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Abschätzen der Lagerbetriebstemperatur

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

Wenn sich die aus dem Lager abgeführte Wärmemenge Ws, annähernd ermitteln lässt, kann anhand der im SKF Verfahren zur Berechnung des Reibungsmoments angegebenen Gleichung zur Berechnung des Leistungsverlusts Plossdie Betriebstemperatur, Tbearfür ein Lager im dauernden thermischen Gleichgewicht angenähert ermittelt werden aus:

Tbear = (Ploss / Ws) + Tamb

Hierin sind
Tbearungefähre mittlere Betriebstemperatur des Lagers [°C]
PlossLeistungsverlust des Lagers [W]
WsWärmeabfuhr je Grad über der Umgebungstemperatur [W/°C]
TambUmgebungstemperatur [°C]

Sollte der Wert für die ungefähre mittlere Betriebstemperatur des Lagers zu hoch sein und nicht den Anforderungen des Anwendungsfalls entsprechen – z. B. einen zu niedrigen Wert für das Viskositätsverhältnis κ oder eine zu kurze Schmierfrist ergeben – bietet sich als mögliche Problemlösung an, die Betriebstemperatur mithilfe einer Ölumlaufschmierung zu reduzieren.

Abschätzen der Wärmeabfuhr von SKF Stehlagergehäusen

Für SKF Stehlagergehäuse steht ein Diagramm zur Verfügung mit dessen Hilfe sich in Abhängigkeit von der Lagergröße die Wärmeabfuhrmenge angenähert abschätzen lässt.
Anhand Diagramm 1 kann die Wärmeabfuhrmenge Wsje Grad über Umgebungstemperatur von Stehlagergehäusen angenähert ermittelt werden – in Abhängigkeit vom mittleren Durchmesser dm = 0,5 (d + D) des eingebauten Lagers und einer Welle, die der Umgebungsluft ausgesetzt ist.
Die ermittelten Schätzwerte gelten für fett- oder ölgeschmierte SKF Stehlagergehäuse, die keiner wesentlichen äußeren Wärmezufuhr ausgesetzt sind, wie z.B. von einer von heißem Dampf durchströmten Hohlwelle oder von ausgeprägter Wärmeabstrahlung von heißen Oberflächen herrühren können.

Kühlung durch Ölumlaufschmierung

Mit umlaufendem Öl lassen sich Lagerungen kühlen und somit Wärme abführen.
Diagramm 2 zeigt die Abhängigkeit des Leistungsverlust des Lagers Ploss(rote Kurve) von der Wärmeabfuhr Ws(stumpfwinkelige blaue Linie).
Unter Berücksichtigung der mit der Ölumlaufschmierung abgeführten Wärmemenge (Diagramm 2) ) ergibt sich das thermische Gleichgewicht im Beharrungszustand aus:

Ploss = Ws (Tbear – Tamb) + PÖl 

Hierin sind
PlossReibungsverlust des Lagers [W]
Wsgesamte Wärmeabfuhrmenge je Grad über der Umgebungstemperatur [W/°C]
Tbeargeschätzte erforderliche Betriebstemperatur des Lagers [°C]
TambUmgebungstemperatur [°C]
PÖlgeschätzte Wärmeabfuhrmenge über die Ölkühlvorrichtung [W]

Unter Berücksichtigung der mit der Ölumlaufschmierung abgeführten Wärmemenge ergibt sich die Lagerbetriebstemperatur angenähert aus:

Tbear = ((Ploss – PÖl) / Ws) + Tamb
Die für eine bestimmte Lagertemperatur erforderliche und über Ölkühlung abzuführende Wärmemenge ergibt sich angenähert aus:

PÖl = Ploss - Ws (Tbear – Tamb)
Die Öldurchflussmenge, die für eine bestimmte und über Ölkühlung abzuführende Wärmemenge (PÖl) erforderlich ist, kann angenähert ermittelt werden aus:

Q = PÖl / (27 (Tout – Tin.)

Hierin sind
erforderliche Öldurchflussmenge [l/min]
PÖlüber die Ölkühlung abgeführte Wärmemenge [W]
ToutÖltemperatur am Ölablaufs des Gehäuses [°C]
Tin. Öltemperatur am Öleinlass des Gehäuses [°C]

Wenn keine Werte für die Öltemperaturen Tout oder Tinvorliegen, kann ein Temperaturunterschied von 5 bis 10 °C veranschlagt werden.
Die mit Ölumlaufschmierung möglich Kühlung ist begrenzt und wird von Grad des Wärmeübertragungsvermögens der einzelnen Lager bestimmt. Die maximale Öldurchflussmenge, über der sich keine wesentlichen Temperatursenkungen mehr erzielen lassen, kann anhand der folgenden Faustformel ermittelt werden:

Qmax = (D B) / 12 500

Hierin sind
Qmaxmaximale Öldurchflussmenge [l/min]
DAußendurchmesser des Lagers [mm]
BBreite des Lagers [mm]

Weitere temperaturbedingte Nachprüfungen

Nachdem die Betriebstemperatur annähernd ermittelt wurde, empfiehlt es sich einige Nachprüfungen vorzunehmen:

  • die Temperaturabschätzung bei der Berechnung der Lagerlebensdauer im Hinblick auf die Betriebsviskosität
  • die Schmierstoffauswahl und die Temperaturgrenzen
  • die Fettschmierfristen bzw. Ölwechselintervalle
  • die Werkstoffeigenschaften von Käfig und Dichtungen
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