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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2022

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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2022

ANTRIEBSTECHNIK AUF DEM

ANTRIEBSTECHNIK AUF DEM PRÜFSTAND TITELSTORY PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die theoretische Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern ist, sofern sie korrekt durchgeführt wird, ein guter Anhaltspunkt für Konstrukteure. Wer auf Nummer sicher gehen möchte, kann die Werte zudem praktisch überprüfen. Findling Wälzlager hat diese Aufgabe für einen Kunden übernommen – mit überraschenden Ergebnissen. Vor Kurzem erreichte die Findling Wälzlager GmbH eine höchst interessante Aufgabenstellung: „Die Ausgangslage war ein Anwendungsfall, bei dem der Kunde anstelle eines Premium-Zylinderrollenlagers ein Produkt der Eco-Leistungsklasse nutzen wollte“, schildert Klaus Findling, Geschäftsführer von Findling Wälzlager. „Der Wechsel würde zu erheblichen Preiseinsparungen führen, gleichwohl wollte der Kunde keine Kompromisse bei der Lebensdauer seiner Aggregate eingehen.“ Grundlage waren theoretische Lebensdauerberechnungen nach der ABEG-Methode durch Findling Wälzlager. Ing. Maher Chaouch, Anwendungsingenieur, Findling Wälzlager GmbH in Karlsruhe Diese ermöglichen eine transparente und berechenbare Entscheidungsgrundlage zur Vermeidung von Über- und Unterdimensionierung von Wälzlagern und identifiziert so weniger kritische Lagerstellen. Ein Wechsel der Leistungsklasse kann so Einsparpotenziale von 25 bis 30 % realisieren. THEORETISCHE WERTE PRAKTISCH ÜBERPRÜFEN Der Anwender wünschte sich zur praktischen Überprüfung der theoretischen Werte nach ABEG einen verkürzten Lebensdauertest sowie praktische Feldversuche. Das besondere Interesse galt dabei folgenden technischen Parametern: Form- und Lagetoleranzen, Laufbahn- und Rollengeometrie sowie Materialreinheit. Standardmäßig wird die Radialbelastung der Lager in einem Lebensdauertest auf 1/3 der dynamischen Tragzahl festgelegt. 16 DER KONSTRUKTEUR 2022/01-02 www.derkonstrukteur.de

ANTRIEBSTECHNIK 01 01 Mit der ABEG-Methode finden Anwender genau das, was sie benötigen Im vorliegenden Test wurde die dynamische Tragzahl des bestehenden Premium-Lagers (232 kN) herangezogen. Dadurch ergibt sich eine Radialbelastung von 77,3 kN. Die Drehzahl wurde auf 3 000 min -1 festgelegt. Rein rechnerisch ergibt sich daraus eine nominelle Lebensdauer von L10h = 216,3 h. Die nominelle Lebensdauer L10h hat sich viele Jahre als zuverlässiges Kriterium für die Auslegung von Wälzlagern erwiesen. In der Praxis zeigte sich, dass bei besonders günstigen Verhältnissen die errechnete nominelle Lebensdauer weit überschritten werden konnte. Das Ziel des Tests ist es aus diesem Grund, das Dreifache dieser Dauer, also 3×L10h = 648,9 h zu erreichen. Wenn dieses Ziel ohne Ausfall erreicht wird, wird der Test verlängert, bis ein Lager ausfällt, oder ein Maximum von 4×L10h = 865 h erreicht wird. Eine Verschleißanalyse im Anschluss sollte zusätzlich Aufschluss über den Stand der Materialermüdung, sonstige Schadensbilder und die zu erwartende Lebensdauer geben. TECHNISCHE UNTERSCHIEDE UND MATERIALREINHEIT Doch welche Ergebnisse brachten die Tests nun konkret? Beide zu vergleichenden Lager weisen Abweichungen in der Rundheit, Welligkeit und Rauheit der Oberfläche auf. „Das ist ein zu erwartender Unterschied, der auf die günstigeren Herstellungskosten der Eco-Lager zurückzuführen ist“, erklärt Janek Herzog, Anwendungsingenieur bei Findling. „Das erklärt im Übrigen auch das unterschiedliche Geräuschverhalten der Lager.“ In den Bildern 02 und 03 ist eine leichte Erhöhung der Schwingbeschleunigung bzw. der Vibration und des Reibmoments bei den ABEG-Eco Lagern erkennbar. Diese Abweichungen kommen jedoch erst bei höheren Drehzahlen zum Tragen. Der Test wurde bei 3 000 min -1 durchgeführt, die reale Betriebsdrehzahl liegt un gefähr nur bei der Hälfte. Somit sind diese Merkmale im realen Betrieb noch unkritischer. Kaum Unterschiede ergaben sich hingegen bei der Untersuchung der Materialgüte: Materialreinheit, Gefügestruktur, Menge DIE NOMINELLE LEBENSDAUER HAT SICH ALS ZUVERLÄSSIGES KRITERIUM FÜR DIE AUSLEGUNG VON WÄLZLAGERN ERWIESEN und Größe nichtmetallischer Einschlüsse, Karbidverteilung und Härte lagen bei beiden Wälzlagern auf einem vergleichbaren und hohen Niveau. „Die Materialreinheit ist ein wichtiger Parameter für die Lebensdauer eines Wälzlagers“, so Janek Herzog. „Materialfehler, Fremdpartikel, nichtmetallische Einschlüsse wie Oxidund Sulfidanteile sowie eine inhomogene Karbidverteilung begünstigen die natürliche Materialermüdung des Stahls bei der hochdynamischen Belastungssituation im Betrieb.“ WÄLZKÖRPER UND DEREN KONTAKTGEOMETRIE Die Anzahl und Größe der Rollen sind sowohl beim getesteten Premium-Produkt als auch beim Eco-Produkt identisch. Unterschiede zeigten sich jedoch bei der Profilierung der Wälzkörper. www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2022/01-02 17