Innovatives Lagerkonzept ermöglicht Einsatz selbst bei mineralischen Stäuben Starker Partner für‘s Extreme - KEM

Innovatives Lagerkonzept ermöglicht Einsatz selbst bei mineralischen Stäuben

Starker Partner für‘s Extreme

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Das Klassifizieren (Sichten) von mineralischen Stäuben stellt extreme Anforderungen an die Lager im Sichter. Da dessen Abdichtung aufgrund hoher Umfangsgeschwindigkeiten als Labyrinth ausgeführt ist, war es unumgänglich die Lagerung spielfrei zu gestalten. Es wurden verschiedene Lagerungsanordnungen entworfen und mithilfe eines Berechnungsprogramms bewertet.

Exklusiv in kem Rupert Motschenbacher ist Key Account Manager im Segment Metallindustrie bei der SKF GmbH, Solution Factory, Schweinfurt

Im April 2010 wurde die Solution Factory Schweinfurt offiziell eröffnet. SKFs Ideenschmiede gibt ihren Kunden die Möglichkeit, die SKF Ingenieure und Techniker in ihre Projekte und Optimierungen mit einzubinden.
Maßgeschneiderte Lösungen
Das Ziel der Solution Factory Schweinfurt ist es, eine Effizienzsteigerung beim Anwender durch SKF-spezifisches Produkt-, und Branchen-Know-how zu erzielen. Das heißt, dem Kunden wird eine maßgeschneiderte Lösung angeboten, die individuell auf seine Anlage und den Prozess abgestimmt ist, um die bestmögliche Leistungssteigerung zu ermöglichen. Diese Unterstützung geht in der Regel weit über eine Lagerempfehlung hinaus.
Speziell bei Anpassungskonstruktionen ist SKF neben umfassender Beratung und intensiver Projektarbeit mit dem Anwender in der Lage, sowohl die konstruktive Ausarbeitung als auch die Fertigung eventuell anfallender Bauteile zu übernehmen. Der Vorteil für den Kunden ist dabei, alles aus einer Hand zu beziehen und immer den richtigen Ansprechpartner zu haben, da nur durch intensive Zusammenarbeit ein optimales Ergebnis erreicht werden kann.
Beispielhaft für einen solchen Fall wird im Folgenden eine Anwendung bei Ecutec Barcelona vorgestellt. Die Firma entwickelt unter anderem Anlagen zum Klassifizieren (Sichten) von mineralischen Stäuben in extrem feinen Korngrößen (1 µm und kleiner). In einem ersten Gespräch wurde deutlich, dass die Anforderungen an die Lager im sogenannten Sichter extrem sind.
In solchen Anwendungen tritt in der Regel eine hohe Kontamination mit Fremdpartikeln auf. Die Anforderungen an das Dichtsystem sind demzufolge sehr hoch. Die Drehzahl, die den Sichtprozess in entscheidendem Maße beeinflusst, sollte so hoch wie nur möglich realisiert werden. Da die Abdichtung des Sichters augrund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten als Labyrinth ausgeführt wurde, war es unumgänglich, die Lagerung spielfrei zu gestalten. Für einen ersten Vorschlag wurden verschiedene Lagerungsanordnungen entworfen und ihre Eignung mithilfe eines Grundlagenprogramms für Wälzlagerungen bewertet.
Umfassendes Berechnungstool
„SKF Bearing Beacon“ ist ein umfangreiches Berechnungsprogramm für Wälzlagerungen, das von den Beratungsingenieuren genutzt wird, um anwenderspezifische Problemstellungen optimal zu lösen. Das Programm verfügt über eine grafische 3D-Modellierungsumgebung für elastische Systeme, in die auch Umbauteile einer Lagerung eingebunden werden können. Die Software kombiniert die Fähigkeit, allgemeine mechanische Systeme unter Verwendung von Wellen, Zahnrädern und Gehäusen darstellen zu können mit der Möglichkeit, anhand eines genauen Lagermodells das Systemverhalten in einer virtuellen Umgebung eingehend untersuchen zu können.
Damit lassen sich auch Berechungen zur Wälzermüdung durchführen, die auf der allgemeinen Formulierung der erweiterten SKF-Lebensdauer aufbauen. Das umfangreiche Berechnungsprogramm ist das Ergebnis mehrjähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit.
Mindestlast erforderlich
Bei den Berechnungen wurde deutlich, dass die für einen zuverlässigen Betrieb erforderliche Mindestlast nicht sichergestellt werden kann. Der Zusammenhang zwischen Belastung und Lebensdauer ist bei sehr geringen Lasten weniger deutlich. Hier werden andere Versagensmechanismen wirksam als Ermüdung.
Um einen möglichst schlupffreien Betrieb eines Wälzlagers sicherzustellen, muss eine bestimmte Mindestbelastung auf das Lager wirken. Als allgemeine Richtlinie gilt für Rollenlager eine Mindestbelastung von 0,02 C, das heißt 2 % der dynamischen Tragzahl, und für Kugellager 0,01 C. Die Mindestbelastung ist von besonderer Bedeutung bei Lagerungen, die hohen Beschleunigungen ausgesetzt sind oder mit hohen Drehzahlen umlaufen, die im Bereich von 50 % und mehr der in den Produkttabellen angegebenen Grenzdrehzahlen liegen.
Wenn jedoch in der Anwendung die erforderliche Mindestbelastung nicht erreicht wird, sind die Lager zusätzlich zu belasten. Dies kann beispielsweise über das Vorspannen mit Federn geschehen. Ein typisches Schadensbild aufgrund einer nicht erreichten Mindestlast sind so genannte Anschmierungen.
Um die Lagerung an die hohen Anforderungen anzupassen, wurde Ecutec empfohlen, die ursprünglich geplanten Pendelrollenlager durch ein Zylinderrollenlager auf der Loslagerseite und zwei gepaarte Kegelrollenlager auf der Festlagerseite zu ersetzen. Zylinderrollenlager haben in der Regel eine geringere Mindestlast, die im Betrieb des Sichters „Alpha 1200“ sichergestellt werden kann. Die angestellte Kegelrollenlagerung wurde durch Druckfedern unterstützt, um auch hier eine definierte Last gewährleisten zu können.
Schmierung überarbeitet
Im Lagerkonzept wurde auch die Schmierung überarbeitet. Hierbei kam ein Schmiersystem von SKF Lubrication Systems zum Einsatz. Die erforderlichen Schmiermengen und ein geeignetes Fett wurden in Zusammenarbeit mit Ecutec ausgewählt.
Von SKF wurden weiter die Einbautoleranzen und die Montageanweisung vorgegeben. Ein wesentlicher Punkt beim Anstellen von Lagern ist es, die Temperaturbedingungen genau zu kennen. Entscheidend dabei ist der Temperaturgradient zwischen Innen- und Außenring. Je wärmer der Innen- im Verhältnis zum Außenring ist, desto mehr verringert sich die im Lager vorhandene Lagerluft. Im schlimmsten Fall sind die Lager so sehr vorgespannt, dass sie aufgrund dieser Vorspannung so viel Wärme erzeugen, dass wiederum die Vorspannung kontinuierlich zunimmt. Dieses Phänomen bedingt zusätzliche Wärme und der Teufelkreis endet in der Regel mit der völligen Zerstörung der Lagerung.
Bei der Lösung, die von Ecutec umgesetzt wurde, haben die Lager die Möglichkeit, sich über die Federvorspannung zu entspannen. Die Lagerluft wurde gerade so groß gewählt, dass der Labyrinthring des Sichters nicht kollidieren kann. Nach Inbetriebnahme hat sich dieses System bewährt. Die Lager laufen bei optimaler Betriebstemperatur und es sind keinerlei Startschwierigkeiten aufgetreten.
Die Solution Factory Schweinfurt ist in der Lage, aus Branchen- und Produktwissen eine geeignete Lösung zu erarbeiten, die eine deutliche Effizienzsteigerung der Anlagen bewirkt. Dank einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit Ecutec und dem Maschinenbau Mühldorf konnte eine zuverlässige Lagerung inklusive eines passenden Schmiersystems realisiert und somit die Effizienz der Sichter merklich gesteigert werden.
SKF; Telefon: 09721 563828; E-Mail: technische.beratung @skf.com
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