Wälzlagerstahl

Was ist Wälzlagerstahl?

Wälzlagerstahl ist eine Werkstoffgruppe, die speziell für die Beanspruchung in Wälzlagern entwickelt wurde. Lagerringe und Wälzkörper rollen unter hoher Flächenpressung aufeinander ab. Dabei entstehen im Werkstoff dicht unter der Oberfläche wechselnde Spannungen, die über Millionen Lastwechsel zu Ermüdung führen können. Wälzlagerstahl ist darauf ausgelegt, diese Beanspruchung möglichst lange auszuhalten.

Der mit Abstand wichtigste Vertreter ist 100Cr6 (Werkstoffnummer 1.3505). Dieser durchhärtende Chromstahl ist der Standardwerkstoff für die große Mehrheit aller Wälzlager und damit auch für Spindellager.

Der Werkstoff 100Cr6

Die Bezeichnung 100Cr6 beschreibt die Zusammensetzung: rund 1,0 Prozent Kohlenstoff und etwa 1,5 Prozent Chrom. Das Chrom verbessert die Durchhärtbarkeit und die Verschleißbeständigkeit. Nach dem Härten und Anlassen liegt die Härte typischerweise im Bereich von etwa 58 bis 64 HRC.

Entscheidend für die Eignung als Lagerwerkstoff sind drei Punkte:

• Durchhärtung: Anders als beim Einsatzhärten ist das Bauteil über den gesamten Querschnitt durchgehend hart, nicht nur an der Oberfläche.
• Hohe Reinheit: Wälzlagerstahl wird mit besonders wenigen nichtmetallischen Einschlüssen erschmolzen, oft im Vakuum-Umschmelzverfahren. Einschlüsse sind die häufigsten Keime für Ermüdungsrisse.
• Definierte Wärmebehandlung: Härte, Restaustenitgehalt und Gefüge werden eng kontrolliert, weil sie Lebensdauer und Maßstabilität bestimmen.

Wälzlagerstahl in Spindellagern

In klassischen Spindellagern bestehen sowohl die Ringe als auch die Wälzkörper aus Wälzlagerstahl. In Hybridlagern für Hochgeschwindigkeitsspindeln bleiben die Ringe aus Stahl, während die Kugeln durch keramische Wälzkörper aus Siliziumnitrid ersetzt werden. Der Stahlring liefert dabei die nötige Zähigkeit und Bearbeitbarkeit, die Keramik die geringere Masse.

Für die Laufbahnen ist die Oberflächengüte des Stahls mitentscheidend. Spindellager der Genauigkeitsklassen P4 und P2 verlangen feinste geschliffene und geläppte Laufbahnen mit minimalem Rundlauffehler.

Bedeutung für die Reparatur

Bei einer Spindelüberholung werden defekte Lager nicht aufgearbeitet, sondern komplett ersetzt. Ein Lager mit angegriffenen Laufbahnen lässt sich nicht nachhärten oder nachschleifen, ohne seine Maßhaltigkeit zu verlieren. Maßgeblich ist deshalb, dass das Ersatzlager im Werkstoff, in der Genauigkeitsklasse und in der Vorspannung dem Original entspricht. Hochwertiger Wälzlagerstahl in der passenden Spezifikation ist eine der Grundlagen für die Lebensdauer der überholten Spindel.