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antriebstechnik 6/2018

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WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Besser als Kugellager? Kegelrollenlager mit niedrigem Verlustreibmoment Koyo Bearings, ein Unternehmensbereich der JTEKT Cooperation, hat seine neue Reihe von Kegelrollenlager mit niedrigerem Reibmoment vorgestellt, die eine weitere Reduzierung der Gleitreibungsverluste ermöglichen und ein ähnliches Leistungsverhalten wie Kugellager erreichen, jedoch eine bessere Tragzahl aufweisen sollen. Erfahren Sie im Artikel, wie das realisiert wurde. Koyo bringt seit über 25 Jahren Kegelrollenlager mit niedrigem Reibmoment (Low Friction Type iV = LFT) auf den Markt. Die herkömmliche Methode zur Reduzierung des Dreh moments bestand in einer Optimierung des Gleitwiderstands und des viskosen Rollwiderstands. Später wurde der Einfluss des Ölbewegungswiderstands erkannt und versucht, hierfür eine Ver besserung anzusetzen. Bild 01 Jaap Ten Kate ist Marketing Group Manager bei JTEKT Europe Bearings B.V. in Alemere, Niederlande zeigt den relativen Einfluss dieser beteiligten Faktoren auf das Reibmoment. Die Ingenieure von Koyo hatten sich zunächst für eine Optimierung des Profils und der Rauigkeit der großen Bordund Rollenstirnseite entschieden, woraus die LFT-I-Generation hervorging (Bild 02, Nr. 1). Eine weitere Verbesserung zur Reduzierung des viskosen Rollwiderstands wurde durch eine spezielle Profilierung der Laufbahnen erreicht, die zu LFT II führte (Bild 02, Nr. 1). In einem nächsten Schritt wurde der Stahlblechkäfig umgestaltet, um den Zufluss von Schmieröl besser kontrollieren zu können (Senkung des Ölbewegungswiderstands), und die Innengeometrie und die Lauf bahnen wurden weiter optimiert (Senkung des Rollviskositätswiderstand), was 2006 zu LFT III führte (Bild 02, Nr. 1 und 2). Zusätzlich konnte durch eine spezielle Wärmebehandlung der Außenflächen des Lagermaterials ein kleineres Kegelrollenlager gewählt werden, was bei gleicher Lebensdauer die Reibung weiter reduziert (LFT III 2). Die Effekte dieser Entwicklungen auf das Lagerreibungsmoment sind aus den Tabellen 01 und 02 ersichtlich. Die vierte Generation Während der Entwicklung von LFT III hatten Tests gezeigt, dass die Begrenzung des Zuflusses von Schmieröl einen Beitrag zur Begrenzung des Ölbewegungs widerstands leistet. Die Möglichkeiten, den Zufluss LFT-Generationen Verbesserungen Auswirkungen St. TRB 100 LFT I a ∼ 90 LFT II a+b1 ∼ 80 LFT III (1) a+b2+c+d1 ∼ 50 LFT III (2) a+b2+c+d1+e ∼ 20 LFT IV (1) a+b2+c+d2 ∼ 35 LFT IV (2) a+b2+c+d2+e ∼ 14 Drehmoment- Index Tabelle 01: Effekte auf die Lagerreibungsmomente LFT-Technologie – Verbesserungen a. Optimierung der Rauheit und des Profils von großen Bord- und Rollenendflächen b1. Spezielle Laufflächenprofilierung b2. Weiter verbesserte Laufflächenprofilierung c. Optimierung der Innengeometrie d1. Regelung des Zuflusses von Schmieröl d2. Weiter verbesserte Zuflussregelung e. Kompakte Bauweise + Wärmebehandlung für gleiche Standzeit Tabelle 02: Verbesserungen durch die LFT-Technologie 20 antriebstechnik 6/2018

Öldurchsatz (l/min) WÄLZ- UND GLEITLAGER 01 Faktoren, die zum Reibmoment beitragen, und ihr relativer Abb. 1 Einfluss Faktoren, die zum Reibmoment beitragen, und ihr relativer Einfluss 02 Bereiche von Verbesserungen der internen Auslegung bei LFT 1 Rollviskositätswiderstand 1 Rollviskositätswiderstand 2 Ölbewegungswiderstand 3 Gleitwiderstand zwischen dem Bord der rückwärtigen Fläche des Innenrings und der Stirnfläche der Rolle Schmiermittelfluss 2 Ölbewegungswiderstand 3 Gleitwiderstand zwischen dem Bord der rückwärtigen Fläche des Innenrings und der Stirnfläche der Rolle 03 Parameterstudie 04 Optimierte Käfigform für das neue Lager LFT IV 05 Prüfaufbau Öldurchsatz Lastzelle B Außenring Luftlager Last A Ölversorgung C Käfig Rolle Schmiermittel F E D Drehscheibe Dorn Prüflager Innenring Ergebnisse des Öldurchsatztests 06 Abb. 6 Ergebnisse des Öldurchsatztests 15 10 5 0 0 1.000 LFT-III LFT-IV Untersetzungsverhältnis 87 % 2.000 Untersetzungsverhältnis 89 % Drehzahl (min -1 ) Untersetzungsverhältnis 91 % durch eine modifizierte Stahlblechkäfigkonstruktion zu reduzieren, waren jedoch begrenzt, da ein Mindestabstand zwischen Käfig und Ringen eingehalten werden musste und auch Toleranzen eine Rolle spielten. Deshalb haben sich die Ingenieure von Koyo bei LFT IV für einen Kunstharzkäfig Untersetzungsverhältnis 92 % 3.000 4.000 5.000 entschieden, der mehr Gestaltungsfreiheit und Genauigkeit bietet, was die Möglichkeiten deutlich verbessert, den Zulaufabstand zwischen Käfig und Ringen zu kontrollieren. Unter Verwendung neuester CAE- und Fluidanalyse- Technologien wurde eine Parameterstudie durchgeführt (Bild 03), um den besten Kompromiss für die Abmessungen zu finden. Dies führte zu einer op timierten Aus legung des Käfigs beim LFT IV (Bild 04). Prüfstandsversuche (siehe Bild 05) ergaben für das LFT IV eine Reduzierung des Öldurchsatzes von bis zu 92 % gegenüber dem LFT III (Bild 06). Letztlich steht für den gestalteten LFT-IV- Kunstharzkäfig eine Reduzierung des Lagerreibungsmoments gegenüber dem LFT III um 30 % zu Buche. Ebenso kann beim LFT IV eine zusätzliche Reduzierung der Reibung durch Reduzierung der Lagergröße in Kombination mit einer speziellen Wärmebehandlung, um die geforderte Lebensdauer zu erhalten, erreicht werden. Die Gesamteffekte sind ebenfalls aus den beiden Tabellen ersichtlich. Auf das Niveau von Kugellagern Mit der vierten Kegelrollenlagergeneration mit LFT-Technologie ist es Koyo gelungen, die Reibverluste der Kegelrollenlager auf das Niveau von Kugellagern zu reduzieren, jedoch mit einer Tragzahl, wie man sie von Kegelrollenlagern kennt. Die Anwendungsgebiete für das neue Koyo TRB LFT IV sind vielfältig, u. a. in der Automobilindustrie und bei zahlreichen industriellen Anwendungen, bei denen eine weitere Reduzierung der Reibung zu dem erwünschten geringeren Leistungsbedarf und damit einer geringeren CO 2 -Emission führt. www.koyo.eu antriebstechnik 6/2018 21

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