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Schmierbedingungen – das Viskositätsverhältnis, κ

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Wenn ein Lager seine normale Drehzahl und Betriebstemperatur erreicht hat, ist die Schmierbedingung des Lagers:



Hierin sind:
κ
Schmierbedingungen des Lagers, d. h. Viskositätsverhältnis
νtatsächliche kinematische Viskosität des Öls bzw. des Grundöls bei Schmierfetten bei Betriebstemperatur [mm2/s]
ν1Nennviskosität in Abhängigkeit vom mittleren Lagerdurchmesser und der Drehzahl [mm2/s]

Die tatsächliche kinematische Viskosität v des Schmierstoffs kann anhand der ISO-Viskositätsklasse des Öls bzw. des Schmierfett-Grundöls und der Betriebstemperatur des Lagers ermittelt werden (Diagramm 1).
Die Nennviskosität v1kann aus Diagramm 2 mithilfe des mittleren Lagerdurchmessers dm = 0,5 (d + D) [mm] und der Drehzahl des Lagers n [min-1] ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung des SKF Bearing Calculator.
Tabelle 1 listet die Viskositätsklassen nach ISO 3448 auf und zeigt den Viskositätsbereich für 40 °C an.
Je höher der Wert κ, desto besser die Schmierbedingungen des Lagers und seine erwartete Lebensdauer. Dies muss gegen die mögliche Zunahme der Reibung infolge der höheren Ölviskosität abgewogen werden. Daher sind die meisten Lageranwendungen auf Schmierbedingungen von κ 1 bis 4 ausgelegt (Diagramm 3). Außerdem können die Schmierbedingungen auch mit dem SKF Bearing Calculator berechnet werden.
  • κ = 4 gibt eine Schmierung an, bei der die Wälzkontaktbelastung vom Schmierfilm getragen wird – der sogenannte voll ausgebildete Schmierfilm .
  • κ > 4 (d. h. besser als der voll ausgebildete Schmierfilm) verbessert die Einstufung des Lagers nicht. κ > 4 kann allerdings in Anwendungen sinnvoll sein, in denen die Lagertemperatur nur geringfügig steigt und eine zuverlässige zusätzliche Schmierung wünschenswert ist. Dies gilt beispielsweise für Lageranwendungen mit häufigen Start/Stopp-Bedingungen oder gelegentlichen Temperaturschwankungen.
  • κ = 0,1 gibt eine Schmierung an, bei der die Wälzkontaktbelastung vom Kontakt der Oberflächenunebenheiten zwischen Wälzkörpern und Laufbahn getragen wird – die sogenannte Grenzschmierung. Für Schmierbedingungen unter 0,1 ist die Verwendung der nominellen Ermüdungslebensdauer nicht geeignet, da sie außerhalb der Anwendbarkeitsgrenzen des Lagerlebensdauermodells liegt. Bei κ < 0,1 erfolgt die Wahl der Lagergröße auf Basis der statischen Belastungskriterien mithilfe des statischen Tragsicherheitsfaktors s0 (→ Wahl der Größe anhand der statischen Belastung).

κ-Wert unter 1

Für Schmierbedingungen mit 0,1 < κ < 1 ist Folgendes zu berücksichtigen:

  • Wenn der κ-Wert aufgrund einer sehr geringen Drehzahl niedrig ist, erfolgt die Wahl der Lagergröße auf Basis des statischen Tragsicherheitsfaktors s0 (→ Wahl der Größe anhand der statischen Belastung).
  • Wenn der κ-Wert aufgrund einer geringen Viskosität niedrig ist, muss dem durch Wahl einer höheren Viskosität oder Verbesserung der Kühlung entgegengewirkt werden. Unter diesen Schmierbedingungen gilt die alleinige Berechnung der nominellen Lebensdauer L10 als nicht sinnvoll, da sie die negativen Effekte unzureichender Schmierung auf das Lager nicht berücksichtigt. Stattdessen ist zur Ermittlung der Ermüdungslebensdauer des Lagers die SKF Lebensdauergleichung zu verwenden.
Bei κ < 1 werden EP/AW-Zusätze empfohlen → Hochdruckzusätze (EP) und verschleißhemmende Zusätze (AW) (nachstehend).

Der Drehzahlkennwert ndm wird zur Angabe der Drehzahlen des Lagers verwendet.

  • Wenn der Wert ndm des Lagers unter 10 000 liegt, läuft die Anwendung mit niedrigen Drehzahlen (Diagramm 2). Dies erfordert eine hohe Ölviskosität, damit die Wälzkontaktbelastung vom Schmierfilm getragen wird.
  • Bedingungen mit hohen Drehzahlen zeichnen sich aus durch ndm > 500 000 bei dm Werten bis zu 200 mm und > 400 000 bei größeren dm Werte (Diagramm 2) Bei sehr hohen Drehzahlen fällt die Nennviskosität auf sehr niedrige Werte. Schmierbedingungen und κ-Werte sind im Allgemeinen hoch.

Hochdruckzusätze (EP) und verschleißhemmende Zusätze (AW)

EP/AW-Zusätze im Schmierstoff dienen der Verbesserung der Schmierbedingungen im Lager, wenn niedrige κ-Werte im Einsatz sind, z. B. κ = 0,5. Darüber hinaus werden EP/AW-Zusätze auch verwendet, um Anschmierungen zwischen leicht belasteten Rollen und Laufbahnen zu verhindern, z. B. wenn besonders schwere Rollen bei reduzierter Drehzahl in eine Lastzone eintreten.
Bei Betriebstemperaturen unter 80 °C können EP/AW-Zusätze im Schmierstoff die Lagergebrauchsdauer verlängern, wenn κ niedriger als 1, der Verunreinigungsbeiwert ηchöher als 0,2 und der daraus resultierende Faktor aSKF niedriger als 3 ist. Unter diesen Bedingungen kann ein Wert von κEP=1 angewandt werden, anstelle des tatsächlichen Werts κ, in der Berechnung von aSKF für einen maximalen Vorteil von bis zu aSKF = 3.
EP-/AW-Zusätze mit Schwefel-Phosphor-Verbindungen können die Lagergebrauchsdauer verkürzen. In der Regel empfiehlt SKF, die chemische Reaktionsfähigkeit von EP/AW-Zusätzen für Betriebstemperaturen über 80 °C zu testen.
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