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antriebstechnik 4/2017

antriebstechnik 4/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Für die Betriebsoptimierung wichtig Bestimmung und Berechnung der Gehäusefestigkeit für montierte Lagereinheiten Stehlager werden von Konstrukteuren für eine Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Um das für einen optimalen Betrieb adäquate Wälzlager auswählen zu können, sind Daten, die Aufschluss über die Leistungsanforderungen an die Gehäusefestigkeit geben, zentral. Die Anforderungen in Industriebetrieben führen dazu, dass Wälzlager härter und länger beansprucht werden. Dies gilt folglich auch für die entsprechenden Gehäuse. Anwendungen mit Belastungen in mehreren Richtungen erfordern Gehäuse, die diese Lasten zusammen mit dem verwendeten Wälzlager aufnehmen können. Konsistente Daten zur Gehäusefestigkeit sind daher unabdingbar. Die Gehäuse müssen in diesen Anwendungen extreme Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen aufnehmen. Die Lager müssen sich in Positionen montieren lassen, in denen die Last nicht direkt durch das Lagerunterteil aufgebracht wird. Derartige Ausrichtungen sind häufig in großen Förderanlagen und in extremen Anwendungen wie industriellen Zerkleinerern oder Schlagmühlen vorzufinden. Beim Austausch von Stehlagern stellt sich häufig die Frage nach der Last, die auf das Wälzlager aufgebracht werden kann. Die Antwort ist für die Wahl eines geeigneten Lagers für die jeweilige Anwendung von entscheidender Bedeutung. Die Gehäuse-Geometrie von Stehlagern kann je nach Größe und Art der unterstützten Wälzlager komplex und unterschiedlich ausfallen – die Abschätzung der Gehäusefestigkeit ist daher keine leichte Aufgabe. Daher setzt Timken bei der Ermittlung von Daten zur Gehäusefestigkeit auf eine Testmethodik, die hochentwickelte Modellierungsverfahren und experimentelle Prüfungen kombiniert, gestützt von praktischen Erfahrungen. nehmens auf dem Gebiet der Metallurgie berücksichtigt: Die Finite- Elemente-Analyse (FEA) wird mit experimentellen Prüfungen kombiniert, um kalibrierte Modelle zu erhalten, aus denen sich die statische Grenzfestigkeit des Lagergehäuses berechnen lässt. Damit wurden Konstruktionsregeln zur Gehäusefestigkeit aufgestellt, und die entsprechenden Festigkeitswerte wurden veröffentlicht. Zur Beschreibung mithilfe des FEA-Modells werden zunächst dreidimensionale Festkörpermodelle der Gehäuse gefertigt. Um die Modellgröße und die anschließende Berechnungszeit zu reduzieren, wurde auf Basis der Belastung und der symmetrischen Geometrie ein Halbmodell erstellt. Diese Modelle wurden zunächst berechnet, um einen groben Schätzwert für die Bruchfestigkeit der Prüflinge zu erhalten, um wiederum damit die Anforderungen für den Experiment-Aufbau abschätzen zu können. Die im Experiment validierten Versagenskriterien dienten später zur Modell-Verfeinerung. Die Gehäuse montierter Lager bestehen häufig aus Gusseisen, das sich durch eine relativ hohe Struktursteifigkeit, Druckfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Manche Anwendungen erfordern jedoch sehr hohe Stoßlasten oder eine nicht-horizontale Montage der Wälzlager. Die Festigkeit von Gusseisen reicht dafür nicht aus. Alternativ kann in diesen Fällen hochfester Stahlguss als Die Testmethodik Es bestehen vielfältige Möglichkeiten Lasten auf Stehlager aufzubringen. Die Prüfung eines jeden Gehäuses bis zum Versagen in allen Belastungsausrichtungen ist wenig praktikabel. Vielmehr wird ein konsistentes Modellierungsverfahren benötigt, das die verfügbaren Daten optimal nutzt. Timken hat eine Methode zur Erzeugung von Daten zur Bruchfestigkeit entwickelt, die Laborprüfungen, hochentwickelte Modellierungsberechnungen und die langjährige Erfahrung des Unter- Florin Constantin ist Principal Application Engineer bei The Timken Company in Colmar/Frankreich 01 In diesem Beispiel ist der Werkstoff als Stahlguss AISI 1035 definiert, wobei Dehnungsprüfungsdaten aus mehreren Gießereien gesammelt wurden 26 antriebstechnik 4/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER 02 In diesem Gehäuse ist die Spannungskonzentration im Bereich der Schmierlöcher am höchsten 03 Dehnungs-Konturdiagramm Werkstoff verwendet werden. Dessen Streckfestigkeit ist ungefähr doppelt so hoch wie die des vergleichbaren Gusseisens, und er bietet in anspruchsvollen Anwendungen eine höhere Bruchbeständigkeit. Gusseisen mit Kugelgraphit zeichnet sich ebenfalls durch eine weitaus höhere Festigkeit als Gusseisen aus und kann für bestimmte Gehäuse-Geometrien vorteilhaft sein. Mithilfe der FEA-Modellierung kann Timken korrekte Bruchdehnungs- und Spannungswerte berechnen und bestimmen. Physikalische Prüfungen Die Grundlage für die Annahmen der FEA-Simulation bildeten die Werte aus bis zum Bruch belasteten Gehäuse. Dafür wurden Timken-Gehäuse unterschiedlicher Größen in eine mit einem Universalwerkzeug ausgestattete Hydraulikpresse eingespannt und unter einer Reihe verschiedener Belastungen getestet. Das Werkzeug kann je nach Einrichtungskonfiguration Gehäuse bei Belastungsrichtungen von 180, 150 und 90° brechen – übliche Winkel, denen Stehlager in der Praxis ausgesetzt sind. Da die für den Bruch geschätzte Belastung die statische Grenzlast der Lager übersteigen könnte, wurden in den Versuchen keine Lager verwendet, sondern Rundstäbe. Physikalisch getestet wurden verschiedene Bauformen ungeteilter und geteilter Lager. Jeder Test wurde unter Verwendung entsprechend kontrollierter Belastungszyklen vorgenommen. Hydraulikflüssigkeit wurde mithilfe eines Steuerventils langsam an den Belastungskolben abge- HANNOVER MESSE 2017 24.–28. April 2017 Halle 11, Stand C03 ÖLFLEX ® CONNECT KABELKONFEKTION MIT ERFOLGS-GEN Viele Möglichkeiten, eine Lösung: ÖLFLEX ® CONNECT. Von Standard-Kabelkonfektion, über Servo-Lösungen für extrem schnelle Anwendungen bis hin zu hochkomplexen Energieführungsketten. Mit unserer Entwicklungskompetenz begleiten wir Sie Schritt für Schritt.

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