Online-Wälzlagerberechnungsprogramm für eine detaillierte Reibungsberechnung

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Energieeffizienz, CO2-Ausstoß und Klimawandel sind beherrschende Schlagworte unserer Zeit. Es wird sehr viel Aufwand seitens der Industrie getrieben, um die Wirkungsgrade von Maschinen und Anlagen ständig zu erhöhen. Ein wichtiger Beitrag hierzu ist die reibungsoptimierte Gestaltung von Wälzlagerungen. Zu diesem Zweck hat der Anbieter aus Herzogenaurach ein neues, analytisches Modell zur Berechnung der Wälzlagerreibung entwickelt und in das eigene Wälzlagerberechnungsprogramm Bearinx implementiert.

EXKLUSIV IN KEM Der Autor Dr.-Ing. Oliver Koch ist Teamkoordinator Wälzlagersimula- tion bei der Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, Herzogenaurach

Schaeffler stellt Kunden und Anwendern eine detaillierte Reibungsberechnung mit dem neuen „Bearinx“-Online-Modul „Easy Friction“ online und kostenlos zur Verfügung. Nach einer Erst-Registrierung unter http://Bearinx-online-easy-friction.schaeffler.com, die nur wenig Zeit in Anspruch nimmt, kann sofort mit der Berechnung begonnen werden. Mit diesem Modul können für die Wälzlager einer zweifach gelagerten Welle das Reibmoment und die Lebensdauer nach ISO/TS 16281 unter Berücksichtigung der Lagerschiefstellung aufgrund von Wellenbiegung berechnet werden. Die Algorithmen von Bearinx-online Easy Fric- tion sind identisch mit denen von Bearinx [1] , das bei Schaeffler eingesetzt wird. Dieses Berechnungsprogramm berücksichtigt unterschiedliche Einflussgrößen, wie die Elastizität der Welle, die Kontaktspannungen aus nicht-Hertz’schen Berechnungsverfahren und natürlich die Innengeometrie des Lagers (Profilierung, Schmiegung, Druckwinkel, Betriebsspiel [2]. Die so ermittelten Pressungsverteilungen in jedem einzelnen Kontakt sind die Eingangsgrößen für die Reibungsberechnung. Unter Berücksichtigung eines geeigneten Rheologiemodells und der Elastohydrodynamischen Theorie (EHD) kann dann das Lagerreibmoment berechnet werden [3].
Berücksichtigung der Roll- und Gleitreibungsanteile
In dem Reibmodell werden die im Lager auftretenden Roll- und Gleitreibungsanteile berücksichtigt, also die Rollreibung aus der Werkstoffhysterese und der Schmierstoffkompression sowie die Gleitvorgänge durch Bohrreibung und Differenzialschlupf und makroskopisches Gleiten im Rolle-/Bordkontakt von beispielsweise Zylinderrollenlagern und Kegelrollenlagern. Außerdem kann mit Bearinx-online Easy Friction das Reibmoment sowohl von öl- als auch von fettgeschmierten Lagern ermittelt werden. Planschverluste und Dichtungsreibung sind ebenfalls berücksichtigt. Damit bietet das Programm deutliche Vorteile gegenüber den empirischen Katalogverfahren zur Reibungsberechnung der einzelnen Wälzlagerhersteller, die eine niedrigere Modellgüte bieten und nur die Einflussparameter Last, Drehzahl, Schmierstoff und Temperatur berücksichtigen. Bei Bearinx-online Easy Friction handelt es sich hingegen um ein physikalisch basiertes Modell, das zudem zusätzliche Einflussparameter wie Verkippung der Lagerringe, Lagerinnengeometrie (inklusive Bordgeometrie und Profilierung), Dichtung, Schmierbedingungen und Spiel in die Berechnung einbezieht. Die Reibungsberechnung wurde anhand umfangreicher Versuche validiert.
Selbsterklärende Menüführung – einfache Dateneingabe
Die selbsterklärende Menüführung ermöglicht eine schnelle und einfache Dateneingabe für Modellaufbau, Lagerauswahl und Betriebsbedingungen. Dabei kann die Lageranordnung für das elastische Wellensystem mit Fest-/Loslagerung oder als angestellte Lageranordnung modelliert werden. Die Geometriedaten der INA- und FAG-Wälzlager werden komfortabel aus einer integrierten Datenbank geladen. Als Betriebsdaten werden die Belastungen auf das Wellensystem, die Wellendrehzahl, die Lagerluftklasse beziehungsweise axiale Vorspannung der Wälzlager eingegeben. Angaben zum Schmiermittelmedium schließen die Eingabe ab.
Die Ergebnis der Berechnung, also die Lebensdauer, das Reibmoment und die resultierenden Lagerbelastungen werden in einer übersichtlichen Ergebnisansicht dargestellt.
Berechnung verschiedener Lagerbauarten
Berechnen lassen sich die Lagerbauarten Rillenkugellager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Nadellager und Zylinderrollenlager. Durch Austausch der Lager lassen sich verschiedene Lagerungskonzepte schnell und komfortabel miteinander vergleichen. So wird eine effiziente und auf Reibung optimierte Lageranordnung ermöglicht. Alle Eingabedaten lassen sich lokal speichern. Dadurch können relevante Änderungen an einem bestehenden Vorgang schnell durchgeführt werden, die Daten müssen nicht doppelt eingegeben werden. Darüber hinaus ist ein Austausch der gespeicherten Datei mit dem Schaeffler-Ingenieurdienst möglich, um eine optimale Lagerauslegung zu erreichen. Dokumentiert werden die Eingabedaten und die Berechnungsergebnisse in einer pdf-Datei [4].
Energieeffizienz präzise berechnen
Mit dem neuen Bearinx-online-Modul „Easy Friction“ ist es für jeden möglich, die Energieeffizienz unterschiedlicher Lageranordnungen unter Berücksichtigung der Lebensdauer in Anwendungen präzise zu berechnen. Damit kann bereits in einem frühen Konstruktionsstadium das höchste Einsparpotenzial eines Systems ermittelt werden. Dies stellt die Voraussetzung dar, um reibungsreduzierte Lager optimal einzusetzen oder um durch Downsizing die Leistungsdichte und damit die Energieeffizienz von Anwendungen weiter zu erhöhen.
Schaeffler; Telefon: 09721/91-3400; E-mail: martin.adelhardt@ schaeffler.com
Literatur
[1] Schaeffler KG; Bearinx – Kompetenz für Wälzlagerberechnung, 1998
[2] Koch, O., Plank, R., Weber, J.; Energieeffizienz durch Wälzlagerungen –Analytische Werkzeuge zur Minimierung der Wälzlagerreibung in Getrieben, ATK, Aachen, 2009
[3] Koch, O., Plank, R., Weber, J.; Analytisches Modell zur Berechnung und Minimierung der Wälzlagerreibung, VDI-Tagung Gleit- und Wälzlagerungen, Wiesloch, 2009
[4] Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG; Bearinx-online Easy Friction, 2011
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