Wie wird ein Wälzlager belastet?

Wälzlager sind Maschinenelemente von mechanischen Baugruppen und trennen in der Regel ortsfeste Gehäuse von rotierenden Wellen. Dabei leiten sie die auf die rotierende Welle wirkenden Kräfte in das Gehäuse weiter. Auf die Wellen wirken, bezogen auf die rotierende Wellenachse, Kräfte in radialer und axialer Richtung. Je nach Bauform der Lager können diese Lastkollektive kombiniert oder einzeln aufgenommen und übertragen werden. Bei Wälzlagern werden der im Gehäuse befindliche Außenring und der auf der Welle befindliche Innenring durch Wälzkörper getrennt, die als Kugeln, Zylinder oder Kegel ausgeführt sind. Die Relativbewegung von Innen- und Außenring verursacht eine Rollbewegung der Wälzkörper, bei der es das Ziel ist, Gleitbewegungen soweit möglich zu vermeiden.

Die PWFT entwickelt und baut Prüfstände, mit denen Sie einzelne oder kombinierte Lastkollektive aufbringen können. Die ermittelten Prüfdaten geben Ihnen Einsicht in Belastungen der Lager bei variierenden äußeren Stellgrößen und deren Einfluss auf die Lagerlebensdauer.

Wälzlager sind Lastkollektiven ausgesetzt. Eine wesentliche Lastgröße sind die auf das Lager wirkenden Kräfte. Dabei wird in der Regel zwischen axialen und radialen Kräften unterschieden. Die axialen Kräfte wirken in Richtung der Wellenachse, radiale Kräfte stehen senkrecht auf der Wellenachse. Die Lagerkräfte resultieren aus den im mechanischen System wirkenden Kräften und Momenten. Neben den mechanischen Lasten sind die Lager thermisch belastet. Die thermischen Lastkollektive setzen sich zusammen aus einem äußeren Wärmeeintrag durch die umgebenden Maschinenkomponenten und einer Temperaturentwicklung auf Grund der Lagerreibung. Die Rollreibung und unerwünschte Gleitreibungsanteile zwischen Wälzkörpern und Lagerringen erzeugt Wärme. Die Temperaturentwicklung des Lagers ist von den tribologischen Bedingungen innerhalb des Lagers, der Bewegungsgeschwindigkeit (Drehzahl) und den Lagerkräften abhängig und hat einen Einfluss auf den Verschleiß und die Lebensdauer des Lagers.

Die PWFT entwickelt und baut Prüfstände, mit denen Sie spezifische Lastzustände in Ihren Lagern erzeugen können.

Die Entwicklungen erfolgen nach Kundenanforderung. Kombinierte Lastkollektive aus axialen und radialen Kräften können ebenso variiert werden wie Schmierung und Verschmutzung. Als Überwachungsgrößen stehen Ihnen die Kräfte Temperaturen und Schwingungen zur Verfügung.

Die Wälzlagerhersteller geben für Ihre Produkte nominelle Lebensdauern an. Da die Anwendungen, Baugrößen und Belastungen der Lager sehr unterschiedlich sind, werden diese Angaben an Lastkollektive und Einbauvoraussetzungen geknüpft. Wälzlager zählen hinsichtlich der angegeben bzw. vorausgesagten Lebensdauern zu den eher sicheren Maschinenelementen. Dennoch kommt es vor, dass Lager die errechnete nominelle Lebensdauer nicht erreichen. Die Gründe hierfür sind vielfältig. Ausfälle können auf der Herstellerseite auf eine fehlerhafte konstruktive Auslegung, Materialfehler oder Abweichungen im Fertigungsprozess, wie beispielweise eine Überhitzung beim Schleifen, zurückzuführen sein. Auf der Anwenderseite können ein unsachgemäßer Einbau, falsche Betriebsbedingungen oder Fehler in Schmierung und Wartung ursächlich sein. Unterschiedliche Schadensursachen führen zu verschiedenen Schadensbildern. Im Falle eines Ausfalls ist eine eindeutige Schadensursache aber nicht immer gegeben. Die Wälzlagerhersteller versuchen bereits im Entwicklungsprozess und vor Serienstart die Lager unter Einsatzbedingungen zu erproben.

Die PWFT baut Wälzlagerprüfstände nach Kundenspezifikation und ermöglicht Ihnen die Lebensdauererprobung in realitätsnahen Belastungssituationen.

Bei der Entwicklung von Wälzlagern müssen verbindliche Aussagen zu Lagerbelastungen und Lagerlebensdauer gemacht werden. Die Wälzlagerhersteller entwickeln Lager vielfach für spezifische Anwendungen und Anforderungen der Kunden und möchten insbesondere bei Serienproduktionen bereits im Entwicklungsprozess, wenn noch keine Felderfahrung vorliegt, die Lager unter Einsatzbedingungen erproben. Bei der Auslegung und Konstruktion der Lager kommen zunehmend Simulationssysteme zum Einsatz, die spezifische Belastungssimulationen mit numerischen Rechenalgorithmen nachbilden. Simulationssysteme helfen in der Regel, die Belastungen auf eine Lagergestaltung im Konstruktionsentwurf besser abzuschätzen. Sie machen die Prototyperprobungen im Entwicklungsprozess effizienter, wenn sie mit einer guten Simulationsvorhersage zur Entwicklung passgenauer Prototypen beitragen. Damit lassen sich Iterationsschleifen und die damit verbundenen Zeiten und Kosten einsparen. Die Vorhersagegüte von Simulationssystemen ist aber begrenzt und muss verifiziert werden. In der Vorserienphase muss diese Verifizierung mit Prüfungen im Wälzlagerprüfstand erfolgen. Dies gilt in verstärkter Weise dann, wenn die Lastkollektive und Wirkmechanismen spezifischer Einsatzsituationen simulativ nur bedingt genau beschrieben werden können. Insbesondere diesen Fällen kann auf eine Erprobung im Prüfstand nicht verzichtet werden. Wälzlagerprüfstände und Simulationssysteme sind also ergänzend zu sehen.

Die PWFT entwickelt und baut Wälzlagerprüfstände nach Kundenanforderung. Als kompetenter Entwicklungspartner und Prüfstandsbauer unterstützen wir unsere Kunden gerade bei Last- und Einsatzsituationen die vom Standard abweichen. Wir stellen uns auf Ihre spezifischen Anforderungen ein.

Die Verschmutzung von Lagern ist eine sehr häufige Ursache für einen vorzeitigen Lagerausfall. Sowohl die Lagerhersteller als auch deren Kunden treiben große Aufwände, um die Verschmutzung der Lager zu vermeiden. Es werden Abdichtungssysteme für Schmutzpartikel unterschiedlicher Größe und Konsistenz, für Fluide und Feststoffe entwickelt. Je nach Anwendung ist die sichere Vermeidung einer Verschmutzung aber schwierig. Daraus resultiert der Wunsch, die Abdichtungen im Vorfeld einer Serienanwendung unter realistischen Einsatzbedingungen auf Tauglichkeit zu prüfen.

Die PWFT hat einen Prüfstand entwickelt, mit dem Sie dosierte Schmutzmengen in ein Gehäuse eintragen können. Das System erlaubt die definierte Zuführung von Fluiden und Feststoffen und erfasst den Schmutzeintrag in die Lager sowie die Auswirkungen auf die Lagerlebensdauer.