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Lagerauslegung

Verbindung von SKF zu Kisssoft: Neue Getriebedesigns nahtlos entwickeln

| Autor/ Redakteur: Hedzer Tillema / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Kisssoft hat die von SKF neu entwickelte Funktion zur Auslegung von Lagern in seine Berechnungssoftware integriert. Der Vorteil: Entwickler und Konstrukteure haben damit direkten Zugriff auf die Lagertechnologien und Lagerdaten von SKF.

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Mit dem neuen
Mit dem neuen "SKF Lagermodul" in Kisssoft haben Ingenieure direkten Zugriff auf die Lagertechnologien und Lagerdaten von SKF. Diese Verbindung ermöglicht einen nahtlosen Arbeitsprozess beim Entwickeln eines neuen Getriebedesigns.
(Bild: Kisssoft)

Ein Ingenieur konstruiert, scheinbar wie gewohnt, ein Getriebe in Kisssoft, ist aber dank der neuen Schnittstelle zusätzlich mit der SKF Cloud verbunden und ruft darüber Lagerlebensdauerberechnungen auf - das ermöglicht die neue Verbindung zwischen SKF und Kisssoft (seit dem Kisssoft-Release 2019). Dabei basieren die Resultate auf cloudbasierten Berechnungsfunktionen von SKF, bei denen die Betriebsbedingungen des gesamten Systems im Rahmen der Berechnung der Lebensdauer einzelner Lager berücksichtigt werden. Folglich wird eine Getriebekonstruktion realitätsnäher und effizienter überprüft, da es nun möglich ist, von Anfang an die richtigen Lager auszuwählen.

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Erweiterte Lagerlebensdauer nach ISO 281

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 nach ISO 281 (L10, nachstehend als "nominelle ISO 281" bezeichnet.

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.

Anwendertreff Mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs Mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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SKF-Lebensdauer: verbesserte Version der erweiterten 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. Eigentlich kann man sagen, dass es sich bei der SKF-Lebensdauer um eine verbesserte Version der erweiterten ISO 281 handelt, wobei neueste Erkenntnisse in den Bereichen Tribologie und Werkstoffe in Wälzlagern berücksichtigt werden.

Was unterscheidet die beiden Methoden?

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.

Beispiel aus der Praxis: SKF-Lebensdauer für ein Lager vom Typ Explorer

Der Unterschied zwischen der SKF Lebensdauer und der erweiterten Lebensdauer nach ISO 281 zeigt sich am deutlichsten bei SKF Lagern vom Typ Explorer. SKF Wälzlager vom Typ Explorer sind höher belastbar und bieten eine längere Lebensdauer. Ihre optimierte innere Geometrie verringert Reibung, Verschleiß und Wärmeerzeugung, was sie belastbarer werden lässt. Darüber hinaus reduziert die moderne Oberflächenbearbeitung die Reibung und verbessert die Schmierbedingungen.

SKF-Lager vom Typ Explorer.
SKF-Lager vom Typ Explorer.
(Bild: Kisssoft)

Die SKF-Lebensdauer berücksichtigt die Vorteile der SKF-Lager vom Typ Explorer 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 einfach verglichen werden.

Stets auf dem neuesten Stand der Lagerkonstruktion

Mit dem Lagermodul wird eine direkte Verbindung zum wesentlichen Know-how von SKF hergestellt, d. h. zu den Daten der inneren Geometrie und den Herstelldaten von Lagern. Dem Benutzer werden nicht alle diese Daten offengelegt, ihre Auswirkungen auf die Lagerlebensdauer werden jedoch bei der Berechnung stets berücksichtigt.

Updates in den Bereichen Konstruktion und Herstellung sowie Änderungen im Lagersortiment werden nahezu in Echtzeit umgesetzt, da die cloudbasierte Funktion permanent mit Updates von der Lagerdatenbank versorgt wird. Dadurch hat der Benutzer Zugriff auf das neueste Sortiment mit aktuellen Geometriedaten und kann auch unabhängig von der (statischen) Lagerdatenbank in Kisssoft arbeiten.

Diese Lagerlebensdauerparameter sind aktuell integriert:

  • 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.

So funktioniert die neue Schnittstelle zwischen SKF und Kisssoft

Der Arbeitsprozess für den Benutzer ist einfach:

  • Zuerst erstellt der Anwender ein vollständiges Getriebemodell in Kisssoft.
  • Anschließend, nachdem er sich einmal mithilfe des integrierten "SKF Registrierungstools" für das SKF Lagermodul registriert hat, wird jedes Mal die SKF-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 ist unbedingt zu verwenden, wenn die Effekte der Schmierung und Verunreinigung berücksichtigt werden sollen.
  • Wenn die Option "Erweiterte Lebensdauer" nicht ausgewählt ist, wird die nominelle Lebensdauer des Lagers nach ISO 281 berechnet, bei der lediglich Belastung und Drehzahl berücksichtigt werden. Bei modernen, hochwertigen Lagern kann die berechnete nominelle Lebensdauer in einer Anwendung aber deutlich von der tatsächlichen Lebensdauer abweichen.

Blick in die Zukunft: weitere Lagerberechnungsparameter geplant

In zukünftigen Versionen des Moduls werden sich 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 sogenannten "beliebten Artikeln" treffen, d. h. unter Lagerartikeln mit einer hohen Verfügbarkeit und somit einem besonders interessanten Preis-Leistungs-Verhältnis.

Neue SKF-Methode zur Berechnung der Lebensdauer von Hybrid-Lagern

Bis jetzt war keines der gängigen Modelle für die Berechnung der Lagerlebensdauer – weder die ISO-Lebensdauermodelle noch SKF-Lebensdauer noch andere moderne Methoden – in der Lage, die Vorteile von Hybridlagern vollständig zu quantifizieren. Hybridlager verfügen über Ringe aus Lagerstahl und für den Einsatz in Lagern ausgelegte Wälzkörper aus Siliciumnitrid, weswegen die Lager elektrisch isolierend sind. Aufgrund ihrer verbesserten Lagereigenschaften können sie die Lagerlebensdauer eines Lagers selbst unter schwierigen Betriebsbedingungen verlängern (weitere Informationen).

Mit dem SKF-Lagermodul hat ein Maschinenkonstrukteur direkten Zugriff auf das Herz von SKF. Als Ergebnis wird die Prognose der Lagerlebensdauer realitätsnäher, insbesondere bei Lagern vom Typ SKF Explorer sowie bei Hybridlagern (im Bild).
Mit dem SKF-Lagermodul hat ein Maschinenkonstrukteur direkten Zugriff auf das Herz von SKF. Als Ergebnis wird die Prognose der Lagerlebensdauer realitätsnäher, insbesondere bei Lagern vom Typ SKF Explorer sowie bei Hybridlagern (im Bild).
(Bild: Kisssoft)

Vor dem Hintergrund bedeutender Fortschritte im Bereich der Modellierung der Oberflächenlebensdauer ist es SKF gelungen, dieses Wissen in eine neue Methode für die Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern einfließen zu lassen, das sogenannte "Generalized Bearing Life Model". Bei diesem Modell findet eine effektive Trennung zwischen Ausfallmodi an der Oberfläche und Ausfallmodi unter der Oberfläche statt.

Mithilfe des Modells lässt sich daher die Lebensdauer von Hybridlagern besser erfassen, die unter rauen Schmierbedingungen und bei starker Verunreinigung oder bei hohen Drehzahlen in der Regel besser ist. Allerdings kann es bei Hybridlagern aufgrund ihrer höheren Steifigkeit während hoher Belastungen zu Konzentrationen von größeren Belastungen unter der Oberfläche kommen. Mit GBLM lässt sich dieses Verhalten gut darstellen, außerdem ist der Zugriff über das SKF-Lagermodul in Kisssoft möglich.

* Hedzer Tillema, Produktlinien-Manager, SKF B.V., Niederlande

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