Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mindestlast von Wälzlagern

Im praktischen Einsatz von Wälzlagern gibt es Anwendungsfälle, in denen die Lager über längere Zeit stationär unter sehr geringen Lasten betrieben werden. Dies kann zur Schädigung der Lager und damit einhergehenden Kosten durch die Instandsetzung und den Anlagen- oder Maschinenstillstand führen. Die Lagerhersteller geben in den Katalogen unterschiedliche Formeln zur Abschätzung einer Mindestlast für den schadensfreien Betrieb an.

Im Rahmen des Vorhabens soll auf Basis experimenteller und theoretischer Unter-suchungen eine physikalisch basierte Näherungsgleichung ermittelt werden, die eine Abgrenzung zwischen schädlichem und schadensfreiem Betrieb bei niedrigen Lagerlasten erlaubt. Entscheidend ist dabei, dass die Mindestlast nicht die Grenze für einen schlupffreien, sondern einen schadensfreien Betrieb beschreibt. Der Untersuchungsschwerpunkt liegt auf stationären Betriebszuständen, da instationäre Vorgänge bereits in anderen Forschungsvorhaben behandelt werden.

Das Forschungsprogramm beinhaltet umfangreiche experimentelle Untersuchungen an vier verschiedenen Lagergrößen (50 bis 280 mm Bohrungsdurchmesser) zu Lagerkinematik und Schäden unter Niedriglasten. Diese Untersuchungen werden unterstützt durch begleitende Simulationen, die zum einen eine genauere Analyse der Vorgänge in den Wälzkontakten erlauben und zum anderen eine Erweiterung des Parameterfeldes ermöglichen, auf dessen Basis die Ableitung der Mindestlastgleichung erfolgt. Die Simulation des Einzelkontaktes und die Befundung aller Prüflager soll außerdem sicherstellen, dass der dem Schaden zugrundeliegende Mechanismus verstanden wird und damit die Möglichkeit schafft, die Näherungsgleichung auf den physikalischen Grundlagen der Schadensursache aufzubauen.

Dem Anwender, insbesondere KMU, steht mit Abschluss des Vorhabens eine Näherungsgleichung zur Abschätzung der Lagermindestbelastung für einen schadensfreien Betrieb zur Verfügung, die sich einfach in bestehende Auslegungsprozesse integrieren lässt.

Ergebniszusammenfassung:

Die Zielsetzung dieses Vorhabens ist die Erstellung einer einfach anwendbaren Mindestlastgleichung, welche auf physikalischen Grundlagen basiert und dem Konstrukteur eine sichere Auslegung der Lagersysteme ermöglichst. Hierzu wurden an beiden Forschungsstellen umfangreiche experimentelle Arbeiten hinsichtlich des Provozierens von Anschmierschäden durchgeführt. Parallel dazu wurde am MEGT die verfügbare MKS-Modelle im Mindestlastbereich validiert.

Mittels der erzielten Ergebnisse aus diesem Vorhaben lässt sich ein besseres Verständnis über das Kinematikverhalten von käfiggeführten und vollrolligen Zylinderrollenlagern im Niedriglastbereich gewinnen. Zudem wurde die Ermittlung der unteren Belastungsgrenze des schadensfreien Betriebs von Zylinderrollenlagern zum Ziel gesetzt, um diese genauer als Herstellerangaben bestimmen zu können. Dazu wurden der Einfluss verschiedener Parameter wie Innenringdrehzahl, Schmierstoffhöhe, Schmierstofftemperatur, Lastzone und Innenringverkippung auf die Änderung der schadensfreien Lastgrenze der betrachteten Prüflager untersucht. Des Weiteren wurden analog zu den Schädigungsversuchen sowie durch die Variation der Einflussparameter der Anschmierkennwert von Eglinger "spezifische Reibenergie" für jeden Betriebspunkt bestimmt. Dadurch erfolgte eine ausführliche Analyse der Reibenergieverläufe im Sinne von sicheren und kritischen Betriebsbereichen der untersuchten Zylinderrollenlager.

Anhand der aus diesem Vorhaben ermittelten Näherungsgleichung wird der Anwender in die Lage versetzt, basierend auf den definierten Betriebsbedingungen die anschmierkritische Grenze zum schadensfreien Betrieb von Zylinderrollenlagern zu bestimmen.

Hiermit wurde das Ziel des Vorhabens erreicht.