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Getriebe wie aus einem Guss

Im Herbst letzten Jahres hat die Schweizer Getriebesoftware-Schmiede KISSsoft Berechnungsfunktionen von SKF zur Auslegung von Lagern in ihr Programm integriert. Dank des nun eingebauten SKF Lagermoduls können die Anwender sofort auf aktuelle Daten und Technologien von SKF zugreifen. Diese Direkt-Anbindung ermöglicht einen besonders reibungslosen Arbeitsprozess bei der Entwicklung neuer Getriebedesigns.

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Bei der Nutzung des Programms konstruiert der Ingenieur – im Grunde wie gewohnt – ein Getriebe in KISSsoft. Dabei ist er aber zusätzlich mit der SKF Cloud verbunden und ruft über diese auch Lagerlebensdauerberechnungen auf. Die entsprechenden Resultate basieren auf extrem schnellen, cloudbasierten Berechnungsfunktionen, bei denen die Betriebsbedingungen des gesamten Systems im Rahmen der Berechnung der Lebensdauer einzelner Lager berücksichtigt werden. Dadurch wird die geplante Getriebekonstruktion quasi „live“ überprüft. Das steigert die Realitätsnähe und Effizienz des gesamten Vorgangs, weil der Nutzer von Anfang an die passende Lagerauswahl treffen kann.

Außerdem gestaltet sich der Arbeitsprozess für den Benutzer recht einfach: Zuerst erstellt der Anwender ein vollständiges Getriebemodell in KISSsoft. Anschließend, nach einmaliger Registrierung für das SKF Lagermodul, wird automatisch dessen Berechnungsfunktion aufgerufen, wenn die Lagerlebensdauer gemäß der Methode „Erweiterte Lagerlebensdauer nach ISO 281“ berechnet wird. Diese Methode kann in KISSsoft im Fenster „Basisdaten“ des Lagers ausgewählt werden und sollte unbedingt Anwendung finden, wenn man die Effekte von Schmierung und Verunreinigung berücksichtigen will.

Erweiterte Lebensdauer nach ISO 281
Wenn die Option „Erweiterte Lebensdauer“ NICHT ausgewählt ist, wird die nominelle Lebensdauer des Lagers nach ISO 281 (L10, nachstehend als „nominelle ISO 281“ bezeichnet) berechnet, die lediglich Belastung und Drehzahl einbezieht. Bei modernen, hochwertigen Lagern kann die berechnete nominelle Lebensdauer in einer Anwendung aber deutlich von der tatsächlichen Lebensdauer abweichen.

Die Lebensdauer in einer bestimmten Anwendung hängt nicht nur von der Belastung und der Lagergröße ab, sondern auch von diversen Einflussfaktoren wie Schmierung, Grad der Verunreinigung, ordnungsgemäßer Montage und sonstigen Umgebungsbedingungen. Die Methode „Erweiterte Lebensdauer“ nach ISO 281:2007 (L10m, nachstehend als „erweiterte ISO 281“ bezeichnet) verwendet einen erweiterten Lebensdauerbeiwert (aISO) als Ergänzung der nominellen Lebensdauer.

Hinsichtlich der „SKF Lebensdauer“ kommt beim Lebensdauerbeiwert aSKF dasselbe Konzept einer Ermüdungsgrenzbelastung Pu zum Tragen, wie es auch in der erweiterten ISO 281 der Fall ist. Um drei der wichtigsten Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen, berücksichtigt der Lebensdauerbeiwert aSKF wie in der erweiterten ISO 281 die Schmierbedingungen, die Belastung mit Bezug zur Ermüdungsgrenzbelastung des Lagers sowie einen Beiwert ηc für den Grad der Verunreinigung.

SKF Lebensdauer statt erweiterter ISO 281
Die erweiterte Lebensdauer nach ISO 281, welche die Schmier- und Verunreinigungsbedingungen berücksichtigt, kann auch ohne Aktivierung des SKF Lagermoduls in KISSsoft berechnet werden. Die Verwendung dieser ISO-Methode kann im Rahmen einer Bauartzertifizierung erforderlich sein; allerdings handelt es sich dabei nicht unbedingt um die zuverlässigste Methode für die Prognose der Lagerlebensdauer. Die SKF Lebensdauer stellt eine verbesserte Version der erweiterten ISO 281 dar, wobei neueste Erkenntnisse in den Bereichen Tribologie und Werkstoffe in Wälzlagern berücksichtigt werden.

Der Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht in der Berechnung des Lebensdauerbeiwerts (aISO vs. aSKF), was einen entscheidenden Einfluss auf die berechnete Lagerlebensdauer haben kann.

SKF Lebensdauer für ein Lager der SKF Explorer-Leistungsklasse
Der Unterschied zwischen SKF Lebensdauer und der erweiterten Lebensdauer nach ISO 281 zeigt sich am deutlichsten bei Lagern der SKF Explorer-Leistungsklasse: Diese Lager sind höher belastbar und bieten eine längere Lebensdauer. Ihre optimierte innere Geometrie verringert Reibung, Verschleiß und Wärmeerzeugung, was sie im Endeffekt robuster macht. Dazu trägt auch eine spezielle Oberflächenbehandlung bei, die zudem die Schmierbedingungen verbessert.

Die SKF Lebensdauer berücksichtigt die Vorteile der SKF Explorer-Lager in vollem Umfang, wohingegen sie bei der Methode „Erweiterte ISO 281“ nur teilweise abgedeckt werden. Um die verbesserte Lebensdauer dieser Lagerberechnung in vollem Umfang nutzen zu können und dadurch die Maschinenlebensdauer zu optimieren, ist es erforderlich, die SKF Lebensdauer mithilfe des SKF Lagermoduls zu berechnen. Die Resultate der beiden Methoden zur Berechnung der Lebensdauer werden in einem KISSsoft-Protokoll angezeigt und können so ganz einfach verglichen werden.

Stets auf dem neuesten Stand der Lagerkonstruktion
Mit dem Lagermodul wird eine direkte Verbindung zum „geheimsten“ SKF Know-how hergestellt, also zu den exakten Daten der inneren Geometrie und den genauen Herstelldaten der Lager. Zwar werden dem Benutzer nicht alle diese Daten offengelegt, ihre Auswirkungen auf die Lagerlebensdauer jedoch bei der Berechnung komplett berücksichtigt.

Außerdem werden sämtliche Aktualisierungen in den Bereichen Konstruktion und Herstellung sowie Änderungen im Lagersortiment nahezu in Echtzeit umgesetzt, da die cloudbasierte Funktion permanent mit Updates der SKF Lagerdatenbank versorgt wird. Dadurch erhält der Benutzer Zugriff auf das neueste Sortiment mit jüngsten Geometriedaten und kann – auch unabhängig von der „statischen“ Lagerdatenbank in KISSsoft – topaktuell arbeiten.

Lagerlebensdauerparameter
Das Lagermodul führt die folgenden Lagerberechnungen durch: SKF Lebensdauer (L10m), nominelle Lebensdauer nach ISO 281 (L10), äquivalente dynamische Lagerbelastung (P), Lastverhältnis C/P, Viskositätsverhältnis (κ), Verunreinigungsbeiwert (ηC) und Lebensdauerbeiwert (aSKF). Alle diese Ausgangsparameter stehen in Beziehung zur Lagerbelastung und Lebensdauer unter den jeweiligen Betriebsbedingungen des Systems.

Die Entwicklung des SKF Lagermoduls endet aber nicht an diesem Punkt. Tatsächlich werden sich in zukünftigen Versionen des Moduls weitere Lagerberechnungsparameter finden. Man denke beispielsweise an Lagerreibung und Lagerverlustleistung, Fettlebensdauer und Fettnachschmierintervall, statische Sicherheit, Lager-Erregerfrequenzen etc.. Zusätzlich zur technischen Auswertung kann ein Konstrukteur bereits zu Beginn eine Auswahl unter „beliebten Produkten“ treffen, d. h., unter Lagern mit einer hohen Verfügbarkeit und somit einem besonders interessanten Preis-Leistungs-Verhältnis.

Ergo ist das SKF Lagermodul eine schnelle, moderne und benutzerfreundliche Cloud-Funktion für Konstrukteure, die dem Anwender Schritt für Schritt Zugang zu sämtlichen Technologien für das Design von Getriebe-Lagerungen bietet.

Neueste SKF Methode zur Berechnung der Lebensdauer
Bis vor Kurzem war keines der gängigen Modelle zur Berechnung der Lagerlebensdauer in der Lage, die Vorteile von Hybridlagern vollständig zu quantifizieren. Hybridlager verfügen über Ringe aus Lagerstahl und spezielle Wälzkörper aus Siliziumnitrid. Dadurch sind sie elektrisch isolierend. Außerdem halten sie unter widrigen Schmierbedingungen und bei starker Verunreinigung sowie bei hohen Drehzahlen meist länger als reine Stahl-Lager.

Dank bedeutender Fortschritte bei der Modellierung der Oberflächenlebensdauer ist es SKF nun gelungen, die Lebensdauerberechnung von Hybridlagern in das so genannte SKF „Generalized Bearing Life Model“ (GBLM) einfließen zu lassen. Bei diesem Modell findet eine effektive Trennung zwischen Ausfallmodi an der Oberfläche und Ausfallmodi unter der Oberfläche statt. Deshalb lässt sich mit Hilfe dieses Modells die Lebensdauer von Hybridlagern so realistisch vorhersagen wie nie zuvor. Allerdings kann es bei Hybridlagern aufgrund ihrer höheren Steifigkeit während hoher Belastungen zu Konzentrationen von größeren Belastungen unter der Oberfläche kommen. Mit SKF GBLM kann dieses Verhalten hervorragend abgebildet werden – auch via SKF Lagermodul in KISSsoft.

*Hedzer Tillema ist Product Line Manager Engineering Tools bei SKF in Houten (Holland).