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antriebstechnik 11/2017

antriebstechnik 11/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER wahl von Schmierstoffen mit reduzierter Viskosität, die noch ausreichende Lambda- Verhältnisse im Betrieb garantieren. Käfigkonstruktion Käfige haben mehrere Funktionen für den ordnungsgemäßen Betrieb von Wälz lagern, darunter die Trennung der Wälzkörper voneinander, um ihren Kontakt und den damit verbundenen Verschleiß zu vermeiden. Käfige dienen außerdem dazu, die Wälzkörper auf dem Innenring außerhalb der Betriebsbelastungszone auszurichten, um ein Gleiten, Rutschen oder Verdrehen zu verhindern. Für die Käfigkonstruktion des Hochleistungs-Pendelrollenlagers von Timken wurde eine hochentwickelte Methodik angewendet, die zu dem fortschrittlichen Stahlkäfigdesign für die EJ-Baureihe von Timken führte. Bei höheren Drehzahlen kann ein Stahlkäfig aufgrund seiner geringeren Masse und des reduzierten Kontakts zwischen Wälzkörper und Käfig, Vorteile im Vergleich zu Messingkäfigen bieten. Der EJ-Käfig ist zusätzlich nitriert (d. h. oberflächengehärtet) und weist eine verbesserte Verschleißund Ermüdungsfestigkeit auf. Das neue Design vereint zahlreiche Aspekte vorhandener Timken-Stahlkäfige wie Innenringführung, geringe Masse, geringe Massenträgheit, unabhängige Käfige für jede Reihe, das Fehlen des Führungsrings zur axialen Positionierung der Wälzkörper sowie erstmalig Längsnuten in den äußeren Käfigstirnseiten. Die symmetrisch angeordneten Nuten zwischen den Käfigtaschen erleichtern den Schmierstofffluss zur Innenringlaufbahn. Dies sorgt für eine sichere Schmierstoffverfügbarkeit an den Kontaktflächen, sodass ein ausreichender Schmierfilm erzeugt und das Potenzial für extreme Wärmeentwicklung aufgrund der Scherwirkung übermäßiger Schmierstoffzufuhr weiter reduziert wird. Käfig- und Wälzkörperführung Die EJ-Konstruktion umfasst zwei unabhängige Käfige (einen für jede Rollenreihe), die in ein Lager eingebaut sind. Auf diese Weise können die einzelnen Käfig- und Wälzkörperlaufbahnen unabhängig voneinander abrollen. Die fensterartige Käfigtaschenkonstruktion reduziert Biegespannungen. Der Käfig wird auf dem Innenring geführt und läuft oberhalb der Wälzkörpermitte. Das erhöht die Käfigsteifigkeit und reduziert Spannungen bei hohen Stoßbelastungen oder Beschleunigungen. Bei Lagern mit einem Außendurchmesser über 400 mm können die Käfig- und Wälzkörpermassen erhebliche Werte annehmen und die Wärmeerzeugung des Lagers sowie die Betriebstemperaturen nachteilig beeinflussen. Um dem vorzubeugen, ist die Bohrung größerer EJ-Stahlkäfige profiliert, um die Reibung mit der Innenringführungsfläche und die damit verbundene Wärmeerzeugung aufgrund des Kontakts möglichst klein zu halten. Bei kleineren Lagern (Außendurchmesser < 400 mm) werden die Wälzkörper von den Flanken der Käfigtaschen geführt. Bei größeren Lagern ist die Käfigtasche mit vier Verstärkungen konturiert (strategisch platziert auf der Brückenoberfläche), die die in die Betriebsbelastungszone eintretenden bzw. austretenden Wälzkörper berühren und ausrichten. Diese Wechselwirkung minimiert das Potenzial für nachteilige Wälzkörperverdrehung und die damit verbundene Zunahme des Reibmoments und der Betriebstemperatur. Kein mittiger Führungsring Dank der präzisen Wechselwirkungen mit den Käfigtaschen erübrigt sich ein zentraler Führungsring zur axialen Positionierung der Wälzkörper im EJ-Käfigdesign. Ohne Führungsring wird die zwischen den Wälzkörpern und dem Ring erzeugte Reibung beseitigt, was kühler laufende Lager zur Folge hat. Weniger Reibung bedeutet zugleich, dass weniger Energie benötigt wird, um das Wälzlager zu starten und in Bewegung zu halten. Darüber hinaus wird durch das Entfernen des Führungsrings mehr Platz innerhalb des Bauraums geschaffen, um größere Rollen aufzunehmen und so die Traglast zu erhöhen. Auch der Schmierstofffluss zwischen den Lagerlaufbahnen wird durch die Erhöhung des verfügbaren Hohlvolumens verbessert. Das Design des Hochleistungs-Pendelrollenlagers von Timken wurde umfassend validiert. Dazu gehörten standardisierte Ermüdungslebensdauertests zur Bestätigung der Haltbarkeit unter schwierigen und beschleunigten Betriebsbedingungen ebenso wie Tests auf verschiedenen Plattformen zur Verifizierung der Wärmeerzeugung durch Messung der Außenringtemperatur. Methodik und Modellierung Standardlebensdauerprüfungen werden bei Timken auf einem „First-in-Four“- Lebensdauerprüfstand durchgeführt. Die Lager werden bei erhöhter Belastung und Drehzahl unter Verwendung eines Ölumlaufschmiersystems geprüft, mit dem sich die Öleinlasstemperatur auf einen bestimmten erhöhten Wert einstellen lässt. Ziel ist es, die Wälzkörperkontaktflächen des Lagers in einem beschleunigten Verfahren auf Ermüdungserscheinungen auf und unter der Oberfläche zu untersuchen. Lagerkonstruktion, Werkstoff, Wärmebehandlung, Geometrie, Oberflächenprofil und -struktur haben eine kombinierte Auswirkung auf die Lebensdauerprüfung, das zur Entwicklung der Prüfmethode mit Weibull-Verteilung verwendet wurde. Zur Berechnung der voraussichtlichen Lagerperformance auf Grundlage der Lagermetrologie und der Testbedingungen wird die von Timken entwickelte, analytische Modellierungssoftware Syber verwendet. Die Testergebnisse werden mithilfe der Weibull-Verteilung für die L15.91-Lebensdauer und den zugehörigen 65-%-Konfidenzbändern zur Bestimmung der Testleistung ausgewertet. Das Ergebnis der Weibull-Auswertung wird dann mit den Syber-Prognosen verglichen und die Akzeptierbarkeit der resultierenden Lebensdauerverhältnisse wird einer Beurteilung unterzogen. Diese Verhältnisse werden überprüft, um ihr Maß an Unterstützung für die beabsichtigten Leistungskennzahlen zu bestimmen. Die Validierungsergebnisse zeigten, dass das Hochleistungs-Pendelrollenlager von Timken eine um 18 % höhere dynamische Tragzahl und eine um 17 % höhere thermische Bezugsdrehzahl verglichen mit früheren Pendelrollenlagerdesigns von Timken erreichte. Die Ergebnisse validieren ein Hochleistungs-Pendelrollenlagerdesign, das die zunehmend höheren Last-, Drehzahl- und Temperaturanforderungen von in der Schwerindustrie eingesetzten Maschinen und Anlagen erfüllt. www.timken.com Literaturverzeichnis: [1] Harris, T.A. und Kotzalas, M.N., Rolling Bearing Analysis, 5th Ed – Advanced Concepts of Bearing Technology, (2007) [2] Moyer, C.A., Nixon, H.P. und BHATIA, R.R., ‘Tapered Roller Bearing Performance for the 1990’s,’ SAE Paper #881232, SAE International, (1988) [3] Stover, J.D., Kolarik, R.V. und Keener, D.M., ‘The Detection of Aluminum Oxide Stringers in Steel Using an Ultrasonic Measuring Method,’ Proc. 31st Mechanical Working and Steel Processing Conference (1990), S. 431 – 440 [4] Hoeprich, M.R., ‘Numerical Procedure for Designing Rolling Element Contact Geometry as a Function of Load Cycle,’ SAE Paper #850764, SAE International (1985) [5] Moyer, C.A. und Bahney, L.L., ‘Modifying the Lambda Ratio to Functional Line Contacts,’ STLE Tribology Transactions, V. 33, Nr. 4 (1990) S. 535 – 542 [6] Danner, C. H., ‘Fatigue Life of Tapered Roller Bearings under Minimal Lubricant Films,’ ASLE Transactions, V. 13, Nr. 4 (1970) S. 241 – 251 [7] Zaretsky, E.V. ed., Life Adjustment Factors for Ball and Roller Bearings, An Engineering Design Guide (1971) [8] Zhou, R.S., ‘Surface Topography and Fatigue Life of Rolling Contact Bearings,’ STLE Tribology Transactions, V. 36, Nr. 3 (1993), S. 329 – 340 112 antriebstechnik 11/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER Kugelrollenlager für höchste Anforderungen an Genauigkeit und Belastbarkeit Zur Erschließung weiterer Marktsegmente bietet Liebherr-Components seit 2016 auch Kegelrollenlager an. Als Pilotprodukt fertigte das Unternehmen ein Großlager für ein Sonderprojekt. Dieses weist einen Durchmesser von über 6 m sowie ein Gewicht von 32 t auf und besteht aus drei Einzelringen, hergestellt aus hochlegiertem Vergütungsstahl. Die beiden induktionsgehärteten Laufbahnen sind mit Kegelrollen bestückt und ermöglichen die Übertragung einer Radiallast von mehreren tausend Tonnen. Aufgrund der spielfreien Lagerausführung eignen sich Kegelrollenlager für höchste Anforderungen an Genauigkeit und Belastbarkeit. Die Wälzkörper werden durch Bronze- oder Messingkäfige präzise in der Laufbahn geführt. Je nach Anwendung sind passende Dichtungskonzepte verfügbar. Neben Dichtlippen kommen bei Bedarf auch Wellendichtringe zum Einsatz. Damit wird das Eindringen von Schmutz vermieden und ein optimales Schmierverhalten während der gesamten Gebrauchsdauer gewährleistet. Neben Fettschmierung ist auch eine Ölschmierung der Kegelrollenlager möglich. www.liebherr.com Selbstschmierende Gleitlager erfolgreich validiert Germany | USA | Mexico | China Das Unternehmen Federal- Mogul Powertrain hat seine wartungsfreien und selbstschmierenden Gleitlager in Fahrwerken von Spezialfahrzeugen erfolgreich validiert. Interne tribologische Untersuchungen sowie kundenspezifische Feldversuche haben bestätigt, dass die wartungsfreien Gleitlagersysteme der Marke Deva in Fahrwerken von Spezialfahrzeugen gut funktionieren und eine Reihe von Vorteile bieten. Gegenüber herkömmlichen Gleitlagerlösungen reduzieren die Deva Tex Faserverbundgleitlager schädliche Umwelteinflüsse, Stillstandzeiten und Wartungskosten. Im Rahmen des Validierungsprozesses wurden umfangreiche Prüfstandversuche durchgeführt, um Reibwert sowie Verschleißeigenschaften unter verschiedene Betriebsbedingungen zu ermitteln. Im Vergleich zu metallischen Lagern reduziert das Composite-Material sowohl den Verschleiß als auch das Risiko für frühzeitiges Versagen aufgrund einer Schiefstellung der Welle. Denn dank ihrer größeren Verformungsfähigkeit tolerieren die Faserverbundgleitlager einen höheren Grad an Schiefstellung oder Fluchtungsfehler. www.federalmogul.com Gear Technology. Worldwide. Planetary Gears. Designed to your needs. plg.imsgear.com Halle 1 · Stand 161 IMS-Gear.indd 1 29.09.2017 08:11:15 antriebstechnik 11/2017 113

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