verwendet spezielle Profilschleifmaschinen mit präzise abgerichteten Scheiben, um die exakte Nutgeometrie (Kreisbogen für Kugellager, flach oder leicht gewölbt für Rollenlager) und die erforderliche Oberflächengüte (Ra-Werte typischerweise im Mikrometerbereich) zu erzielen. CNC-Steuerungen gewährleisten Genauigkeit und Konsistenz.

n  Flächenschleifen: Für kritische Flächen, die extreme Ebenheit und Parallelität erfordern.

n  Feinbohren: Endgültiges Präzisionsbohren des Innendurchmessers auf exakten Durchmesser und Zylindrizität.

n  Bohren und Gewindeschneiden: Fertigbohren und Gewindeschneiden aller Bolzenlöcher, Schmierlöcher (Fett- oder Ölkanäle) und Sensorbefestigungslöcher (falls zutreffend). Die Genauigkeit der Lochposition ist für die Montage von entscheidender Bedeutung. Für komplexe Schmierkanäle können Tieflochbohrtechniken verwendet werden.

n  Zahnradfräsen (falls integriert): Wenn die Drehverbindung Zahnräder (innen oder außen) für den Direktantrieb enthält, wird in dieser Phase ein präzises Wälzfräsen oder Formfräsen durchgeführt.

5. Zerstörungsfreie Prüfung (NDT) und Qualitätskontrolle:

l  Kontinuierliche Überwachung: Die Qualitätskontrolle ist in den gesamten Prozess integriert (Materialzertifikate, prozessbegleitende Prüfungen).

l  NDT nach der Endbearbeitung:

n  Magnetpulverprüfung (MPI): Erkennt Oberflächen- und oberflächennahe Risse, insbesondere in ferromagnetischen Stählen. Wird auf Laufbahnen, kritischen Verrundungen und Bereichen mit hoher Beanspruchung angewendet.

n  Ultraschallprüfung (UT): Erkennt unter der Oberfläche liegende Fehler wie Einschlüsse, Hohlräume oder Risse, die tiefer im Material liegen. Wird häufig in den Rollkontaktzonen eingesetzt.

n  Maßprüfung: Umfassende Kontrollen mit Koordinatenmessgeräten (CMMs), Laserscannern, Präzisionsmessgeräten und optischen Komparatoren zur Überprüfung aller kritischen Maße, geometrischen Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheiten anhand der Zeichnung. Gegebenenfalls werden Zahnradprofil- und Steigungsprüfungen durchgeführt.

n  Härteprüfung: Überprüft an mehreren Stellen, ob die Oberflächen- und Kernhärte den Spezifikationen entspricht (Rockwell- oder Brinell-Skala).

6. Oberflächenbehandlung und Korrosionsschutz:

l  Reinigung: Vor jeder Beschichtung sind die gründliche Entfettung und Reinigung erforderlich, um alle Bearbeitungsflüssigkeiten, Späne und Verunreinigungen zu entfernen.

l  Optionen:

n  Phosphatierung (Zink oder Mangan): Erzeugt eine kristalline Konversionsbeschichtung, die die Korrosionsbeständigkeit verbessert und hervorragende Haftung für Lacke bietet.

n  Galvanisieren: Zink- oder Cadmiumbeschichtung für verbesserten Korrosionsschutz (Umweltvorschriften schränken Cd häufig ein).

n  Lackierung: Auftragen von Grundierung und industrietauglichen Decklacken (Epoxid, Polyurethan) auf Außenflächen. Farbcodierung für Schmierstellen ist üblich.

n  Interner Schutz: Laufbahnen werden in der Regel während der Montage mit Fett zum internen Korrosionsschutz gefüllt. Vor dem Einfetten können spezielle Rostschutzmittel aufgetragen werden, insbesondere bei langer Lagerung oder rauen Umgebungsbedingungen.

n  Spezialbeschichtungen: Für extreme Umgebungen (Offshore) werden robustere Beschichtungen wie thermisches Spritzen (Zn/Al) oder hochbelastbare Lacksysteme verwendet. Hartverchromung von Laufbahnen ist selten, aber für bestimmte Anforderungen an die Verschleißfestigkeit möglich.

7. Montage:

l  Reinigung (erneut): Sorgfältige Endreinigung aller Komponenten unmittelbar vor der Montage in einer kontrollierten Umgebung (Reinraum ist üblich).

l  Vorbereitung der Komponenten: Wälzkörper (Kugeln oder Rollen) und Distanzstücke/Käfige (falls verwendet) werden gereinigt und geprüft. Dichtungen (häufig Mehrlippendichtungen aus Elastomer wie HNBR oder FKM) werden vorbereitet.

l  Montage der Wälzkörper: Der Innen- oder Außenring wird horizontal positioniert. Die Wälzkörper werden vorsichtig von Hand oder mit Hilfe von Vorrichtungen in die untere Laufbahnnut eingesetzt. Distanzstücke oder Käfige werden eingebaut, um den Abstand zwischen den Elementen aufrechtzuerhalten, sofern dies vorgesehen ist.

l  Einbau der Dichtungen: Die Dichtungen werden in ihre Nuten auf beiden Seiten der Lagerbaugruppe eingepresst oder eingerastet.

l  Schmierung: Der Lagerraum wird über Schmieröffnungen mit dem vorgeschriebenen Hochleistungsschmierfett (Lithiumkomplex, Polyurea üblich) befüllt. Menge und Verteilung sind entscheidend.

l  Endgültiger Verschluss: Der Gegenring wird vorsichtig abgesenkt und auf die Baugruppe ausgerichtet. Die Vorspannung kann gegebenenfalls angepasst werden.

l  Verschließen und Schutz: Die Schmieranschlüsse werden mit Schmiernippeln (Zerks) und Schutzkappen versehen. Alle offenen Bohrungen werden mit Stopfen verschlossen. Freiliegende Oberflächen können eine abschließende Schutzbeschichtung erhalten. Kritische Oberflächen werden mit Transportschutz (Kappen, Abdeckungen, VCI-Papier) versehen.

8. Endprüfung und Verpackung:

l  Funktionsprüfungen: Die Drehung wird manuell getestet, um die Laufruhe und das Fehlen von Blockierungen sicherzustellen. Die Dichtungsintegrität kann visuell überprüft werden. Der Zahnradeingriff (falls zutreffend) wird inspiziert.

l  Dokumentation: Umfassende Inspektionsberichte, Materialzertifikate, Wärmebehandlungsdiagramme, NDT-Berichte und Montageprotokolle werden in einem endgültigen Datenpaket zusammengestellt, das dem Lager beiliegt.

l  Verpackung: Zum Schutz des Lagers während des Transports wird eine robuste Verpackung aus Holzkisten oder strapazierfähigen Karton-/Stahlrahmen verwendet. Die Hebepunkte sind deutlich gekennzeichnet. Für lange Transporte oder Lagerungen wird Umweltschutz (Trockenmittel, VCI) mitgeliefert.

Fazit:

Die Herstellung der Drehverbindung ist eine komplexe Kombination aus Metallurgie, Präzisionsbearbeitung, thermischer Verarbeitung und Qualitätssicherung. Jede Phase, von der Auswahl der richtigen Stahllegierung bis zur abschließenden Schmierung und Abdichtung, trägt direkt zur Belastbarkeit, Drehgenauigkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Lagers bei. Hersteller müssen fortschrittliche Technologie mit Fachkompetenz in Einklang bringen, um diese kritischen Komponenten herzustellen, die dafür sorgen, dass die schweren Maschinen unserer Welt auch unter den anspruchsvollsten Bedingungen reibungslos funktionieren. Das Verständnis dieses komplexen Prozesses unterstreicht den technischen Wert, der in jeder Drehverbindung steckt.