Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Stillstehende fettgeschmierte Wälzlager unter dynamischer Belastung

Bei Wälzlagern kann es z. B. während des Transportes von Fahrzeugen oder Maschinen zu False-Brinelling-Schäden kommen, wenn ein stehendes Lager dynamischen Belastungen und/oder Schwenkbewegungen mit sehr kleinen Amplituden ausgesetzt ist. Dabei sind fettgeschmierte Lager deutlich kritischer einzuschätzen als ölgeschmierte. Solche Lagerschäden können im rotierenden Betrieb zu erhöhten Laufgeräuschen aber auch zu Frühausfällen durch Ermüdungsschäden führen, wodurch unvorhergesehene Instandsetzungsarbeiten erforderlich werden.

Ziele dieses Forschungsvorhabens sind, die Mechanismen und Schadensursachen beim False-Brinelling-Schaden hinsichtlich des Einflusses der Grundölviskosität, der Schmierfettkonsistenz, der Lagertemperatur, der Schmierfettverteilung, eines PD-Additivs und einer Brünierung weiter aufzuklären. Dazu sind statistisch abgesicherte Versuche auf etablierten False-Brinelling-Prüfständen auf der Basis von Modellschmierfetten geplant, welche durch transiente 3D-FE-Simulationen, rheologische Schmierstoffuntersuchungen sowie Oberflächenanalysen begleitet werden. Des Weiteren soll mittels FE8-Prüfungen der Einfluss von False-Brinelling-Vorschädigungen auf die Lagerlebensdauer bei rotierendem Betrieb ermittelt werden.

Mit den geplanten Forschungsergebnissen erhalten Hersteller und Nutzer von Schmierfetten (oft KMU) wichtige Informationen über geeignete Schmierfettzusammensetzungen und -eigenschaften für den Einsatz in Wälzlagern bei kritischen False-Brinelling-Bedingungen. Dadurch werden die Schmierstoffentwicklungszeiten wesentlich verkürzt. Der Nutzen insbesondere für KMU, wie Hersteller und Nutzer von Maschinen und Anlagen, besteht in der Bereitstellung neuer Schmierfette, welche für False-Brinelling-Bedingungen geeignet sind. Außerdem werden die KMU über die Schadensmechanismen und -ursachen informiert, um Vorkehrungen gegen False-Brinelling treffen zu können. Das spart Reklamations- und Instandhaltungskosten und erhöht damit die Wettbewerbsfähigkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde der Einfluss von verschiedenen Schmierstoffzusammensetzungen, Umgebungsbedingungen und rheologisch-physikalischen Eigenschaften hinsichtlich Wälzlagerschädigungen getestet, wobei reale Wälzlager im Stillstand dynamisch beansprucht wurden. Parallel erfolgten Schmierstoff- sowie Oberflächenanalysen. Die experimentellen Untersuchungen zeigten, dass Fette mit einer hohen Ölabscheidung sowie einer geringen Scherviskosität bei der entsprechenden Umgebungstemperatur ein hohes Potential zur Reduzierung von False-Brinelling-Schäden haben. Außerdem konnten die Schäden durch den Einsatz zweier Additive (MoDTC, MoDTP) in Kombination mit dem Modellfett Li-12-OH-stearat + PAO bei Raumtemperatur um Faktor 3 verringert werden, obwohl ein Aufbau von Triboschichten nur in geringem Umfang bis gar nicht detektiert werden konnte.

Mit Hilfe eines transienten FE-Modells, welche im Rahmen des Vorhabens weiterentwickelt wurde, können die Belastungs- und Bewegungsverhältnisse im Kontakt simuliert werden. Mit Hilfe der Simulationsrechnungen konnten kritische Betriebsparameter festgestellt werden, so dass False-Brinelling-Schäden schon in der Konstruktionsphase vermindert werden können.

In Lebensdauerversuchen reduzierten False-Brinelling-Schäden die Lebensdauer der fett-geschmierten Lager deutlich. Mit stark vorgeschädigten Lagern und Praxisfett 1 wurde bspw. nur eine experimentell ermittelte nominelle Lagerlebensdauer von 126 h erreicht, während mit gleichen Bedingungen und ungeschädigten Lagern nach 1.000 h keine Pittings mit diesem Fett detektiert wurden. Mit dem zweitem Praxisfett reduzierte sich die Lebensdauer mit stark vorgeschädigten Lagern um Faktor 5 im Vergleich zu unbeschädigten Lagern.

Anhand der erzielten Ergebnisse werden Schmierstoff- und Additivhersteller in die Lage versetzt, gezielt und effizient neue Schmierstoffe zu entwickeln, die False-Brinelling-Schäden vermindern und somit die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen verlängern können.