Prüfstand beim Lagertest

Großlager - Ob das Wälzlager gut geschmiert und ausreichend gekühlt ist, kann bei hohen Drehzahlen über Leben oder Tod des Lagers entscheiden. Wer gute Produkte baut, muß ihre Leistungsfähigkeit nachweisen können. Das ist die Aufgabe des FAG-Prüfstands.

02. Mai 2005

Besonders auf die Thermodynamik kommt es bei großen Lagern an. Elasto-hydrodynamische Zustände (d. h. der Wälzkörper wird durch einen Schmierfilm von der Laufbahnoberfläche getrennt) zu erreichen, ist bei entsprechender Schmierstoffauswahl (Viskosität, Additivierung) kein Problem. Die Abführung der Verlustleistung muß allerdings sichergestellt sein. Konstruktionsbedingt, etwa durch verbesserte Oberflächenqualität, günstigere Gestaltung der Geometrie des Wälzkörper-Laufbahnkontakts, kann die Verlustleistung minimiert werden. Außerdem gibt es die Möglichkeit, das Lager konstruktiv derart zu gestalten, daß ein hoher Schmierstoffdurchsatz durch das Lager und somit eine gute Wärmeabfuhr (Lagerkühlung) Leistungsfähigkeit der Lager ständig auf dem laufenden zu sein, hat die FAG am Standort Schweinfurt eine besondere Prüfeinrichtung aufgebaut. Dort werden Lager geprüft mit Bohrdurchmessern bis zu 450 mm bei einer Drehzahl bis zu 1.500 1/min. Prüfstand unter der Lupe Ein Prüfstand für Großlager muß vor allem vielseitig sein. Sein Können muß genau auf die späteren Einsätze der Lager abgestimmt sein.

¦ Lager mit Bohrungsdurchmessern zwischen 350 mm und 450 mm müssen prüfbar sein.

¦ Der Prüfstand muß kleinste Lasten (P/C= 1 - 5 %) sicher und mit geringen Abweichungen aufbringen können.

¦ Die Prüflingsdrehzahl sollte weit oberhalb der kinematischen Kataloggrenze liegen (hier: 1.500 1/min).

¦ Die Sensorik muß in der Lage sein, sowohl die Außenring- als auch die Innenringtemperaturen (telemetrisch) des Prüflings zu erfassen.

¦ Sowohl die Käfig- als auch die Wälzkörperdrehzahl des Prüflings muß sicher messbar sein. Um Wälzkörperschlupf zu erfassen, ist eine selektive Drehzahldarstellung der Wälzkörperdrehzahl nach lastfreier und belasteter Zone erforderlich.

Im folgenden werden die Prüfeinrichtung der FAG in Schweinfurt beschrieben und einige Versuchsergebnisse vorgestellt. Neben dynamischer Belastung (Schwell-, Wechsel- und Stoßlasten) ist am Prüfstand eine dynamische Verkippung des Außenringes eines Pendelrollenlagers gegen den Innenring möglich. Die Sensorik des Prüfstandes ermöglicht eine Erfassung der Lagertemperaturen (rotierender Ring mittels Telemetrie), der Käfigdrehzahl und der Drehzahl eines Wälzkörpers. Ein wassergekühlter Asynchronmotor dient als Antrieb. Er ist derart ausgelegt, daß neben einer Beschleunigung auf eine Prüflingsdrehzahl von 1.500 1/min auch ein gezieltes ›Abbremsen‹ möglich ist. Die Kraftübertragung erfolgt über eine automatisch (bei Überschreiten des zulässigen Antriebsmomentes) ausrückende Sicherheitskupplung. Die Prüfstandswelle ist in einer Kombination aus Kegelrollenlagerpaar (Festlager) und Zylinderrollenlager (NU-Lager, Loslager) gelagert. Das Prüflager befindet sich in einer Prüfkassette. Diese ist kippbar über einen Hydraulikzylinder angeordnet. Die Radiallast wird über symmetrisch angeordnete Hydraulikzylinder aufgebracht, die Axiallast über einen direkt an der Prüfkassetten-Aufnahme angebrachten Zylinder. Dynamische Lastaufbringung (schwellend/wechselnd) bis zu einer Frequenz von jeweils 1 Hz ist möglich. Zudem kann eine Verkippung des Lageraußenrings gegen den Innenring um bis zu 1° mit einer Frequenz von bis zu 1 Hz aufgebracht werden. Bei dem beschriebenen Test eines Lagers handelt es sich um ein ›FAG 23188 MB.C3‹. Dieses besitzt laut Katalog eine kinematsche Grenzdrehzahl von 700 1/min. Dies ist ein typisches Lager für den Einsatz in Papiermaschinen (z. B. in Naßpressen). Die Besonderheit des Pendelrollenlagers liegt darin, daß Wellendurchbiegungen durch pendelnde Einstellung des Innenrings gegen den Außenring im Betrieb ausgeglichen werden können. Eine derartige Durchbiegung tritt an den schlanken Walzen der Papiermaschinen auf. Der Prüfling wurde bei verschiedenen Versuchsbedingungen geprüft. Die im folgenden Beispiel dargestellten Ergebnisse hinsichtlich Lagerthermodynamik entsprechen einer beispielhaft ausgewählten Versuchsreihe mit Drehzahlen bis zu n=1.050 1/min. Ein Ölvolumenstrom von 1,8 l/min führte bei P/C=0,1 und einer Drehzahl von 350 1/min zu Beharrungstemperaturen von 80 °C am Lagerinnen- und 70 °C am Lageraußenring. Das heißt die Temperaturen sind moderat, trotz der für diesen Betriebszustand geringen Schmierstoff menge. Wird die Schmierstoffmenge um den Faktor 4 gesteigert (d. h. auf 7,2 l/min) ergeben sich Beharrungstemperaturen von 60 °C am Innen- und 55 °C am Außenring. Für die Betriebsbedingungen gibt der Lagerhersteller als Empfehlung für den Ölvolumenstrom einen Wert von 3 l/ min für Wälzlager 23188 in Naßpressen von Papiermaschinen an. Der Vergleich am Prüfstand hat gezeigt, daß FAG-Lager diesen Typs bereits mit einer weitaus geringeren Menge (1,8 l/min) hinreichend geschmiert und gekühlt werden. Somit bieten die Empfehlungen eine ausreichende Sicherheitsreserve. Dies ist insbesondere für den Betrieb der hochsensiblen Papiermaschinenlagerungen absolut erforderlich.

Dr.-Ing. J. Spielfeld, FAG

Erschienen in Ausgabe: 03/2005