Einfache Online-Berechnungen mit neuem SKF Katalog

Der neue Interaktive SKF Lagerungskatalog (IEC) liegt unter www.skf.com in sieben Sprachen vor. Er liefert nicht nur Angaben zu den SKF Lagern, sondern bietet auch die Möglichkeit, Berechnungen schnell, einfach und genau durchzuführe

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Der neue SKF Hauptkatalog wurde auf der Hannover Messe 2003 angekündigt. Augenblicklich ist die Druckversion mit 1.100 farbigen Seiten auf Englisch und Deutsch verfügbar. Weitere Sprachversionen folgen in Kürze. Der vorhergehende SKF Hauptkatalog wurde in 16 Sprachen aufgelegt; der Neue soll in noch mehr Sprachen übersetzt werden.
Die elektronische Version, der Interaktive SKF Lagerungs­katalog (IEC), ist nun online unter www.skf.com auf English, Chinesisch, Deutsch, Italienisch, Französisch, Spanisch und Portugiesisch abrufbar.

Der IEC ist umfangreicher als die gedruckte Fassung. Er umfasst folgende fünf Kataloge:

  • Wälzlager wie in der Druckausgabe, ergänzt vor allem um Großlager, Nadellager, Y-Lager und andere Lager
  • Lagereinheiten;
  • Lagergehäuse;
  • Gleitlager und
  • Dichtungen.

Etliche Neuerungen von SKF betreffend Wälzlager sind in den Technikteil und die Produktabschnitte eingeflossen. Sie basieren auf intensiver Forschung und Verwendung hochmoderner Analyse- und Modellierungsverfahren sowie unterstützender Praxistests:

  • Ein neues Modell zur Bestimmung des Reibmoments im Lager
  • Anhand des neuen Reibungsmodells überarbeitete Drehzahlen
  • neues Modell zur Bestimmung der erforderlichen Schmier­-stoffviskosität
  • Ein neues Modell zur Bestimmung der Schierstoffgebrauchsdauer
  • SKF Lebensdauer – ein ver­-besserter Ansatz zur genaueren Bestimmung der Lagerlebensdauer
  • SKF Explorer: Wälzlager einer neuen Leistungsklasse

Die neuen Erkenntnisse umfassen neue Theorien und neue Rechenverfahren, Formeln, Tabellen und graphische Darstellungen usw. Im IEC finden Sie eine ganze Reihe benutzerfreundlicher Programme für die schnelle und exakte Berechnung auch komplexer Zusammenhänge (Abb. 1).
Im Folgenden stellen wir vor, wie einfach Sie die für Ihre Anwendung wichtigen Parameter berechnen können.

Erforderliche Schmierstoff­-viskosität
Um Reibung und Verschleiß möglichst gering zu halten, müssen die Flächen im Wälzkontakt durch einen Schmierfilm getrennt sein. Seine Dicke hängt nicht nur von der relativen Geschwindigkeit der Wälzkörper ab (n und dm), sondern auch von der Oberflächenrauheit und der Rauheitsveränderung im Kontaktbereich. SKF war bestrebt, die Wirksamkeit der Schmierung zu optimieren und die Gebrauchsdauer des Lagers zu verlängern und konnte die optimale Rauheit der Wälzflächen bestimmen und fertigt nun nach dieser Spezifikation. Im Laufe dieser Untersuchungen konnte SKF auch die erforderliche Schmierstoffviskosität für unterschiedliche Betriebsbedingungen bestimmen.

Die graphischen Darstellungen im SKF Hauptkatalog gelten für moderne Schmierstoffe mit einem Viskositätsindex (VI) von 95. Mit dem Programm im IEC können Sie die erforderliche Viskosität auf für Schmierstoffemit einem anderen Viskositätsindex be­-rechnen.Für die Online-Berech­-nung müssen folgende Angaben vorliegen:

  • Lagerbezeichnung
  • Drehzahl
  • Betriebstemperatur
  • Viskosität des Schmierstoffs bei Bezugstemperatur (für Schmierstoffe mit VI=95) oder
  • Viskosität des Schmierstoffs bei zwei unterschiedlichen Temperaturen, d. h. 40 °C und 100 °C (für Schmierstoffe mit VI ungleich 95).

Rechenergebnis (Abb. 2):

  • Die bei der Betriebstemperatur erforderliche Viskosität
  • Die Betriebsviskosität
  • Das Viskositätsverhältnis ().

Äquivalente Lagerbelastung
Die äquivalente Lagerbelastung lässt sich einfach bestimmen, und das Programm im IEC liefert schnell die zur Berechnung der Lagerlebensdauer erforderlichen Werte.
P = X Fr + Y Fa
und
P0 = X0 Fr + Y0 Fa
Erforderliche Dateneingabe:

  • Lagerbezeichnung
  • Radiale und axiale Ist-Belastung des Lagers

Rechenergebnis (Abb. 3):

  • Faktoren e, X und Y
  • Äquivalente dynamische Lagerbelastung
  • Faktoren X0 und Y0
  • Äquivalente statische Lagerbelastung

Lagerlebensdauer
In den 50er Jahren wurde die Berechnung der nominellen Lebensdauer durch die ISO genormt. Die Formel gilt noch heute:
L10= (C/P)p

mit
L10 = nominelle Lebensdauer (bei einer Erlebenswahrscheinlichkeit von 90 %), Millionen Umdrehungen
C = dynamische Tragzahl [kN]
P = äquivalente dynamische Lagerbelastung [kN]
p = Exponent der Lebensdauergleichung
p = 3 für Kugellager
p = 10/3 für Rollenlager

Bei den heutigen Lagern hoher Qualität kann ein großer Unterschied zwischen der nominellen Lebensdauer und der tatsächlichen Gebrauchsdauer in einer bestimmten Anwendung bestehen. Auf die Gebrauchsdauer nimmt eine Vielzahl von Faktoren Einfluss, so Schmierung, Grad der Verunreinigung, Schiefstellung, sachgerechter Einbau und Umgebungsbedingungen.

Daher enthält die ISO 281:1990/Amd 2:2000 eine erweiterte Lebensdauergleichung, die über einen Lebensdauerbeiwert die Schmierung und Verunreinigungen des Lagers mit der Ermüdungs­grenze des Werkstoffs einbezieht.
Lnm=a1 aSKF (C/P)p

mit
Lnm = erweiterte SKF Lebensdauer (bei Erlebenswahrscheinlichkeit 100 – n %), Millionen Umdrehungen
a1 = Beiwert für die Erlebenswahrscheinlichkeit
aSKFv= SKF Lebensdauerbeiwert
C = dynamische Tragzahl, [kN]
P = äquivalente dynamische Lagerbelastung, [kN]
p = Exponent der Lebensdauergleichung
p = 3 für Kugellager
p = 10/3 für Rollenlager

Der Lebensdauerbeiwert aSKF fasst die komplexe Beziehung zwischen der Ermüdungsgrenzbelastung (Pu/P), den Schmierbedingungen (Viskositätsverhältnis ) und der Verunreinigung im Lager (c) zusammen. Der jeweilige Lebensdauerbeiwert aSKF ist aus den Diagrammen im Hauptkatalog und dem IEC in Abhängigkeit von der Lager­bauart, von c (Pu/P) für SKF Standardlager und SKF Explorer Lager sowie unterschiedlichen Werten des Viskositätsverhältnisses  abzulesen. Der Faktor c berücksichtigt die Verunreinigung des Schmierstoffs in der Lebensdauerberechnung. Der Einfluss der Verunreinigung auf die Lagerlebensdauer ist höchst komplex, und die Einflussgrößen können nur schwer quantifiziert werden. Daher lassen sich keine allgemeingültigen Werte für c angeben. Richtwerte sind Tabelle 1 zu entnehmen.

SKF Explorer sind gleichzeitig Wälzlager einer neuen Leistungsklasse, die in den für das Lager und seine typischen Anwendungen wesentlichen Leistungskennwerten erhebliche Vorteile aufweisen. Dieses neue Leistungsniveau entstand aus dem Wissen der SKF Fachleute über Lageranwendungen, der Erfahrung in Tribologie, Werkstoffentwicklung, Optimierung der Konstruktion und Fertigung.

Mit hochentwickelten Analyse- und Modellierungsverfahren und unterstützenden Tests konnten die Ingenieure bestätigen, dass SKF Explorer Lager bei den wesentlichen Betriebsparametern erheblich bessere Werte aufweisen.

Je nach Lagerbauart und -anwendung sind diese Parameter beispielsweise Geräusch, Schwingungen, Gebrauchsdauer, Maß­-stabilität, dynamische Tragfähigkeit und Wärmeentwicklung (Reibmoment). Diese Parameter werden in den standard­isierten Lebensdauer­berechnungen nicht angemessen berücksichtigt, wohl aber in der SKF Leb­ensdauerberechnung mit modi­-fizierten Lebensdauerbeiwerten.
SKF Explorer weisen einige technische Verbesserungen auf, unter anderem:

  • Besserer Wälzlagerstahl
  • Spezielle SKF Wärmebehandlungsverfahren
  • Verbesserte Oberflächen­beschaffenheit

Zur Online-Berechnung sind folgende Eingaben erforderlich

  • Lagerbezeichnung
  • Äquivalente Lagerbelastung
  • Drehzahl
  • Viskosität bei Betriebs­temperatur
  • Verunreingungsbeiwert c (Tabelle 1)

Ausgeben werden folgende Werte (Abb. 4):

  • Nominelle Lebensdauer in Millionen Umdrehungen (L10) und Betriebsstunden (L10h)
  • Erweiterte SKF Lebensdauer in Millionen Umdrehungen (L10m) und Betriebsstunden (L10mh)

Das Beispiel (Abb. 4) zeigt die überragende Leistungsfähigkeit von SKF Explorer-Lagern und die Bedeutung des Lebensdauerbei­werts aSKF. Die erweiterte SKF Lebensdauer eines SKF Explorer-Lagers ist ungefähr acht Mal so lang wie die nominelle Lebensdauer.

Reibungsmoment
Auch zur genauen Berechnung des Reibungsmoments im Lager setzt SKF auf einen vollkommen neuen Ansatz, bei dem vier ursachenabhängige Reibungs-
anteile berücksichtigt werden:
M = ish rs Mrr + Msl + Mseal + Mdrag
mit
M = Gesamtreibungsmoment, [Nmm]
ish = Schmierfilmdickenfaktor
rs = Schmierstoffverdrängungsfaktor
Mrr = Rollreibungsmoment, [Nmm]
Msl = Gleitreibungsmoment, [Nmm]
Mseal< = Reibungsmoment der Dichtungen [Nmm]
Mdrag = Reibungsmoment bedingt durch Strömungs-, Plansch- oder Spritzverluste [Nmm]

Die Reibung an allen Berührungsstellen im Lager und die Reibung der Dichtung und anderer externer Komponenten wird zur Abschätzung der Gesamtreibung im Lager zusammengefasst. Das Modell berücksichtigt dabei in Laufbahnen und Borde jede einzelne Berührungsstelle im Lager. Konstruktionsänderun­gen und Verbesserungen der Oberflächengüte beispielsweise können jederzeit eingebracht werden, so dass die Berechnung zu jeder Zeit die Verbesserungen der SKF Lager nachvollzieht. Genaue Angaben zur Berechnung des Reibungsmoments finden Sie im SKF Hauptkatalog und im IEC. Die Formeln für die Berücksichtigung der unterschiedlichen Reibungsanteile sind komplex. Das Programm im IEC erleichtert den Rechenvorgang jedoch erheblich.
Erforderliche Eingaben:

  • Lagerbezeichnung
  • Radial- und Axiallast
  • Drehzahl
  • Viskosität bei Betriebs­temperatur
  • Schmierstoffverdrängungsfaktor, sofern abweichend vom Standardwert
  • Art der Schmierung (gegebenenfalls Ölstand H)

Es werden folgende Werte errechnet (Abb. 5):

  • Rollreibungsmoment
  • Gleitreibungsmoment
  • Gegebenenfalls Reibungsmoment der Dichtungen
  • Gegebenenfalls strömungsver­lustabhängiges Reibungsmoment
  • Gesamtreibungsmoment
  • Verlustleistung

Überrollfrequenzen
Zustandsüberwachung kann helfen, die Gebrauchsdauer von Wälzlagern voll auszuschöpfen. Für die Zustandsüberwachung müssen jedoch lagerabhängige Schwingungsdaten bekannt sein. Mit dem Berechnungsprogramm im IEC können diese Daten be­-rechnet werden. Für SKF Wälz­-lager sind folgende Eingaben erforderlich:

  • Lagerbezeichnung
  • Drehzahl (Innen- bzw. Außenring).

Rechenergebnis (Abb. 6):

  • Frequenzen für die Zustands­überwachung.

Das IEC bietet zahlreiche, be­-nutzerfreundliche Anwendungen an. Zusätzliche Erweiterungen sind für die Zukunft geplant.


Grundlagen der Berechnungen

Die Screenshots mit den Berechnungsergebnissen beruhen auf folgendem Beispiel:
Ein SKF Explorer Rillenkugellager 6205 soll mit einer Drehzahl von 3 500 min-1 in einem ölgeschmierten Getriebe unter folgenden Bedingungen laufen:

  • Tatsächliche radiale Lagerbelastung Fr= 1,2 kN
  • Tatsächliche axial Lagerbelastung Fa= 0,5 kN
  • Innenring umlaufend, Außenring stillstehend
  • Betriebstemperatur +70 °C
  • Ölbadschmierung
  • Ölstand H = 2,5 mm oberhalb der Kante der Außenringlaufbahn, statisch.
  • Mineralöl mit einer kinematischen Viskosität von u= 100 mm²/s bei 40 °C.
  • Normale Sauberkeit bis leichte Verunreinigung, c = 0.5

 

 

 

 

 

 

 

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