antriebstechnik 5/2022

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 02 Prüfstand für die Lagergrösse NU 316 FPL Gewindehülse zum Einstellen der Lagerbelastung Tellerfederpaket zum belasten des Lagers Motor Hilfslager 7006 (axial angestellt) Prüflager NU316 (G1 oder SG) Kühlluft M FHL Kraftmessdose F lastabhängigen Anteile fast gleich groß sind. Die nachfolgende Analyse zeigt nun, dass die Formeln wohl geeignet sind, um bei konventionellen Lagern den Reibwert aufgrund der äußeren Einflüsse zu berechnen, nicht aber als Basis für die Weiterentwicklung der Lager. Vor allem ist daraus nicht erkennbar, welche inneren Merkmale den Reibwert letztlich bestimmen. Die Einsätze bei Bahnen zeigen aber, dass die Käfiggestaltung mindestens auf die Einsatzgrenze den entscheidenden Einfluss hat und bei der Konzeption des SG-Lagers wurde das daraus resultierende Entwick- 03 Vergleich des Zustandes der Führungsflächen am Käfig Ms-Käfig (G1) gleitgeführt am Außenbord (links), Käfig stützrollengeführt (SG) (rechts) lungspotential genutzt. Der Einfluss des Käfigs wird auch durch folgende Fakten bestätigt: n Infolge der Anforderungen an Bahnmotorlager werden dafür generell Lager mit speziellen Käfigen eingesetzt. n Im vorerwähnten Fall hat bereits der Einsatz eines besonders bezüglich der Gleitlagerung konstruktiv optimierten und zusätzlich versilberten Käfigs eine Verbesserung gebracht. Den Durchbruch schaffte aber erst das SG-Lager. Der Reibwert der Lager per se spielt bei Bahnlagern eine untergeordnete Rolle. Hingegen wird die Käfiggestaltung zentral, wenn die Gleitlagerung des konventionellen Käfigs die Einsatzmöglichkeiten beschränkt. Der Einfluss der Käfigführung spielt bei diesen Einsätzen die entscheidende Rolle. Er wird deshalb nachfolgend genauer analysiert und mit dem SG-Lager mit dem wälzgelagerten Käfig verglichen. 3. MERKMALE DES SG-KÄFIGS Beim SG-Käfig wird dieser mittels drei Stützrollen im Außenring wälzgelagert. (Daher der Name stützrollengeführter Käfig). Dadurch wird die Einsatzgrenze des Wälzlagers nicht mehr durch ein internes Gleitlager begrenzt. 04 Vergleich des Zustandes der Führungsflächen am Außenring gleitgeführt (links) und stützrollengeführt (rechts) Noch wichtiger bezüglich Reibwert sind aber die folgenden konstruktiven Besonderheiten des SG-Lagers: n Der Käfig ist aus leicht elastischem Material. Beim Einbau wird er ganz leicht verformt. Dadurch wirkt er als Feder, welche so abgestimmt ist, dass sie sowohl ein schlupffreies Abrollen wie eine hohe Lebensdauer der Stützrollen gewährleistet. Er ist zudem mit Gegengewichten ausgerüstet, welche die drehzahlabhängige Fliehkraftbelastung auf die Stützrollen ausgleichen. Der Käfig wird dadurch absolut spielfrei und genau zentrisch zum Außenring geführt. Dies ergibt eine optimale Kinematik 54 antriebstechnik 2022/05 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 05 Kräfte beim konventionellen Lager infolge zyklischer Drehzahlschwankungen Maximaler Radius der Rollenbahn Rolle 1 Rolle 2 Exzentrizität Rolle 11 Mitte Aussenring Minimaler Radius der Rollenbahn FV FRV Excentrizität des Käfigs zum Aussenring Mitte Käfig FW FB Detail Zentrum Rolle 8 FA FRA FRB Rolle 7 FRS FS Taschenspiel des SG-Lagers. Das bei konventionellen Lagern zwingend notwendige Führungsspiel des Käfigs und damit die zyklische Beschleunigung und Verzögerung der Rollen im Verlauf jeder Umdrehung entfallen. n Diese Kinematik erlaubt das Arbeiten mit geringeren Schmierstoffmengen als bei konventionellen Lagern. Der Reibwert des Lagers wird zusätzlich dank der reduzierten Walk-, Scher- und Planschverluste des Schmierstoffes reduziert. Es sind also drei verschiedene Merkmale, welche den tiefen Reibwert des SG-Lagers bewirken: - Der Wegfall der Gleitreibung bei der Käfigführung - Der Wegfall der zyklischen Drehzahlschwankungen - Der viel geringere Schmierstoffbedarf Der Aufmacher zeigt das Schnittmodell eines Zylinderrollenlagers NU316 SG, wie es für die Grundsatz- und Dauererprobung im Prüfstand eingesetzt wurde. 4. PRÜFSTANDSERGEBNISSE MIT DEM SG-KÄFIG Die SG-Lager wurden auf zwei Prüfständen getestet: n Einem Lagerprüfstand mit zwei Lagern der Größe NU 316 (Bild 02). Dieser erlaubte es, das komplette Lager mit Belastungen bis zu C/P = 11 zu testen. n Einem reinen Käfigprüfstand für die Grösse NU 340. Diese Lagergrösse entspricht dem Motorlager der Re 425 mit etwa 1.200 kW Dauerleistung. Der reine Käfigprüfstand erlaubte es, die Stützrollen einer bahntypischen Lagergröße ausführlich zu testen. Auf dem Lager-Prüfstand wurden die SG-Lager mit verschiedenen Belastungsverhältnissen und bis zu einem Drehzahlkennwert n*dm von einer Million mm/Minute mit Fettschmierung getestet. Dieser Drehzahlkennwert entspricht rund dem Doppelten dessen, was für konventionelle Lager mit Fettschmierung als Grenzdrehzahl angegeben wird. Das SG-Lager wurde mit 8, 12 und 18 kN belastet. Als Vergleichsbasis wurde ein konventionelles NU316 mit einem einteiligen Messing-Massivkäfig getestet. Dieses funktionierte aber nur bis zu einer maximalen Drehzahl von 6000/min. und auch das nur mit einer maximalen Belastung von 8 kN. Der Lagerprüfstand wurde speziell für die Versuche mit dem SG-Lager unter normalen Lastbedingungen gebaut. Die zwei Lager werden jeweils gleich über einen einstellbaren Tellerfedersatz belastet. Die Hilfslager haben dank dem viel größeren Lagerabstand und den kleineren Abmessungen ein vernachlässigbares Reibmoment. Die Prüflager konnten gekühlt werden. Das Drehmoment wurde mittels einer Kraftmessdose gemessen und dazu die Außenringtemperaturen. Die wichtigsten Ergebnisse sind im Bild 07 dargestellt. 06 Prinzip des hydrodynamischen Gleitlagers [4] x, h0 b h0 b pL pmax pL pmax www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2022/05 55